專利名稱：一種電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流傳感器，特別適于電力電子設(shè)備中用于電流反饋、截流控制、穩(wěn)流調(diào)節(jié)以及直流側(cè)過流和短路保護(hù)中的暫態(tài)大電流信號(hào)檢測。
背景技術(shù)：
在變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、UPS電源、逆變焊機(jī)、變電站、電解電鍍、數(shù)控機(jī)床、微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)、電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和需要隔離檢測非正弦大電流的各個(gè)領(lǐng)域中，精確檢測和控制非正弦大電流，是設(shè)備安全可靠運(yùn)行的根本保證和首先要解決的問題。
現(xiàn)在研究出了諸如電流比較儀、電流互感器、分流器等大電流測量設(shè)備；也出現(xiàn)了以磁光效應(yīng)和核磁共振等物理效應(yīng)為基礎(chǔ)的一些測量設(shè)備。這些設(shè)備就其工作原理大致可分為兩大類根據(jù)被測電流在已知電阻上的電壓降，來確定被測直流大電流大小的測量裝置，如分流器；根據(jù)被測電流所建立磁場來確定被測電流大小的測量裝置，如Rogowski線圈直接測量裝置。
使用分流器的最大問題就是輸入與輸出沒有隔離，并且，用分流器測量高頻或大電流時(shí)，不可避免地帶有電感性，因此，接入分流器后，既會(huì)影響被測電流波形，又不能真實(shí)傳遞非正弦信號(hào)。
對(duì)于目前大量采用的變壓器式電流互感器而言，它們是基于電磁感應(yīng)原理的互感器，具有絕緣強(qiáng)度高、工作可靠、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)暫態(tài)電流或者di/dt很大時(shí)，磁路容易出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，副方電流不能無失真地反映被測電流；它能夠適應(yīng)的頻率范圍很窄，尤其不能傳遞直流；并且，由于互感器的非理想性，使得變比和相位都存在較大的誤差，需要采用硬件或軟件的方法補(bǔ)償，從而增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度；此外，電流互感器工作時(shí)存在激磁電流，所以，它是電感性元件，在測量高頻或大電流時(shí)存在和分流器一樣地缺點(diǎn)。后來在此基礎(chǔ)上研制了帶氣隙的電流互感器，這種互感器由于在磁路上開了一段氣隙，其磁阻增加，剩磁減小，等效磁化曲線實(shí)現(xiàn)了線性化，使磁路在暫態(tài)電流或者di/dt很大時(shí)也不至于飽和，因此副方能夠基本無失真地反應(yīng)暫態(tài)電流，但是其結(jié)構(gòu)尺寸比較龐大。
對(duì)于含鐵芯式電流比較儀，性能穩(wěn)定，功率消耗較小(與分流器相比)，能承受較大的負(fù)載，安裝時(shí)可不斷開被測電路。但是由于使用鐵芯材料，并非具有理想的磁化特性，易飽和，對(duì)被測大電流的大小有所限制，并且其屏蔽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外形尺寸較大，一般多用作大電流的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定裝置。
