專利名稱：雙重檢測式電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電流傳感器，適于檢測包括以下方面的直流和交流電流電力電子設(shè)備中用于電流反饋、截流控制、穩(wěn)流調(diào)節(jié)以及直流側(cè)過流和短路保護(hù)中的暫態(tài)電流信號檢測。
背景技術(shù)：
在直流輸電系統(tǒng)、變頻調(diào)速裝置、UPS電源、逆變焊機(jī)、電解電鍍、數(shù)控機(jī)床、微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)、電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和需要隔離檢測非正弦電流的各個領(lǐng)域中，精確檢測和控制非正弦電流，是設(shè)備安全可靠運(yùn)行的根本保證和首先要解決的問題。
Rogowski線圈，它的磁路不含鐵芯，是一種特殊結(jié)構(gòu)的空心線圈，亦稱空心互感器。由于它的磁路不含鐵芯，無飽和問題，暫態(tài)性能好，頻帶寬，受外磁場的影響和被測載流導(dǎo)體的位置影響小，不存在動力和熱力的穩(wěn)定性問題，具有良好的電磁屏蔽特性，與高壓回路有良好的絕緣，結(jié)構(gòu)簡單，易于加工等優(yōu)點，配合外部積分電路，能準(zhǔn)確地測量因幅值太大或者太高di/dt引起鐵芯飽和的暫態(tài)電流如脈沖電流，閃電電流。目前廣泛用它作為空氣絕緣開關(guān)和繼電保護(hù)中，一種簡單而有效的測量很大的暫態(tài)電流或者高di/dt電流的傳感器。但因為Rogowski線圈的磁路不含鐵芯，對于被測電流太小(例如≤100A)或者di/dt不大時，由于互感系數(shù)太小，從Rogowski線圈中感應(yīng)獲得的電壓信號太弱，測量誤差較大。因此，必須采取措施提高Rogowski線圈的互感系數(shù)。
現(xiàn)在研究出了諸如電流比較儀、電流互感器、分流器等電流測量設(shè)備；也出現(xiàn)了以磁光效應(yīng)和核磁共振等物理效應(yīng)為基礎(chǔ)的一些測量設(shè)備。
使用分流器的最大問題就是輸入與輸出沒有隔離，并且，用分流器測量高頻或強(qiáng)電流時，不可避免地帶有電感性。因此，接入分流器后，既會影響被測電流波形，又不能真實傳遞非正弦信號。
對于目前大量采用的變壓器式電流互感器而言，具有絕緣強(qiáng)度高、工作可靠、價格低廉等優(yōu)點。但當(dāng)暫態(tài)電流或者di/dt太大時，磁路容易出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，副方電流不能無失真地反映被測電流；它能夠適應(yīng)的頻率范圍很窄，尤其不能傳遞直流；并且，由于互感器的非理想性，使得變比和相位都存在較大的誤差，需要采用硬件或軟件的方法補(bǔ)償，從而增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度；此外，電流互感器工作時存在激磁電流，所以，它是電感性元件，在測量高頻或強(qiáng)電流時存在和分流器一樣地缺點。后來在此基礎(chǔ)上研制了帶氣隙的電流互感器，這種互感器由于在磁路上開了一段氣隙，其磁阻增加，剩磁減小，等效磁化曲線實現(xiàn)了線性化，使磁路在暫態(tài)電流或者di/dt很大時也不至于飽和，因此副方能夠基本無失真地反應(yīng)暫態(tài)電流，但是，其結(jié)構(gòu)尺寸比較龐大。
