專利名稱：直流電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種直流電流傳感器，適于檢測包括以下方面的直流電流如電力電子設(shè)備中用于電流反饋、截流控制、穩(wěn)流調(diào)節(jié)、直流側(cè)過流、電力系統(tǒng)以及電解行業(yè)等方面中的直流電流信號(hào)檢測。
背景技術(shù)：
在直流輸電系統(tǒng)、變頻調(diào)速裝置、UPS電源、逆變焊機(jī)、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)和需要隔離檢測直流電流的各個(gè)領(lǐng)域中，精確檢測和控制直流電流，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)在研究出了諸如直流電流比較儀、直流互感器、分流器等電流測量設(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。
使用分流器測量直流的最大問題就是輸入與輸出沒有隔離，當(dāng)被測電流很大時(shí)，分流器因功耗太大發(fā)熱問題比較嚴(yán)重，并且，接入分流器后，會(huì)影響被測回路的電氣參數(shù)，即不能真實(shí)反映被測回路的電氣特性。
對(duì)于目前大量采用的變壓器式電流互感器而言，具有絕緣強(qiáng)度高、工作可靠、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)激磁安匝為零時(shí)，副邊安匝變化能完全反映原邊安匝變化，誤差為零，此時(shí)的磁芯處于“零磁通”狀態(tài)，它工作于磁化曲線的起始段(即線性段)，這時(shí)，電流互感器輸出波形就不會(huì)畸變，可保持良好的線性度，此即為“零磁通”原理。因此，若能使互感器磁芯始終處于零磁通狀態(tài)，就能從根本上消除電流互感器的誤差。但是，由互感器的工作原理可知，靠互感器自身是不可能實(shí)現(xiàn)零磁通的，必須靠外界條件的補(bǔ)償或調(diào)整。為此，出現(xiàn)了磁放大器比較儀(以下簡稱磁放大器)和磁調(diào)制器比較儀(以下簡稱磁調(diào)制器)，它們都是采用“零磁通狀態(tài)”原理進(jìn)行直流測量。
最簡單的磁放大器是由環(huán)形單磁芯飽和電抗器和兩個(gè)繞組組成，只要保持激磁電壓不變，那么交流輸出電流和電壓將隨輸入直流繞組中的直流電流而變化。該放大器存在嚴(yán)重缺點(diǎn)當(dāng)直流繞組的匝數(shù)較多時(shí)，根據(jù)變壓器效應(yīng)原理可知，激磁繞組中的交流電壓將在直流繞組中感應(yīng)出交變電壓，為了有效抑制直流控制回路中的感應(yīng)電壓，必須在電路中串入一個(gè)電感或者不得不采用雙磁芯結(jié)構(gòu)，那么將使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大且笨重。
磁調(diào)制器分單磁芯和雙磁芯兩種，最常用的是雙磁芯結(jié)構(gòu)。因此以雙磁芯差動(dòng)磁調(diào)制器為例，它必須要求兩個(gè)磁芯具有相同結(jié)構(gòu)尺寸和完全一致的磁特性，并且磁調(diào)制器的開環(huán)特性曲線出現(xiàn)了虛假平衡點(diǎn)，降低了磁調(diào)制器運(yùn)行的可靠性。為了獲得磁調(diào)制器的優(yōu)良性能，必須提高鐵磁材料的性能，因此，應(yīng)選用高導(dǎo)磁率、低矯頑力的磁芯材料如1J85或1J86坡莫合金，并采用高矩形比的磁芯且嚴(yán)格配對(duì)磁芯，要求激勵(lì)電源的波形嚴(yán)格對(duì)稱且輸出電壓的幅度和頻率必須穩(wěn)定以確保磁調(diào)制器磁芯工作在充分飽和狀態(tài)，正因?yàn)檫@些特點(diǎn)，限制了磁調(diào)制器的應(yīng)用和推廣。如《計(jì)量技術(shù)》2000年第六期，名稱為“采用直流電流比較儀原理的直流電流源”中所說的磁調(diào)制器。