KR102298348B1 - Direct current measuging method and apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비접촉 직류 전류를 측정하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 플럭스 게이트를 이용하여 직류 전류를 비첩족 방식으로 측정하는 방법 및 그장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 직류전류 측정장치는 소정의 도체(100)를 감싸되, 일부 구간에서 불연속되게 형성되는 자기코어(200), 상기 자기코어(200)의 불연속 구간에 삽입되되, 상기 자기코어(200)와는 접촉되지 않게 위치하며, 상기 도체에 직류전류가 흐르는 경우 상기 직류전류에 의해 상기 자기코어(200)에 여기되는 자속의 크기에 따라 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시켜 출력하는 전압발생부(300), 상기 전압발생부(300)으로부터 발생된 상기 전기신호를 전달받아 상기 전기신호의 전압을 일정비율로 증폭시키는 전압증폭부(400), 상기 자기코어(200)의 자기특성에 따라 미리 정하여진 보정값을 저장하는 기준값저장부(500) 및 상기 전압증폭부(400)으로부터 증폭된 전압값과 상기 기준값저장부(500)에 저장되어 있는 보정값을 기초로 상기 도체에 흐르는 상기 직류전류의 전류크기를 구하는 전류값 변환부(600)를 포함한다.
본 발명에 따르면 상대적으로 저전력 및 소형화된 직류전류 측정장치를 제공하는 것이 가능하다.The present invention relates to a method and an apparatus for measuring a non-contact direct current, and more particularly, to a method and an apparatus for measuring a direct current in a non-contact method using a flux gate.
In the direct current measuring device according to the present invention, a magnetic core 200 that surrounds a predetermined conductor 100 and is formed discontinuously in some sections, is inserted into a discontinuous section of the magnetic core 200, and the magnetic core 200 ), and when a DC current flows through the conductor, a voltage generator that generates and outputs an electrical signal having a predetermined voltage according to the magnitude of magnetic flux excited in the magnetic core 200 by the DC current (300), a voltage amplifying unit 400 for receiving the electrical signal generated from the voltage generating unit 300 and amplifying the voltage of the electrical signal at a predetermined ratio, in advance according to the magnetic characteristics of the magnetic core 200 The DC current flowing through the conductor based on the voltage value amplified from the reference value storage unit 500 and the voltage amplifier 400 for storing a predetermined correction value and the correction value stored in the reference value storage unit 500 . and a current value conversion unit 600 for obtaining a current magnitude of .
According to the present invention, it is possible to provide a relatively low power and miniaturized DC current measuring device.
Description
본 발명은 비접촉 직류 전류를 측정하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 플럭스 게이트를 이용하여 직류 전류를 비첩족 방식으로 측정하는 방법 및 그장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and an apparatus for measuring a non-contact direct current, and more particularly, to a method and an apparatus for measuring a direct current in a non-contact method using a flux gate.
도선에 흐르는 전류를 측정하는 방법으로는, 전류 계측기를 그 도선에 전기적으로 직접 연결하여 측정하는 직접측정방법과 그 도선의 전류에 의해 주변에 발생하는 전자기장을 전류 계측기로 검출하여 도선의 전류를 측정하는 간접측정방법이 있다.As a method of measuring the current flowing in a conductor, the direct measurement method is measured by directly connecting a current measuring device to the conductor, and the current in the conductor is measured by detecting the electromagnetic field generated in the vicinity by the current of the conductor with a current measuring instrument. There is an indirect measurement method.
여기서, 직접측정방법은 계측기를 연결하기에 번거롭고 어려우며 회로적으로 분리할 수도 없는 등의 제약조건이 뒤따라서, 최근에는 이러한 직접측정방법의 제약조건을 탈피하기 위한 간접측정방법이 대두되고 있다.Here, the direct measurement method is cumbersome and difficult to connect a measuring instrument, and there are constraints such as not being able to separate it in a circuit.
상기 간접측정방법으로는 대표적으로 플럭스 게이트(Flux Gate) 방식으로 전류를 측정하는 방법이 있는데, 이와 관련된 종래기술들로서 등록실용신안 제20-0283971호, 공개특허 제10-2010-0001504호, 공개특허 제10-2004-0001535호 등이 있었다. As the indirect measurement method, there is typically a method of measuring current by a flux gate method. No. 10-2004-0001535, etc.
