CN103852619A - 一种基于闭环磁通门技术的开口型电流传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于闭环磁通门技术的开口型电流传感器。该传感器能够测量较大范围的，基于磁补偿零磁通闭环磁通门技术的电流传感器，并实现了开口型安装，具有大口径，电流范围宽，全程精度高，可以测量交直电流，温度漂移小 等特点，能够很好的满足工业领域对不断电电流测量，整个额定电流范围内高精度测量的要求。

Description

一种基于闭环磁通门技术的开口型电流传感器

技术领域

本发明涉及一种基于闭环磁通门技术测量交直流电流的开口型电流传感器，尤其适用于高精度全范围电流的开口型安装及测量。

背景技术

目前在工业领域，有很多场合需要测量电流，尤其是要求测量从小电流到大电流全范围内要求高线性度，温漂小的要求很难得到满足。基于现有技术有很多种测量电流的方法，比如分流器，互感器，霍尔传感器，罗科夫斯基线圈，磁调制直流互感器等。每一种测量原理都有其特点和优点。比如电流互感器基于电磁感应原理，理论上只能测量交流电流，不能测量直流电流。分流器自身很简单但是需要接入到原边电流回路，会产生插入损耗，电流较大时会产生大量的热量，并且分流器的测量端与原边不隔离，很容易对二次测量电路产生危害。霍尔传感器能够测量直流和交流电流，可以分为开环原理和闭环原理，但不论哪一种原理的霍尔传感器，温漂的问题始终不容易解决，而且零点失调也比较严重。罗科夫斯基线圈在使用上有很多优点，比如安装简单，测量范围宽等特点，但从理论上而言，罗科夫斯基线圈只能测量交流，对于低频率的电流信号也不够敏感，对后级处理电路要求较高。磁调制电流传感器采用的是一种采用磁通门技术的电流传感器，具有精度高，线性度高，对温度不敏感，可以测量微小电流的特点。但现有的磁调制电流传感器采用的都是开环原理，没有二次电流补偿，磁芯工作在磁饱和状态，故不能做成开口型磁芯，也就不能开口型安装。这种简单的磁调制技术在很多年之前，国内厂家都已经能够生产，但因为其原理所限，被测电流不能太大，通常不超过10几安培。

   通过上述分析，市场上的几种现有技术都不能满足对从小电流到大电流均能精确测量的要求。比如纯电动汽车蓄电池的充放电就要求电流传感器对浮充电流和充放电电流，均能精确的测量出来，此时上述的几种现有技术均不能满足要求。

有些场合不允许断开原边电流回路，此时即需要电流传感器具备开口安装的特点。

综上所述，工业领域需要一种能够安装维护简便，既能测量交流又能测量直流，既能测量小电流，又能测量几百安大电流的电流传感器，而且最好是开口型安装。

本发明采用闭环磁通门原理，并具备开口型安装的特点，既可以测量超小的电流，又可以测量大电流，全程具有极好的线性，对温度不敏感。

发明内容

为了克服现有技术无法满足对大范围电流的精准测量并开口型安装的要求，本发明需要解决的问题是，开口型安装，测量从微小电流到大电流，很小的温漂，很小的零点偏差。

本发明是一种基于闭环磁通门技术的开口型电流传感器。通过匹配不同匝数的补偿线圈，可以获得不同的电流测量的量程。传感器可以测量很小的电流到几百安大电流，全程具有较高的线性度。由于采用的是闭环磁补偿磁通门技术，故具有反应时间快，测量电流大，温漂小的特点。

本发明的原理：

   本发明是基于闭环磁通门原理，利用通过在一个开口型有气隙的磁芯1002中嵌入磁通探测线圈1003，这个线圈1003与一个方波发生器1004连接，波形发生器会周期性产生方波，进而不断将线圈1003中的磁棒1010双向磁化并饱和。原边大电流1001 Ip通过时，产生的磁通Φ_P会对磁棒的饱和程度产生影响，进而影响了其电感量，其输出波形也会发生不对称变化，这种不对称的变化经过放大处理电路1005的整理后，调整驱动电路1007，产生补偿电流I_S，该电流通过绕在高导磁率磁芯1002上的二次补偿线圈1006产生磁通Φ_S，只要Φ_P+Φ_S矢量和不等于零，就进一步调整驱动电路1007，直到Φ_P+Φ_S矢量和等于零，这就是“闭环”的基本原理。此时I_S能够精确反应原边电流1001 Ip,其关系为Ip=Ns * Is ，其中Ns为二次补偿线圈1006的匝数。Is经过测量电阻1008 Rm 后，对其电压取样，进入调整电路1009进行电路调整，输出标准的符合工业控制要求的信号界面，如DC0-5V,DC0-10V,DC4-20mA或者其他数字接口，如MODBUS，CANBUS等。

本发明区别于现有技术的主要特征是：本发明运用了闭环磁通门技术，采用了开口安装技术，解决了现有技术中无法解决的小电流和大电流同时测量，同时要求开口安装的难题。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明的结构图。