對于含鐵芯式電流比較儀，性能穩(wěn)定，功率消耗較小(與分流器相比)，能承受較大的負(fù)載，安裝時可不斷開被測電路。但是由于使用鐵芯材料，并非具有理想的磁化特性，易飽和，對被測電流的大小有所限制，并且其屏蔽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外形尺寸較大，一般多用作電流的實驗室標(biāo)定裝置。
除了上述電流傳感器之外，還出現(xiàn)了磁平衡式霍爾電流傳感器，它是基于霍爾效應(yīng)發(fā)展起來的測量控制電流的新一代工業(yè)用電流傳感器，其實質(zhì)是一個電流-磁-電壓變換器，其作用與傳統(tǒng)的電流互感器相同，它的輸入和輸出間具有良好的電隔離，絕緣耐壓超過3kV。它是利用霍爾元件測量被測電流在鐵芯(圍繞被測載流導(dǎo)體)氣隙里的磁感應(yīng)強(qiáng)度來判定被測電流大小的。它的特點是結(jié)構(gòu)簡單，安裝時可不斷開被測電路；并且具有精度高、線性好、頻帶寬、響應(yīng)快、過載能力強(qiáng)和不損失被測電路能量等諸多優(yōu)點。但是，霍爾元件的輸入電阻和輸出電阻的數(shù)值不是恒定不變的，因此它存在磁阻效應(yīng)，它是隨磁感應(yīng)強(qiáng)度而不斷增長的。在單個霍爾元件除了霍爾電勢之外，在輸出電壓中還存在其他幾種剩余電勢。霍爾元件的霍爾系數(shù)、輸入電阻、輸出電阻和剩余電勢都與溫度有關(guān)，因此霍爾元件存在著較大的溫度誤差。因此，必須采取措施克服霍爾元件的霍爾電勢、霍爾元件對被測電流載流導(dǎo)體位置比較敏感和溫度誤差等不利因素的影響。
隨著電力電子技術(shù)在直流輸電系統(tǒng)、變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、UPS電源、逆變焊機(jī)、變電站、電解電鍍、數(shù)控機(jī)床、微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)、電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，對于寬頻譜(包含直流分量)、小幅值、高di/dt非正弦電流波形的傳遞與檢測就顯得尤為重要。對于幅值不是太大的暫態(tài)電流，如果在電力電子回路中串入分流器勢必會改變回路的電氣參數(shù)，將對被測電流環(huán)路產(chǎn)生影響；如果單獨采用比較儀、電流互感器、Rogowski線圈和霍爾元件等常規(guī)傳感器件，已不能滿足上述特殊波形電流的檢測要求。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種雙重檢測式電流傳感器。該傳感器由霍爾元件和串聯(lián)聯(lián)接的Rogowski線圈構(gòu)成，它明顯改善傳感器的飽和特性、線性度和抗干擾能力，對小電流較敏感，能準(zhǔn)確測量di/dt不是太大的瞬態(tài)電流，當(dāng)然也可以測量大電流或者di/dt相當(dāng)高的瞬態(tài)電流。
為達(dá)到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種雙重檢測式電流傳感器，包括環(huán)形鐵芯、霍爾元件，在上述環(huán)形鐵芯上均勻、對稱開有空氣隙，對稱兩個通道中的反饋繞組相串聯(lián)，串聯(lián)后的一端接地，另一端接對應(yīng)采樣電阻的一端；上述空氣隙中，對稱放置的兩個霍爾元件為一組，每個霍爾元件由恒流源控制，每組中兩個霍爾元件的輸出端分別與運(yùn)算放大器的正、負(fù)輸入端相接，經(jīng