CN203688611U - 感应式20kHz电流表 - Google Patents

Abstract

本实用新型感应式20kHz电流表用以测量载流导线20kHz交流电流值，采用电磁感应测量方式，无电路接触，直接指示被测电流值。感应式20kHz电流表的外壳前测量端呈圆弧面，作为测量定位，内部设计有谐振式电磁感应、选频、放大、整流、数值指示等电路，供电系统是手动开启延时自动关闭的电路。测量时只要将被测导线紧贴住测量端圆弧面就可以指示出电流值，与电流表的摆放仰角大小无关，特别适用于飞思卡尔智能汽车赛场的电磁组跑道线电流测量。

Description

感应式20kHz电流表

技术领域

本实用新型涉及的内容属于电子测量仪器仪表技术领域，是一种新型的便携式特定频率下电流表。作为一个特殊测量仪表，应用于20kHz交流电流的测量。 

背景技术

目前市场上现有的电流表主要有串入式的和钳形结构的，并且适用于500Hz以下的工频交流电。对于串入式的电流表，要与用电器串联在同一电路中。这种电流表作为电流测量的标准形式，是电流表的主流，在高精度的测量要求中是一种理想的方案。虽然他的测量准确度高，但是相比其他测量方法在使用中存在以下几个主要缺陷： 

1.每次都需要将电路切断后，才能将电流表接入进行测量，测量前必须要使电路先断电，给测量带来了麻烦。而且某些场合不允许这样操作，比如有时正常运行的电网就不允许随便断电。 

2.串入式测量是一种非隔离式的测量，对于维修人员来说，带有潜在的危险因素，可能会造成一些意外的损伤。例如，不慎将电流表接在电源的两端，就会造成短路，烧坏电源、电表等意外。 

3.由于实际电流表的内阻和自身电感量是不可避免的，故接入电流表后，会对被测电路本身的参数产生一定的变化，特别是低电压电路中测量误差比较明显。 

在测量精度要求不高的场合，还有一种操作更方便的钳形电流表用于电流的测量。对于钳形电流表，由于采用了感应的方式，在测量的手法上比串入式方便，但是用钳形电流表检测电流时，一定要将一根被测导线(电线)置于钳口之中，被测导线必须是活动的；钳形表的钳口尺寸往往比较大，被测导线需要有足够的活动空间；同样，钳形表也是适用于500Hz以下的工频交流电。 

钳形电流表是一种闭磁路式的测量仪表。另外，也有过一款开磁路式的电流测量装置的设计，采用的结构是磁饱和铁芯，采用的方法是脉冲调制方式，其结构比较复杂，不便于制作和生产，实用性不强。 

本实用新型所设计的20kHz交流电流测量棒是基于钳形表测量的感应式测量原理和便捷性基础上进行的再改进，使用中只要贴近被测导线工插入被测导线之间，就可以检测导线上的交流电流值。可以成为一种测量精度不高的新的电流测量仪表结构形式。 

发明内容

本实用新型所设计的感应式20kHz电流表采用电磁感应测量方式，其结构特征是：由管棒状绝缘外壳、单绕组感应线圈、具有抗干扰能力的电信号调理电路、电源电路、数值指示器五大部分组成，其棒状外壳呈直线型的，管棒状外壳的首端呈圆弧形端面，圆弧轴心与棒垂 直，感应线圈置于圆弧形端面的径向中心处，与棒状外壳轴线垂直放置；感应线圈在铁氧体材料的工字形磁芯上绕制，并用作电信号调理电路的主要选频元件；供电电路采用主动开启自动关闭的延时开关装置；数值指示器置于外壳的后端；整个外壳封闭并且绝缘。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：根据麦克斯韦电磁场理论，导线上交变电流会在周围产生交变的电磁场。磁场强度与导线中的电流成正比，与距离成反比。采用开放式感应线圈获取载流导线电流产生的磁场信息，然后通过低频选频技术，选择有用20kHz电流信号进行放大，并通过半波线性整流电路将其转换成直流电压，最终测出相对应电流的峰值，并在显示窗口中实时显示。 

