專利名稱：帶鐵芯式雷電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電流測(cè)量裝置，具體是一種帶鐵芯式雷電流傳感器，適用于 高頻或脈沖大電流的測(cè)量。
背景技術(shù)：
目前，用于脈沖大電流測(cè)量的傳感器主要有兩種，即電阻分流器和羅氏線圈。電阻分流器只適宜測(cè)量IOkA以下的電流；對(duì)于IOkA以上的電流，雖然可采用多 個(gè)電阻分流器并聯(lián)的方式進(jìn)行測(cè)量，但并聯(lián)后整套裝置的體積將會(huì)十分龐大、笨重。工業(yè)用 電阻分流器的準(zhǔn)確度通常雖標(biāo)稱為0. 5級(jí)，但當(dāng)其用于測(cè)量大電流時(shí)，因自身溫度變化將 導(dǎo)致電阻值發(fā)生變化，從而將嚴(yán)重影響其測(cè)量準(zhǔn)確度。同時(shí)，當(dāng)采用電阻分流器測(cè)量快速變 化的脈沖大電流時(shí)，由于分流器存在集膚效應(yīng)，使得它的電位輸出端的電壓會(huì)發(fā)生時(shí)移。此 外，使用電阻分流器測(cè)量雷電沖擊大電流時(shí)還存在以下兩個(gè)方面的缺陷其一，測(cè)量時(shí)必須 將分流器一次回路斷開并接入被測(cè)回路，給安裝使用帶來很多不便，并且分流器的接入還 會(huì)影響到被測(cè)電流回路的電氣參數(shù)；其二，由于分流器一次回路與二次回路沒有電氣隔離， 故其不適用于微機(jī)繼電保護(hù)等含有計(jì)算機(jī)的計(jì)量設(shè)備或控制裝置。與電阻分流器相比，羅氏線圈本身與被測(cè)電流回路沒有直接的電氣聯(lián)系，而是通 過電磁場(chǎng)耦合實(shí)現(xiàn)對(duì)大電流的測(cè)量，因此與被測(cè)回路有著良好的電氣絕緣。羅氏線圈測(cè)量 頻率范圍寬(一般為0. 1 100MHz，特殊設(shè)計(jì)的羅氏線圈可達(dá)2000MHz的帶寬)，線圈自身 的上升時(shí)間小(如nS數(shù)量級(jí))，測(cè)量準(zhǔn)確度高(一般為0.5% 2%之間，特殊設(shè)計(jì)的羅氏 線圈可優(yōu)于0. 1 % )，易于以數(shù)字量輸出，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化，且不會(huì)產(chǎn) 生易燃、易爆等危險(xiǎn)，符合環(huán)保要求。目前國(guó)內(nèi)使用的羅氏線圈多為空心羅氏線圈?？招牧_氏線圈避免了使用鐵芯時(shí)所 帶來的損耗及非線性影響，但此時(shí)回路中的電感主要由線圈提供，自積分條件不易滿足，因 此空心羅氏線圈所需的線圈匝數(shù)較多，體積較大。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有空心羅氏線圈存在的缺點(diǎn)，提供一種用于雷電流 監(jiān)測(cè)的帶鐵芯式雷電流傳感器。本實(shí)用新型為了解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下帶鐵芯式雷電流傳感器，它由絕緣保護(hù)層1、活動(dòng)接頭2、信號(hào)引出頭3、鐵芯4、絕 緣外皮5、感應(yīng)線圈6、信號(hào)電阻7和瞬態(tài)電壓抑制器8組成；該傳感器為環(huán)形，絕緣保護(hù)層 1為開口環(huán)形管，絕緣外皮5為圓筒狀，信號(hào)電阻7是金屬膜電阻；各部件位置和連接關(guān)系 如下鐵芯4埋設(shè)在絕緣外皮5圓筒中；感應(yīng)線圈6繞制在絕緣外皮5外表面上，其末端 從絕緣外皮圓筒內(nèi)、鐵芯間穿過；信號(hào)電阻7與瞬態(tài)電壓抑制器8并聯(lián)后接于感應(yīng)線圈6首 末兩端；絕緣保護(hù)層1將上述鐵芯4、絕緣外皮5、感應(yīng)線圈6、信號(hào)電阻7、瞬態(tài)電壓抑制器8封裝在其空腔內(nèi)，彎曲成環(huán)狀并通過活動(dòng)接頭2聯(lián)成閉合圓環(huán)；信號(hào)引出頭3固定在活動(dòng) 接頭2上。上述絕緣保護(hù)層ι是采用PI3R材料制成的開口環(huán)形管。本實(shí)用新型具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果1.