상기 종래기술들에 따르면, 구형파 또는 정현파로 발진한 전류를 인가하여 서로 반대되는 방향으로 두개의 코어를 자화시킨 상태에서 도선의 피측정 전류로 인한 전자기장의 영향에 의해 두개의 코어에 발생하는 왜곡을 전압 신호로 감지하여 직류 성분을 검출하고, 교류 성분은 별도의 코어 또는 별도의 회로구성으로 검출한다. 그리고, 검출한 성분에 상응하는 보상전류로 자속을 가하여 피측정 전류에 의한 자속을 상쇄하도록 보상 전류를 수렴시키고, 그 수렴한 보상 전류를 측정하여 피측정 전류를 계측하였다.According to the prior art, in a state in which the two cores are magnetized in opposite directions by applying a current oscillating in a square wave or a sine wave, distortion occurring in the two cores due to the effect of the electromagnetic field caused by the current to be measured in the conducting wire is reduced. A DC component is detected by sensing as a voltage signal, and an AC component is detected with a separate core or a separate circuit configuration. Then, the compensating current was converged to cancel the magnetic flux caused by the measured current by applying a magnetic flux to the compensating current corresponding to the detected component, and the converged compensating current was measured to measure the measured current.
하지만, 상기한 종래기술들에 따른 플럭스 게이트 방식의 전류 계측기들은 사인파 또는 구형파의 발진신호를 생성하는 구성을 코어에 권선한 코일과는 별도로 마련하여 그 구성에 의한 발진신호를 양 코어의 권선 코일에 동시 인가하였다. 이에 따라, 코어의 자성 특성에 따라 시정수가 달라지게 되고, 결국, 코어의 자성 특성을 반영하지 아니한 고정된 주파수의 발진신호를 인가함에 따라 코어를 불완전하게 자화시켜 전류 계측의 정확도를 저하시키는 요인으로 나타나게 되었다. 이러한 요인을 제거하기 위해서는, 코어의 자성 특성에 맞는 발진신호를 생성하여야 하지만, 전류 계측기의 제작상 코어의 오차율 편차가 심하므로 발진신호를 생성하는 회로요소를 코어에 맞추기란 매우 어렵고, 생산하는 계측기마다 일일이 맞추는 것도 매우 번거로워서 생산성의 저하 및 성능저하라는 문제점을 갖게 되었다.However, the flux gate type current measuring instruments according to the above prior art provide a configuration for generating an oscillation signal of a sine wave or a square wave separately from the coil wound on the core, and send the oscillation signal according to the configuration to the winding coils of both cores. concurrently approved. Accordingly, the time constant is changed according to the magnetic characteristics of the core, and eventually, as an oscillation signal of a fixed frequency that does not reflect the magnetic characteristics of the core is applied, the core is incompletely magnetized to reduce the accuracy of current measurement. came to appear In order to remove this factor, it is necessary to generate an oscillation signal suitable for the magnetic characteristics of the core, but since the error rate of the core is large in the manufacturing of the current measuring instrument, it is very difficult to match the circuit element that generates the oscillation signal to the core. It is very cumbersome to set each one individually, so there are problems such as a decrease in productivity and a decrease in performance.
더욱이, 상기한 종래기술들은 양측 코어를 반대 극성이 나타나도록 코일을 직렬(발진신호의 입력을 위해 연결하는 접속점에서 보면 병렬)로 연결한 후에 발진신호를 양 코일의 직렬 접속점에 인가하여 양측 코어를 서로 반대방향으로 자화시키고 있어서, 양측 코어에 약간의 자화 오차가 발생하더라도 계측 성능에는 큰 편차로 나타나는 문제점이 있었다.Furthermore, in the prior art, both cores are connected in series (parallel when viewed from a connection point connecting for input of an oscillation signal) so that both cores have opposite polarities, and then an oscillation signal is applied to the serial connection points of both coils to connect both cores. Since they are magnetized in opposite directions, even if a slight magnetization error occurs in both cores, there is a problem in that the measurement performance shows a large deviation.