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種直流電流傳感器。該傳感器增加了一個(gè)檢測線圈，采用單磁芯三繞組結(jié)構(gòu)，當(dāng)磁芯中存在直流偏磁時(shí)，檢測線圈獲得的感應(yīng)電勢(shì)就會(huì)出現(xiàn)正負(fù)半波不對(duì)稱的畸變波形，將該波形正負(fù)半波有效值之差經(jīng)過電壓/電流變換之后，轉(zhuǎn)換為反饋電流送入反饋繞組中，通過反饋繞組產(chǎn)生與被測直流所產(chǎn)生的磁勢(shì)相反方向的直流磁勢(shì)，以平衡被測直流所產(chǎn)生的偏磁磁勢(shì)，形成“零磁通狀態(tài)”，從而實(shí)現(xiàn)直流電流的檢測任務(wù)。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種直流電流傳感器，包括環(huán)形磁芯，在環(huán)形鐵心上繞制激勵(lì)繞組WS、反饋繞組W2和檢測線圈WM，在激勵(lì)繞組WS的兩端接處理電路，激勵(lì)繞組WS處理電路為激勵(lì)繞組WS提供激勵(lì)電流IS，并將反映激勵(lì)電流IS的電壓信號(hào)送到計(jì)算機(jī)；在檢測線圈WM的兩端接處理電路，檢測線圈WM處理電路將檢測線圈WM獲得的感應(yīng)電勢(shì)轉(zhuǎn)換為正負(fù)半波有效值的差值信號(hào)，送到反饋繞組W2處理電路，并將檢測線圈WM獲得的感應(yīng)電勢(shì)的電壓信號(hào)送到計(jì)算機(jī)；在反饋繞組W2的兩端接處理電路，計(jì)算機(jī)根據(jù)獲得的激勵(lì)電流IS和感應(yīng)電勢(shì)的大小控制反饋繞組W2處理電路的工作狀態(tài)，反饋繞組W2處理電路將上述正負(fù)半波有效值的差值信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流I2，送入反饋繞組W2中，并將反映反饋電流I2的電壓信號(hào)送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將上述三組不同的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，將反映被測電流I1大小的電壓信號(hào)送到顯示器顯示。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于(1)采用單磁芯三繞組結(jié)構(gòu)，傳感器尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊，易于加工制作。
(2)采用單個(gè)環(huán)形磁芯結(jié)構(gòu)，由于直流繞組一般為單匝線圈，因此激磁繞組中的交流電壓在直流繞組中所感應(yīng)出的交變電壓可以忽略，不需在直流繞組中串聯(lián)電抗器，因此，既可以減小整個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸，又能充分發(fā)揮飽和電抗器的控制優(yōu)勢(shì)。
(3)在傳統(tǒng)的環(huán)形飽和電抗器結(jié)構(gòu)中增加一個(gè)檢測線圈，既可以快速有效地檢測交流激勵(lì)電流的工作狀態(tài)，又能可靠地反應(yīng)磁芯的磁調(diào)制狀態(tài)，傳感器的結(jié)構(gòu)并沒有因增加一個(gè)檢測線圈而變得復(fù)雜和笨重，且加工方便。
(4)檢測線圈按照Rogowski線圈方式繞制，檢測線圈受外磁場的影響和被測載流導(dǎo)體的位置影響小，因此可以有效提高傳感器抗外磁場干擾的能力。
(5)利用檢測線圈的感應(yīng)電勢(shì)正負(fù)半波有效值之差參與控制，其開環(huán)輸出特性曲線不會(huì)出現(xiàn)虛假平衡點(diǎn)，提高了傳感器運(yùn)行的可靠性。
(6)采用開關(guān)器件參與反饋控制，方便計(jì)算機(jī)直接控制，有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、快速操作，并且處理電路可以模塊化，互換性好。
