JP2020038113A - Current measuring device and current measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電流測定装置および電流測定方法に関する。 The present invention relates to a current measuring device and a current measuring method.
活線状態の測定対象電線の電流を測定するものとしてクランプメータが用いられている。
このクランプメータは、測定対象電線に電流センサであるクランプセンサを装着して測定対象電線の電流を測定する。クランプセンサには、測定対象電線の周りに環状に配列される閉鎖磁路を形成する磁気コアと磁気コアの磁気を検出するホール素子や検出コイルからなる磁気センサを備えたものがある。また、ケーブルタイプのフレキシブル電流センサもある。
2. Description of the Related Art A clamp meter is used to measure the current of an electric wire to be measured in a live state.
In this clamp meter, a clamp sensor, which is a current sensor, is attached to an electric wire to be measured, and the current of the electric wire to be measured is measured. Some clamp sensors include a magnetic core that forms a closed magnetic path arranged in a ring around the electric wire to be measured, and a magnetic sensor including a Hall element and a detection coil that detect the magnetism of the magnetic core. There is also a cable type flexible current sensor.
いずれも、活線状態にある測定対象電線の電流を測定するためには、クランプセンサを測定対象電線に周回させて取り付けるための空間が測定対象電線の周囲になければならず、たとえば、壁などに測定対象電線が外せないように取り付けられているような場所では、クランプセンサを用いた測定ができない。 In any case, in order to measure the current of the wire under test in the live state, there must be a space around the wire under test to mount the clamp sensor around the wire under test, such as a wall. In places where the electric wire to be measured is attached so that it cannot be removed, measurement using the clamp sensor cannot be performed.
このような課題を解決するために、測定対象電線に接近させてセンサをクランプすることなく、測定対象電線の電流を測定しようとする電流測定装置の提案がある。 In order to solve such a problem, there is a proposal of a current measuring device that measures the current of the electric wire to be measured without approaching the electric wire to be measured and clamping the sensor.
第一の提案は、測定対象電線の被覆に接触できる端子を備えた測定装置であって、端子に測定対象電線に流れる電流によって生ずる磁界を検出する磁気センサを備え、この磁気センサで検出した磁界と、測定対象電線の規格情報を入力あるいは選択できる操作部を設けて、測定対象電線の規格によって定まる測定対象電線の被覆の厚さ、導体の太さの情報に基づいて、導体への距離と、磁気センサで検出した磁界とから、測定対象電線の電流を演算するものである。
他の提案は、特許文献1に記載の電流測定装置であって、同一形状の磁気検出コイルを測定対象電線と平行に、かつ、測定対象電線への相対距離を所定寸法だけずらした状態にした磁気センサを設け、ふたつの磁気検出コイルの検出した磁界の差から、測定対象電線の導体までの距離を求め、求めた距離と、検出した磁界とから測定対象電線に流れる電流を演算するものである。
The first proposal is a measuring device provided with a terminal capable of contacting a coating of a wire to be measured, the terminal having a magnetic sensor for detecting a magnetic field generated by a current flowing through the wire to be measured, and a magnetic field detected by the magnetic sensor. And, provided an operating unit that can input or select the standard information of the measurement target wire, based on the information of the thickness of the coating of the measurement target wire and the thickness of the conductor determined by the standard of the measurement target wire, the distance to the conductor and And the magnetic field detected by the magnetic sensor to calculate the current of the electric wire to be measured.
Another proposal is a current measuring device described in Patent Literature 1, in which a magnetic detection coil having the same shape is parallel to the electric wire to be measured, and the relative distance to the electric wire to be measured is shifted by a predetermined dimension. A magnetic sensor is provided to calculate the distance to the conductor of the measurement target wire from the difference between the magnetic fields detected by the two magnetic detection coils, and to calculate the current flowing through the measurement target wire from the obtained distance and the detected magnetic field. is there.