磁平衡式霍爾電流傳感器是基于霍爾效應(yīng)發(fā)展起來的測量控制電流的新一代工業(yè)用電流傳感器，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)電流-磁-電壓變換器，其作用與傳統(tǒng)的電流互感器相同，它的輸入和輸出間具有良好的電隔離，絕緣耐壓超過3kV。它是利用霍爾元件測量被測電流在鐵芯(圍繞被測載流導(dǎo)體)氣隙里的磁感應(yīng)強(qiáng)度來判定被測電流大小的。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，安裝時(shí)可不斷開被測電路；并且具有精度高、線性好、頻帶寬、響應(yīng)快、過載能力強(qiáng)和不損失被測電路能量等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是，霍爾元件的輸入電阻和輸出電阻的數(shù)值不是恒定不變的，因此它存在磁阻效應(yīng)，它是隨磁感應(yīng)強(qiáng)度而不斷增長的。在單個(gè)霍爾元件除了霍爾電勢之外，在輸出電壓中還存在其他幾種剩余電勢?；魻栐幕魻栂禂?shù)、輸入電阻、輸出電阻和剩余電勢都與溫度有關(guān)，因此霍爾元件存在著較大的溫度誤差。
Rogowski線圈，它的磁路不含鐵心，是一種特殊結(jié)構(gòu)的空心線圈，亦稱空心互感器。由于它的磁路不含鐵心，無飽和問題，暫態(tài)性能好，頻帶寬，受外磁場的影響和被測載流導(dǎo)體的位置影響小，不存在動(dòng)力和熱力的穩(wěn)定性問題，具有良好的電磁屏蔽特性，與高壓回路有良好的絕緣，結(jié)構(gòu)簡單，易于加工等優(yōu)點(diǎn)，配合外部積分電路，能準(zhǔn)確地測量因幅值太大或者太高di/dt引起鐵心飽和的暫態(tài)大電流如脈沖電流，閃電電流。目前廣泛用它作為空氣絕緣開關(guān)和繼電保護(hù)中，一種簡單而有效的測量很大的暫態(tài)電流或者高di/dt電流的傳感器。但因?yàn)镽ogowski線圈的磁路不含鐵心，對(duì)于被測暫態(tài)電流或者di/dt不大時(shí)，其感應(yīng)信號(hào)太弱，測量誤差較大。
隨著電力電子技術(shù)在變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、UPS電源、逆變焊機(jī)、變電站、電解電鍍、數(shù)控機(jī)床、微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)、電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，對(duì)于高頻、高di/dt、寬頻譜(包含直流分量)電流波形的傳遞與檢測就顯得尤為重要。對(duì)于電力電子設(shè)備中的暫態(tài)電流不大，而di/dt較高時(shí)，如果單獨(dú)采用分流器、比較儀、電流互感器、Rogowski線圈和霍爾元件等作為檢測電流的常規(guī)器件已不能滿足測量要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種電流傳感器。它是由霍爾元件和Rogowski線圈構(gòu)成雙重檢測方式的電流傳感器，它明顯改善傳感器的飽和特性和線性度，對(duì)電流較敏感，能準(zhǔn)確測量高di/dt瞬態(tài)大電流。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種電流傳感器，包括環(huán)形鐵芯和霍爾元件，在上述環(huán)形鐵芯上均勻、對(duì)稱開有空氣隙，對(duì)稱兩個(gè)通道中的反饋繞組相串聯(lián)，串聯(lián)后的一端接地，另一端接對(duì)應(yīng)采樣電阻的一端；上述空氣隙中，對(duì)稱放置的兩個(gè)霍爾元件為一組，每個(gè)霍爾元件由恒流源控制，每組中兩個(gè)霍爾元件的輸出端分別與運(yùn)算放大器的正、負(fù)輸入端相接，經(jīng)運(yùn)算放大器放大后進(jìn)行濾波、電壓-電流變換、電流放大處理，其輸出端接上述采樣電阻的另一端，將該采樣電阻兩端的檢測電壓信號(hào)送到計(jì)算機(jī)；它還包括Rogowski線圈，線圈兩端并聯(lián)聯(lián)接對(duì)應(yīng)的采樣電阻，該采樣電阻的兩端分別接運(yùn)算放大器的正、負(fù)輸入端，且正輸入端接地，采樣電阻的檢測電壓信號(hào)經(jīng)該運(yùn)算放大器放大后，再進(jìn)行濾波、積分放大處理，送到計(jì)算機(jī)；由計(jì)算機(jī)處理上述各組數(shù)據(jù)，處理后將被測電流大小送到顯示器顯示。
