專利名稱：帶有測頭的感應(yīng)式電流表的制作方法
帶有測頭的感應(yīng)式電流表屬直讀式電工測量儀表。
現(xiàn)有的交直流電流表一般均為接觸式儀表，如萬用表和實驗室儀表需要串接到電路中方能進行測量，麻煩、費時間，增加測量誤差，尤其是需要在線測量時便無法進行。鉗形表雖然能進行在線測量，但靈敏度低。被測電流小于1安培時分辨較難，一般適用于交流電流測量。具有交直流兩用功能的鉗形表，其靈敏度更低，只能對幾十安培以上的大電流進行測量。
為了測量方便，減少測量誤差，解決交、直流毫安級電流的在線測量，發(fā)明了帶有測頭的感應(yīng)式電流表。
本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思是根據(jù)電磁感應(yīng)定律為基本原理，用特制的測頭將載流導(dǎo)線周圍的磁場信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺纱穗妷盒盘柦?jīng)顯示單元部分的電路轉(zhuǎn)換工作后測量出導(dǎo)線中的電流大小。電流表由測頭與顯示單元組成。顯示單元包括方波信號源、脈沖、檢波、放大、功放、定時、穩(wěn)壓電路及電池電源、量程轉(zhuǎn)換開關(guān)、功能轉(zhuǎn)換(交、直流、電源電壓)開關(guān)、表頭、面板、儀表外殼等。測頭上有兩個繞在高導(dǎo)磁材料(初始導(dǎo)磁率μ1＞0.025亨/米)為鐵芯的磁飽和線圍，對稱地放置在U形殼體的左右兩側(cè)狹槽內(nèi)。測量時夾線器在彈簧作用下，將置于U形殼體凹槽內(nèi)的被測載流導(dǎo)線夾緊固定。每個磁飽和線圈有激磁繞組和輸出繞組。激磁繞組繞在中心開有方孔，被形成了兩個磁軛的鐵芯上。繞組繞向應(yīng)保證通電流后在兩個磁軛內(nèi)的磁通構(gòu)成閉合回路。輸出繞組繞在整個鐵芯的外面，包容著兩個磁軛。磁飽和線圈作差動方式聯(lián)接。儀表工作時由顯示單元的方波信號源為激磁繞組輸出方波脈沖電流，在T1時刻脈沖電流幅值為零，激磁繞組沒有電流。此時若有穩(wěn)定的外磁場存在，則在兩個磁軛內(nèi)有一恒定的磁通，輸出繞組內(nèi)無電壓信號。當(dāng)T2時刻到來時，在激磁繞組內(nèi)突然通以恒幅值電流，產(chǎn)生的磁通使磁軛飽和，因而外磁場在鐵芯中的磁通將急劇減弱，由于鐵芯中的磁通急劇變化，在輸出繞組中將感應(yīng)出一個正的尖脈沖電壓。同理在T3時刻感應(yīng)出一個負(fù)的尖脈沖電壓。感應(yīng)電動勢e＝k×△φ/△t，K-為常數(shù)由鐵芯材料和磁飽線圈繞組匝數(shù)決定。磁通變化率△φ/△t大小取決于外磁場強度、磁軛飽和深度和磁軛由飽和狀態(tài)與非飽和狀態(tài)相互轉(zhuǎn)變的過渡時間。其中磁軛飽和深度由激磁電流的幅值決定，轉(zhuǎn)變時間由激磁電流的上升沿時間ta和下降沿時間tb決定。因此當(dāng)激磁脈沖電流幅值和波形不變時，則輸出繞組內(nèi)感應(yīng)電壓信號大小與外磁場強度成正比。又因載流直導(dǎo)線形成的磁場強度與電流成正比，與距離成反比。測量時保持被測導(dǎo)線與測頭內(nèi)兩個磁飽和線圈間的距離不變，測頭中感應(yīng)的電壓信號幅值正比與被測導(dǎo)線中的電流強度。交流電流測量原理與直流相同。區(qū)別在于測頭輸出波形的幅值不同，因為交流導(dǎo)線周圍的磁場強度和方向成周期性變化，所以測頭內(nèi)感應(yīng)的電壓信號幅值和相位也成周期性變化。為了實現(xiàn)小電流測量也能保證線性度，在顯示單元的激磁電流功放電路與測頭之間串接一個補償器。其繞組結(jié)構(gòu)原理與測頭中的磁飽和線圈相同，此外在此飽和線圈鐵芯的長度方向上平行放入一個小磁體，當(dāng)補償器激磁繞組通有激磁脈沖電流時，由于小磁體的存在，在補償器輸出繞組中產(chǎn)生很高的脈沖電壓信號，其幅值超過二級管D1的結(jié)壓降，將此電壓信號與測頭產(chǎn)生的電壓信號相迭加，再經(jīng)D1檢波后便解決了小信號減波時的非線性失真。
本發(fā)明的優(yōu)點是①交直流兩用，測量精度為±5%。測量范圍寬，從幾毫安至幾十安幾百安均能測量。②能在線測量，使用方便，減少測量時間。為不允許將被測導(dǎo)線從電路中拆下的場合提供了靈敏度較高的測試手段。③消除了因電流表串接在被測電路中由內(nèi)組帶來的誤差。廣泛適用于電器、電機、儀器設(shè)備、輸變電線路等方面的測量與維修。
