磁通門電流傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型的技術(shù)方案涉及用于測量電流的裝置，具體地說是磁通門電流傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高性能的電流傳感器的需求日趨增大，越來越多的電流傳感器也隨之進入研宄人員的研宄范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的電流檢測裝置包括分流器、電流互感器、羅氏線圈和霍爾傳感器；現(xiàn)有的新型電流檢測裝置包括磁通門電流傳感器、巨磁阻效應(yīng)電流傳感器和光纖傳感器?；魻杺鞲衅饔捎谄湓砗唵魏涂刂品奖?，目前在工程應(yīng)用上最為廣泛，但是霍爾傳感器存在對磁場的靈敏度低，并且溫漂和零漂比較大的缺陷。磁通門電流傳感器則具有獨特的磁感應(yīng)能力、對施加磁場高靈敏度、高精度和小型化的特點，相比之下，磁通門電流傳感器也就有了突出的研發(fā)和應(yīng)用優(yōu)勢。
[0003]CN203658558U提出了一種環(huán)形磁通門探頭，特征是激勵線圈纏繞包圍整個磁芯，形成閉合磁路，感應(yīng)線圈分三組，在纏繞了激勵線圈的磁芯上按圓周對稱排列；CN101545958A公開了一種雙向飽和時間差磁通門電流傳感器，該傳感器磁芯的兩端繞有激勵線圈，中段繞有感應(yīng)線圈；以上兩種電流傳感器均采用了激勵繞組和原邊被測繞組、二次反饋繞組平行分布，導(dǎo)致其相互耦合，影響了電流測量結(jié)果的準確度。US3218547A公開了單磁芯磁通門電流傳感器，采用了傳感線圈置于勵磁線圈的正交位置，此繞組正交分布的磁通門電流傳感器，載流導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場很容易受周圍雜散磁場影響，這些雜散磁場使得通過磁芯的有效磁場大大減少，從而會引起傳感器產(chǎn)生較大的輸出誤差，影響了電流測量結(jié)果的靈敏度和測量精度。鑒于上述現(xiàn)有的磁通門電流傳感器所存在的技術(shù)上的缺點，最終導(dǎo)致現(xiàn)有的磁通門電流傳感器在實際測量中會產(chǎn)生較大的輸出誤差，存在電流測量結(jié)果的準確度較差的缺陷。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是:提供磁通門電流傳感器，是帶有聚磁殼和采用繞組正交分布的磁通門電流傳感器，消除了繞組之間的耦合，同時引入聚磁殼，聚集了有效磁場，屏蔽了周圍雜散磁場影響，不僅克服了現(xiàn)有的磁通門電流傳感器在實際測量中會產(chǎn)生較大的輸出誤差，存在電流測量結(jié)果的準確度較差的缺陷，還提高了測量的靈敏度。
[0005]本實用新型解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:磁通門電流傳感器，是一種帶有聚磁殼和采用繞組正交分布的磁通門電流傳感器，包含磁通門檢測探頭和信號處理電路；其中，磁通門檢測探頭由一個聚磁殼加環(huán)形磁芯和激勵繞組加二次反饋繞組構(gòu)成，環(huán)形磁芯放在聚磁殼內(nèi)部，激勵繞組為一根導(dǎo)線在環(huán)形磁芯上沿著該環(huán)形磁芯的徑向均勻纏繞100?150匝形成的繞組，二次反饋繞組為在激勵繞組纏好后沿著環(huán)形磁芯的圓周方向再均勻纏繞200?300匝形成的繞組；信號處理電路分為激勵電路和零磁通檢測電路兩部分，激勵電路部分又包括激勵信號發(fā)生電路和信號驅(qū)動電路；激勵繞組一端經(jīng)激勵信號發(fā)生電路中的采樣電阻接地，激勵繞組另一端與激勵電路中的信號驅(qū)動電路相連接，信號驅(qū)動電路的輸出連接零磁通檢測電路的輸入，零磁通檢測電路又分為積分比較器電路和H橋驅(qū)動電路兩部分，積分比較器電路為零磁通檢測電路的輸入，積分比較器電路的輸出連接H橋驅(qū)動電路的輸入，H橋驅(qū)動電路的輸出連接二次反饋繞組的一端，二次反饋繞組的另一端通過分流電阻接地。
[0006]上述磁通門電流傳感器，所述聚磁殼采用的是坡莫合金材料制作，其電阻率為0.56 μ Ω.m，居里點為400°C，飽和磁感應(yīng)強度為Bs= 0.7T，飽和磁感應(yīng)強度下的矯頑力Hc不大于1.6A/m，直流磁性能滿足在0.08A/m磁場強度中的磁導(dǎo)率不小于37.5mH/m，厚度是2mm，長度是30mm，寬度是30mm,高度是15mm。
[0007]上述磁通門電流傳感器，所述環(huán)形磁芯所用的材料為鐵基納米晶軟磁材料，其飽和磁通密度為Bs= 1.2T,矯頑力He〈5A/m，飽和磁致伸縮系數(shù)為s = 10_8?10 _6，磁導(dǎo)率為15000?150000H/m，鐵芯損耗(100ΚΗζ，0.3Τ) PFe= 80W/Kg，該環(huán)形磁芯的內(nèi)徑為10mm、夕卜徑為20mm和高為10mm。
[0008]上述磁通門電流傳感器，所述各個繞組所用的材質(zhì)均為漆包線，直徑為0.3mm。