在上述反饋繞組和Rogowski線圈的絕緣層及保護(hù)層之外，專門設(shè)置地線層以代替上述地線，在該地線層外面依次設(shè)置絕緣層及保護(hù)層、電磁屏蔽層、最外層的絕緣層及保護(hù)層。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、因霍爾元件對(duì)稱性地放置在空氣隙中，當(dāng)來自同方向的干擾磁場進(jìn)入霍爾元件時(shí)，磁通密度會(huì)在兩個(gè)對(duì)稱分布的霍爾元件上面產(chǎn)生相反的霍爾干擾電勢，并在電路中自行抵消。
2、該傳感器利用霍爾傳感器的無電感和快速響應(yīng)特性，測量電力電子線路中幅值不太大或者不太高di/dt的電流，即測量不會(huì)因幅值太大或者太高di/dt引起鐵心的磁飽和。由于因傳感器的接入而改變?cè)械膁i/dt值，因此，它特別適于電力電子設(shè)備中用于電流反饋、截流控制、穩(wěn)流凋節(jié)以及直流側(cè)過電流的檢測。
3、該傳感器利用Rogowski線圈的無飽和問題、頻帶寬、快速響應(yīng)特性，測量電力電子線路中因幅值太大或者太高di/dt引起鐵心飽和的非正弦暫態(tài)電流，即它特別適于電力電子設(shè)備中用于電流反饋、截流控制和短路保護(hù)中的電流信號(hào)的檢測。
4、該傳感器采用具有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力的電壓-電流轉(zhuǎn)換的恒流源電路，為了使輸出電流穩(wěn)定，除各個(gè)環(huán)節(jié)引入深度負(fù)反饋外，還從輸出電流取樣經(jīng)電壓跟隨器反饋加法器，形成一個(gè)大的外反饋，進(jìn)一步增強(qiáng)了輸出電流的穩(wěn)定度，使恒流源在負(fù)載變化較大范圍內(nèi)輸出電流具有高穩(wěn)定度。
總之，明顯改善了傳感器的飽和特性和線性度；精度優(yōu)于0.5％，功耗小，溫度附加誤差＜0.1％/10℃，抗磁干擾能力強(qiáng)；結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，價(jià)格低，安裝、校準(zhǔn)、調(diào)試、維護(hù)均十分方便。


圖1(a)為本發(fā)明一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1(b)為本發(fā)明一種實(shí)施例的兩個(gè)骨架芯位置示意圖。
圖2為圖1(a)中霍爾元件H1、H2對(duì)稱布置和Rogowski線圈電路圖。
圖3(a)為圖1(a)中霍爾元件H1的恒流源電路圖。
圖3(b)為圖1(a)中霍爾元件H2的恒流源電路圖。
圖4(a)為圖1(a)中圓形截面骨架芯F1的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4(b)為圖1(a)中矩形截面骨架芯F2的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
由圖1(a)所示，1為顯示器，2為處理來自兩組并聯(lián)通道檢測電壓信號(hào)的計(jì)算機(jī)；3為處理來自對(duì)稱布置的霍爾檢測元件的霍爾電壓的濾波、電壓-電流變換、電流放大電路；4為處理來自Rogowski線圈檢測元件的感應(yīng)電壓的濾波、積分放大電路，其輸出電壓為US2；5為被測電流母線；6為專用地線層；F1和F2為兩個(gè)骨架芯；A1和A2為運(yùn)算放大器；RS1和RS2為兩組檢測通道的采樣電阻；IF1和IF2為兩組檢測通道中流過的電流；US1為采樣電阻RS1的端電壓；UR1和UR2為采樣電阻RS2的端電壓，H1和H2為兩個(gè)霍爾元件；UH1和UH2為兩個(gè)霍爾元件所輸出的霍爾電壓；W1和W2為通道的兩個(gè)反饋繞組；W3為Rogowski線圈。