上述の第一の電流測定装置は、測定する電線の規格情報を入力する、あるいは規格情報を選択する必要がある。測定対象電線の規格がわからない場合には、測定対象電線の導体までの距離が決まらないので測定値の演算ができない。また、作業者は、測定の都度、測定対象電線の規格情報を入力あるいは選択しなければならないので、作業が煩雑となるきらいがある。
また、特許文献1に記載の電流測定装置では、磁界を検出するふたつの磁気検出コイルを、測定対象に対して検出できる磁界に有意な差がでる距離に離して設ける必要がある。
このことは、ふたつの磁気検出コイルが設けられているセンサ部分が測定対象電線に対して相当な距離を必要とするので、大型化することを示しており、現場で使用するクランプメータの使用状況にそぐわない課題がある。
In the first current measuring device described above, it is necessary to input standard information of an electric wire to be measured or to select standard information. When the standard of the electric wire to be measured is not known, the distance to the conductor of the electric wire to be measured is not determined, so that the measurement value cannot be calculated. Further, the operator must input or select the standard information of the electric wire to be measured every time the measurement is performed, so that the operation may be complicated.
Further, in the current measuring device described in Patent Literature 1, it is necessary to provide two magnetic detection coils for detecting a magnetic field at a distance where a significant difference occurs in a magnetic field that can be detected with respect to a measurement target.
This indicates that the sensor portion provided with the two magnetic detection coils requires a considerable distance from the electric wire to be measured, and thus the size of the sensor becomes large. There is a problem that does not fit.
本発明は、測定対象電線にセンサをクランプすることなく、電流を測定することができ、しかも小型で測定作業も煩わしくなく、また、正確な測定が可能な電流測定装置および電流測定方法を提案することを目的とする。 The present invention proposes a current measuring device and a current measuring method which can measure a current without clamping a sensor to an electric wire to be measured, and which is small, does not require a complicated measuring operation, and can perform an accurate measurement. The purpose is to:
本発明の第一の側面は、電流測定装置であって、測定対象電線の導体への距離の情報を取得する近接センサと、測定対象電線に流れる電流によって生ずる磁界の情報を取得する磁気センサとを備え、磁気センサで取得した磁界の情報と、近接センサが取得した測定対象電線の導体への距離の情報とから、測定対象電線に流れる電流値を演算する演算手段を備えていることを特徴とする。 A first aspect of the present invention is a current measuring device, a proximity sensor that obtains information on the distance to a conductor of a measurement target wire, and a magnetic sensor that obtains information on a magnetic field generated by a current flowing through the measurement target wire. And calculating means for calculating a value of a current flowing through the wire to be measured from information on the magnetic field obtained by the magnetic sensor and information on a distance to the conductor of the wire to be measured obtained by the proximity sensor. And
なお、近接センサは、渦電流センサであり、渦電流センサのコイルの平面形状が前記測定対象電線の伸長方向にそのコイルの長手方向が伸長した形状であって、複数枚のコイルを積層して構成されていることが好ましい。 The proximity sensor is an eddy current sensor, and the planar shape of the coil of the eddy current sensor is a shape in which the longitudinal direction of the coil extends in the extension direction of the electric wire to be measured, and a plurality of coils are stacked. Preferably, it is configured.
本発明の他の側面は、電流測定方法であって、磁気センサが測定対象電線に流れる電流により生ずる磁界の情報を取得し、渦電流センサが測定対象電線の導体への距離の情報を取得し、演算手段が、取得した磁界の情報と、測定対象電線の導体への距離の情報とから、測定対象電線に流れる電流の値を演算することを特徴とする。 Another aspect of the present invention is a current measuring method, in which a magnetic sensor acquires information of a magnetic field generated by a current flowing through a measurement target wire, and an eddy current sensor acquires information of a distance to a conductor of the measurement target wire. The calculating means calculates the value of the current flowing through the electric wire to be measured from the acquired information on the magnetic field and the information on the distance of the electric wire to be measured to the conductor.
近接センサによって、測定対象電線の導体までの距離がより正確にわかるので、正確な電流測定が可能である。また、センサ部に、磁気センサと近接センサとを設けるので、ハンディであって、可搬の装置とすることも可能となる。 The proximity sensor can more accurately determine the distance to the conductor of the electric wire to be measured, so that accurate current measurement can be performed. In addition, since the sensor unit is provided with the magnetic sensor and the proximity sensor, a portable and portable device can be provided.
