專利名稱：間接感應式電流傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及交直流電流傳感器技術領域，特別是一種間接感應式電流傳感器。
背景技術：
在電力、冶金、化工、核物理、電力電子學多種工業、科學技術領域都涉及到交直流電流測量問題，被測電流常處在高電壓、大電流狀態中，各工業、科學技術領域的用電設備的自動化、智能化、數字化、網絡化、集成化已成為必然的發展趨勢，技術進步的發展趨勢對交直流電流參數測量的要求越來越高，不僅要求測量精度提高，而且還要求測量儀器具有高可靠性、穩定性、低功耗、使用維護方便。
現有技術中，電流檢測方法有以下幾種電磁式電流互感器、光電式電流傳感器、霍爾效應電流傳感器、電阻式電流傳感器、直測式電流傳感器。
各種電流傳感器要在過渡過程中和短路情況下完成其特定作用，過渡過程和短路時，一次電源非周期分量大，衰減慢，易引起誤動作。電磁式電流互感器目前應用最廣泛，它雖簡單可行，但隨著電力傳輸容量的不斷提高，(電壓等級已達500KV或更高)，它的缺點也越來越突出，如磁飽和、鐵磁諧振、動態范圍小、頻帶窄、功耗大，同時，電磁式電流互感器還存在需要耗去大量的銅和矽鋼等原材料、體積尺寸大、笨重，給安裝儲運帶來困難的缺點。霍爾效應電流傳感器的溫度系數大，穩定性差，致使測量精度不高，給應用帶來限制。電阻式電流傳感器，電特性好，結構簡單，但其溫度特性不好，過載能力有限。
光電式電流傳感器，具有抗電磁干擾、無飽和、測量范圍大、頻帶寬、體積小重量輕等優點，但受溫度影響大，結構復雜，制造困難。直測式電流傳感器有上述傳感器各項優點，不足之處卻有三點一是大電流傳感器要消耗大量銅材，二是增加線路接點，增加接觸電阻，給安裝帶來不便，三是與被測電流電路有聯系，有使用不安全之嫌。
發明內容
本發明的目的是提供一種測量精度高，不受溫度影響，體積小，無絕緣難題、耗材少，使用安全可靠、安裝方便簡單的間接感應式電流傳感器。
所述間接感應式電流傳感器，其特征是所述傳感器設置有空心測量線圈1，線性運算放大器2；空心測量線圈1與被測電流導體3絕緣且緊靠接觸，空心測量線圈1的一端經電阻R1與線性運算放大器2的一個輸入端連接，空心測量線圈1的另一端接地，線性運算放大器2的另一個輸入端經接地電阻R3與地連接；空心線圈1上還可雙線并繞直流電流測量用激磁線圈4、5，激磁線圈4、5的兩頭端與交流電源連接，其兩尾端相互連接。線性運算放大器2還設置有反饋電阻R2，反饋電阻R2的一端與線性運算放大器2的一個輸入端連接，另一端與線性運算放大器2的輸出端連接。激磁線圈4、5與空心測量線圈1之間設有絕緣層。空心測量線圈1的絕緣框架是圓形或長方形或其他形狀。激磁線圈4、5與空心測量線圈1之間設有絕緣層。
它的測量原理是根據電磁感應原理，被測導體中的電流會在導體橫切水平面產生磁通，該磁通通過緊靠著的空心線圈，因該磁通是交變的，所以在空心線圈中便產生感應電勢，感應電勢的大小與被測導體中的電流大小成正比線性關系，把此感應電勢送到線性放大器進行放大，從線性放大器的輸出端便可獲得所要的測量信號。根據電工原理可知，空心線圈產生的感應電勢與溫度無關，從而保證了一次測量信號的線性度是一個與溫度無關的線性信號。
直流電流的測量與交流電流的測量略有差異，就是在空心測量線圈1上加繞兩組匝數相等、阻抗相等、電阻相等的線圈，用作激磁線圈。因為直流電流產生的磁通是單方向的，不是交變的，測量線圈中沒有感應電勢產生，為此，必須用激磁線圈來提供激磁。激磁線圈要接成差動式，然后在激磁線圈兩端加上交流電源。在被測直流電流為零時，因激磁線圈接成差動式，兩組線圈產生的磁通相互抵消，測量線圈輸出為零。當被測直流電流不為零時，在激磁線圈4、5的作用下，產生交變的磁通，測量線圈便有感應電勢產生，感應電勢的大小與被測直流電流的大小成正比線性關系，且與溫度無關，把感應電勢送到線性放大器進行放大，從放大器輸出端便可獲得所要的測量信號。
本發明的特點是1、間接測量被測電流，電流傳感器與被測電流的電路沒有任何電路上的聯系，完全絕緣隔離，使儀器儀表、器材設備的安全和人身安全有了保障。
2、體積尺寸小、重量輕、便于生產、安裝和儲運，尤其是大電流傳感器，可節約大量銅材，所耗材料為傳統互感器的5％以內，自身耗電是微功耗。
3、因采用空心線圈，根據電工學原理可知，它的感應電勢大小不受溫度影響，所以一次測量信號與溫度無關；其次是空心測量線圈具有良好的線性特性，因而其感應電勢也具有良好的線性度。
本發明的有益效果是結構簡單、制造成本低、體積小、安裝使用方便、在線連續測量精度高，可節約大量耗能、節約大量銅材和導磁材料，適合各種工業、科學技術領域測量交直流電流之用。