一種電流傳感器由兩個(gè)骨架芯(Frame)F1和F2組成，骨架芯F1是由鐵心構(gòu)成，骨架芯F2由環(huán)氧樹脂棒構(gòu)成。鐵芯F1的直徑方向開設(shè)空氣隙，每個(gè)通道的鐵芯長度相等，氣隙均勻、對(duì)稱分布，霍爾元件置于氣隙中。在鐵芯外絕緣材料上，均勻密繞多圈成螺旋狀的反饋繞組線圈。該反饋繞阻線圈也可按照Rogowski線圈方式繞制。繞制反饋繞組時(shí)，必須注意線圈繞向，確保傳感器實(shí)現(xiàn)零磁通檢測原理。兩個(gè)反饋繞組W1和W2相串聯(lián)，串聯(lián)后一端接采樣電阻RS1的一端，另一端接地。由于開口越大，鐵心越不易飽和。但開口大了以后，空氣隙中的磁場會(huì)分散，這樣鐵心就失去了聚磁環(huán)的作用，而且鐵心開口太大會(huì)不利于互感器的準(zhǔn)確度。因此，氣隙長度可小于鐵芯截面積平方根的10～15倍，兼顧被測電流大小和鐵芯尺寸大小要求，否則會(huì)影響傳感器測量精度；為了增強(qiáng)傳感器感應(yīng)信號(hào)，在不改變傳感器其它尺寸前提下，可以盡可能增大骨架芯F1軸向厚度，則氣隙長度也可以相應(yīng)增大。另外，氣隙數(shù)目可選為大于等于2且不超過10的偶數(shù)。因?yàn)殚_口愈多，空氣隙的長度愈大，鐵心才愈不會(huì)飽和，但考慮開口多會(huì)使互感器的準(zhǔn)確度下降，另一方面還會(huì)增加制造成本，且使鐵心的機(jī)械強(qiáng)度下降。所以，鐵心的開口數(shù)量應(yīng)盡可能少。霍爾元件H1和H2對(duì)稱布置，均由恒流源控制，兩個(gè)霍爾元件H2、H1的輸出端分別與運(yùn)算放大器A1的正、負(fù)輸入端相接，放大后送到電路3進(jìn)行濾波、電壓-電流變換、電流放大處理，電路的輸出端接采樣電阻RS1的另一端，然后各自輸送到反饋繞阻產(chǎn)生一個(gè)反向磁場與被測電流產(chǎn)生的磁場相平衡，實(shí)現(xiàn)零磁通測量原理。采樣電阻RS1兩端的電壓送到計(jì)算機(jī)2。上述電路3為通常的濾波、電壓-電流變換、電流放大電路。
在骨架芯F2外絕緣材料上，均勻密繞單圈成螺旋狀的Rogowski線圈，由骨架芯F2中心引出回繞線，在該線圈兩端并聯(lián)聯(lián)接采樣電阻RS2，采樣電阻RS2的兩端分別接運(yùn)算放大器A2的正、負(fù)輸入端，且正輸入端接地，其輸出通過濾波、積分放大電路4送到計(jì)算機(jī)2。選擇運(yùn)算放大器A2必須考慮它的擺率、上升速度、漂移和精度，一般選擇高速低漂移精密運(yùn)算放大器。電路4為通常的濾波、積分放大電路。
由計(jì)算機(jī)2處理上述兩組不同的數(shù)據(jù)，處理后將被測電流大小送到顯示器1顯示。
很容易看出，如果骨架芯F1的氣隙數(shù)為10個(gè)，對(duì)稱布置的兩個(gè)霍爾元件作為一組，則共有五組，這時(shí)輸入到計(jì)算機(jī)2中的就有五組數(shù)據(jù)，再加上從Rogowski線圈輸出的一組，計(jì)算機(jī)2將處理六組不同的數(shù)據(jù)，處理后將被測電流的大小送到顯示器1顯示。
由圖1(b)所示，為了安裝方便，兩個(gè)骨架芯F1和F2宜選取同樣尺寸，20為骨架芯F2的回線槽。為了說明兩個(gè)骨架芯的位置關(guān)系，圖1(b)夸大了它們之間的間隔距離d，當(dāng)它們纏好各自的絕緣層及保護(hù)層、地線層、地線層絕緣層及保護(hù)層、電磁屏蔽層和最外層的絕緣層及保護(hù)層后，將它們緊緊固定在一起形成一個(gè)整體。
由圖2所示，I+和I-為由正負(fù)電源，分別供電流給兩個(gè)對(duì)稱放置的霍爾元件H1和H2；RF1和RF2表示恒流源I+和I-的反饋電阻；a1、c1端子表示霍爾元件H1的直流控制電流輸入、輸出端，b1、d1端子表示霍爾元件H1的霍爾電壓輸出端，a2、c2端子表示霍爾元件H2的直流控制電流輸入、輸出端，b2、d2端子表示霍爾元件H2的霍爾電壓輸出端；A1表示運(yùn)算放大器；RK表示運(yùn)算放大器A1的放大倍數(shù)控制電阻；5為被測電流母線；*號(hào)表示三個(gè)繞組W1、W2和W3的同名端。該電路接法為，霍爾元件H1的d1端、霍爾元件H2的b2端分別與運(yùn)算放大器A1的負(fù)輸入端、正輸入端相接，霍爾元件H1的a1端與恒流源(供給H1的電流為I+)反饋電阻RF1相接，另一端c1接地，霍爾元件H2的c2端與恒流源(供給H2的電流為I-)反饋電阻RF2相接，另一端a2接地，霍爾元件H1的b1端與霍爾元件H2的d2端相接。