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の第一実施の形態の電流測定装置の構成を示す図であり、渦電流センサ11によって、測定対象電線の導体2までの距離を検出し、その検出した距離と、磁気センサであるホール素子センサ12で検出した磁界から、測定対象電線の導体2に流れる電流を検出する構成を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a current measuring device according to a first embodiment of the present invention. An eddy
本実施の形態の電流測定装置は、センサ部10と、測定装置本体20とから構成されている。
センサ部10は、測定対象電線の導体2への距離を検出する近接センサである渦電流センサ11と、測定対象導体の導体2を流れる電流によって生ずる磁界を検出する磁気センサであるホール素子センサ12とを備えている。測定装置本体20は、渦電流センサ11からの信号が入力されるアナログディジタル変換器23と、ホール素子センサ12からの信号が入力されるアナログディジタル変換器24と、このアナログディジタル変換器23、24のディジタル信号が入力される演算手段としてのCPU(Central Processing Unit)26と、プログラムあるいはデータ、演算結果等を記憶するメモリ27と、CPU26にインタフェース(I/O)28を介して接続されている操作部31と、通信部32と、表示部33とを備えている。
The current measuring device according to the present embodiment includes a
The
図1に示した電流測定装置の動作を説明する。
渦電流センサ11から出力される信号は、アナログディジタル変換器23でディジタル信号に変換され、CPU26に入力される。また、ホール素子センサ12から出力される信号はアナログディジタル変換器24でディジタル信号に変換され、CPU26に入力される。CPU26は、メモリ27に記憶されたプログラムに基づき、渦電流センサ11からの信号から、渦電流センサと測定対象電線の導体2との距離を演算し、この距離と、ホール素子センサ12からの測定対象電線の導体2を流れる電流によって生ずる磁界の情報とに基づいて、測定対象電線の導体2を流れる電流値を演算して、表示部33に出力表示する。
The operation of the current measuring device shown in FIG. 1 will be described.
The signal output from the eddy
図2に基づいて、本発明の電流検出の原理を説明する。図2は、本発明の電流検出の原理を説明する模式図である。
渦電流センサ11と、ホール素子センサ12とは、電流センサ10の基板13に設けられており、渦電流センサ11とホール素子センサ12とは、基板13に測定対象電線の導体2の軸方向に近接して設けられている。
The principle of current detection according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the principle of current detection according to the present invention.
The eddy
ここで、測定対象電線の導体2には、交流の電流Iが流れる。この電流Iにより、導体2の軸周りに円周状の誘導磁界が生ずる。この誘導磁界は、導体2に流れる電流方向に対して時計周りの磁界である。この誘導磁界は、磁束に直交する磁束感知面を有するホール素子センサ12によって検出できる。
Here, an alternating current I flows through the
一方、渦電流センサ11は、検出コイルに数MHzの高周波の一定電流を流すと、対向する導体2の表面に生ずる渦電流によって、検出コイルのインピーダンスが変化することで、検出コイルと導体との距離を検出する近接センサである。
この渦電流センサ11による磁界は、図2に示されるように、導体2の軸に直交する断面方向に形成されるものであり、その方向は、導体2に流れる電流によって生ずる誘導磁界にも直交する。そして、渦電流センサ11によって生ずる磁界の周波数は、数kHzより高い周波数であるため、ホール素子センサ12が検出する導体2を流れる電流によって生ずる誘導磁界の周波数、すなわち、商用周波数である50Hzあるいは60Hzの周波数とは検出帯域が異なっている。
したがって、導体2の電流によって生ずる磁界と渦電流センサ11の磁界とは、相互に影響を及ぼすものではなく、また、周波数が異なるので、検出信号をフィルタを介することによって、分離することが可能であって、渦電流センサ11の信号から、導体2までの距離の情報が得られ、ホール素子センサ12の信号から、導体2に流れる電流の誘導磁界の情報が得られる。
On the other hand, when a high-frequency constant current of several MHz is applied to the detection coil, the eddy
As shown in FIG. 2, the magnetic field generated by the eddy
Therefore, the magnetic field generated by the current in the
ホール素子センサ12で検出した誘導磁界と渦電流センサが検出した導体までの距離に基づいて、導体2の電流が求められる原理を説明する。
The principle that the current of the
導体2に流れる電流Iは、アンペールの法則により、次の(1)式で表される。
I=2πrH …(1)
ここで、Hは、磁場(導体の周りの磁場)の強さ
rは、Hの測定箇所と、導体との距離
Hは、磁束密度と透磁率の定義式で次のように表される。
H=B/μ0 …(2)
ここで、透磁率μ0は、空気中の透磁率であるが、空気の透磁率は、真空の透磁率とは異なるが、同じであるとして扱って差し支えないので、計算では真空中の透磁率μ0を用いる。