總之，明顯改善了傳感器的開環(huán)輸出特性；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，響應(yīng)速度快、靈敏度高、互換性好，安裝、校準(zhǔn)、調(diào)試、維護(hù)均十分方便。


圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1實(shí)施例的原理示意圖。
圖3(a)為圖1中檢測線圈輸出電壓正負(fù)半波有效值之差UD(V)與直流偏磁磁勢(shì)I1W1(AT)的開環(huán)輸出特性曲線，其橫坐標(biāo)用直流偏磁磁I1W1(AT)表示，縱坐標(biāo)用檢測線圈輸出電壓正負(fù)半波有效值之差UD(V)表示。
圖3(b)為圖1中檢測線圈總有效值UT(V)與直流偏磁磁勢(shì)I1W1(AT)的開環(huán)輸出特性曲線，其橫坐標(biāo)用直流偏磁磁勢(shì)I1W1(AT)表示，縱坐標(biāo)用檢測線圈總有效值UT(V)表示。
圖4為圖1中激勵(lì)繞組WS處理電路6的具體電路圖。
圖5為圖1中檢測線圈WM處理電路4的具體電路圖。
圖6為圖1中反饋繞組W2處理電路5的具體電路圖。
圖7為圖1中計(jì)算機(jī)2的組成示意圖。
圖8為本實(shí)用新型另外一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
由圖1、圖2所示，WM為檢測線圈，該線圈中流過的電流為IM，W2為反饋繞組，該繞組中流過的電流為I2，WS為激勵(lì)繞組，該繞組中流過的電流為IS，1為顯示器，2為計(jì)算機(jī)，3為環(huán)形鐵心，4為檢測線圈WM處理電路，5為反饋繞組W2處理電路，6為激勵(lì)繞組WS處理電路，7為傳感器屏蔽層，8為傳感器外護(hù)環(huán)，I1為被測直流，*表示檢測線圈WM、激勵(lì)繞組WS和反饋繞組W2的同名端。
在環(huán)形鐵心3上繞制激勵(lì)繞組WS、反饋繞組W2和檢測線圈WM，在檢測線圈WM的兩端接處理電路4，在反饋繞組W2的兩端接處理電路5，在激勵(lì)繞組WS的兩端接處理電路6。檢測線圈WM處理電路4的一個(gè)輸出端d接反饋繞組W2處理電路5的輸入端，另一個(gè)輸出端a接計(jì)算機(jī)2的輸入端；計(jì)算機(jī)2的兩個(gè)輸出端e和f分別接反饋繞組W2處理電路5的兩個(gè)輸入端，其輸出端b接計(jì)算機(jī)2的輸入端；激勵(lì)繞組WS處理電路6的輸出端c接計(jì)算機(jī)2的輸入端；計(jì)算機(jī)2的輸出端g接顯示器1的輸入端。
檢測線圈WM最好按照Rogowski線圈方式繞制，即密繞WM匝之后，再回繞一匝回去。
在激勵(lì)繞組WS中通以頻率為f～、幅值為U～m的正弦電壓，以激勵(lì)環(huán)形磁芯3，檢測線圈WM中便會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。
當(dāng)被測直流電流I1為零時(shí)，由于飽和電抗器的非線性特性，使得感應(yīng)電勢(shì)呈現(xiàn)正負(fù)半波對(duì)稱的畸變波形。
當(dāng)被測直流電流I1不為零時(shí)，假設(shè)該電流I1為正且不變化，在激磁電壓正半周時(shí)，激磁電壓產(chǎn)生的磁通與直流輸入電流I1所產(chǎn)生的磁通方向相同，相互疊加，磁感應(yīng)強(qiáng)度增加。磁芯3中的非線性電抗器工作在磁飽和區(qū)，由于非線性磁導(dǎo)率下降很快，非線性電抗器的電感下降很快，感抗也會(huì)下降很快，因此激勵(lì)電流IS就會(huì)增加很快。當(dāng)被測直流I1為正且不變化，在激磁電壓負(fù)半周時(shí)，激磁電壓產(chǎn)生的磁通與直流輸入電流I1所產(chǎn)生的磁通方向相反，相互抵消，磁感應(yīng)強(qiáng)度下降，磁芯中的非線性電抗器工作在非磁飽和區(qū)，非線性磁導(dǎo)率很快上升，非線性電抗器的電感增加很快，感抗也會(huì)增加很快，因此激勵(lì)電流IS就會(huì)下降很快。