)運(yùn)算放大器放大后進(jìn)行濾波、電壓-電流變換、電流放大處理，其輸出端接上述采樣電阻的另一端，將該采樣電阻兩端的檢測電壓信號送到計算機(jī)；它還包括串聯(lián)聯(lián)接的Rogowski線圈，在線圈的兩個出線端接采樣電阻，該采樣電阻的兩端分別接運(yùn)算放大器的正、負(fù)輸入端，正輸入端接地，采樣電阻的檢測電壓信號經(jīng)該運(yùn)算放大器放大后，再進(jìn)行濾波、積分放大處理，送到計算機(jī)；由計算機(jī)處理上述各組數(shù)據(jù)，處理后將被測電流大小送到顯示器顯示。
在上述反饋繞組和串聯(lián)聯(lián)接的Rogowski線圈的絕緣層及保護(hù)層之外，專門設(shè)置地線層以代替上述地線，在該地線層外面依次設(shè)置絕緣層及保護(hù)層、電磁屏蔽層、最外層的絕緣層及保護(hù)層。
本實用新型的優(yōu)點在于(1)因霍爾元件對稱性地放置在空氣隙中，當(dāng)來自同方向的干擾磁場進(jìn)入霍爾元件時，磁通密度會在兩個對稱分布的霍爾元件上面產(chǎn)生相反的霍爾干擾電勢，并在電路中自行抵消，有效改善了傳感器的抗干擾性能。
(2)因霍爾元件對稱性地放置在空氣隙中，有效的克服了霍爾元件對被測電流載體位置比較敏感的缺點。
(3)因霍爾元件對稱性地放置在空氣隙中，能夠有效抑制霍爾元件的溫度誤差。
(4)該傳感器利用霍爾傳感器的無電感和快速響應(yīng)特性，測量電力電子線路中幅值不太大或者不太高di/dt的電流(即滿足不會因幅值太大或者太高di/dt引起鐵芯的磁飽和的電流檢測要求)，可以避免因傳感器的接入而改變原有的di/dt值，因此，它特別適于電力電子設(shè)備中用于電流反饋、截流控制、穩(wěn)流凋節(jié)以及直流側(cè)過電流的檢測。
(5)利用串聯(lián)聯(lián)接的Rogowski線圈，可以有效地提高它對被測小電流的敏感度。
(6)該傳感器利用不含鐵芯的串聯(lián)聯(lián)接的Rogowski線圈無飽和問題、頻帶寬、快速響應(yīng)特性。由于串聯(lián)聯(lián)接之后的Rogowski線圈的分布電容隨著串聯(lián)線圈的數(shù)量增加近似成線性減少，串聯(lián)電感隨著線圈的數(shù)量增加而線性增加，理論證明，這樣做，對Rogowski線圈的頻響特性影響不大，卻可以明顯提高Rogowski線圈的互感系數(shù)。
(7)按照串聯(lián)聯(lián)接方式獲得的Rogowski線圈不僅可以測量電力電子線路中因幅值不是太大或者di/dt不是太高的非正弦暫態(tài)電流檢測，還可以完成當(dāng)回路中因測電流幅值太大或者太高di/dt引起鐵芯磁飽和，導(dǎo)致霍爾傳感器不能正常工作時的電流檢測任務(wù)，即可以克服鐵芯飽和的不足，還不會對電力電子回路產(chǎn)生不良影響，不會使整個傳感器癱瘓。
(8)該傳感器采用不含鐵芯的串聯(lián)聯(lián)接的Rogowski線圈，可以測量大電流或者di/dt相當(dāng)高的瞬態(tài)電流，只需減少串聯(lián)Rogowski線圈的個數(shù)。
(9)該傳感器采用具有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力的電壓-電流轉(zhuǎn)換的恒流源電路，為了使輸出電流穩(wěn)定，除各個環(huán)節(jié)引入深度負(fù)反饋外，還從輸出電流取樣經(jīng)電壓跟隨器反饋加法器，形成一個大的外反饋，進(jìn)一步增強(qiáng)了輸出電流的穩(wěn)定度，使恒流源在負(fù)載變化較大范圍內(nèi)輸出電流具有高穩(wěn)定度。