한편, 상기한 종래기술들에서 발진신호로 자화하려는 양측 코어가 도선에 흐르는 피측정 전류에 의해서도 자화되므로, 피측정 전류가 크면 계측 초기에 코어가 포화되어 발진신호의 주파수보다 매우 큰 고주파로 발진하므로, 플럭스 게이트 방식을 이용한 직류 성분의 검출이 불가능하게 되는 문제점도 있었다.On the other hand, in the above prior art, since both cores to be magnetized with an oscillation signal are also magnetized by the current to be measured flowing in the conducting wire, if the current to be measured is large, the core is saturated at the initial stage of measurement and oscillates with a high frequency much greater than the frequency of the oscillation signal. , there is also a problem in that it is impossible to detect a DC component using the flux gate method.
또한 상기와 같은 종래기술들은 코어에 측정대상이 되는 전류로부터 생성되는 자속을 상쇄시키기 위한 사인파 또는 구형파를 생성시키는 별도의 회로를 더 구비하여야 하는바, 소비전력이 증가하게되어 측정장치를 소형화시키기 어려운 문제점이 있었다.In addition, the prior art as described above should further include a separate circuit for generating a sine wave or a square wave for canceling the magnetic flux generated from the current to be measured in the core. There was a problem.
본 발명의 목적은 측정대상이 되는 도체에 흐르는 측정대상 직류전류로부터 발생되는자속을 상쇄기키기 위한 별도의 발진회를 구비할 필요없이, 상기 도체를 감싸는 자기코어에 상기 측정대상 직류전류에 의해 여기되는 자기장을 직접 측정하는 방법을 통하여 상기 측정대상 직류전류의 크기를 측정하는 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to excite the magnetic core surrounding the conductor by the DC current to be measured without having to provide a separate oscillation circuit for canceling the magnetic flux generated from the DC current flowing through the conductor to be measured. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for measuring the magnitude of the direct current to be measured through a method of directly measuring the magnetic field.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 직류전류 측정장치는 소정의 도체(100)를 감싸되, 일부 구간에서 불연속되게 형성되는 자기코어(200), 상기 자기코어(200)의 불연속 구간에 삽입되되, 상기 자기코어(200)와는 접촉되지 않게 위치하며, 상기 도체에 직류전류가 흐르는 경우 상기 직류전류에 의해 상기 자기코어(200)에 여기되는 자속의 크기에 따라 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시켜 출력하는 전압발생부(300), 상기 전압발생부(300)으로부터 발생된 상기 전기신호를 전달받아 상기 전기신호의 전압을 일정비율로 증폭시키는 전압증폭부(400), 상기 자기코어(200)의 자기특성에 따라 미리 정하여진 보정값을 저장하는 기준값저장부(500) 및 상기 전압증폭부(400)으로부터 증폭된 전압값과 상기 기준값저장부(500)에 저장되어 있는 보정값을 기초로 상기 도체에 흐르는 상기 직류전류의 전류크기를 구하는 전류값 변환부(600)를 포함한다.In a DC current measuring device according to the present invention for solving the above problems, a
또한 본 발명에 따른 직류전류 측정장치는 상기 기준값저장부(500)에 저장되는 보정값은 상기 자기코어(200)의 투자율에 따라 결정될 수 있다.Also, in the DC current measuring apparatus according to the present invention, the correction value stored in the reference
또한 본 발명에 따른 직류전류 측정장치의 상기 전압발생부(300)는 홀센서일 수 있다.In addition, the
본 발명에 따른 직류전류 측정방법은 소정의 전류가 흐르는 측정대상 도체를 감싸는 자기코어의 자속을 측정하여 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시키는 단계, 상기 전기신호의 전압을 일정 비율로 증폭시키는 단계 및 자기코어의 자기특성에 따라 미리 정하여진 보정값을 기초로 상기 측정도체의 전류의 크기를 구하는 단계를 포함하되, 상기 보정값은 상기 자기코어(200)의 투자율에 따라 결정될 수 있다.The method for measuring direct current according to the present invention comprises the steps of measuring the magnetic flux of a magnetic core surrounding a conductor to be measured through which a predetermined current flows to generate an electrical signal having a predetermined voltage, and amplifying the voltage of the electrical signal at a predetermined rate. and obtaining the magnitude of the current of the measuring conductor based on a correction value predetermined according to the magnetic characteristics of the magnetic core, wherein the correction value may be determined according to the magnetic permeability of the
본 발명에 따르면 종래기술과 같이 측정대상 직류전류로부터 발생되는 자속을 상쇄시키는 자속을 발생시키는 별도의 회로를 구비하지 않아도 되므로, 상대적으로 저전력으로 동작이 가능한 직류전류 측정장치를 제공하는 것이 가능하며, 상대적으로 소형화된 직류전류 측정장치를 제공하는 것이 가능하다.According to the present invention, it is possible to provide a DC current measuring device capable of operating with relatively low power since it is not necessary to provide a separate circuit for generating a magnetic flux that cancels the magnetic flux generated from the DC current to be measured as in the prior art, It is possible to provide a relatively miniaturized DC current measuring device.