激勵(lì)繞組WS中的電流IS正、負(fù)半周幅值變化不同而失真，致使感應(yīng)電勢(shì)呈現(xiàn)出正負(fù)半波不對(duì)稱的畸變波形。利用檢測線圈WM處理電路4將感應(yīng)電勢(shì)轉(zhuǎn)換為正負(fù)半波有效值之差，再經(jīng)過反饋繞組W2處理電路5進(jìn)行電壓/電流變換之后，送入反饋繞組W2中，形成與被測直流I1所產(chǎn)生的磁勢(shì)相反方向的直流磁勢(shì)，以平衡被測直流I1所產(chǎn)生的磁勢(shì)，達(dá)到“零磁通”狀態(tài)。此時(shí)，被測直流總安匝I1W1與反饋繞組所產(chǎn)生的總安匝I2W2相等，所以，被測直流可以表示為I1＝I2W2/W1，其中直流繞組W1為1匝，反饋繞組W2為已知參數(shù)，反饋電流I2可以由計(jì)算機(jī)2檢測獲得，因此可以獲得被測直流I1的大小，從而實(shí)現(xiàn)直流電流的檢測。
兼顧激勵(lì)電流IS大小和傳感器尺寸要求選取合適的激勵(lì)繞組WS的匝數(shù)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，為了確保檢測線圈WM處理電路4和反饋繞組W2處理電路5不會(huì)因檢測線圈WM獲得的感應(yīng)電勢(shì)的幅值太小而受到影響，檢測線圈WM的匝數(shù)可以與激勵(lì)繞組WS的匝數(shù)相接近，兼顧被測電流I1大小、反饋電流I2大小和傳感器尺寸要求，選取合適的反饋繞組W2的匝數(shù)。
由圖3(a)和圖3(b)可知，該傳感器的兩種開環(huán)輸出特性曲線都不會(huì)存在虛假平衡點(diǎn)。隨著直流偏磁電流的增加，檢測線圈WM獲得的感應(yīng)電勢(shì)的正、負(fù)半波有效值和總有效值均會(huì)減小，當(dāng)磁芯3處于深度飽和狀態(tài)時(shí)，檢測線圈WM獲得的感應(yīng)電勢(shì)會(huì)非常小，噪聲較大，不能直接利用感應(yīng)電勢(shì)正負(fù)半波有效值之差參與反饋控制，因此必須借助計(jì)算機(jī)2對(duì)磁芯3的磁狀態(tài)進(jìn)行判斷。
由圖4所示，激勵(lì)繞組WS處理電路6的結(jié)構(gòu)為，信號(hào)發(fā)生器芯片IC1的輸出端依次通過電壓跟隨器IC2、功率放大器IC3與激勵(lì)繞組WS的一端J1相接，J1端接二極管D1的負(fù)端，二極管D1的正端接激勵(lì)繞組WS的另一端J2，并通過限流電阻RS接地，二極管D1的正端接低通濾波器LPF1的輸入端，低通濾波器LPF1的輸出端接電壓跟隨器IC22的輸入端，電壓跟隨器IC22的輸出端c接計(jì)算機(jī)2。
芯片IC1產(chǎn)生的正弦波經(jīng)過電壓跟隨器IC2送到功率放大器IC3放大之后，再送到激勵(lì)繞組WS中，限流電阻RS的端電壓URS經(jīng)過低通濾波器LPF1、電壓跟隨器IC22處理之后送到計(jì)算機(jī)2處理。
在圖4中，各元器件可以選擇如下芯片IC1為產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)正弦波的芯片，如ICL8038；電壓跟隨器IC2、IC22為常規(guī)的電壓跟隨器電路；功率放大器IC3為傻瓜功率放大器(市面有售)；低通濾波器LPF1為常規(guī)的同相輸入二階壓控電壓源低通濾波器電路。
由圖5所示，檢測線圈WM處理電路4的結(jié)構(gòu)為，采樣電阻RX接檢測線圈WM的兩端M1和M2，M1和M2兩端分別接運(yùn)算放大器IC4的負(fù)、正輸入端，正輸入端接地，運(yùn)算放大器IC4的輸出端接低通濾波器LPF2，低通濾波器LPF2的輸出端接同相放大器IC5，同相放大器IC5的一個(gè)輸出端依次通過正半波整流電路IC6和將真有效值變?yōu)橹绷鞯淖儞Q器IC8接加法器IC10的正輸入端，同相放大器IC5的另一個(gè)輸出端依次通過負(fù)半波整流電路IC7和將真有效值變?yōu)橹绷鞯淖儞Q器IC9接加法器IC11的正輸入端，產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的芯片IC12與加法器IC10和IC11的負(fù)輸入端相接，加法器IC10和IC11的輸出端分別接運(yùn)算放大器IC13的正、負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器IC13的輸出端通過反相積分器IC14接反相放大器IC15的輸入端，低通濾波器LPF2的輸出端接電壓跟隨器IC21的輸入端，電壓跟隨器IC21的輸出端a接計(jì)算機(jī)2。