總之，明顯改善了傳感器的飽和特性和線性度；精度優(yōu)于0.5％，功耗小，溫度附加誤差＜0.1％/10℃，抗磁干擾能力強(qiáng)；結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，價格低，安裝、校準(zhǔn)、調(diào)試、維護(hù)均十分方便。


圖1為本實用新型一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中三個骨架芯的位置示意圖。
圖3為圖1中對稱布置的霍爾元件H1、H2和串聯(lián)Rogowski線圈電路圖。
圖4(a)為圖1中霍爾元件H1的恒流源電路圖。
圖4(b)為圖1中霍爾元件H2的恒流源電路圖。
圖5為圖1中圓形截面骨架芯F1的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
由圖1所示，1為顯示器，2為處理來自兩組并聯(lián)通道檢測電壓信號的計算機(jī)；3為處理來自對稱布置的兩個霍爾檢測元件的霍爾電壓的濾波、電壓-電流變換、電流放大電路；4為處理來自串聯(lián)聯(lián)接的Rogowski線圈的感應(yīng)電壓的濾波、積分放大電路；5為被測電流母線；6為專用地線層；F1、F2和F3為三個骨架芯；A1和A2為運(yùn)算放大器；RS1和RS2為兩組檢測通道的采樣電阻；IF1和IF2為兩組檢測通道中流過的電流；US1為采樣電阻RS1的端電壓；US2為電路4的輸出電壓；UR1和UR2為采樣電阻RS2的端電壓，H1和H2為兩個霍爾元件；UH1和UH2為兩個霍爾元件所輸出的霍爾電壓；W1和W2為通道的兩個反饋繞組；W31和W32分別為兩個串聯(lián)聯(lián)接線圈Rog1和Rog2的匝數(shù)。
骨架芯F1為環(huán)形鐵芯，在鐵芯F1的直徑方向開設(shè)兩個空氣隙，氣隙均勻、對稱分布，每個通道的鐵芯長度相等，霍爾元件H1和H2分別置于氣隙中。在鐵芯F1的外絕緣材料上，均勻密繞反饋繞組，繞制反饋繞組時，必須注意線圈繞向，確保傳感器實現(xiàn)零磁通檢測原理。兩個反饋繞組W1和W2相串聯(lián)，串聯(lián)后一端接采樣電阻RS1的一端，另一端接地。對稱布置的霍爾元件H1和H2均由恒流源控制，兩個霍爾元件H2、H1的輸出端分別與運(yùn)算放大器A1的正、負(fù)輸入端相接，放大后送到電路3進(jìn)行濾波、電壓-電流變換、電流放大處理，電路3的輸出端接采樣電阻RS1的另一端，采樣電阻RS1兩端的電壓送到計算機(jī)2。
在本實用新型中，均勻、對稱分布的氣隙數(shù)目為多個，一般氣隙數(shù)目可選為大于等于2且不超過10的偶數(shù)。因為開口愈多，空氣隙的總長度愈大，鐵芯才愈不會飽和，但考慮開口多會使傳感器的準(zhǔn)確度下降，另一方面還會增加制造成本，且使鐵芯的機(jī)械強(qiáng)度下降。所以，鐵芯F1的開口數(shù)量應(yīng)盡可能少。由于開口越大，鐵芯F1越不易飽和。但開口大了以后，空氣隙中的磁場會分散，這樣鐵芯F1就失去了聚磁環(huán)的作用，而且鐵芯F1開口太大會不利于傳感器的準(zhǔn)確度。因此，氣隙長度可小于鐵芯F1截面積平方根的10～15倍，兼顧被測電流大小和鐵芯尺寸大小要求，否則會影響傳感器測量精度。為了增強(qiáng)傳感器感應(yīng)信號，在不改變傳感器其它尺寸前提下，可以盡可能增大鐵芯F1軸向厚度，則氣隙長度也可以相應(yīng)增大。