图3是立体外观图。

图中标记说明：

附图1：

1001 原边电流Ip ； 1002 带气隙磁芯 ；  1003 磁通探测线圈 ； 1004 方波发生器  ；1005 放大处理电路 ；1006 二次补偿线圈 ；1007 驱动电路 ；1008 测量电阻Rm ；1009 调整电路 ；1010 磁通探测磁棒；

附图2：

2001 传感器上盖 ；2002 紧固螺钉 ；2003 开口铁芯上半部 ；2004 铁芯固定螺钉 ；2005 传感器底座 ；2006 传感器定位凸起1 ；2007 传感器定位凸起2 ；2008 传感器底座安装孔 ；2009 开口铁芯下半部；2010 补偿线圈绕组1；2011 补偿线圈绕组2；2012 电路板； 2013 接线端子； 2014 电路板固定螺钉； 2015 传感器定位凹坑； 2016 补偿线圈绕组3；2017 传感器侧面板安装孔。

 具体实施方式

为了更加明确的说明本发明的技术特征，下面结合附图进一步阐明其技术实现的方法及步骤。

参照附图2，本发明专利具有两大部分，第一部分是传感器上盖2001和传感器底座2005。

本发明的上下两部分2001和2005通过两个紧固螺钉2002连接成一体电流传感器。这种开口式结构，适合不能断电的场合。

开口型磁芯的上半部2003和磁芯的下半部分2009被分别用铁芯紧固螺钉2004以及2014固定在传感器的上半部分2001和下半部分2005。

开口铁芯2003与2009之间的啮合是通过高磁导率材料铆合后插叠在一起的，具有接合严密不漏磁的特点。

补偿线圈绕组2010,2011,2016分别安装固定在开口磁芯2009的左右对称部分和底部正中间，这样做的好处在于补偿线圈绕组尽量靠近磁芯的开口处，从而使磁芯中的磁场更加均匀，传感器测量电流更加准确。

电路板2012通过2010,2016,1011三个骨架上的管腿焊接并固定在一起。

 为了保证传感器上下部分能够精确的接合，在传感器的底部设置了2006和2007两个定位凸起，相应的在传感器的上半部分设置了2015定位凹坑。这样两个传感器就可以无障碍的顺利接合，保证磁芯两部分能够无需人工干预下顺利导入并啮合。

传感器下半部分的2008底座安装孔是用于安装该传感器于面板纸上而预留的。

传感器下半部分的2017侧面板安装孔是用于安装该传感器于侧面板上而预留的。

传感器下半部分的2018电位器用于调整传感器输出，将传感器输出调节在某固定值。

传感器下半部分的2013接线端子用于输出信号以及传感器供电，必要时该端子可替换为电缆导线，这样整体灌封后能做到完全防水防潮的效果。

传感器上下两部分在组装完成后进行灌封处理。

Claims (10)

1.一种基于闭环磁通门技术的开口型电流传感器，其主要特征是采用了磁补偿零磁通的闭环磁通门技术，高导磁率开口叠片式铆合磁芯，实现磁路基本闭合，并实现了开口型安装，该电流传感器分为两部分可以通过凹凸定位配合，用螺钉连接在一起，电路板与对称排列的相同匝数的补偿线圈绕组通过其骨架上的插针焊接在一起，一个或多个导线承载的原边电流产生的磁场与二次补偿绕组产生的磁场相抵，磁路中磁通为零，最终反应原边电流特征的信号与传感器供电通过接线端子2013或电缆引线输出和接入，传感器整体灌封实现防水防潮。

2.根据权利要求1所述的一种基于闭环磁通门技术的开口型电流传感器，其特征在于该发明使用了磁补偿零磁通技术即闭环磁通门技术。

3.根据权利要求1所述的一种基于闭环磁通门技术的开口型电流传感器，其特征在于该发明使用开口型磁芯。

4.根据权利要求3所述的一种基于闭环磁通门技术的开口型电流传感器，其特征在于该发明使用的磁芯为叠片式铆合结构。

5.根据权利要求1所述的一种基于闭环磁通门技术的开口型电流传感器，其特征在于该传感器上下两部分组成，以螺钉固定。

6.根据权利要求1所述的一种基于闭环磁通门技术的开口型电流传感器，其特征在于该传感器上下两部分组成，以互相凸凹接合实现定位。

7.根据权利要求1所述的一种基于闭环磁通门技术的开口型电流传感器，其特征在于该传感器的骨架为左右对称安装结构，匝数相同。

8.根据权利要求1所述的一种基于闭环磁通门技术的开口型电流传感器，其特征在于该传感器采用整体灌封实现防水防潮。

9.根据权利要求1所述的一种基于闭环磁通门技术的开口型电流传感器，其特征在于该传感器输出部分采用端子或电缆。

10. 根据权利要求1所述的一种基于闭环磁通门技术的开口型电流传感器，其特征在于该传感器使用了高导磁率的磁芯材料。

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