說明書附圖

圖1測頭總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2測頭夾線器工作示意圖。
圖3鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4激磁繞組示意圖。
圖5輸出繞組石意圖。
圖6-1激磁方波脈沖電流波形圖。
圖6-2激磁方波脈沖電流上升沿與下降沿時間石意圖。
圖6-3輸出繞組感應(yīng)的尖脈沖電壓波形圖。
圖7-1直流測量時測頭輸出波形。
圖7-2交流測量時測頭輸出波形。
圖7-3交流磁場波形。
圖8磁飽和線圈差動方式聯(lián)接原理圖。
圖9抑制地磁場干擾原理示意圖。
圖10電路原理結(jié)構(gòu)方框圖。
圖11顯示單元電器原理圖。
圖12補償器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖13顯示單元外觀示意圖。
具體實施例方式測頭內(nèi)的兩個磁飽和線圈(圖1)2對稱放置在U形殼體3的左右兩側(cè)狹槽內(nèi)，找正位置用CH31型環(huán)氧素質(zhì)膠4封裝固定。線圈引線AF0.1型安裝線引出，通過導(dǎo)管7與測頭饋線9聯(lián)接。用螺釘10將饋線9固定于尾部套管8上，防止饋線松動。夾線器5在導(dǎo)管7上往復(fù)滑動，測量時將被測導(dǎo)線直于U形殼體3的凹槽內(nèi)，夾線器5在彈簧6的作用下將導(dǎo)線夾緊固定(圖2)。導(dǎo)管、尾部套管、夾線器均用電木車制而成。殼體用電工純鐵或其它導(dǎo)磁材料壓鑄或冷加工制作。饋線采用兩根單芯屏蔽線，彈簧外徑為16毫米，采用φ0.8毫米彈簧鋼絲按4mm節(jié)距繞8圈制成。磁飽和線圈的鐵芯材料采用1J79、1J85、1J88均可以，厚度為0.05毫米，經(jīng)沖裁或腐蝕工藝使其芯片中心開有方孔，形成兩個磁軛a1，a2，(圖3)，再經(jīng)磁性能熱處理，達到起始導(dǎo)磁率μ1＞0.025亨/米。取四片迭齊后用502膠粘固。磁飽和線圈的激磁繞組(圖4)WA采用φ0.1mm漆包線分別在鐵芯的兩個磁軛上手工穿繞15匝，起末端各留出引線30毫米(繞制前先在鐵芯上包一層0.01毫米厚的滌綸薄膜)。繞線方向要保證通電流后兩個磁軛中的磁通成閉合回路(圖4)。在繞好的激磁繞組外面包一層滌綸薄膜。輸出繞組(圖5)WB用φ0.06mm漆包線在鐵芯外面密繞250匝，將激磁繞組包容在內(nèi)。始端留引線30毫米，末端留引線60毫米。測頭中的兩個磁飽和線圈作差動方式聯(lián)接(圖8)輸出繞組WB1WB2的同名端作為輸出信號G、F。地磁場在鐵芯B1B2中產(chǎn)生的磁通方向相同(圖9)在WB1WB2中感應(yīng)出的電壓信號為同相位共模信號，互相抵消，抑制了地磁場干擾。載流導(dǎo)線(圖9)A周圍磁場在鐵芯B1B2中的磁通方向相反。在WB1WB2中感應(yīng)出的電壓信號為反相差模信號，互相迭加，提高了測量靈敏度。補償器的鐵芯、繞組結(jié)構(gòu)、參數(shù)、材料實施工藝與測頭中磁飽和線圈相同。小磁體是用縫衣針截成6～8mm長的小段，放到磁石上充磁后制成。與磁飽和線圈鐵芯長度方向平行的放置在錄音磁頭外殼內(nèi)，按著原理圖(圖11)接線。顯示單元面板上(圖13)的μA表型號為CI-A，滿刻度為100μA。量程轉(zhuǎn)換開關(guān)K1，功能轉(zhuǎn)換開關(guān)K3(交流、直流、電源電壓)為三擲波段開關(guān)。倍率開關(guān)K2電源開關(guān)K4為小型雙刀雙擲開關(guān)。調(diào)零電位器R154.7KΩ。電源為9伏迭層電池。儀表外殼用電木粉壓鑄。顯示單元電器原理圖(圖11)施密特觸發(fā)器采用CH40106集成片。構(gòu)成4KC的方波信號源，經(jīng)BG2BG3，復(fù)和管射極輸出方波脈沖電流(圖6)1，為測頭激磁繞組提供激磁電流。其上升沿時間為ta，下降沿時間為tb(圖6)2，在輸出繞組感應(yīng)出尖形脈沖電壓(圖6)3。載流道線周圍磁場在測頭中感應(yīng)的電壓信號(圖7)1，2經(jīng)D1檢波，R4R5R6C3濾波。