反饋繞組W1和W2串聯(lián)后，一端與采樣電阻RS1相接，另一端接地。采樣電阻RS1的兩端接到計(jì)算機(jī)2。上述電阻RK可以選用高精度電阻，運(yùn)算放大器A1可以選用如INA128儀用運(yùn)算放大器或者由OP07、OP27等精密運(yùn)算放大器構(gòu)成儀用運(yùn)算放大器電路結(jié)構(gòu)。由于將霍爾元件H1的b1與霍爾元件H2的d2相接，c1與a2相接并接地，當(dāng)來自同方向的干擾磁場進(jìn)入霍爾元件時(shí)，磁場會(huì)在兩個(gè)對(duì)稱分布的霍爾元件H1、H2上面產(chǎn)生相反的霍爾干擾電勢，并在電路中自行抵消。當(dāng)霍爾元件H1、H2的直流控制電流輸入端a1、c1(或者a2、c2)流過來自恒流源的直流電流，其垂直表面有磁場并有磁力線穿過時(shí)，其霍爾電壓輸出端b1、d1(或者b2、d2)端子便產(chǎn)生霍爾電壓，運(yùn)算放大器A1可以放大霍爾電勢差即UH＝UH1-UH2，其放大倍數(shù)由控制電阻RK控制，即放大倍數(shù)近似為1+50kΩ/RK，再送入處理電路3處理。
由圖3(a)所示，其具體接法為，運(yùn)算放大器A3的正輸入端通過電阻R2接到基準(zhǔn)源Uref1，且正輸入端通過電阻R3接地，運(yùn)算放大器A3的負(fù)輸入端通過電阻R4接到其輸出端，且負(fù)輸入端通過電阻R1接到運(yùn)算放大器A5的輸出端，運(yùn)算放大器A3的輸出端通過電阻R5接到運(yùn)算放大器A4的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器A4的負(fù)輸入端通過電阻R6接到功率放大管T2的發(fā)射極，正輸入端通過電阻R7接到功率放大管T1的發(fā)射極，并接地，輸出端通過電阻R8接到功率放大管T1的基極。功率放大管T1的集電極接功率放大管T2的基極，且通過電阻R9接功率放大管T2的集電極和+15V電源。運(yùn)算放大器A5的輸出端通過電阻R10接到其負(fù)輸入端，其正輸入端通過電阻RF1接到功率放大管T2的發(fā)射極?；魻栐﨟1的直流控制電流輸入端a1與運(yùn)算放大器A5的正輸入端相接，直流控制電流輸出端c1接地。
圖3(a)的工作原理簡述如下基準(zhǔn)源Uref1，經(jīng)過加法器A3、反饋放大器A4，由電流放大驅(qū)動(dòng)電路(T1、T2)輸出高穩(wěn)定的電流。因?yàn)檫\(yùn)算放大器A5構(gòu)成跟隨電路，其輸入阻抗很高(≥1012Ω)，則流過反饋電阻RF1的電流全部流向霍爾元件H1。為了使輸出電流穩(wěn)定，除各個(gè)環(huán)節(jié)引入深度負(fù)反饋外，還從輸出電流取樣經(jīng)電壓跟隨器A5反饋給運(yùn)算放大器A3，形成一個(gè)大反饋，進(jìn)一步增強(qiáng)了輸出電流的穩(wěn)定度，使恒流源在負(fù)載變化較大范圍內(nèi)輸出電流具有高穩(wěn)定度。
由圖3(b)所示，其具體接法為，運(yùn)算放大器A6的正輸入端通過電阻R12接到基準(zhǔn)源Uref2，且正輸入端通過電阻R13接地，運(yùn)算放大器A6的負(fù)輸入端通過電阻R14接到其輸出端，且負(fù)輸入端通過電阻R11接到運(yùn)算放大器A8的輸出端，運(yùn)算放大器A6的輸出端通過電阻R15接到運(yùn)算放大器A7的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器A7的負(fù)輸入端通過電阻R16接到功率放大管T4的發(fā)射極，正輸入端通過電阻R17接到功率放大管T3的發(fā)射極，并接地，輸出端通過電阻R18接到功率放大管T3的基極。功率放大管T3的發(fā)射極接功率放大管T4的基極，其集電極通過電阻R19接功率放大管T4的集電極和-15V電源。運(yùn)算放大器A8的輸出端通過電阻R20接到其負(fù)輸入端，其正輸入端通過反饋電阻RF2接到功率放大管T4的發(fā)射極。霍爾元件H2的直流控制電流輸出端c2與運(yùn)算放大器A8的正輸入端相接，直流控制電流輸入端a2接地。
