CN2847306Y - 间接感应式电流传感器 - Google Patents

Abstract

一种间接感应式电流传感器，设置有空心测量线圈1，线性运算放大器2；空心测量线圈1与被测电流导体3绝缘且紧靠接触，线圈1的一端经电阻R₁与线性运算放大器2的一个输入端连接，线圈1的另一端接地，线性运算放大器2的另一个输入端经接地电阻R₃与地连接；线圈1上还可双线并绕直流电流测量用激磁线圈4、5，激磁线圈4、5的两头端与交流电源连接，其两尾端相互连接。本实用新型的特点是：1.间接测量被测电流，与被测电流的电路没有任何电路上的联系，完全绝缘隔离；2.体积尺寸小、重量轻、可节约大量铜材，自身耗电是微功耗；3.一次测量信号与温度无关，其次是空心测量线圈具有良好的线性特性，其感应电势也具有良好的线性度。

Description

间接感应式电流传感器

                     技术领域

本发明涉及交直流电流传感器技术领域，特别是一种间接感应式电流传感器。

                     背景技术

在电力、冶金、化工、核物理、电力电子学多种工业、科学技术领域都涉及到交直流电流测量问题，被测电流常处在高电压、大电流状态中，各工业、科学技术领域的用电设备的自动化、智能化、数字化、网络化、集成化已成为必然的发展趋势，技术进步的发展趋势对交直流电流参数测量的要求越来越高，不仅要求测量精度提高，而且还要求测量仪器具有高可靠性、稳定性、低功耗、使用维护方便。

现有技术中，电流检测方法有以下几种：电磁式电流互感器、光电式电流传感器、霍尔效应电流传感器、电阻式电流传感器、直测式电流传感器。

各种电流传感器要在过渡过程中和短路情况下完成其特定作用，过渡过程和短路时，一次电源非周期分量大，衰减慢，易引起误动作。电磁式电流互感器目前应用最广泛，它虽简单可行，但随着电力传输容量的不断提高，(电压等级已达500KV或更高)，它的缺点也越来越突出，如磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、频带窄、功耗大，同时，电磁式电流互感器还存在需要耗去大量的铜和矽钢等原材料、体积尺寸大、笨重，给安装储运带来困难的缺点。霍尔效应电流传感器的温度系数大，稳定性差，致使测量精度不高，给应用带来限制。电阻式电流传感器，电特性好，结构简单，但其温度特性不好，过载能力有限。

光电式电流传感器，具有抗电磁干扰、无饱和、测量范围大、频带宽、体积小重量轻等优点，但受温度影响大，结构复杂，制造困难。直测式电流传感器有上述传感器各项优点，不足之处却有三点：一是大电流传感器要消耗大量铜材，二是增加线路接点，增加接触电阻，给安装带来不便，三是与被测电流电路有联系，有使用不安全之嫌。

                     发明内容

本发明的目的是提供一种测量精度高，不受温度影响，体积小，无绝缘难题、耗材少，使用安全可靠、安装方便简单的间接感应式电流传感器。

所述间接感应式电流传感器，其特征是：所述传感器设置有空心测量线圈1，线性运算放大器2；空心测量线圈1与被测电流导体3绝缘且紧靠接触，空心测量线圈1的一端经电阻R₁与线性运算放大器2的一个输入端连接，空心测量线圈1的另一端接地，线性运算放大器2的另一个输入端经接地电阻R₃与地连接；空心线圈1上还可双线并绕直流电流测量用激磁线圈4、5，激磁线圈4、5的两头端与交流电源连接，其两尾端相互连接。线性运算放大器2还设置有反馈电阻R₂，反馈电阻R₂的一端与线性运算放大器2的一个输入端连接，另一端与线性运算放大器2的输出端连接。激磁线圈4、5与空心测量线圈1之间设有绝缘层。空心测量线圈1的绝缘框架是圆形或长方形或其他形状。

激磁线圈4、5与空心测量线圈1之间设有绝缘层。

空心测量线圈1的绝缘框架是圆形或长方形或其他形状。

它的测量原理是：根据电磁感应原理，被测导体中的电流会在导体横切水平面产生磁通，该磁通通过紧靠着的空心线圈，因该磁通是交变的，所以在空心线圈中便产生感应电势，感应电势的大小与被测导体中的电流大小成正比线性关系，把此感应电势送到线性放大器进行放大，从线性放大器的输出端便可获得所要的测量信号。根据电工原理可知，空心线圈产生的感应电势与温度无关，从而保证了一次测量信号的线性度是一个与温度无关的线性信号。

直流电流的测量与交流电流的测量略有差异，就是在空心测量线圈1上加绕两组匝数相等、阻抗相等、电阻相等的线圈，用作激磁线圈。因为直流电流产生的磁通是单方向的，不是交变的，测量线圈中没有感应电势产生，为此，必须用激磁线圈来提供激磁。激磁线圈要接成差动式，然后在激磁线圈两端加上交流电源。在被测直流电流为零时，因激磁线圈接成差动式，两组线圈产生的磁通相互抵消，测量线圈输出为零。当被测直流电流不为零时，在激磁线圈4、5的作用下，产生交变的磁通，测量线圈便有感应电势产生，感应电势的大小与被测直流电流的大小成正比线性关系，且与温度无关，把感应电势送到线性放大器进行放大，从放大器输出端便可获得所要的测量信号。