骨架芯F2和F3為非鐵磁材料，在F2和F3的外絕緣材料上均勻密繞Rogowski線圈，再由骨架芯F2和F3中心引出回繞線。兩個串聯(lián)聯(lián)接線圈Rog1和Rog2的結(jié)構(gòu)參數(shù)可一樣，可不一樣。在線圈Rog1和Rog2的兩個出線端接采樣電阻RS2，采樣電阻RS2的兩端分別接運(yùn)算放大器A2的正、負(fù)輸入端，正輸入端接地，運(yùn)算放大器A2的輸出通過濾波、積分放大電路4送到計算機(jī)2。
選擇運(yùn)算放大器A2應(yīng)考慮它的擺率、上升速度、漂移和精度，一般選擇較高速低漂移精密運(yùn)算放大器，例如，OP27。電路4為通常的濾波、積分放大電路。選擇Rogowski線圈串聯(lián)聯(lián)接個數(shù)時，既要考慮被測電流幅值或者di/dt大小，即從Rogowski線圈中感應(yīng)獲得的電壓信號不要太弱(否則測量誤差較大)，又要考慮串聯(lián)聯(lián)接Rogowski線圈的動態(tài)特性，還要考慮整個傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸。
由計算機(jī)2處理上述兩組不同的數(shù)據(jù)，處理后將被測電流大小送到顯示器1顯示。
如果骨架芯F1的氣隙數(shù)為十個，串聯(lián)聯(lián)接的Rogowski線圈為六個，這時對稱布置的兩個霍爾元件作為一組，則共有五組，輸入到計算機(jī)2中的就有五組數(shù)據(jù)，再加上從六個串聯(lián)聯(lián)接Rogowski線圈輸出的一組，計算機(jī)2將處理六組不同的數(shù)據(jù)，處理后將被測電流的大小送到顯示器1顯示。
由圖2所示，為了安裝方便，三個骨架芯F1、F2和F3宜選取同樣尺寸，13為骨架芯F2的回線槽(當(dāng)然骨架芯F3的也有回線槽)。為了說明三個骨架芯的位置關(guān)系，圖2夸大了它們之間的間隔距離d1和d2，當(dāng)F1、F2和F3纏好各自的絕緣層及保護(hù)層、地線層、地線層絕緣層及保護(hù)層、電磁屏蔽層和最外層的絕緣層及保護(hù)層后，可將它們固定在一起形成一個整體。
由圖3所示，I+和I-為正負(fù)電源，分別供電流給兩個對稱放置的霍爾元件H1和H2；RF1和RF2表示恒流源I+和I-的反饋電阻；a1、c1端子表示霍爾元件H1的直流控制電流輸入、輸出端，b1、d1端子表示霍爾元件H1的霍爾電壓輸出端，a2、c2端子表示霍爾元件H2的直流控制電流輸入、輸出端，b2、d2端子表示霍爾元件H2的霍爾電壓輸出端；運(yùn)算放大器A1可以選用如INA128儀用運(yùn)算放大器或者由OP07、OP27等精密運(yùn)算放大器構(gòu)成儀用運(yùn)算放大器電路結(jié)構(gòu)；RK表示運(yùn)算放大器A1的放大倍數(shù)控制電阻，可以選用高精度電阻；電路3為通常的濾波、電壓-電流變換、電流放大電路；*號表示四個繞組W1、W2、W31、和W32的同名端。
霍爾元件H1的a1端與恒流源(供給H1的電流為I+)反饋電阻RF1相接，另一端c1接地，霍爾元件H2的c2端與恒流源(供給H2的電流為I-)反饋電阻RF2相接，另一端a2接地，霍爾元件H1的b1端與霍爾元件H2的d2端相接，霍爾元件H1的d1端、霍爾元件H2的b2端分別與運(yùn)算放大器A1的負(fù)輸入端、正輸入端相接。由于將霍爾元件H1、H2的b1與d2相接，c1與a2相接并接地，當(dāng)來自同方向的干擾磁場進(jìn)入霍爾元件時，磁場會在兩個對稱分布的霍爾元件H1、H2上面產(chǎn)生相反的霍爾干擾電勢，并在電路中自行抵消。當(dāng)霍爾元件H1、H2的直流控制電流輸入端a1、c1和a2、c2流過來自恒流源的直流電流，其垂直表面有磁場并有磁力線穿過時，其霍爾電壓輸出端b1、d1和b2、d2端子便產(chǎn)生霍爾電壓，運(yùn)算放大器A1可以放大霍爾電勢差，即UH＝UH1-UH2，其放大倍數(shù)由控制電阻RK控制，放大倍數(shù)近似為1+50kΩ/RK，再送入電路3處理。
