快速變化的大電流的測(cè)量電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速變化的大電流的測(cè)量電路，包括敏感元件及運(yùn)算放大器；敏感元件串聯(lián)在被測(cè)電流回路中；敏感元件的值包括電阻值和電感值；運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端連接示波器；測(cè)量電路還包括補(bǔ)償電路；補(bǔ)償電路包括補(bǔ)償電阻和補(bǔ)償電容，補(bǔ)償電阻和補(bǔ)償電容串聯(lián)后與敏感元件并聯(lián)；運(yùn)算放大器的同相輸入端連接在補(bǔ)償電阻和補(bǔ)償電容之間；運(yùn)算放大器的反相輸入端連接在被測(cè)電流回路的負(fù)極；補(bǔ)償電路的補(bǔ)償條件為：敏感元件的電感值/敏感元件的電阻值=補(bǔ)償電阻的值*補(bǔ)償電容的值，補(bǔ)償電阻的值>>敏感元件的電阻值。該測(cè)量電路能測(cè)量電流值在1-100000安培、變化頻率最高達(dá)到每秒109HZ、波形為任意的快速變化的大電流，其測(cè)量精度可達(dá)萬分之一。
【專利說明】快速變化的大電流的測(cè)量電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及快速變化的大電流的測(cè)量電路。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代控制技術(shù)已應(yīng)用于現(xiàn)代先進(jìn)國家的每一個(gè)方面，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國防等。沒有現(xiàn)代控制技術(shù)就沒有現(xiàn)代先進(jìn)國家，而要控制得好而準(zhǔn)確，首先需要測(cè)量得快而準(zhǔn)確。
[0003]在現(xiàn)代控制技術(shù)中對(duì)電的控制及其重要，好的電的控制需要高速精確的電的測(cè)量，包括對(duì)電壓、電流的測(cè)量。在一些特殊場(chǎng)合，例如:精密電焊機(jī)、大型軍事設(shè)備都需要對(duì)快速變化的大電流進(jìn)行精確的測(cè)量。精確的測(cè)量才能產(chǎn)生精確的控制?？焖僮兓话闶侵负撩雰?nèi)大電流的變化。
[0004]目前快速變化的大電流的測(cè)量方法，基本上分兩種:
1、直接串聯(lián)法。即將電流敏感元件直接串聯(lián)接入電流回路，利用電流在敏感元件的電阻上的電壓降來測(cè)量。但由于電流敏感器件除了有用的電阻外，總是帶有電感，這使壓降中不但包含電阻壓降，還包含電感壓降，電流變化快時(shí)，電感壓降很大，使得測(cè)量高速大電流時(shí)誤差很大，測(cè)量精度難以達(dá)到2%。
[0005]2、非接觸式。實(shí)際是測(cè)量電流磁場(chǎng)，它只能測(cè)量變化頻率最高達(dá)到每秒IO6HZ的大電流，測(cè)量精度難以達(dá)到1%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種能測(cè)量電流值在1-100000安培、變化頻率最高達(dá)到每秒109HZ、波形為任意的快速變化的大電流的測(cè)量電路，其測(cè)量精度可達(dá)萬分之
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[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的快速變化的大電流的測(cè)量電路，包括敏感元件及運(yùn)算放大器；所述的敏感元件串聯(lián)在被測(cè)電流回路中；所述的敏感元件的值包括電阻值和電感值；所述的運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端連接示波器；所述的測(cè)量電路還包括補(bǔ)償電路；所述的補(bǔ)償電路包括補(bǔ)償電阻和補(bǔ)償電容，所述的補(bǔ)償電阻和補(bǔ)償電容串聯(lián)后與所述的敏感元件并聯(lián)；所述的運(yùn)算放大器的同相輸入端連接在所述的補(bǔ)償電阻和補(bǔ)償電容之間；所述的運(yùn)算放大器的反相輸入端連接在被測(cè)電流回路的負(fù)極；所述的補(bǔ)償電路的補(bǔ)償條件為:所述的敏感元件的電感值/所述的敏感元件的電阻值=所述的補(bǔ)償電阻的值*所述的補(bǔ)償電容的值，所述的補(bǔ)償電阻的值 >> 所述的敏感元件的電阻值。
[0008]采用以上結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明的快速變化的大電流的測(cè)量電路，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明快速變化的大電流的測(cè)量電路本質(zhì)上也屬于串聯(lián)壓降法，但加了補(bǔ)償電路后，采用這種方法，把快速變化的電流波形準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換成補(bǔ)償電容上的快速變化的電壓波形，只要保持所述的敏感元件的電感值/所述的敏感元件的電阻值=所述的電阻的值*所述的電容的值，所述的電阻的值 >> 所述的敏感元件的電阻值，則本測(cè)量電路就能用來測(cè)量毫微秒變化的高達(dá)100000A電流，既精確又響應(yīng)快，示波器顯示的波形更接近于實(shí)際波形。