도 1은 본 발명에 따른 직류전류 측정장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 직류전류 측정방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 직류전류 측정장치의 전압증폭부(400)의 실시예를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a DC current measuring device according to the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method for measuring a direct current according to the present invention.
3 is a view showing an embodiment of the
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 직류전류 측정장치의 구성을 나타내는 도면이며, 도 2는 본 발명에 따른 직류전류 측정방법을 나타내는 순서도이고, 도 3은 본 발명에 따른 직류전류 측정장치의 전압증폭부(400)의 실시예를 나타낸 도면이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 is a diagram showing the configuration of a DC current measuring apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a flowchart showing a DC current measuring method according to the present invention, and FIG. 3 is a voltage amplifying unit ( 400) is a diagram showing an embodiment.
먼저 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 직류전류 측정장치는 자기코어(200), 전압발생부(300), 전압증폭부(400), 기준값저장부(500) 및 전류값 변환부(600)을 포함한다.First, referring to FIG. 1 , the DC current measuring device according to the present invention includes a
자기코어(200)는 측정대상이 되는 직류전류가 흐르는 도체(100)을 감싸는 형상으로 형성되되, 일부 구간이 개방되어 있는 구조로 형성된다. 자기코어(200)에는 상기 직류전류에 의해 소정크기의 자속이 여기(발생)되게 되며, 상기 자속의 크기는 상기 직류전류의 크기, 자기코어(200)의 투자율 및 그 물리적 형상등에 의해 영향을 받게된다. The
전압발생부(300)는 상기 자기코어(200)의 불연속 구간에 삽입되되, 상기 자기코어(200)와는 접촉되지 않게 위치하며, 상기 도체에 직류전류가 흐르는 경우 상기 직류전류에 의해 상기 자기코어(200)에 여기되는 자속의 크기에 따라 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시켜 출력하는 기능을 수행하며, 홀센서로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 홀센서에 관하여는 종래기술에 많은 자료가 공개되어 있으므로 본 명세서에서는 자세한 설명을 생략한다.The
전압증폭부(400)는 상기 전압발생부(300)으로부터 발생된 상기 전기신호를 전달받아 상기 전기신호의 전압을 일정비율로 증폭시키는 기능을 수행한다. 본 발명에 따른 전압증폭부(400)의 실시예는 도 3에 개시되어 있다.The
기준값저장부(500)는 상기 자기코어(200)의 자기특성에 따라 미리 정하여진 보정값을 저장하는 기능을 수행한다. 상기 자기코어(200)의 자기특성은 투자율, 물리적 형상에 영향을 받으며, 본 발명에서는 미리 자기코어(200)의 자기특성에 따른 보정값을 실험적 방법으로 구하여 상기 기준값저장부(500)에 저장되도록 한다.The reference
전류값 변환부(600)는 상기 전압증폭부(400)으로부터 증폭된 전압값과 상기 기준값저장부(500)에 저장되어 있는 보정값을 기초로 상기 도체에 흐르는 상기 직류전류의 전류크기를 구하는 기능을 수행한다.The current
도 2는 본 발명에 따른 직류전류 측정방법을 나타내는 순서도이다. 본 발명에 따른 직류전류 측정방법은,2 is a flowchart illustrating a method for measuring a direct current according to the present invention. The method for measuring direct current according to the present invention comprises:
소정의 전류가 흐르는 측정대상 도체를 감싸는 자기코어의 자속을 측정하여 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시키는 단계, 상기 전기신호의 전압을 일정 비율로 증폭시키는 단계 및 자기코어의 자기특성에 따라 미리 정하여진 보정값을 기초로 상기 측정도체의 전류의 크기를 구하는 단계를 포함한다.generating an electrical signal having a predetermined voltage by measuring the magnetic flux of a magnetic core surrounding a conductor to be measured through which a predetermined current flows; amplifying the voltage of the electrical signal at a predetermined ratio; and calculating the magnitude of the current of the measuring conductor based on the determined correction value.