由圖4(a)所示，霍爾元件H1的恒流源電路具體接法為，運(yùn)算放大器A3的正輸入端通過電阻R2接到基準(zhǔn)源Uref1，且正輸入端通過電阻R3接地，運(yùn)算放大器A3的負(fù)輸入端通過電阻R4接到其輸出端，且負(fù)輸入端通過電阻R1接到運(yùn)算放大器A5的輸出端，運(yùn)算放大器A3的輸出端通過電阻R5接到運(yùn)算放大器A4的負(fù)輸入端。運(yùn)算放大器A4的負(fù)輸入端通過電阻R6接到功率放大管T2的發(fā)射極，正輸入端通過電阻R7接到功率放大管T1的發(fā)射極，并接地，輸出端通過電阻R8接到功率放大管T1的基極。功率放大管T1的集電極接功率放大管T2的基極，且通過電阻R9接功率放大管T2的集電極和+15V電源。運(yùn)算放大器A5的輸出端通過電阻R10接到其負(fù)輸入端，其正輸入端通過電阻RF1接到功率放大管T2的發(fā)射極?；魻栐﨟1的直流控制電流輸入端a1與運(yùn)算放大器A5的正輸入端相接，直流控制電流輸出端c1接地。
圖4(a)的工作原理簡述如下基準(zhǔn)源Uref1經(jīng)過加法器A3、反饋放大器A4，由電流放大驅(qū)動電路(T1、T2)輸出高穩(wěn)定的電流。因為運(yùn)算放大器A5構(gòu)成跟隨電路，其輸入阻抗很高(≥1012Ω)，則流過反饋電阻RF1的電流全部流向霍爾元件H1。為了使輸出電流穩(wěn)定，除各個環(huán)節(jié)引入深度負(fù)反饋外，還從輸出電流取樣經(jīng)電壓跟隨器A5反饋給運(yùn)算放大器A3，形成一個大反饋，進(jìn)一步增強(qiáng)了輸出電流的穩(wěn)定度，使恒流源在負(fù)載變化較大范圍內(nèi)輸出電流具有高穩(wěn)定度。
由圖4(b)所示，霍爾元件H2的恒流源電路具體接法為，運(yùn)算放大器A6的正輸入端通過電阻R12接到基準(zhǔn)源Uref2，且正輸入端通過電阻R13接地，運(yùn)算放大器A6的負(fù)輸入端通過電阻R14接到其輸出端，且負(fù)輸入端通過電阻R11接到運(yùn)算放大器A8的輸出端，運(yùn)算放大器A6的輸出端通過電阻R15接到運(yùn)算放大器A7的負(fù)輸入端。運(yùn)算放大器A7的負(fù)輸入端通過電阻R16接到功率放大管T4的發(fā)射極，正輸入端通過電阻R17接到功率放大管T3的發(fā)射極，并接地，輸出端通過電阻R18接到功率放大管T3的基極。功率放大管T3的發(fā)射極接功率放大管T4的基極，其集電極通過電阻R19接功率放大管T4的集電極和-15V電源。運(yùn)算放大器A8的輸出端通過電阻R20接到其負(fù)輸入端，其正輸入端通過反饋電阻RF2接到功率放大管T4的發(fā)射極?；魻栐﨟2的直流控制電流輸出端c2與運(yùn)算放大器A8的正輸入端相接，直流控制電流輸入端a2接地。
圖4(b)的工作原理簡述如下基準(zhǔn)源Uref2經(jīng)過加法器A6、反饋放大器A7，由電流放大驅(qū)動電路(T3、T4)輸出高穩(wěn)定的電流。因為運(yùn)算放大器A8構(gòu)成跟隨電路，其輸入阻抗很高(≥1012Ω)，則流過反饋電阻RF2的電流全部流經(jīng)霍爾元件H2。為了使輸出電流穩(wěn)定，除各個環(huán)節(jié)引入深度負(fù)反饋外，還從輸出電流取樣經(jīng)電壓跟隨器A8反饋給運(yùn)算放大器A6，形成一個大反饋，進(jìn)一步增強(qiáng)了輸出電流的穩(wěn)定度，使恒流源在負(fù)載變化較大范圍內(nèi)輸出電流具有高穩(wěn)定度。