圖1是交流電流測量原理圖，圖2是直流電流測量原理圖，圖3是被測電流與運算放大器輸出電壓關系圖。
圖中1-空心測量線圈；2-線性運算放大器；3-被測電流導體；4、5-激磁線圈；R-導體電阻；R1-輸入電阻；R2-反饋電阻；R3-接地電阻；Ei-空心測量線圈的感應電勢；Vo-輸出信號；※-線圈頭。
具體實施例方式
下面接合附圖對本發明作進一步說明圖1、2中，空心測量線圈1與被測電流導體3絕緣且緊靠接觸，空心測量線圈1的一端經電阻R1與線性運算放大器2的一個輸入端連接，空心測量線圈1的另一端接地，線性運算放大器2的另一個輸入端經接地電阻R3與地連接；空心線圈1上還可雙線并繞直流電流測量用激磁線圈4、5，激磁線圈4、5的兩頭端與交流電源連接，其兩尾端相互連接。反饋電阻R2的一端與線性運算放大器2的一個輸入端連接，另一端與線性運算放大器2的輸出端連接。激磁線圈4、5與空心測量線圈1之間設有絕緣層。空心測量線圈1的絕緣框架是圓形或長方形或其他形狀。
激磁線圈4、5與空心測量線圈1之間設有絕緣層。
空心測量線圈1的絕緣框架是圓形或長方形或其他形狀。
在0.5平方厘米以上的長方形或圓型空心絕緣框架上，用高強度絕緣漆包線繞多匝(圈)，作為測量線圈，再用同樣的漆包線雙線并繞多匝(圈)，作為激磁線圈4、5，這兩種線圈繞的時候一定要注意每一線圈頭和尾的區分，以便正確而方便聯接，如果是交流電流傳感器，激磁線圈不必繞，只繞測量線圈就可以了，如果用于測量直流電流的傳感器，激磁線圈必須繞。
線圈繞好后，按原理圖接線。測量輸出信號的大小，可由線性運算放大器2來控制，輸出信號Vo，由下式可得V0=R2R1Ei]]>①Ei-測量線圈的感應電勢測量線圈的感應電勢Ei可由下式求知由變壓器的變比關系可知U1W2＝EiW1式中U1為被測電流I在導體電阻R有效段上的壓降，W1為導體，實際是1，W2為測量線圈的匝數。U1可用公式表示為代入上式可得U1＝I·R有效段Ei=U1W2W1=I·R·W2W1]]>②由式①可見，輸出信號V0的大小用放大電路可決定，同時可知，輸出信號與輸入信號之間完全是線性關系。
在環境溫度-40℃～120℃范圍內，電流測量精度可達1‰或更高，測量范圍為額定量程的1‰～3000％，結構簡單、性價比高、安全可靠。
圖3是測量參數與輸出電壓關系的特性圖，從圖3中可見輸入信號與輸出信號間的線性關系。
實施例交流電流測試，參數測試條件測量線圈2000匝，激磁線圈2×1000匝，空心線圈尺寸為0.8×1.2cm，所用儀表為 數字萬用表和 數字鉗型電流表，記錄數據如下被測電流I(A)放大器輸出電壓V0(V)5 0.3210 0.6315 0.9420 1.2525 1.5730 1.8835 2.1840 2.5045 2.8150 3.1155 3.4260 3.7權利要求
1.一種間接感應式電流傳感器，其特征是所述傳感器設置有空心測量線圈(1)，線性運算放大器(2)；空心測量線圈(1)與被測電流導體(3)絕緣且緊靠接觸，空心測量線圈(1)的一端經電阻(R1)與線性運算放大器(2)的一個輸入端連接，空心測量線圈(1)的另一端接地，線性運算放大器(2)的另一個輸入端經接地電阻(R3)與地連接；空心測量線圈(1)上還可雙線并繞直流電流測量用激磁線圈(4、5)，激磁線圈(4、5)的兩頭端與交流電源連接，其兩尾端相互連接。
2.根據權利要求1所述的間接感應式電流傳感器，其特征是所述線性運算放大器(2)還設置有反饋電阻(R2)，反饋電阻(R2)的一端與線性運算放大器(2)的一個輸入端連接，另一端與線性運算放大器(2)的輸出端連接。
3.根據權利要求1所述的間接感應式電流傳感器，其特征是激磁線圈(4、5)與空心測量線圈(1)之間設有絕緣層。
4.根據權利要求1所述的間接感應式電流傳感器，其特征是在空心測量線圈(1)上雙線并繞的，用于直流電流測量的兩組激磁線圈(4、5)的匝數相等、阻抗相等、電阻相等。
5.一種間接感應式電流傳感器，其特征是在空心測量線圈(1)上加有激磁線圈(4、5)的所述傳感器，是用于直流電流的測量的，由上的激磁線圈提供激磁，激磁線圈接成差動式。
全文摘要
一種間接感應式電流傳感器，設置有空心測量線圈1，線性運算放大器2；空心測量線圈1與被測電流導體3絕緣且緊靠接觸，線圈1的一端經電阻R
文檔編號G01R19/00GK1967268SQ20051001981
公開日2007年5月23日 申請日期2005年11月16日 優先權日2005年11月16日
發明者趙明, 趙祖發 申請人:趙祖發
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