一種無導(dǎo)線連接電流傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種無導(dǎo)線連接電流傳感器，在供電和變電設(shè)備的電流測量和控 巧||、高壓和超高壓交流輸送方面具有特殊用途，也可廣泛用于工業(yè)產(chǎn)品和設(shè)備的電流測量、 控制、校準(zhǔn)W及過流保護(hù)和監(jiān)控，包括鐵路機動車輛瞬時電流檢測W及金屬冶煉和化工等 行業(yè)大電流的測量、控制與保護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電流傳感和測量是工程技術(shù)W及科學(xué)研究中廣泛涉及的一個研究課題，如供電和 變電設(shè)備的電流測量和控制，工業(yè)產(chǎn)品和設(shè)備的電流測量、控制、校準(zhǔn)W及過流保護(hù)和監(jiān) 控。目前傳統(tǒng)的電流傳感器有電阻法、基于霍爾效應(yīng)的電流傳感器和基于法拉第效應(yīng)的光 纖電流傳感器。電阻法使用簡單，是將一電阻串聯(lián)在電路內(nèi)，根據(jù)歐姆定律（Ohm's law), 串聯(lián)電阻兩斷的電動勢之差正比于通過的電流。采用電阻法需要通電導(dǎo)體與電阻串聯(lián)，在 大電流的情況下由于電阻發(fā)熱而產(chǎn)生大的功耗?；诨魻栃?yīng)的電流傳感器的結(jié)構(gòu)簡單、 但溫度特性不佳，受溫度漂移的影響大、大電流導(dǎo)致鐵芯磁飽和?；诨魻栃?yīng)的電流傳 感器為有源傳感器，工作時需要供電。本技術(shù)發(fā)明人已獲授權(quán)的一種基于通電導(dǎo)體受壓形 變的壓電式電流傳感器(專利號；2001120038603. 2)，采用壓電器件測量導(dǎo)體形變和通電 導(dǎo)體電流，具有結(jié)構(gòu)簡單、高絕緣隔離、受電磁干擾小、溫度特性好的特點，為一種無源電流 傳感器。本技術(shù)發(fā)明人已獲授權(quán)的另外一種電流傳感器(專利號；2001320706404. 3)是基 于電流在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生垂直于電流方向的磁場。導(dǎo)體內(nèi)運動的栽流子受到由于磁場而引 起的洛倫茲（Lorentz)力的作用，在導(dǎo)體內(nèi)栽流的電子向?qū)w表面移動，因而形成徑向電 場。在垂直電流方向的平面內(nèi)，通電導(dǎo)體中也沿徑向至導(dǎo)體表面間電動勢之差正比于通過 導(dǎo)體電流的平方。該種新型電流傳感器的測量范圍廣、響應(yīng)時間短，可W檢測傳統(tǒng)電流傳 感器所不能檢測的大的直流和交變電流。但該兩種電流傳感器的信號放大與傳輸均需外 部供電。對于高壓和超高壓交變輸電系統(tǒng)，外部為傳感器供電成為高壓絕緣的一個技術(shù)瓶 頸?；诜ɡ谛?yīng)的光纖電流傳感器能夠克服高壓絕緣的技術(shù)問題，而且受電磁干擾小。 但光纖電流傳感器受溫度漂移的影響大，精度較低，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，目前市場還少 見成熟的光纖電流傳感器。本技術(shù)發(fā)明人近期已獲授權(quán)的一種交變電流傳感器(專利號： 201420520717. 4)能夠在位獲取電能，信號通過光纖傳輸，實現(xiàn)信號傳輸?shù)母呓^緣隔離，具 有結(jié)構(gòu)簡單、無磁飽和的特點，能夠在大的范圍內(nèi)測量交變和瞬變電流。但是該一電流傳感 器需要一變壓器供電，只適用于對交變電流的測量。
[0003] 本實用新型提供一種無導(dǎo)線連接電流傳感器。本實用新型是基于通電導(dǎo)體產(chǎn)生垂 直于電流方向的磁場。導(dǎo)體內(nèi)運動的電子受到由于磁場而引起的洛倫茲力的作用，在導(dǎo)體 內(nèi)電子向?qū)w表面移動，因而形成徑向電場。在垂直電流方向的平面內(nèi)，通電導(dǎo)體中也沿徑 向至導(dǎo)體表面間電動勢之差正比于通過導(dǎo)體電流的平方。采用電極測量通電導(dǎo)體中徑向電 動勢差。兩個電極之間的電壓信號經(jīng)由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。電脈沖數(shù)字 信號經(jīng)由光纖傳輸模塊系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成光脈沖數(shù)字信號并由光纖引出，或者經(jīng)由無線傳輸模塊 福射發(fā)送。電源采用光纖電源。光纖電源由光纖和光電轉(zhuǎn)換器組成。光能經(jīng)由光纖傳輸至 光電轉(zhuǎn)換器并由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電能，為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)供電。由于無導(dǎo) 線與被測通電導(dǎo)體連接，因此本實用新型為一無導(dǎo)線連接電流傳感器。