一種低溫漂的柔性微分電流傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于傳感器領(lǐng)域的電流測(cè)量技術(shù)，特別是涉及一種羅氏線圈制成的電 流傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 微分電流傳感器又叫羅氏線圈（Rogowski線圈），是一個(gè)均勻纏繞在非鐵磁性材 料骨架上的環(huán)形線圈。如式（1)所示，羅氏線圈輸出電壓大小e(t)為羅氏線圈互感應(yīng)系數(shù) M與電流I對(duì)時(shí)間t微分的乘積。
[0004] 其中，M與羅氏線圈的截面積S成本比。
[0005] 利用羅氏線圈制成的電流互感器具有二次開路無高壓、無磁飽和、頻率響應(yīng)寬、動(dòng) 態(tài)范圍大、測(cè)量電流范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，能同時(shí)滿足計(jì)量、保護(hù)和測(cè)量的用途要求，這是所有帶 鐵心的電磁式電流互感器無法比擬的。柔性羅氏線圈，因?qū)σ淮螌?dǎo)體形狀無特殊要求，大大 降低了對(duì)施工條件和工程環(huán)境的要求，具有廣泛的工程實(shí)用價(jià)值。
[0006] 雖然羅氏線圈制成的電流互感器具有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，但羅氏線圈尤其是柔性羅氏 線圈的一項(xiàng)主要缺點(diǎn)是存在較大溫漂。其主要原因是現(xiàn)有的柔性羅氏線圈的是在高分子材 料制成的柔性骨架上繞制漆包線制成的，由于高分子材料熱膨脹系數(shù)較大（為10 4量級(jí)）， 在溫度變化時(shí)柔性骨架的熱膨脹導(dǎo)致柔性羅氏線圈的截面積S發(fā)生變化，從而導(dǎo)致其互感 應(yīng)系數(shù)M發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致輸入電流I(t)與輸出電壓e(t)的關(guān)系隨溫度發(fā)生變化，即溫 漂。
[0007] 溫漂大的不足給柔性羅氏線圈的應(yīng)用帶來較大的局限性，目前該類線圈制成的電 流傳感器一般只能應(yīng)用于對(duì)溫漂要求不高的環(huán)境中。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008] 本實(shí)用新型的目的是為了克服已有柔性線圈存在溫漂大的不足，提出一種低溫漂 的柔性微分電流傳感器，其具有較寬的工作溫度范圍下準(zhǔn)確度高的特性，適用于戶內(nèi)戶外 環(huán)境，能同時(shí)滿足測(cè)量、計(jì)量和保護(hù)對(duì)電流傳感器測(cè)量范圍及準(zhǔn)確度的要求。
[0009] 本實(shí)用新型的一種低溫漂的柔性微分電流傳感器，其特征在于，該傳感器為無骨 架的環(huán)形空心線圈；所述的空心線圈為采用表面絕緣處理后的無磁性導(dǎo)電線材均勻繞制成 螺旋狀而成，該空心線圈兩端引出線，為信號(hào)輸出端。
[0010] 所述低溫漂的柔性微分電流傳感器還可包括一根回線，該回線從空心線圈的內(nèi)側(cè) 或外側(cè)環(huán)繞一周。
[0011] 所述低溫漂的柔性微分電流傳感器還可包括一個(gè)金屬殼體和與金屬殼體相連的 金屬線，所述空心線圈全部置于金屬殼體內(nèi)，空心線圈與金屬殼體之間預(yù)留一定的空間，以 防止金屬殼體熱漲而導(dǎo)致空心線圈變形；金屬殼體沿在其圓周內(nèi)側(cè)留出一道縫，以保證被 測(cè)一次導(dǎo)線的磁場(chǎng)不被磁屏蔽，而能穿入金屬殼體內(nèi)，以形成空心線圈對(duì)一次導(dǎo)線電流形 成磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)測(cè)量；與金屬殼體相連的金屬線接大地；流過被測(cè)電流的一次導(dǎo)線從金 屬殼體的內(nèi)孔中穿過，空心線圈即形成對(duì)一次導(dǎo)體流過電流的測(cè)量。
[0012] 所述空心線圈可為用銅或鋁等無磁性導(dǎo)電線材表面絕緣處理后用繞線機(jī)均勻繞 制成螺旋狀柔性線圈。