对于无限长直电流来说，磁场强度可以由下式计算： 

$B=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}I}{4\mathrm{\πr}}$

由于被测电流所产生的电磁场较弱，对感应所获得的信号进行放大是必须的。另一方面，被测电流所产生的弱电磁信号容易被干扰，因而在放大信号的同时需要对电流信号进行频率选择，确保电路输出的是被测量信息。这就是本实用新型中采用具有抗干扰能力的电信号调理电路的原因，也是本实用新型结构特征之一。选频电路包括LC皆振选频和二阶RC选频，其中第一级采用LC皆振回路选频。这里的电感L有磁电转换和谐振选频的双重作用，如果用0.15mm漆包线在φ10×16mm的工字形铁氧体磁芯上绕制600匝，其参数约为14.7mH／20Ω左右。 

$Q=\frac{\mathrm{\ωL}}{R}=\frac{2\mathrm{\π}\×20\×{10}^3\×14.7\×{10}^{-3}}{11}=92$

$C=\frac{1}{{2\mathrm{\π}}^2{f}^{2}L}=\frac{1}{{4\mathrm{\π}}^2\×{20}^2\×{10}^6\×14.7\×{10}^{-3}}=4.3\×{10}^{-9}F$

在高频交流状态下电感器的内阻更大，其品质因数Q值更低，不影响实际使用要求。 

本实用新型的技术方案是采用感应的方式，而电流感应信号的强弱不仅取决于被测量电流的大小，还取决于探测头与被测导线的相对位置、相对距离的大小。为了尽量使感应获得的信号只与被测电流大小基本成单一关系，必须确定被测导线位置。对于被测量导线的定位也是进行正确测量的基本条件。本感应式20kHz电流表的前端设置成圆弧形，并且将磁芯感应线圈置于圆弧中心，就是基于这一因素的考虑，提高测量的准确性，同时，还可以随意确定感应式20kHz电流表测量时摆放的角度。 

本实用新型的有益效果是： 

1.测量时只需将被测导线紧贴住测量端弧面就可以测出电流，非常的方便。 

2.由于是非接入式，不会对原有电路正常工作造成影响，非常的安全可靠。不会对被测电路及人员造成意外损伤，用户可以放心的使用。 

3.增加测量仪的使用寿命，节约测量仪的用电消耗，随拿随用方便快捷。 

附图说明

图1是感应式20kHz电流表立体视图。 

图中1.圆弧形前测量端面；2.感应式20kHz电流表外壳；3工作指示灯.；4.电源开启按钮；5.指示电流值的表头。 

图2是感应式20kHz电流表电路安装剖示图。 

图中3.工作指示灯；4.电源开启按钮；6.感应线圈；7.电路板。 

图3是感应式20kHz电流表正面视图，即表头平面图。 

图4是感应式20kHz电流表俯视图。 

图5是感应式20kHz电流表侧视图。 

图中1.圆弧形前测量端面；3.工作指示灯；4.电源开启按钮；6.感应线圈；8.充电输入接线孔；9.被测量导线。 

具体实施方式

本实用新型所述的感应式20kHz电流表在制作中，磁芯感应线圈与调理电路所构成的调谐频率是一个重的数据，在测量20kHz交流电流时，必须谐振在20kHz频率上，可以通过并联谐电容量进行微调。将感觉应线圈、调理电路、电源电路等集中安装在一块电路板上，便于整体装配。电流表单独安装，便于观察。 

本实用新型所述的感应式20kHz电流表适用于电磁干扰较小的环境中，不宜用于强电磁干扰的环境。并且只对单条导线的电流进行测量，如飞思卡尔智能汽车赛场的电磁组跑道线电流测量等。 

仪表的电流示数是以被测导线紧贴住测量端弧面中心并与圆弧轴线垂直为标准进行校准的，测量时应该保持相对垂直。 

本实用新型所述的感应式20kHz电流表内置锂电池，可以定时通过外部低压直流电源对其充电，如采用USB口的5V电源充电等。 

依据这一工作原理，还可以设计成其他工作频率下的交流电流的测量。 

Claims (2)

1.一种感应式20kHz电流表，其结构特征是：由由管棒状绝缘外壳、单绕组感应线圈、具有抗干扰能力的电信号调理电路、电源电路、数值指示器五大部分组成，管棒状外壳的首端呈圆弧形端面，圆弧轴心与棒垂直，由铁氧体磁芯绕制的感应线圈置于圆弧形端面的径向中心处，与棒状外壳轴线垂直放置；数值指示器置于外壳的后端；整个外壳封闭并且绝缘。

2.根据权利要求1所述的感应式20kHz电流表，其特征是感应线圈在铁氧体材料的工字形磁芯上绕制，并用作电信号调理电路的主要选频元件。

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