在圖5中，各元器件可以選擇如下運(yùn)算放大器IC4可為儀用運(yùn)算放大器如AD521、AD620；低通濾波器LPF2可為常規(guī)的同相輸入二階壓控電壓源低通濾波器電路；IC5為常規(guī)的同相放大器電路；IC6為常規(guī)的正半波整流電路；IC7為常規(guī)的負(fù)半波整流電路；將真有效值變?yōu)橹绷鞯淖儞Q器IC8和IC9可采用AD736芯片，它的直流輸出分別為URMS+和URMS-；加法器IC10和IC11可由儀用運(yùn)算放大器如AD521、AD620構(gòu)成，其輸出信號(hào)分別為URMS+-UREF和URMS--UREF；產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓UREF的芯片IC12可為5V基準(zhǔn)電壓芯片REF02；運(yùn)算放大器IC13可為儀用運(yùn)算放大器如AD521、AD620；IC14為常規(guī)的反相積分器電路；IC15為常規(guī)的反相放大器電路；IC21為常規(guī)的電壓跟隨器電路。
由圖6所示，反饋繞組W2處理電路5的結(jié)構(gòu)為，上述反相放大器IC15的輸出端d接電壓/電流轉(zhuǎn)換電路IC16的輸入端，電壓/電流轉(zhuǎn)換電路IC16的輸出端接開關(guān)管K2的集電極，給反饋繞組W2提供能源的直流電源IC17的一個(gè)輸出端接開關(guān)管K1的集電極，另一個(gè)輸出端接電壓/電流轉(zhuǎn)換電路IC16的輸入端，計(jì)算機(jī)2的一個(gè)輸出端e通過控制電路IC18與開關(guān)管K1的基極相接，另一個(gè)輸出端f通過控制電路IC19與開關(guān)管K2的基極相接，開關(guān)管K1和K2的發(fā)射極相接，并接反饋繞組W2的一端S1，反饋繞組W2的另一端S2通過限流電阻R接地，續(xù)流二極管D2的負(fù)端接反饋繞組W2的S1端，正端接地，反饋繞組W2的S2端通過低通濾波器LPF3、電壓跟隨器IC20的輸出端b接計(jì)算機(jī)2。
在圖6中，各元器件可以選擇如下IC16為常規(guī)的電壓電流變換電路；給反饋繞組W2提供能源的IC17為常規(guī)的直流電源，如直流開關(guān)穩(wěn)壓電源；開關(guān)管K1和K2可采用IGBT，IC18和IC19為開關(guān)管K1和K2常規(guī)的控制電路，當(dāng)K1和K2采用IGBT時(shí)，IC18和IC19為它們的厚膜驅(qū)動(dòng)電路，如EXB840；IC20為常規(guī)的電壓跟隨器。
如果被測直流電流I1很大，致使磁芯3處在深度飽和狀態(tài)中，此時(shí)，檢測線圈WM中的感應(yīng)電勢(shì)會(huì)很小，激勵(lì)繞組WS的電流不失真即呈現(xiàn)正弦波形。因此，需要讓計(jì)算機(jī)2分別檢測檢測線圈WM中的感應(yīng)電勢(shì)和激勵(lì)繞組WS的電流波形，以判斷磁芯3是否處于深度飽和狀態(tài)。如果磁芯3的確處于深度飽和狀態(tài)，計(jì)算機(jī)2控制反饋繞組W2處理電路5中的開關(guān)管K1導(dǎo)通和K2截止，由直流電源IC17直接向反饋繞組W2中通以反饋電流，其方向與被測直流I1所產(chǎn)生的磁勢(shì)相反。同時(shí)，計(jì)算機(jī)2不斷檢測檢測線圈WM中的感應(yīng)電勢(shì)和激勵(lì)繞組WS的電流波形，以判斷磁芯3是否退出深度飽和狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)磁芯3退出深度飽和狀態(tài)，計(jì)算機(jī)2便關(guān)斷開關(guān)管K1，并使開關(guān)管K2導(dǎo)通，利用檢測線圈WM的感應(yīng)電勢(shì)正負(fù)半波有效值之差來進(jìn)行“零磁通”的動(dòng)態(tài)平衡處理。