[0009]作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)，所述的運(yùn)算放大器的反相輸入端的輸入阻抗》1/所述的補(bǔ)償電容的值*s，所述的運(yùn)算放大器的通帶>1GHZ。采用此種結(jié)構(gòu)后，示波器顯示的波形更加接近于實(shí)際波形。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的快速變化的大電流的測(cè)量電路的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的快速變化的大電流的測(cè)量電路的帶電流流向的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中所示:1、敏感元件，2、運(yùn)算放大器，3、補(bǔ)償電路，4、示波器。
[0013]【具體實(shí)施方式】
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0014]請(qǐng)參閱圖1所示,本發(fā)明的快速變化的大電流的測(cè)量電路包括敏感元件1、運(yùn)算放大器2及補(bǔ)償電路3。所述的敏感元件I可以是任意的大電流電阻式電流敏感元件，只要內(nèi)阻小，溫度系數(shù)小。世界上，很多公司生產(chǎn)的大電流電阻式電流敏感元件都可以使用。本具體實(shí)施例中，所述的敏感元件采用美國DATEL公司的part no:3020-01105元件。
[0015]所述的敏感元 件I串聯(lián)在被測(cè)電流回路中。所述的敏感元件I的值包括電阻值和電感值。所述的補(bǔ)償電路3包括補(bǔ)償電阻和補(bǔ)償電容，所述的補(bǔ)償電阻和補(bǔ)償電容串聯(lián)后與所述的敏感元件I并聯(lián)。所述的運(yùn)算放大器2的同相輸入端連接在所述的補(bǔ)償電阻和補(bǔ)償電容之間。所述的運(yùn)算放大器2的反向輸入端連接在被測(cè)電路回路的負(fù)極。所述的運(yùn)算放大器2的信號(hào)輸出端連接不波器4。
[0016]所述的補(bǔ)償電路3的補(bǔ)償條件為:所述的敏感元件的電感值/所述的敏感元件的電阻值=所述的電阻的值*所述的補(bǔ)償電容的值，所述的補(bǔ)償電阻的值 >> 所述的敏感元件的電阻值。(大約IO7倍)
所述的運(yùn)算放大器2的反相輸入端的輸入阻抗》1/所述的補(bǔ)償電容的值*S，所述的運(yùn)算放大器的通帶>1GHZ。(S=j ?=j6.2832f, f是頻率，即希望的測(cè)量速度。)
請(qǐng)參閱圖2所示，本發(fā)明的快速變化的大電流的測(cè)量電路的測(cè)量原理如下:
大多數(shù)場(chǎng)合下，敏感元件是大約50微歐(50 ii Q)的溫度系數(shù)很小(0.002%/°C )的金屬片，但仍帶有小電感(可根據(jù)物理公式計(jì)算，一般是10-30 nH, n=l(T9)這樣的小電感，由 U=Ldi/dt 可知，在 di=100A, dt=lCr5s 時(shí),UL=20*10_9*100/IO-5= 0.2 V,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電流是1000A時(shí)，電阻上產(chǎn)生的電壓降UK=1000A*50*1(T6=0.05V，可見，不采用一些特殊措施，用以上的敏感元件，是無法準(zhǔn)確測(cè)出快速變化的大電流的初始波形。
[0017]本具體實(shí)施例中，所采用的敏感元件是采用電流敏感器元件:美國DATEL公司，RCElectronics公司都生產(chǎn)電阻式電流敏感器。例如:DATEL公司的part no:3020-01105元件，它1000A時(shí)產(chǎn)生50mV壓降，根據(jù)其外形，用物理公式可以估算其電感大約值，則本發(fā)明的測(cè)量電路進(jìn)行補(bǔ)償:
設(shè)所述的敏感元件的電阻值為Rl ;所述的敏感元件的電感值為L(zhǎng) ;所述的補(bǔ)償電阻的值為R2 ;所述的補(bǔ)償電容的值為C。
[0018]在實(shí)際應(yīng)用中，舉例如下:V=250V, Ri=50 m Q，I=5000A 方波，并令 LZR1=R2C, R2AR1，取 R2 = IO7Rl,
Rl=50u Q，R2=500 Q , L=13 nH, C=0.52 u F
1.無補(bǔ)償時(shí)，僅是L，Rl與電源串聯(lián)，測(cè)量信號(hào)是Vtltl
【權(quán)利要求】
1.一種快速變化的大電流的測(cè)量電路，包括敏感元件(I)及運(yùn)算放大器(2);所述的敏感元件(I)串聯(lián)在被測(cè)電流回路中；所述的敏感元件(I)的值包括電阻值和電感值；所述的運(yùn)算放大器(2)的信號(hào)輸出端連接示波器(4);其特征在于:所述的測(cè)量電路還包括補(bǔ)償電路(3);所述的補(bǔ)償電路(3)包括補(bǔ)償電阻和補(bǔ)償電容，所述的補(bǔ)償電阻和補(bǔ)償電容串聯(lián)后與所述的敏感元件(I)并聯(lián)；所述的運(yùn)算放大器(2)的同相輸入端連接在所述的補(bǔ)償電阻和補(bǔ)償電容之間；所述的運(yùn)算放大器(2)的反相輸入端連接在被測(cè)電流回路的負(fù)極；所述的補(bǔ)償電路(3)的補(bǔ)償條件為:所述的敏感元件的電感值/所述的敏感元件的電阻值=所述的補(bǔ)償電阻的值*所述的補(bǔ)償電容的值，所述的補(bǔ)償電阻的值〉〉所述的敏感元件的電阻值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速變化的大電流的測(cè)量電路，其特征在于:所述的運(yùn)算放大器(2)的反相輸入端的輸入阻抗》1/所述的補(bǔ)償電容的值*S，所述的運(yùn)算放大器(2)的通帶>1GHZ。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK103792409SQ201410021869
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月18日
【發(fā)明者】費(fèi)珣 申請(qǐng)人:寧波海得工業(yè)控制系統(tǒng)有限公司