Bは、ホール素子センサが検出する磁束密度であるが、磁気センサで計測してえられた磁場(導体周り)の強度Xと等しいと考えられ、また、導体との距離rをYとおけば、
I = 2πrH (1)
Where H is the strength of the magnetic field (magnetic field around the conductor)
r is the distance between the measurement point of H and the conductor. H is expressed by the following formula using the definitions of magnetic flux density and magnetic permeability.
H = B / μ 0 (2)
Here, the magnetic permeability μ 0 is the magnetic permeability in the air. The magnetic permeability of the air is different from the magnetic permeability of the vacuum, but may be treated as the same. the μ 0 is used.
B is the magnetic flux density detected by the Hall element sensor, which is considered to be equal to the intensity X of the magnetic field (around the conductor) measured by the magnetic sensor. If the distance r from the conductor is Y, ,
以上の演算は、理論的に電流値を求める方法であるが、電線の絶縁被覆や電線の太さ、あるいは場所等の特性によるバラツキを少なくするために、以下のような補正を行うとよい。
絶縁被覆厚が異なる電線を複数種類用意して、近接センサ11が検出する距離を補正する。そして、この電線に既知の電流を流し、実際に流れている電流と等しくなるような補正式を作成し、メモリ27に記憶させておく。測定の都度、メモリ27に記憶された補正式を用いて、表示される電流値を補正する。
Although the above calculation is a method of theoretically obtaining a current value, the following correction may be performed to reduce variations due to characteristics such as insulation coating of the electric wire, thickness of the electric wire, and location.
A plurality of types of wires having different insulation coating thicknesses are prepared, and the distance detected by the
次に図3を参照して、渦電流センサ11の構成について説明する。
渦電流センサ11は、導体2に生ずる渦電流により、センサの検出コイルのインダクタンスが変化することを検出するものであり、渦電流センサ11の検出コイルが発生する磁界が、導体2の外に漏れると感度が低下するため、感度の低下を防ぐための工夫が必要である。
本実施の形態では、渦電流センサ11の検出コイルの形状を、基板上に10ターンの導体を形成し、長手方向が導体2の軸方向であり、短手方向が導体2の幅方向である、長方形の形状として、この検出コイルを10層に積層したものとした。各層間は、スルーホールにより、各層間を接続した。この検出コイルの縦横は、6×3mmとした。
測定対象電線の導体2の幅方向に磁界の漏れが少なく、かつ導体2の軸方向に磁気結合が長い形状となっいるので、渦電流センサ11としての感度を向上させることができる。
Next, the configuration of the
The
In the present embodiment, the shape of the detection coil of the
Since the leakage of the magnetic field is small in the width direction of the
図4に、さらに渦電流センサ11と、ホール素子センサ12との取り付け構造を説明する模式図である。
渦電流センサ11は、検出コイルを多層に積層しており、検出コイルの磁束感知方向は測定対象電線の導体2の軸方向に直交している。積層された検出コイルの積層体は、センサ部10の基板13に取り付けられている。一方、ホール素子センサの磁束感知方向は、導体2の軸方向に平行であって、検出コイルの磁束の感知方向と直交するので、ホール素子センサの磁束感度検知方向が、基板13に直交する方向となるように、基板13に垂直な方向にホール素子センサ12を載せる基板を設けて、そこにホール素子センサ12を取り付ける構造とする。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a structure for mounting the
The
なお、以上のように、渦電流センサの検出コイルの形状を、6×3mmの長方形としたが、導体2の軸方向にその形状が偏平した楕円や菱形であってもよい。また、その積層数を10としたが、必要に応じてその積層数は選択できる。
Although the shape of the detection coil of the eddy current sensor is a rectangle of 6 × 3 mm as described above, the shape may be an ellipse or a rhombus whose shape is flat in the axial direction of the
(他の実施の形態)