計(jì)算機(jī)2除了可采用通常的計(jì)算機(jī)外，還可為如圖7所示計(jì)算機(jī)2包括多路A/D采集卡IC27和單片機(jī)IC28，電壓跟隨器IC20的輸出端b、電壓跟隨器IC21的輸出端a、電壓跟隨器IC22的輸出端c通過可控增益放大器IC26分別接多路A/D采集卡IC27，單片機(jī)IC28的輸出端g接顯示器1的輸入端。
多路A/D采集卡IC27市面有售，高檔單片機(jī)IC28可以選用如DSP處理芯片，也可以選公控機(jī)。IC23、IC24和IC25分別為常規(guī)的同相輸入二階壓控電壓源低通濾波器，IC26為常規(guī)的可控增益放大器，采用它們以后，可以明顯改善送給計(jì)算機(jī)2的電壓波形質(zhì)量。
IC29表示可以外擴(kuò)標(biāo)準(zhǔn)通信口，IC30表示可以外接D/A轉(zhuǎn)換卡再現(xiàn)模擬信號(hào)，IC31表示可以外擴(kuò)控制口，IC32表示可以外擴(kuò)脈沖輸出口便于輸出TTL電平。
為獲得傳感器的優(yōu)良性能，可選用低損耗和良好過載能力，即經(jīng)受飽和磁化電流沖擊能力的高導(dǎo)磁率、低矯頑力和高矩形比的磁芯材料如1J85或1J86坡莫合金。另外，由于該材料的導(dǎo)磁性能受機(jī)械應(yīng)力影響極大，因此在其外面安裝外護(hù)環(huán)12，并要求激勵(lì)電源的波形中不帶有直流成分、輸出電壓幅度和頻率穩(wěn)定。
由圖8所示，當(dāng)被測直流I1較小時(shí)，在環(huán)形鐵心3上繞制直流繞組W1，其兩端接被測直流導(dǎo)線，L1為串聯(lián)在被測直流電源回路中的電感，用于抑制激磁繞組WS中的交流電壓在直流繞組W1中感應(yīng)的交變電壓。
為了測量的方便，本實(shí)用新型可做成鉗式結(jié)構(gòu)的傳感器。
權(quán)利要求1.一種直流電流傳感器，包括環(huán)形磁芯，在環(huán)形鐵心上繞制激勵(lì)繞組WS、反饋繞組W2，其特性在于在環(huán)形鐵心(3)上繞制檢測線圈WM，在激勵(lì)繞組WS的兩端接處理電路(6)，激勵(lì)繞組WS處理電路(6)為激勵(lì)繞組WS提供激勵(lì)電流IS，并將反映激勵(lì)電流IS的電壓信號(hào)送到計(jì)算機(jī)(2)；在檢測線圈WM的兩端接處理電路(4)，檢測線圈WM處理電路(4)將檢測線圈WM獲得的感應(yīng)電勢(shì)轉(zhuǎn)換為正負(fù)半波有效值的差值信號(hào)，送到反饋繞組W2的處理電路(5)，并將檢測線圈WM獲得的感應(yīng)電勢(shì)的電壓信號(hào)送到計(jì)算機(jī)(2)；在反饋繞組W2的兩端接處理電路(5)，計(jì)算機(jī)(2)根據(jù)獲得的激勵(lì)電流IS和感應(yīng)電勢(shì)的大小控制反饋繞組W2處理電路(5)的工作狀態(tài)，反饋繞組W2處理電路(5)將上述正負(fù)半波有效值的差值信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流I2，送入反饋繞組W2中，并將反映反饋電流I2的電壓信號(hào)送到計(jì)算機(jī)(2)；計(jì)算機(jī)(2)將上述三組不同的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，將反映被測電流I1大小的電壓信號(hào)送到顯示器(1)顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電流傳感器，其特性在于檢測線圈WM按照Rogowski線圈方式繞制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