여기서 상기 보정값은 상기 자기코어(200)의 투자율 및 물리적 형상 또는 크기 등에 따라 영향을 받으며, 본 발명에서는 상기 자기코어(200)의 자기특성을 실험적으로 측정하여 상기 보정값을 결정하게된다.Here, the correction value is affected by the magnetic permeability and the physical shape or size of the
도 3은 본 발명에 따른 직류전류 측정장치의 전압증폭부(400)의 실시예를 나타낸 도면이다. 도면을 참조하여 설명하면 참조번호 1100이 나타내는 부분이 본 발명의 전압발생부(300)인 홀센서로부터 측정된 자속의 크기에 대응되는 전압이 입력되는 부분이면, 참조번호 1200 부분이 전류값변환부로 증폭된 전압을 갖는 전기신호가 출력되는 부분이다.3 is a view showing an embodiment of the
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations are possible from these descriptions by those skilled in the art to which the present invention pertains. will do
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the following claims as well as the claims and equivalents.
100 : 도체, 200 : 자기코어
300 : 전압발생부, 400 : 전압증폭부
500 : 기준값저장부, 600 : 전류값 변환부100: conductor, 200: magnetic core
300: voltage generating unit, 400: voltage amplifying unit
500: reference value storage unit, 600: current value conversion unit
Claims (4)
상기 자기코어(200)의 불연속 구간에 삽입되되, 상기 자기코어(200)와는 접촉되지 않게 위치하며, 상기 도체에 직류전류가 흐르는 경우 상기 직류전류에 의해 상기 자기코어(200)에 여기되는 자속의 크기에 따라 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시켜 출력하는 전압발생부(300);
상기 전압발생부(300)으로부터 발생된 상기 전기신호를 전달받아 상기 전기신호의 전압을 일정비율로 증폭시키는 전압증폭부(400);
상기 자기코어(200)의 자기특성에 따라 미리 정하여진 보정값을 저장하는 기준값저장부(500); 및
상기 전압증폭부(400)으로부터 증폭된 전압값과 상기 기준값저장부(500)에 저장되어 있는 보정값을 기초로 상기 도체에 흐르는 상기 직류전류의 전류크기를 구하는 전류값 변환부(600)를 포함하되,
상기 기준값저장부(500)에 저장되는 보정값은 상기 자기코어(200)의 투자율에 따라 결정되는 직류전류 측정장치.a magnetic core 200 wrapped around a predetermined conductor 100 and formed discontinuously in some sections;
The magnetic flux is inserted into the discontinuous section of the magnetic core 200, is positioned so as not to contact the magnetic core 200, and when a DC current flows through the conductor, the magnetic flux excited to the magnetic core 200 by the DC current a voltage generating unit 300 for generating and outputting an electric signal having a predetermined voltage according to the size;
a voltage amplifier 400 receiving the electric signal generated from the voltage generating unit 300 and amplifying the voltage of the electric signal at a predetermined ratio;
a reference value storage unit (500) for storing a predetermined correction value according to the magnetic characteristics of the magnetic core (200); and
a current value conversion unit 600 for obtaining the current magnitude of the DC current flowing through the conductor based on the voltage value amplified from the voltage amplifier 400 and the correction value stored in the reference value storage unit 500; but,
The correction value stored in the reference value storage unit (500) is a DC current measuring device that is determined according to the magnetic permeability of the magnetic core (200).
상기 전압발생부(300)는 홀센서인 직류전류 측정장치.According to claim 1,
The voltage generator 300 is a Hall sensor, a DC current measuring device.
상기 전기신호의 전압을 일정 비율로 증폭시키는 단계; 및
자기코어의 자기특성에 따라 미리 정하여진 보정값을 기초로 상기 측정대상 도체의 전류의 크기를 구하는 단계를 포함하되,
상기 보정값은 상기 자기코어(200)의 투자율에 따라 결정되는 직류전류 측정방법.
generating an electrical signal having a predetermined voltage by measuring the magnetic flux of a magnetic core surrounding a conductor to be measured through which a predetermined current flows;
amplifying the voltage of the electrical signal at a predetermined ratio; and
Comprising the step of obtaining the magnitude of the current of the conductor to be measured based on a predetermined correction value according to the magnetic characteristics of the magnetic core,
The correction value is a direct current measuring method determined according to the magnetic permeability of the magnetic core (200).
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