本发明的特点是：1、间接测量被测电流，电流传感器与被测电流的电路没有任何电路上的联系，完全绝缘隔离，使仪器仪表、器材设备的安全和人身安全有了保障。

2、体积尺寸小、重量轻、便于生产、安装和储运，尤其是大电流传感器，可节约大量铜材，所耗材料为传统互感器的5％以内，自身耗电是微功耗。

3、因采用空心线圈，根据电工学原理可知，它的感应电势大小不受温度影响，所以一次测量信号与温度无关；其次是空心测量线圈具有良好的线性特性，因而其感应电势也具有良好的线性度。

本发明的有益效果是：结构简单、制造成本低、体积小、安装使用方便、在线连续测量精度高，可节约大量耗能、节约大量铜材和导磁材料，适合各种工业、科学技术领域测量交直流电流之用。

                     附图说明

图1是交流电流测量原理图，

图2是直流电流测量原理图，

图3是被测电流与运算放大器输出电压关系图。

图中：1—空心测量线圈；2—线性运算放大器；3—被测电流导体；4、5—激磁线圈；R—导体电阻；R₁—输入电阻；R₂—反馈电阻；R₃—接地电阻；Ei—空心测量线圈的感应电势；Vo—输出信号；※—线圈头。

                     具体实施方式

下面接合附图对本发明作进一步说明：图1、2中，空心测量线圈1与被测电流导体3绝缘且紧靠接触，空心测量线圈1的一端经电阻R₁与线性运算放大器2的一个输入端连接，空心测量线圈1的另一端接地，线性运算放大器2的另一个输入端经接地电阻R₃与地连接；空心线圈1上还可双线并绕直流电流测量用激磁线圈4、5，激磁线圈4、5的两头端与交流电源连接，其两尾端相互连接。反馈电阻R₂的一端与线性运算放大器2的一个输入端连接，另一端与线性运算放大器2的输出端连接。激磁线圈4、5与空心测量线圈1之间设有绝缘层。空心测量线圈1的绝缘框架是圆形或长方形或其他形状。

激磁线圈4、5与空心测量线圈1之间设有绝缘层。

空心测量线圈1的绝缘框架是圆形或长方形或其他形状。

在0.5平方厘米以上的长方形或圆型空心绝缘框架上，用高强度绝缘漆包线绕多匝(圈)，作为测量线圈，再用同样的漆包线双线并绕多匝(圈)，作为激磁线圈4、5，这两种线圈绕的时候一定要注意每一线圈头和尾的区分，以便正确而方便联接，如果是交流电流传感器，激磁线圈不必绕，只绕测量线圈就可以了，如果用于测量直流电流的传感器，激磁线圈必须绕。

线圈绕好后，按原理图接线。测量输出信号的大小，可由线性运算放大器2来控制，输出信号Vo，由下式可得：

$V_0=\frac{R2}{R1}\mathrm{Ei}---\left(1\right)$ Ei-测量线圈的感应电势

测量线圈的感应电势Ei可由下式求知

由变压器的变比关系可知

U₁W₂＝EiW₁

式中U₁为被测电流I在导体电阻R有效段上的压降，W₁为导体，实际是1，W₂为测量线圈的匝数。U₁可用公式表示为代入上式可得

U₁＝I·R有效段

$\mathrm{Ei}=U_1\frac{W2}{W1}=I\·R\·\frac{W2}{W1}---\left(2\right)$

由式①可见，输出信号V₀的大小用放大电路可决定，同时可知，输出信号与输入信号之间完全是线性关系。

在环境温度-40℃～120℃范围内，电流测量精度可达1‰或更高，测量范围为额定量程的1‰～3000％，结构简单、性价比高、安全可靠。

图3是测量参数与输出电压关系的特性图，从图3中可见输入信号与输出信号间的线性关系。

实施例：交流电流测试，参数测试条件：

测量线圈2000匝，激磁线圈2×1000匝，空心线圈尺寸为0.8×1.2cm，所用仪表为 数字万用表和

数字钳型电流表，记录数据如下：

被测电流I(A)                 放大器输出电压V₀(V)

5                            0.32

10                           0.63

15                           0.94

20                           1.25

25                           1.57

30                           1.88

35                           2.18

40                           2.50

45                           2.81

50                           3.11

55                           3.42

60                           3.74。

Claims (4)

1、一种间接感应式电流传感器，其特征是：所述传感器设置有空心测量线圈(1)，线性运算放大器(2)；空心测量线圈(1)与被测电流导体(3)绝缘且紧靠接触，空心测量线圈(1)的一端经电阻(R1)与线性运算放大器(2)的一个输入端连接，空心测量线圈(1)的另一端接地，线性运算放大器(2)的另一个输入端经接地电阻(R3)与地连接；空心测量线圈(1)上还可双线并绕直流电流测量用激磁线圈(4、5)，激磁线圈(4、5)的两头端与交流电源连接，其两尾端相互连接。

2、根据权利要求1所述的间接感应式电流传感器，其特征是：所述线性运算放大器(2)还设置有反馈电阻(R2)，反馈电阻(R2)的一端与线性运算放大器(2)的一个输入端连接，另一端与线性运算放大器(2)的输出端连接。

3、根据权利要求1所述的间接感应式电流传感器，其特征是：激磁线圈(4、5)与空心测量线圈(1)之间设有绝缘层。

4、根据权利要求1所述的间接感应式电流传感器，其特征是：在空心测量线圈(1)上双线并绕的，用于直流电流测量的两组激磁线圈(4、5)的匝数相等、阻抗相等、电阻相等。

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