上述所講的恒流源，其元器件選擇方法可為，R1～R7、R11～R17選用高精密電阻；R8、R9、R18、R19選用炭膜電阻；反饋電阻RF1和RF2選用高精密電阻，并且其阻值接近霍爾元件的輸入電阻值RHi(i＝1，2)，滿足RF+RHi＜＜R1；基準(zhǔn)源Uref1和Uref2可以選用PMI公司生產(chǎn)的REO2P芯片產(chǎn)生獲得，該芯片是+5V精密電壓基準(zhǔn)/溫度傳感器；A3～A8全部采用高精度、低漂移、動態(tài)校零CMOS型斬波穩(wěn)零式ICL7650(或CF7650)集成運(yùn)算放大器。
由圖5所示，骨架芯F1加工成圓形截面的環(huán)形狀，當(dāng)然，也可加工成矩形截面的環(huán)形狀，骨架芯F1可以選取硅鋼片或者坡莫合金疊片組成。在骨架芯F1的絕緣層及保護(hù)層7之外均勻密繞多圈成螺旋狀的反饋繞組8，再在繞組8外面繞制絕緣層及保護(hù)層9，其外，再專門設(shè)置傳感器的地線層6，在該地線層6外面依次設(shè)置絕緣層及保護(hù)層10、電磁屏蔽層11，最外層的絕緣層及保護(hù)層12。這種結(jié)構(gòu)形式提高了傳感器的抗電磁干擾能力。
骨架芯F2和F3加工成矩形截面的環(huán)形狀，當(dāng)然，也可加工成圓形截面的環(huán)形狀，骨架芯F2和F3可以選取柔軟橡皮帶或者環(huán)氧樹脂棒。Rogowski線圈在繞制時回繞一圈，從骨架芯回線槽中心引出。在兩個骨架芯F2和F3的絕緣層及保護(hù)層之外密繞Rogowski線圈，再在線圈外面繞制絕緣層及保護(hù)層，其外，再專門設(shè)置傳感器的地線層，在該地線層外面依次設(shè)置絕緣層及保護(hù)層、電磁屏蔽層，最外層的絕緣層及保護(hù)層。
權(quán)利要求1.一種雙重檢測式電流傳感器，包括環(huán)形鐵芯、霍爾元件，其特征在于在上述環(huán)形鐵芯上均勻、對稱開有空氣隙，對稱兩個通道中的反饋繞組相串聯(lián)，串聯(lián)后的一端接地，另一端接對應(yīng)采樣電阻的一端；上述空氣隙中，對稱放置的兩個霍爾元件為一組，每個霍爾元件由恒流源控制，每組中兩個霍爾元件的輸出端分別與運(yùn)算放大器的正、負(fù)輸入端相接，經(jīng)運(yùn)算放大器放大后進(jìn)行濾波、電壓-電流變換、電流放大處理，其輸出端接上述采樣電阻的另一端，將該采樣電阻兩端的檢測電壓信號送到計算機(jī)；它還包括串聯(lián)聯(lián)接的Rogowski線圈，在線圈的兩個出線端接采樣電阻，該采樣電阻的兩端分別接運(yùn)算放大器的正、負(fù)輸入端，正輸入端接地，采樣電阻的檢測電壓信號經(jīng)該運(yùn)算放大器放大后，再進(jìn)行濾波、積分放大處理，送到計算機(jī)；由計算機(jī)處理上述各組數(shù)據(jù)，處理后將被測電流大小送到顯示器顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其特征在于接到上述每組中，一個霍爾元件的恒流源電路為，運(yùn)算放大器A3的正輸入端通過電阻R2接到基準(zhǔn)源Uref1，且正輸入端通過電阻R3接地，運(yùn)算放大器A3的負(fù)輸入端通過電阻R4接到其輸出端，且負(fù)輸入端通過電阻R1接到運(yùn)算放大器A5的輸出端，運(yùn)算放