流電流傳感器，其特性在于激勵(lì)繞組WS處理電路(6)的結(jié)構(gòu)為，信號(hào)發(fā)生器芯片IC1的輸出端依次通過電壓跟隨器IC2、功率放大器IC3與激勵(lì)繞組WS的一端J1相接，J1端接二極管D1的負(fù)端，二極管D1的正端接激勵(lì)繞組WS的另一端J2，并通過限流電阻RS接地，二極管D1的正端接低通濾波器LPF1的輸入端，低通濾波器LPF1的輸出端接電壓跟隨器IC22的輸入端，電壓跟隨器IC22的輸出端c接計(jì)算機(jī)(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流電流傳感器，其特性在于檢測線圈WM處理電路(4)的結(jié)構(gòu)為，采樣電阻Rx接檢測線圈WM的兩端M1和M2，M1和M2兩端分別接運(yùn)算放大器IC4的負(fù)、正輸入端，正輸入端接地，運(yùn)算放大器IC4的輸出端接低通濾波器LPF2，低通濾波器LPF2的輸出端接同相放大器IC5，同相放大器IC5的一個(gè)輸出端依次通過正半波整流電路IC6和將真有效值變?yōu)橹绷鞯淖儞Q器IC8接加法器IC10的正輸入端，同相放大器IC5的另一個(gè)輸出端依次通過負(fù)半波整流電路IC7和將真有效值變?yōu)橹绷鞯淖儞Q器IC9接加法器IC11的正輸入端，產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的芯片IC12與加法器IC10和IC11的負(fù)輸入端相接，加法器IC10和IC11的輸出端分別接運(yùn)算放大器IC13的正、負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器IC13的輸出端通過反相積分器IC14接反相放大器IC15的輸入端，低通濾波器LPF2的輸出端接電壓跟隨器IC21的輸入端，電壓跟隨器IC21的輸出端a接計(jì)算機(jī)(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流電流傳感器，其特性在于檢測線圈WM處理電路(4)的結(jié)構(gòu)為，采樣電阻Rx接檢測線圈WM的兩端M1和M2，M1和M2兩端分別接運(yùn)算放大器IC4的負(fù)、正輸入端，正輸入端接地，運(yùn)算放大器IC4的輸出端接低通濾波器LPF2，低通濾波器LPF2的輸出端接同相放大器IC5，同相放大器IC5的一個(gè)輸出端依次通過正半波整流電路IC6和將真有效值變?yōu)橹绷鞯淖儞Q器IC8接加法器IC10的正輸入端，同相放大器IC5的另一個(gè)輸出端依次通過負(fù)半波整流電路IC7和將真有效值變?yōu)橹绷鞯淖儞Q器IC9接加法器IC11的正輸入端，產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的芯片IC12與加法器IC10和IC11的負(fù)輸入端相接，加法器IC10和IC11的輸出端分別接運(yùn)算放大器IC13的正、負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器IC13的輸出端通過反相積分器IC14接反相放大器IC15的輸入端，低通濾波器LPF2的輸出端接電壓跟隨器IC21的輸入端，電壓跟隨器IC21的輸出端a接計(jì)算機(jī)(2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流電流傳感器，其特性在于反饋繞組W2處理電路(5)的結(jié)構(gòu)為，上述反相放大器IC15的輸出端d接電壓/電流轉(zhuǎn)換電路IC16的輸入端，電壓/電流轉(zhuǎn)換電路IC16的輸出端接開關(guān)管K2的集電極，給反饋繞組W2提供能源的直流電源IC17的一個(gè)輸出端接開關(guān)管K1的集電極，另一個(gè)輸出端接電壓/電流轉(zhuǎn)換電路IC16的輸入端，計(jì)算機(jī)(2)的一個(gè)輸出端e通過控制電路IC18與開關(guān)管K1的基極相接，另一個(gè)輸出端f通過控制電路IC19與開關(guān