[0013] 相比實(shí)心柔性羅氏線圈，在溫度變化時(shí)，這種空心的柔性羅氏線圈的截面積只受 繞制線圈的材料（一般為銅或鋁）本身的熱膨脹影響，而實(shí)心柔性羅氏線圈的截面積則主 要受到高分子材料制成的柔性骨架影響；銅或鋁等金屬材料的熱膨脹系數(shù)在10 5量級(jí)，而 高分子材料的熱膨脹系數(shù)一般在10 4量級(jí)，故空心柔性羅氏線圈在溫度變化時(shí)由于截積變 化導(dǎo)致的溫漂將會(huì)比實(shí)心柔性羅氏線圈低一個(gè)量級(jí)。最終測(cè)試結(jié)果顯示，空心柔性羅氏線 圈在在-40~+70°C的溫度范圍內(nèi)測(cè)量準(zhǔn)確度變化不超過±0. 2%，而實(shí)心羅氏線圈的準(zhǔn) 確度變化超過±3%。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0015] 1.空心柔性線圈完全空心，消除了因柔性骨架熱膨脹導(dǎo)致的溫漂。
[0016] 2.可采取成熟的拉簧工藝制作出任意長(zhǎng)度的空心柔性線圈，工藝簡(jiǎn)單，無需重新 研制長(zhǎng)直線繞線機(jī)。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本實(shí)用新型的實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2為本實(shí)用新型的實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3為本實(shí)用新型的實(shí)施例3結(jié)構(gòu)示意圖：其中，圖3(a)為被測(cè)電流的導(dǎo)線橫截 面示意圖，圖3(b)為被測(cè)電流的導(dǎo)線軸向縱剖面示意圖，圖3(c)為與圖3(b)垂直方向的 縱剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 本實(shí)用新型提出的低溫漂的柔性微分電流傳感器結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明如 下：
[0021] 本實(shí)用新型提出的一種低溫漂的柔性微分電流傳感器，其特征在于，該傳感器為 無骨架的環(huán)形空心線圈；所述的空心線圈為采用表面絕緣處理后的無磁性導(dǎo)電線材均勻繞 制成螺旋狀而成，該空心線圈兩端引出線，為信號(hào)輸出端。
[0022] 所述低溫漂的柔性微分電流傳感器還包括一根回線，該回線從空心線圈的內(nèi)側(cè)或 外側(cè)環(huán)繞一周。
[0023] 使用時(shí)，將空心線圈環(huán)繞在通過被測(cè)電流的導(dǎo)線周圍。
[0024] 圖1為本實(shí)用新型的第一個(gè)具體實(shí)施例。該實(shí)施例1包含一個(gè)環(huán)形空心線圈1，及 信號(hào)輸出端3、4?？招木€圈1為用銅或鋁等無磁性導(dǎo)電線材表面絕緣處理后用繞線機(jī)均勻 繞制成螺旋狀柔性線圈，環(huán)繞在一次導(dǎo)線2周圍；一次導(dǎo)線2為流過被測(cè)電流的導(dǎo)體；信號(hào) 輸出端3、4分別為空心線圈1的兩端引出線。
[0025] 本實(shí)施例的空心線圈的線材的長(zhǎng)度、螺旋的直徑均無特定要求，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用 情況而定；繞制空心線圈時(shí)要保持匝間排線均勻緊密，以盡量減小匝間的空隙，以及避免匝 與匝之間交叉線的產(chǎn)生。
[0026] 圖2為本實(shí)用新型的另一個(gè)具體實(shí)施例。該實(shí)施例2包含一個(gè)環(huán)形空心線圈6,信 號(hào)輸出端9、10及回線7?？招木€圈6為用銅或鋁等無磁性導(dǎo)電線材表面絕緣處理后均勻繞 制成螺旋狀而成，環(huán)繞在一次導(dǎo)線8的周圍；一次導(dǎo)線8為流過被測(cè)電流的導(dǎo)體；信號(hào)輸出 端1〇、9分別連接在空心線圈6的一端及回線7的一端；回線7與空心線圈6的材質(zhì)和線徑 一致，其另一端從空心線圈6的內(nèi)側(cè)或外側(cè)沿空心線圈環(huán)繞，并連接空心線圈6的另一端， 以形成與空心線圈6的每個(gè)單匝環(huán)形成垂直位置關(guān)系，進(jìn)而最終起到抵消除空心線圈6應(yīng) 測(cè)一次導(dǎo)線8周邊磁場(chǎng)以外空間磁場(chǎng)干擾的作用。
[0027] 本實(shí)施例的空心線圈的線材的長(zhǎng)度、螺旋的直徑均無特定要求，回線的長(zhǎng)度與環(huán) 形空心線圈的中心周長(zhǎng)相同，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況而定；繞制空心線圈時(shí)要保持密繞，以盡 量減小匝間的空隙，另外，回線與空心線圈間的距離須盡量貼近。