本實用新型可實現(xiàn) 信號傳輸?shù)母呓^緣隔離，具有結(jié)構(gòu)簡單、無磁飽和的特點，能夠在大的范圍內(nèi)測量交變和直 流電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型提供一種無導(dǎo)線連接電流傳感器，通過光纖傳輸光能，光能通過光電 轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)供電。電脈沖數(shù)字信號經(jīng)由光纖傳輸模塊系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成 光脈沖數(shù)字信號并由光纖引出，或者經(jīng)由無線傳輸模塊福射發(fā)送。本實用新型是基于通電 導(dǎo)體產(chǎn)生垂直于電流方向的磁場。導(dǎo)體內(nèi)運動的電子受到由于磁場而引起的洛倫茲力的作 用，在導(dǎo)體內(nèi)電子向?qū)w表面移動，因而形成徑向電場。在垂直電流方向的平面內(nèi)，通電導(dǎo) 體中也沿徑向至導(dǎo)體表面間電動勢之差正比于通過導(dǎo)體電流的平方。采用電極測量通電導(dǎo) 體中徑向電動勢差。兩個電極之間的電壓信號經(jīng)由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 電脈沖數(shù)字信號經(jīng)由光纖傳輸模塊系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成光脈沖數(shù)字信號并由光纖引出，或者經(jīng)由無 線傳輸模塊福射發(fā)送。
[0005] 本實用新型提供一種無導(dǎo)線連接電流傳感器，由于無導(dǎo)線與被測通電導(dǎo)體連接， 本實用新型可實現(xiàn)信號傳輸?shù)母呓^緣隔離，具有結(jié)構(gòu)簡單、無磁飽和的特點。本實用新型通 過測量固定在通電導(dǎo)體不同部位的兩電極間的電動勢之差來確定通過導(dǎo)體的電流，能夠在 大的范圍內(nèi)測量交變和直流電流。該種新型電流傳感器的測量范圍廣、響應(yīng)時間短，能為高 壓和超高壓輸電系統(tǒng)的電流測量和控制提供一種可靠技術(shù)手段。
[0006] 本實用新型的目的是通過如下途徑實現(xiàn)的：
[0007] -種無導(dǎo)線連接電流傳感器，其特征在于：電流傳感器由通電導(dǎo)體1、電極2、數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)3、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)4和光纖電源5組成；兩個電極2與通電導(dǎo)體1的接觸點分布并 固定在離導(dǎo)體1的軸線不同距離的徑向位置上；兩個電極2之間的電壓信號經(jīng)由數(shù)據(jù)處理 系統(tǒng)3放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；電脈沖數(shù)字信號經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)4實現(xiàn)對外數(shù)據(jù)傳輸； 電源5對數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)4供電。
[0008] 更進(jìn)一步的，光纖電源由光纖和光電轉(zhuǎn)換器組成。光能經(jīng)由光纖傳輸至光電轉(zhuǎn)換 器并由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電能。
[0009] 更進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)4為光纖傳輸模塊系統(tǒng)，或者為無線傳輸模塊。在數(shù)據(jù) 傳輸系統(tǒng)4為光纖傳輸模塊系統(tǒng)的情況下，光纖傳輸模塊系統(tǒng)由光纖和傳輸模塊構(gòu)成，
[0010] 電脈沖數(shù)字信號經(jīng)由傳輸模塊轉(zhuǎn)換成光脈沖數(shù)字信號并由光纖引出。在數(shù)據(jù)傳輸 系統(tǒng)4為無線傳輸模塊的情況下，電脈沖數(shù)字信號經(jīng)由無線傳輸模塊福射發(fā)送。
[0011] 更進(jìn)一步的，通電導(dǎo)體1為圓柱狀，或者為筒狀，或者為帶狀。在通電導(dǎo)體1為圓 柱狀的情況下，兩個電極2與通電導(dǎo)體1的接觸點分布在離導(dǎo)體1的軸線不同距離的徑向 位置上。在通電導(dǎo)體1為筒狀的情況下，兩個電極2與通電導(dǎo)體1的接觸點分布于筒狀通 電導(dǎo)體1的內(nèi)外兩側(cè)。在通電導(dǎo)體1為帶狀的情況下，兩個電極2與通電導(dǎo)體1的接觸點 分布在寬的帶面和窄的側(cè)面上。
[0012] 本實用新型的原理如下：
[0013] 本實用新型的原理是基于電流在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生垂直于電流方向的磁場。導(dǎo)體內(nèi)運 動的電子受到由于磁場而引起的洛倫茲力的作用，使電子向?qū)w表面移動，因而形成徑向 電場。在垂直電流方向的平面內(nèi)，通電導(dǎo)體從軸線沿徑向至導(dǎo)體表面間電動勢之差正比于 通過導(dǎo)體電流的平方。設(shè)電流/通過一長導(dǎo)體，導(dǎo)體截面積為5；且截面的法向與電流方向 平行，如圖1所示。徑向平均電動勢差為：