[0009]上述磁通門電流傳感器，所述H橋驅(qū)動電路采用的芯片是IR2110。
[0010]上述磁通門電流傳感器，所述采樣電阻為20ΚΩ，分流電阻為150Ω。
[0011]上述磁通門電流傳感器，所述激勵電路，包括激勵信號發(fā)生電路和信號驅(qū)動電路，其構(gòu)成是:主要包括用于激勵信號發(fā)生電路的芯片LM6132和用于信號驅(qū)動電路的芯片IR2101s，LM6132為功率放大器，包括8個引腳，LM6132的引腳1、LM6132的引腳2與LM6132的引腳6由阻值為3.3K Ω的電阻R1連接，LM6132的引腳3與阻值為20K Ω的采樣電阻Rs—端相連，采樣電阻Rs另一端接地，LM6132的引腳4接-12V直流電壓和一個電容值為0.1 UF的穩(wěn)壓電容Ci，LM6132的引腳5與兩個并聯(lián)電阻相連，其中一個阻值為3.9ΚΩ的并聯(lián)電阻R2接地，另一個阻值為27ΚΩ的并聯(lián)電阻R 3與LM6132的引腳7共同接在IR2101s的引腳2上；LM6132的引腳8接+12V直流電壓和一個電容值為0.1 μ F的穩(wěn)壓電容C2的一端，電容(:2的另一端接地，IR2101S的引腳I接12V直流電壓，這個12V電壓同時通過一個型號為1Ν4106的二極管01與IR2101S的引腳8連接，IR2101s的引腳8再通過一個電容值為0.1 UF的電容C3連接在IR2101s的引腳6上；IR2101s的引腳3和IR2101s的引腳7懸空，IR2101s的引腳4和IR2101s的引腳5接地。
[0012]上述磁通門電流傳感器，所述零磁通檢測電路，包括積分比較器電路和H橋驅(qū)動電路兩部分，其中，積分比較器電路的構(gòu)成是:主要包括芯片TLC2652，包括8個引腳，TLC2652的引腳I經(jīng)電容值為0.1 μ F的電容CjP電容值為IF的C 2后接地，在C:和C 2之間連接電容值為0.01 yF的電容C3，電容C3的另一端連接TLC2652的引腳8，TLC2652的引腳2與阻值為20ΚΩ的電阻R1相連，R ^勺另一端與上述的信號驅(qū)動電路的輸出和電容值為0.01 yF的電容(；相連接，電容C 4的另一端連接著TLC2652的引腳6和阻值為100 Ω的電阻R2,電阻民的另一端連接著H橋驅(qū)動電路的輸入，TLC2652的引腳3經(jīng)阻值為20K Ω的電阻R3接地，TLC2652的引腳4連接-15V的直流電壓，TLC2652的引腳5懸空，TLC2652的引腳7連接+15V的直流電壓。
[0013]上述磁通門電流傳感器，所述H橋驅(qū)動電路的電路構(gòu)成是公知的(楚斌.《IR2110功率驅(qū)動集成芯片應(yīng)用》.電子工程師.2004.30 (10).的圖2)。
[0014]本實用新型的有益效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的突出的實質(zhì)性特點如下:磁通門電流傳感器工作原理是基于載流導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場，為了使磁場盡量增大同時保證外界雜散磁場干擾最小，經(jīng)過實用新型人的艱辛研發(fā)證明，有效的方法就是本實用新型應(yīng)用的聚磁技術(shù)，即本實用新型所采用的聚磁殼并且將其設(shè)計成U型結(jié)構(gòu)。聚磁技術(shù)是用來聚集原邊被測有效磁場，隔離磁場耦合的措施，是利用磁通沿低磁阻路徑流通的原理來改變外界雜散磁場的方向，從而使磁力線聚集于殼內(nèi)。由磁阻公式Rni= I/μ S可知，磁阻與材料的磁導(dǎo)率成反比，因此一般要選用高磁導(dǎo)率材料。為了增大檢測范圍的量程，應(yīng)選用高飽和磁密的導(dǎo)磁材料，同時為了得到精確的檢測結(jié)果，要選用低磁滯和低矯頑力材料。常用的聚磁材料包括:硅鋼片、坡莫合金和非晶合金。其中非晶合金磁導(dǎo)率最高，但價格較為昂貴，硅鋼片價格便宜，但磁導(dǎo)率較低。從性能和成本方面考慮，本實用新型選擇坡莫合金作為聚磁殼材料。
[0015]本實用新型的磁通門電流傳感器在帶聚磁殼的同時，還采用激勵繞組和二次反饋繞組正交分布，能夠很好地將二次反饋磁場從勵磁磁場物理地去耦合，從而將勵磁磁場的貢獻從原邊被測信號中去除。
[0016]下面的實施例將進一步說明本實用新型的突出的實質(zhì)性原理。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的顯著優(yōu)點在于:
[0018](I)本實用新型磁通門電流傳感器，由于引入聚磁殼，有效地聚集了原邊被測磁場，屏蔽了周圍雜散磁場影響，減少了外界雜散磁場的干擾，同時增加了傳感器的磁增益系數(shù)，使得傳感器輸出的靈敏度得到了很大的提高，而且使得測量精度得以大大提高，可以精確地測得直流和低頻的交流電，使得現(xiàn)有磁通門電流傳感器測得的直流值提高到25Α，具有僅為6%。超低的相對誤差。
[0019](2)本實用新型磁通門電流傳感器，采用激勵繞組和二次反饋繞組正交分布，消除了繞組之間的耦合，避免了測量系統(tǒng)額外的補償模塊，并且降低了由于磁性器