圖3(b)的工作原理簡述如下基準(zhǔn)源Uref2，經(jīng)過加法器A6、反饋放大器A7，由電流放大驅(qū)動(dòng)電路(T3、T4)輸出高穩(wěn)定的電流。因?yàn)檫\(yùn)算放大器A8構(gòu)成跟隨電路，其輸入阻抗很高(≥1012Ω)，則流過反饋電阻RF2的電流全部流經(jīng)霍爾元件H2。為了使輸出電流穩(wěn)定，除各個(gè)環(huán)節(jié)引入深度負(fù)反饋外，還從輸出電流取樣經(jīng)電壓跟隨器A8反饋給運(yùn)算放大器A6，形成一個(gè)大反饋，進(jìn)一步增強(qiáng)了輸出電流的穩(wěn)定度，使恒流源在負(fù)載變化較大范圍內(nèi)輸出電流具有高穩(wěn)定度。
上述所講的恒流源，其元器件選擇方法為，R1～R7、R11～R17選用高精密電阻；R8、R9、R18、R19選用炭膜電阻；反饋電阻RF1和RF2選用高精密電阻，并且其阻值接近霍爾元件的輸入電阻值RHi(i＝1，2)，滿足RF+RHi＜＜R1；基準(zhǔn)源Uref1和Uref2可以選用PMI公司生產(chǎn)的REFO2P芯片產(chǎn)生獲得，該芯片是+5V精密電壓基準(zhǔn)/溫度傳感器；A3～A8全部采用高精度、低漂移、動(dòng)態(tài)校零CMOS型斬波穩(wěn)零式ICL7650(或CF7650)集成運(yùn)算放大器。
由圖4(a)所示，骨架芯F1加工成圓形截面的環(huán)形狀，當(dāng)然，也可加工成矩形截面的環(huán)形狀，骨架芯F1可以選取硅鋼片或者坡莫合金疊片組成。在骨架芯F1的絕緣層及保護(hù)層7之外均勻密繞多圈成螺旋狀的反饋繞組8，再在繞組8外面繞制絕緣層及保護(hù)層9，其外，再專門設(shè)置傳感器的地線層6，在該地線層6外面依次設(shè)置絕緣層及保護(hù)層10、電磁屏蔽層11，最外層的絕緣層及保護(hù)層12。這種結(jié)構(gòu)形式提高了傳感器的抗電磁干擾能力。
由圖4(b)所示，骨架芯F2加工成矩形截面的環(huán)形狀，當(dāng)然，也可加工成圓形截面的環(huán)形狀，骨架芯F2可以選取柔軟橡皮帶(或環(huán)氧樹脂棒)。由于Rogowski線圈在繞制時(shí)需要回繞一匝，并且從骨架芯F2中心引出，因此，需要在Rogowski線圈的骨架芯中心向外開一個(gè)回線槽20。在骨架芯F2的絕緣層及保護(hù)層13之外密繞Rogowski線圈14，再在線圈14外面繞制絕緣層及保護(hù)層15，其外，再專門設(shè)置傳感器的地線層16，在該地線層16外面依次設(shè)置絕緣層及保護(hù)層17、電磁屏蔽層18，最外層的絕緣層及保護(hù)層19。
權(quán)利要求
1.一種電流傳感器，包括環(huán)形鐵芯和霍爾元件，其特征在于在上述環(huán)形鐵芯上均勻、對(duì)稱開有空氣隙，對(duì)稱兩個(gè)通道中的反饋繞組相串聯(lián)，串聯(lián)后的一端接地，另一端接對(duì)應(yīng)采樣電阻的一端；上述空氣隙中，對(duì)稱放置的兩個(gè)霍爾元件為一組，每個(gè)霍爾元件由恒流源控制，每組中兩個(gè)霍爾元件的輸出端分別與運(yùn)算放大器的正、負(fù)輸入端相接，經(jīng)運(yùn)算放大器放大后進(jìn)行濾波、電壓-電流變換、電流放大處理，其輸出端接上述采樣電阻的另一端，將該采樣電阻兩端的檢測電壓信號(hào)送到計(jì)算機(jī)；它還包括Rogowski線圈，線圈兩端并聯(lián)聯(lián)接對(duì)應(yīng)的采樣電阻，該采樣電阻的兩端分別接運(yùn)算放大器的正、負(fù)輸入端，且正輸入端接地，采樣電阻的檢測電壓信號(hào)經(jīng)該運(yùn)算放大器放大后，再進(jìn)行濾波、積分放大處理，送到計(jì)算機(jī)；由計(jì)算機(jī)處理上述各組數(shù)據(jù)，處理后將被測電流大小送到顯示器顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其特征在于在上述反饋繞組和Rogowski線圈的絕緣層及保護(hù)層之外，專門設(shè)置地線層以代替上述地線，在該地線層外面