大器A3的輸出端通過電阻R5接到運(yùn)算放大器A4的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器A4的負(fù)輸入端通過電阻R6接到功率放大管T2的發(fā)射極，正輸入端通過電阻R7接到功率放大管T1的發(fā)射極，并接地，輸出端通過電阻R8接到功率放大管T1的基極，功率放大管T1的集電極接功率放大管T2的基極，且通過電阻R9接功率放大管T2的集電極和+15V電源，運(yùn)算放大器A5的輸出端通過電阻R10接到其負(fù)輸入端，其正輸入端通過電阻RF1接到功率放大管T2的發(fā)射極，霍爾元件H1的直流控制電流輸入端a1與運(yùn)算放大器A5的正輸入端相接，直流控制電流輸出端c1接地；另一個霍爾元件的恒流源電路為，運(yùn)算放大器A6的正輸入端通過電阻R12接到基準(zhǔn)源Uref2，且正輸入端通過電阻R13接地，運(yùn)算放大器A6的負(fù)輸入端通過電阻R14接到其輸出端，且負(fù)輸入端通過電阻R11接到運(yùn)算放大器A8的輸出端，運(yùn)算放大器A6的輸出端通過電阻R15接到運(yùn)算放大器A7的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器A7的負(fù)輸入端通過電阻R16接到功率放大管T4的發(fā)射極，正輸入端通過電阻R17接到功率放大管T3的發(fā)射極，并接地，輸出端通過電阻R18接到功率放大管T3的基極，功率放大管T3的發(fā)射極接功率放大管T4的基極，其集電極通過電阻R19接功率放大管T4的集電極和-15V電源，運(yùn)算放大器A8的輸出端通過電阻R20接到其負(fù)輸入端，其正輸入端通過反饋電阻RF2接到功率放大管T4的發(fā)射極，霍爾元件H2的直流控制電流輸出端c2與運(yùn)算放大器A8的正輸入端相接，直流控制電流輸入端a2接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電流傳感器，其特征在于在上述反饋繞組和串聯(lián)聯(lián)接的Rogowski線圈的絕緣層及保護(hù)層之外，專門設(shè)置地線層以代替上述地線，在該地線層外面依次設(shè)置絕緣層及保護(hù)層、電磁屏蔽層、最外層的絕緣層及保護(hù)層。
專利摘要本實用新型公開了一種雙重檢測式電流傳感器，在環(huán)形鐵芯上均勻、對稱開有空氣隙，對稱兩個通道中的反饋繞組串聯(lián)后，一端接地，另一端接對應(yīng)采樣電阻的一端；對稱布置的兩個霍爾元件的輸出經(jīng)運(yùn)放放大后，進(jìn)行濾波、電壓－電流變換、電流放大處理，輸出接上述采樣電阻的另一端，將該電阻兩端的電壓信號送到計算機(jī)；還包括串聯(lián)聯(lián)接的Rogowski線圈，線圈的兩端接采樣電阻，該電阻的電壓信號經(jīng)運(yùn)放放大后，進(jìn)行濾波、積分放大，送到計算機(jī)；計算機(jī)將上述各組數(shù)據(jù)處理后，將被測電流的大小送到顯示器顯示。本實用新型可克服因傳感器鐵芯飽和而造成的不足；精度優(yōu)于0.5％，功耗小，溫度附加誤差＜0.1％/10℃，抗磁干擾能力強(qiáng)；結(jié)構(gòu)簡單。
文檔編號G01R19/00GK2689240SQ20042001794
公開日2005年3月30日 申請日期2004年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月28日
發(fā)明者毛承雄, 李維波, 陸繼明 申請人:華中科技大學(xué)