CN2083754U - 钳夹式宽频带电流检测器 - Google Patents

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丁学文
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Abstract

钳夹式宽频带电流检测器由钳夹式磁路、霍尔元 件及其补偿供电装置、电表和示波器接口、电源、放大 装置、差动控制装置，次级绕组和测量电阻组成，它避 免了磁路和霍尔元件的非线性引起的测量误差，共模 信号造成的输出偏移和霍尔元件输出的温度漂移以 及可测频带范围较窄等问题，可用于检测工频正弦电 流和各种高频非正弦电流。

Description

本实用新型属于一种电流检测装置。
现有的普通钳形电流表适用于不断开线路检测工频正弦电流。
由于电力电子技术的发展，人们越来越多地需要检测频率高达几十KHZ的非正弦电流。一种作法是在电路中串入一个阻值已知的小电阻，用示波器观测该小电阻上的电压代替之。这种方法需要断开原线路，甚不方便，而要得到一个合适的小电阻也不总是一件容易的小事，特别是在大电流的情况下。
一种新的检测电流技术是采用霍尔元件，该项技术能在很大程度上满足上述要求，存在的主要问题是精度、灵敏度低和可测的频率范围较窄。1987年公布的美国专利（专利号4，639，665）提出的方法能排除霍尔元件具有的温漂、老化、非线性等缺陷，提高了检测的精度。但是由于采用了极性判别、积分电路，因而可测的频率范围被限制在DC－10KHZ。
本实用新型的目的在于提供一种电流检测装置，该装置能够扩大可测的频带范围，可测的电流范围也较宽，而且能够将工频正弦电流的电表读出和高频非正弦电流的示波器检测结合在一起。
本实用新型的技术解决方案是：一种钳夹式宽频带电流检测器，包括钳夹式磁路，霍尔元件，电表和示波器接口以及电源，其特殊之处在于，所述霍尔元件的控制端连接一个补偿供电装置，输出端连接一个放大装置，该输出放大装置的输出端连接由两个三极管组成的差动控制装置，该差动控制装置的输出端连接次级绕组和测量电组。
上述技术解决方案中的补偿供电装置可以是由与霍尔元件相串联的二极管和并联的稳压管组成。
上述技术解决方案中的放大装置可以是由两个运算放大器组成的两级放大电路。
附图描述了本实用新型的一个优选实施例。
图1是该实施例的外观结构图；
图2是该实施例中的电路图。
参见图2，嵌在磁路中的砷化镓线性霍尔元件21的控制电流由±V通过电阻R1、R2、稳压管W1、W2和二极管D1、D2、D3、D4获得，从4端流入，2端流出，控制其值≤5mA。从1、3端输出的电压信号正比于磁通密度，通过运算放大器OP1和OP2组成的二极放大，去驱动由晶体管T1和T2组成的差动控制装置。这里R3＝R4，R5＝R6，R5／R3为第一级的放大倍数，R8／R7为第二级的放大倍数。电位器13和电阻R9、R10、R11及电容C完成输出调零功能。R12、R15为基极平衡电阻，R13、R14可以提高T1、T2集电极电流的调节速度，R16为射极负载电阻，R17、R18为集电极负载电阻，20为次级绕阻，R19为测量电阻。放大器OP2的微小输出都能通过差动控制装置调节次级绕组20中流过的电流，不存在控制死区。将测量电阻R19上的电压送到示波器就可以观测电流的波形并定量，如果是工频正弦，将R19上的电压送到电流表，就可以读出其有效值。
如图1所示：19为磁路的固定部分，18为磁路的可动部分，握紧手柄16和17，弹簧23受压，磁路18、19分开，将要检测的导线22钳入，构成初级绕组。磁路18、19由锰锌铁氧体R1K或R2K或R4K构成，它们起将导线周围的磁通集中起来的作用。磁路空气隙中装有霍尔元件21，它的输出电压与气隙中的磁通密度成正比，与控制电流成正比。次级绕组20套在磁路上，它的作用是抵消初级产生的磁通。次级绕组中流过的电流IS由下式决定：
IS＝ (Np)/(Ns) IP
这里IP为要检测的电流，也就是初级电流，NP为初级匝数，NS为次级匝数。IS以一定的比例系数代表了要检测的电流。次级绕组20和电阻R19相串联，因此电阻R19上的电压以一定的比例系数代表了要检测的电流。如果要检测的电流为工频正弦，则其有效值可由表12的指针读出，电流表跨接在电阻R19上。如果要检测的电流为高频非正弦，则可通过示波器接口14，接头24、同轴电缆线25将电阻R19上的电压送到示波器，图示其波形并用示波器定量。
电源电压±V可在±5～±15伏之间选择，图1所示15为交流电源进线，在钳夹内经降压、整流、滤波、稳压后得到±V。
图1所示26为选择开关，其中“10  50  200  500”分别为实现指针读出的量程选择；“O”为示波器检测选择，“V”为电压检测选择。在磁路上再添加一个绕组，使其与限流电阻串联，使被检测的电压在该绕组中形成一定的电流，利用同样的原理，可对电压进行类似的隔离检测。图1所示27为电压检测输入端。
本实用新型的测试过程如下：将15插入交流220V电源，预热2分钟。调节开关26拨到“O”位，将示波器接口14通过同轴电缆接到示波器，调节旋钮13，使示波器扫描线置于零位。将要检测的导线钳入，适当选择示波器上的标度，示波器显示出导线中的电流波形，根据示波器上的刻度定量它。如果波形是正弦，将选择开关26转至某一量程，指针12指出被检测电流的有效值。
结合以上实施例可以看出，本实用新型的优点在于：由于采用了零磁通检测法，避免了磁路和霍尔元件的非线性引起的测量误差；由于采用了特殊的霍尔元件补偿供电装置，避免了共模信号造成的输出偏移，二极管D1～D4所具有的正向压降负温度系数正好补偿了霍尔元件输出电压的负温度系数，有效地减小了霍尔元件输出的温度漂移；由于本实用新型没有使用极性判别和积分电路，因此适用的频带相当宽，仅受所使用的磁性材料和放大器的限制，从DC到250KHZ，可用来检测前后沿很陡的电流波形；由晶体管T1、T2，电阻R12～R19构成的差动控制级避免了0.3V的输出控制死区，克服了小信号失真问题，可测量的下限扩展到零点几安匝，括大了检测范围。

Claims (4)

1、一种钳夹式宽频带电流检测器，包括钳夹式磁路，霍尔元件，电表和示波器接口以及电源，其特征在于：所述霍尔元件的控制端连接一个补偿供电装置，输出端连接一个放大装置，该放大装置的输出端连接由两个三极管组成的差动控制装置，该差动控制装置的输出端连接次级绕组和测量电阻。
2、根据权利要求1所述的钳夹式宽频带电流检测器，其特征在于：所述补偿供电装置是由与霍尔元件相串联的二极管和并联的稳压管组成。
3、根据权利要求1或2所述的钳夹式宽频带电流检测器，其特征在于：所述的放大装置是由两个运算放大器组成的两级放大电路。
4、根据权利要求3所述的钳夹式宽频带电流检测器，其特征在于：所述钳夹式磁路是由锰锌铁氧体材料R1K或R2K或R4K组成的磁路，所述的霍尔元件是砷化镓线性霍尔元件。
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