)管K2的基極相接，開關(guān)管K1和K2的發(fā)射極相接，并接反饋繞組W2的一端S1，反饋繞組W2的另一端S2通過限流電阻R接地，續(xù)流二極管D2的負(fù)端接反饋繞組W2的S1端，正端接地，反饋繞組W2的S2端通過低通濾波器LPF3、電壓跟隨器IC20的輸出端b接計(jì)算機(jī)(2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直流電流傳感器，其特性在于反饋繞組W2處理電路(5)的結(jié)構(gòu)為，上述反相放大器IC15的輸出端d接電壓/電流轉(zhuǎn)換電路IC16的輸入端，電壓/電流轉(zhuǎn)換電路IC16的輸出端接開關(guān)管K2的集電極，給反饋繞組W2提供能源的直流電源IC17的一個(gè)輸出端接開關(guān)管K1的集電極，另一個(gè)輸出端接電壓/電流轉(zhuǎn)換電路IC16的輸入端，計(jì)算機(jī)(2)的一個(gè)輸出端e通過控制電路IC18與開關(guān)管K1的基極相接，另一個(gè)輸出端f通過控制電路IC19與開關(guān)管K2的基極相接，開關(guān)管K1和K2的發(fā)射極相接，并接反饋繞組W2的一端S1，反饋繞組W2的另一端S2通過限流電阻R接地，續(xù)流二極管D2的負(fù)端接反饋繞組W2的S1端，正端接地，反饋繞組W2的S2端通過低通濾波器LPF3、電壓跟隨器IC20的輸出端b接計(jì)算機(jī)(2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直流電流傳感器，其特性在于計(jì)算機(jī)(2)包括多路A/D采集卡IC27和單片機(jī)IC28，電壓跟隨器IC20的輸出端b、電壓跟隨器IC21的輸出端a、電壓跟隨器IC22的輸出端c通過可控增益放大器IC26分別接多路A/D采集卡IC27，單片機(jī)IC28的輸出端g接顯示器1的輸入端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電流傳感器，其特性在于在環(huán)形鐵心(3)上繞制直流繞組W1，其兩端接被測直流導(dǎo)線。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電流傳感器，其特性在于該傳感器做成鉗式結(jié)構(gòu)的傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種直流電流傳感器。該傳感器增加了一個(gè)檢測線圈，采用單磁芯三繞組結(jié)構(gòu)，在磁芯中存在直流偏磁時(shí)，檢測線圈獲得的感應(yīng)電勢(shì)就會(huì)出現(xiàn)正負(fù)半波不對(duì)稱的波形，將該波形轉(zhuǎn)換為正負(fù)半波有效值之差的電壓信號(hào)，經(jīng)過電壓/電流變換之后，送入反饋繞組中，由反饋繞組產(chǎn)生與被測直流所產(chǎn)生的磁勢(shì)相反方向的直流磁勢(shì)，以平衡被測直流所產(chǎn)生的偏磁磁勢(shì)，形成“零磁通”狀態(tài)，因此可以獲得被測直流大小，從而實(shí)現(xiàn)直流電流的檢測任務(wù)。從而實(shí)現(xiàn)直流電流的檢測任務(wù)。本實(shí)用新型明顯改善了傳感器的開環(huán)輸出特性；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，響應(yīng)速度快、靈敏度高、互換性好，安裝、校準(zhǔn)、調(diào)試、維護(hù)均十分方便。
文檔編號(hào)G01R19/00GK2699309SQ20042001812
公開日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2004年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月18日
發(fā)明者毛承雄, 李維波, 陸繼明 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)