場效應(yīng)管BG3放大，BG5BG6功放后推動微安表顯示測量結(jié)果。微安表基準(zhǔn)電壓由BG7射極輸出。BG8、C4、R25構(gòu)成穩(wěn)壓電路。為檢測電路提供穩(wěn)定的電源電壓。保證測量精度。施密特觸發(fā)器a5、BG9、R26、R27、C6組成定時開關(guān)電路，節(jié)省電源。電路圖中的電器元件焊接在一塊印刷線路板上之后再插入CH40106集成片。將線路板用螺釘固定在儀表殼內(nèi)。調(diào)試工藝①K4置“開”，調(diào)節(jié)R21使BG7，的發(fā)射極電壓為2.6V。②K3置“Ⅱ”，K1置“100mA”，K2置“×1”，將調(diào)試用的導(dǎo)線夾在測頭上，測頭插頭與儀表殼上插座(圖14)J相接。③用調(diào)零電位器R15使表頭指針對準(zhǔn)零位。④將R18調(diào)到阻值最大位置，在調(diào)試導(dǎo)線上通以100mA直流電流，調(diào)節(jié)R12使表頭指針對準(zhǔn)滿刻度。若達不到再調(diào)R18至滿刻度。⑤驗證斷開調(diào)試電流儀表指針回零，接通100mA調(diào)試電流，儀表達滿刻度。否則重復(fù)進行③④項。⑥當(dāng)調(diào)試電流分別為1A、10A、50A時量程開關(guān)K1K2置入相應(yīng)位置，分別調(diào)節(jié)R7R8R10，使儀表指針的顯示達到⑤中的要求。⑦將功能轉(zhuǎn)換開關(guān)K3置“Ⅰ”，其它開關(guān)置任意位置，取下9V電池，用標(biāo)準(zhǔn)9V直流電源代替電池接入儀表電路。調(diào)節(jié)R23使表針對準(zhǔn)刻度“9”，儀表指示電壓值，用于隨時檢測電池電壓。當(dāng)電壓降至7V時要更換電池。⑧將K3置“Ⅲ”為交流測量，調(diào)試方法如下將K1置“1A”檔，在調(diào)試導(dǎo)線上通以1A交流電流，調(diào)節(jié)R28，最后達到直流調(diào)試⑤中的要求。本檔調(diào)節(jié)后，其它各檔量程即隨之調(diào)好，不須單獨調(diào)試。如果測量范圍需要擴大，則改變測頭凹槽尺寸。
權(quán)利要求
1.帶有測頭的感應(yīng)式電流表，由測頭和顯示單元組成。顯示單元由方波信號源、脈沖、檢波、放大、功率放大、定時、穩(wěn)壓電路及電源(電池)、量程轉(zhuǎn)換開關(guān)、功能轉(zhuǎn)換開關(guān)、表頭、面板、儀器外殼等組成。本發(fā)明的特征是儀表測頭由兩個繞在鐵芯上的磁飽和線圈對稱的放置在U形殼體的左右兩側(cè)狹槽內(nèi)；在測頭與顯示單元中的電流功放電路之間串接一個補償器。
2.如權(quán)利要求1所述的電流表，其特征在于測頭中磁飽和線圈的鐵芯采用高導(dǎo)磁材料(起始導(dǎo)磁率μi＞0.025亨/米)，制成中心開有方孔的矩形金屬片，每個磁飽和線圈由激磁繞組和輸出繞組組成，兩個磁飽和線圈作差動方式聯(lián)接。
3.如權(quán)利要求1所述的電流表，其特征在于測頭磁飽和線圈引線通過導(dǎo)管與測頭饋線聯(lián)接，用螺釘將饋線固定于測頭的尾部套管上。在導(dǎo)管上套有同心夾線器和彈簧。
4.如權(quán)利要求1所述的電流表，其特征在于補償器是由磁飽和線圈和一個與飽和線圈內(nèi)鐵芯長度方向平行的小磁體一起放入錄音磁頭外殼內(nèi)，用環(huán)氧樹脂膠封裝固定構(gòu)成。
全文摘要
帶有測頭的感應(yīng)式電流表屬于直讀式電工測量儀表。解決了交直流在線測量靈敏度較低測量范圍較窄的技術(shù)問題。儀表由測頭和顯示單元組成。測頭內(nèi)的兩個繞在高導(dǎo)磁材料為鐵芯的磁飽和線圈將載流導(dǎo)線周圍的磁場信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，此電壓信號?jīng)顯示單元部分的電路轉(zhuǎn)換工作后，推動表頭顯示測量結(jié)果。適用于電器行業(yè)的測量與維修。
文檔編號G01R19/00GK1032706SQ88100349
公開日1989年5月3日 申請日期1988年1月24日 優(yōu)先權(quán)日1988年1月24日
發(fā)明者付杰民 申請人:付杰民