依次設(shè)置絕緣層及保護(hù)層、電磁屏蔽層、最外層的絕緣層及保護(hù)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電流傳感器，其特征在于接到上述每組中，兩個(gè)霍爾元件的兩個(gè)恒流源電路為，運(yùn)算放大器A3的正輸入端通過電阻R2接到基準(zhǔn)源Uref1，且正輸入端通過電阻R3接地，運(yùn)算放大器A3的負(fù)輸入端通過電阻R4接到其輸出端，且負(fù)輸入端通過電阻R1接到運(yùn)算放大器A5的輸出端，運(yùn)算放大器A3的輸出端通過電阻R5接到運(yùn)算放大器A4的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器A4的負(fù)輸入端通過電阻R6接到功率放大管T2的發(fā)射極，正輸入端通過電阻R7接到功率放大管T1的發(fā)射極，并接地，輸出端通過電阻R8接到功率放大管T1的基極，功率放大管T1的集電極接功率放大管T2的基極，且通過電阻R9接功率放大管T2的集電極和+15V電源，運(yùn)算放大器A5的輸出端通過電阻R10接到其負(fù)輸入端，其正輸入端通過電阻RF1接到功率放大管T2的發(fā)射極，霍爾元件H1的直流控制電流輸入端a1與運(yùn)算放大器A5的正輸入端相接，直流控制電流輸出端c1接地；運(yùn)算放大器A6的正輸入端通過電阻R12接到基準(zhǔn)源Uref2，且正輸入端通過電阻R13接地，運(yùn)算放大器A6的負(fù)輸入端通過電阻R14接到其輸出端，且負(fù)輸入端通過電阻R11接到運(yùn)算放大器A8的輸出端，運(yùn)算放大器A6的輸出端通過電阻R15接到運(yùn)算放大器A7的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器A7的負(fù)輸入端通過電阻R16接到功率放大管T4的發(fā)射極，正輸入端通過電阻R17接到功率放大管T3的發(fā)射極，并接地，輸出端通過電阻R18接到功率放大管T3的基極，功率放大管T3的發(fā)射極接功率放大管T4的基極，其集電極通過電阻R19接功率放大管T4的集電極和-15V電源，運(yùn)算放大器A8的輸出端通過電阻R20接到其負(fù)輸入端，其正輸入端通過反饋電阻RF2接到功率放大管T4的發(fā)射極，霍爾元件H2的直流控制電流輸出端c2與運(yùn)算放大器A8的正輸入端相接，直流控制電流輸入端a2接地。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電流傳感器，它的特點(diǎn)是兩個(gè)對(duì)稱通道中的反饋繞組相串聯(lián)后，一端接地，另一端接對(duì)應(yīng)采樣電阻的一端；對(duì)稱布置的兩個(gè)霍爾元件的輸出經(jīng)運(yùn)放放大后再進(jìn)行濾波、電壓—電流變換、電流放大處理，其輸出端接上述采樣電阻的另一端，將該采樣電阻兩端的檢測電壓信號(hào)送到計(jì)算機(jī)；它還包括Rogowski線圈，線圈兩端并聯(lián)聯(lián)接采樣電阻，采樣電阻的檢測電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)放放大后，再進(jìn)行濾波、積分放大處理，送到計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)將上述各組數(shù)據(jù)處理完后，將被測電流的大小送到顯示器顯示。本發(fā)明明顯改善了傳感器的飽和特性和線性度；精度優(yōu)于0.5％，功耗小，溫度附加誤差＜0.1％/10℃，抗磁干擾能力強(qiáng)；結(jié)構(gòu)簡單，安裝、調(diào)試、維護(hù)均很方便。
文檔編號(hào)G01R15/20GK1547035SQ200310111569
公開日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月12日
發(fā)明者李維波, 毛承雄, 陸繼明, 范澍 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)