[0028] 本實(shí)用新型的又一個(gè)具體實(shí)施例，如圖3 (a)、圖3 (b)、圖3 (c)所示，該實(shí)施例3包 含一個(gè)金屬殼體11和與金屬殼體11相連的金屬線12。將按圖1和圖2實(shí)施例繞制完成的 空心線圈15全部置于金屬殼體內(nèi)，如圖3(a);空心線圈15與金屬殼體之間預(yù)留一定的空 間（一般間隙<〇. 1_)，防止金屬殼體熱漲而導(dǎo)致空心線圈變形，從而影響測(cè)量精度；金屬 殼體起到屏蔽相間或其它空間電場(chǎng)干擾的作用，金屬殼體不能完全閉合，應(yīng)沿在其圓周內(nèi) 側(cè)留出一道縫13,如圖3(b)、圖3(c)，以保證被測(cè)一次導(dǎo)線的磁場(chǎng)不被磁屏蔽，而能穿入金 屬殼體內(nèi)，以形成空心線圈對(duì)一次導(dǎo)線電流形成磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)測(cè)量。與金屬殼體相連的 金屬線應(yīng)可靠的接入電位穩(wěn)定的一端，以保證金屬殼體所處電位的穩(wěn)定，如接大地。一次導(dǎo) 線14從金屬殼體的內(nèi)孔中穿過，空心線圈即形成對(duì)一次導(dǎo)體流過電流的測(cè)量。
[0029] 雖然參照本實(shí)用新型的上述優(yōu)選實(shí)施例，已經(jīng)對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了圖示和描述， 但本領(lǐng)域的一般專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以在形式和細(xì)節(jié)上對(duì)本實(shí)用新型作的各種改 變，而不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低溫漂的柔性微分電流傳感器，其特征在于，該傳感器為無骨架的環(huán)形空心線 圈；所述的空心線圈為采用表面絕緣處理后的無磁性導(dǎo)電線材均勻繞制成螺旋狀而成，該 空心線圈兩端引出線，為信號(hào)輸出端。2. 如權(quán)利要求1所述低溫漂的柔性微分電流傳感器，其特征在于，所述低溫漂的柔性 微分電流傳感器還包括一根回線，該回線從空心線圈的內(nèi)側(cè)或外側(cè)環(huán)繞一周。3. 如權(quán)利要求1所述低溫漂的柔性微分電流傳感器，其特征在于，所述低溫漂的柔性 微分電流傳感器還包括一個(gè)金屬殼體和與金屬殼體相連的金屬線，所述空心線圈全部置于 金屬殼體內(nèi)，空心線圈與金屬殼體之間預(yù)留一定的空間，以防止金屬殼體熱漲而導(dǎo)致空心 線圈變形；金屬殼體沿在其圓周內(nèi)側(cè)留出一道縫，以保證被測(cè)一次導(dǎo)線的磁場(chǎng)不被磁屏蔽， 而能穿入金屬殼體內(nèi)，以形成空心線圈對(duì)一次導(dǎo)線電流形成磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)測(cè)量；與金屬 殼體相連的金屬線接大地；流過被測(cè)電流的一次導(dǎo)線從金屬殼體的內(nèi)孔中穿過，空心線圈 即形成對(duì)一次導(dǎo)體流過電流的測(cè)量。4. 如權(quán)利要求1、2或3所述低溫漂的柔性微分電流傳感器，其特征在于，所述空心線圈 為無磁性導(dǎo)電線材表面絕緣處理后用繞線機(jī)均勻繞制成螺旋狀柔性線圈。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種低溫漂的柔性微分電流傳感器，屬于傳感器領(lǐng)域的電流測(cè)量技術(shù)；該傳感器為無骨架的環(huán)形空心線圈；所述的空心線圈為采用表面絕緣處理后的無磁性導(dǎo)電線材均勻繞制成螺旋狀而成，該空心線圈兩端引出線，為信號(hào)輸出端。還可包括一根回線，該回線從空心線圈的內(nèi)側(cè)或外側(cè)環(huán)繞一周。也可包括一個(gè)金屬殼體和與金屬殼體相連的金屬線，所述空心線圈全部置于金屬殼體內(nèi)。本實(shí)用新型具有較寬的工作溫度范圍下準(zhǔn)確度高的特性，適用于戶內(nèi)戶外環(huán)境，能同時(shí)滿足測(cè)量、計(jì)量和保護(hù)對(duì)電流傳感器測(cè)量范圍及準(zhǔn)確度的要求。解決了傳統(tǒng)實(shí)心線圈溫漂過大的問題。
【IPC分類】G01R19/00
【公開號(hào)】CN204882679
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520382430
【發(fā)明人】陳喆, 宋玉剛
【申請(qǐng)人】北京智羅盤智能電氣有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年6月4日