[0014]
【主權(quán)項】
1. 一種無導(dǎo)線連接電流傳感器，其特征在于：電流傳感器由通電導(dǎo)體（1)、電極（2)、數(shù) 據(jù)處理系統(tǒng)（3)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（4)和光纖電源（5)組成；兩個電極（2)與通電導(dǎo)體（1)的接 觸點分布并固定在離導(dǎo)體（1)的軸線不同距離的徑向位置上；兩個電極（2)之間的電壓信 號經(jīng)由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（3)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；電脈沖數(shù)字信號經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（4) 對外傳輸數(shù)據(jù)；光纖電源（5)對數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（3)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（4)供電。
2. 如權(quán)利要求1所述的無導(dǎo)線連接電流傳感器，其特征在于：光纖電源（5)由光纖和光 電轉(zhuǎn)換器組成；光能經(jīng)由光纖傳輸至光電轉(zhuǎn)換器并由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電能。
3. 如權(quán)利要求1所述的無導(dǎo)線連接電流傳感器，其特征在于：數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（4)為光纖 傳輸模塊系統(tǒng)；光纖傳輸模塊系統(tǒng)由光纖和傳輸模塊構(gòu)成；電脈沖數(shù)字信號經(jīng)由傳輸模塊 轉(zhuǎn)換成光脈沖數(shù)字信號并由光纖引出。
4. 如權(quán)利要求1所述的無導(dǎo)線連接電流傳感器，其特征在于：數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（4)為無線 傳輸模塊；電脈沖數(shù)字信號經(jīng)由無線傳輸模塊輻射發(fā)送。
5. 如權(quán)利要求1所述的無導(dǎo)線連接電流傳感器，其特征在于：通電導(dǎo)體（1)為圓柱狀， 兩個電極（2)與通電導(dǎo)體（1)的接觸點分布在距離圓柱狀導(dǎo)體（1)的軸線不同距離的徑向 位置上。
6. 如權(quán)利要求1所述的無導(dǎo)線連接電流傳感器，其特征在于：通電導(dǎo)體（1)為筒狀，兩 個電極⑵與通電導(dǎo)體⑴的接觸點分布于筒狀通電導(dǎo)體⑴的內(nèi)外兩側(cè)。
7. 如權(quán)利要求1所述的無導(dǎo)線連接電流傳感器，其特征在于：通電導(dǎo)體（1)為帶狀，兩 個電極（2)與通電導(dǎo)體（1)的接觸點分布在帶狀通電導(dǎo)體（1)寬的帶面和窄的側(cè)面上。
【專利摘要】一種無導(dǎo)線連接電流傳感器，其特征在于：電流傳感器由通電導(dǎo)體(1)、電極(2)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)、光纖或無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(4)和光纖電源(5)組成；兩個電極(2)與通電導(dǎo)體(1)的接觸點分布并固定在離導(dǎo)體(1)的軸線不同距離的徑向位置上；兩個電極(2)之間的電壓信號經(jīng)由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；電脈沖數(shù)字信號經(jīng)由光纖或無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(4)對外傳輸數(shù)據(jù)；光纖電源(5)對數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)和光纖或無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(4)供電。新型電流傳感器無導(dǎo)線與被測通電導(dǎo)體連接，可實現(xiàn)信號傳輸?shù)母呓^緣隔離，具有結(jié)構(gòu)簡單、無磁飽和的特點，能夠在大的范圍內(nèi)測量交變和直流電流。
【IPC分類】G08C23-06, G01R19-25, G08C17-02
【公開號】CN204330876
【申請?zhí)枴緾N201520018430
【發(fā)明人】譚成忠
【申請人】譚成忠
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月12日