渦電流センサ11の感度は、検出コイルと測定対象電線の導体2との間の磁気結合の強さによって左右される。導体に対して検出コイルが平行、すなわち、導体に対して検出コイルが発生する磁界が垂直であるときは、もっとも感度がよい。一方、検出コイルが導体に対して傾いていた場合には、磁気結合が弱くなっているので、感度が低下する。
このため、複数の渦電流センサ11を設けることで測定対象電線の導体2に対して傾いていたとしても、その傾きによる不確かさを補償することができる。
(Other embodiments)
The sensitivity of the
For this reason, by providing a plurality of eddy
なお、渦電流センサ11と測定対象電線とが傾きを生ずることなく、接することができるように、電流センサ10の測定対象電線との接触面を形成してもよい。測定対象電線に当てる面を軸方向に溝をもった形状としてもよい。
上記実施の形態では、磁気センサとして、ホール素子センサを用いる例で説明したが、磁気センサとして、インダクタンスを用いたものでもよい。
The contact surface of the
In the above-described embodiment, an example has been described in which a Hall element sensor is used as the magnetic sensor, but a magnetic sensor using an inductance may be used.
2 導体
10 センサ部
11 渦電流センサ
12 ホール素子センサ
13 基板
20 測定装置本体
23、24 アナログディジタル変換器
26 CPU
27 メモリ
28 インタフェース(I/O)
31 操作部
32 通信部
33 表示部(LCD)
34 音響出力部
2
27
31
34 Sound output unit
Claims (3)
前記測定対象電線に流れる電流によって生ずる磁界の情報を取得する磁気センサと
を備え、
前記磁気センサで取得した磁界の情報と、前記近接センサが取得した前記測定対象電線の導体への距離の情報とから、前記測定対象電線に流れる電流値を演算する演算手段を備えている
ことを特徴とする電流測定装置。 A proximity sensor that acquires information on the distance of the electric wire to be measured to the conductor,
A magnetic sensor that acquires information on a magnetic field generated by a current flowing through the electric wire to be measured,
It is provided with arithmetic means for calculating a current value flowing through the electric wire to be measured from information on the magnetic field acquired by the magnetic sensor and information on the distance to the conductor of the electric wire to be measured acquired by the proximity sensor. Characteristic current measuring device.
前記近接センサは、渦電流センサであり、
渦電流センサのコイルの平面形状が前記測定対象電線の伸長方向にそのコイルの長手方向が伸長した形状であって、複数枚のコイルを積層して構成されている
ことを特徴とする電流測定装置。 The current measuring device according to claim 1,
The proximity sensor is an eddy current sensor,
A current measuring device, wherein a planar shape of a coil of the eddy current sensor is a shape in which a longitudinal direction of the coil extends in a direction in which the electric wire to be measured extends, and a plurality of coils are stacked. .
渦電流センサが前記測定対象電線の導体への距離の情報を取得し、
演算手段が、前記取得した磁界の情報と、前記測定対象電線の導体への距離の情報とから、前記測定対象電線に流れる電流の値を演算する
ことを特徴とする電流測定方法。 The magnetic sensor acquires information on the magnetic field generated by the current flowing through the electric wire to be measured,
Eddy current sensor acquires information on the distance to the conductor of the electric wire to be measured,
A current measuring method, wherein a calculating means calculates a value of a current flowing through the electric wire to be measured from information of the acquired magnetic field and information of a distance of the electric wire to be measured to a conductor.
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