本實(shí)用新型體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，設(shè)計(jì)有活動(dòng)接頭，易于安裝使用。2.本實(shí)用新型雷電沖擊電流的測(cè)量范圍為3kA 150kA ；輸出信號(hào)穩(wěn)定性好、線性 好，精度能滿足相關(guān)測(cè)量要求，其測(cè)量誤差能控制在3%以內(nèi)；自感系數(shù)大、內(nèi)阻小且易于 實(shí)現(xiàn)自積分結(jié)構(gòu)。3.本實(shí)用新型裝置內(nèi)裝設(shè)有瞬態(tài)電壓抑制器，可限制輸出電壓，對(duì)信號(hào)測(cè)量電子 模塊中的精密元器件起保護(hù)作用。4.本實(shí)用新型本身無需裝設(shè)金屬屏蔽層。

圖1是本實(shí)用新型帶鐵芯式雷電流傳感器外觀示意圖；圖2是本實(shí)用新型帶鐵芯式雷電流傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是活動(dòng)接頭示意圖。圖中絕緣保護(hù)層1、活動(dòng)接頭2、信號(hào)引出頭3、鐵芯4、絕緣外5、感應(yīng)線圈6、信號(hào) 電阻7、瞬態(tài)電壓抑制器8。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的使用方法和工作原理為工作時(shí)被測(cè)載流導(dǎo)體從帶鐵芯式雷電流傳感器的中心穿過，根據(jù)電磁感應(yīng)定律， 傳感器的輸出電壓與被測(cè)電流成微分關(guān)系，為此，為還原出被測(cè)電流，使線圈的輸出電壓與 一次電流的實(shí)際相位一致，在端口處增加積分器對(duì)感應(yīng)電勢(shì)進(jìn)行積分處理即可。本實(shí)用新型與被測(cè)載流導(dǎo)體之間通過磁場(chǎng)耦合進(jìn)行大電流的精確測(cè)量，無需與被 測(cè)電流回路的電氣連接，故可以實(shí)現(xiàn)高低壓之間的隔離。本實(shí)用新型選用電阻采樣法進(jìn)行信號(hào)采樣，該方法適用于高頻信號(hào)的測(cè)量當(dāng)被 測(cè)電流的頻率很高時(shí)(如雷電沖擊電流)，其角頻率ω很大，傳感器的感抗《L將會(huì)很大， 易滿足自積分條件；采樣電阻兩端的輸出電壓與一次電流幅值成正比，且相位相同，達(dá)到通 過測(cè)量輸出電壓而測(cè)得輸入電流的目的。信號(hào)電阻(7)采用金屬膜電阻，其自感小，阻值穩(wěn)定，基本不受被測(cè)電流及環(huán)境溫 度變化的影響；同時(shí)，其具有足夠的熱容量，可防止燒斷；另外，信號(hào)電阻有良好的屏蔽，減 小了被測(cè)電流回路及其他雜散磁場(chǎng)對(duì)電阻電感的影響。信號(hào)電阻(7)兩端并聯(lián)有瞬態(tài)電壓抑制器(8)。當(dāng)瞬態(tài)電壓抑制器的兩極受到反 向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，它能在IO-12S量級(jí)的時(shí)間里，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸?高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)定值，有效地保護(hù)電子線路中的精 密元器件免受各種浪涌脈沖的損壞。本實(shí)用新型中的瞬態(tài)電壓抑制器可根據(jù)需要箝位的電 壓值來選擇不同的參數(shù)。[0026]本實(shí)用新型測(cè)量時(shí)的線性度良好，其屏蔽抗擾措施滿足測(cè)量要求，故無需設(shè)置金 屬屏蔽層，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉。本實(shí)用新型選擇了 PI3R材料制作絕緣保護(hù)層。良好的Pra管材，管件具有耐腐蝕、 防水結(jié)、耐高溫高壓、壽命長(zhǎng)、易于連接等特點(diǎn)，管件的柔性使得裝置安裝施工較為快捷且 安全可靠，可縮短工期，且施工費(fèi)用比銅管節(jié)省60 %，具有優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說明。一、總體如圖1、圖2、圖3所示，本實(shí)用新型包括絕緣保護(hù)層1、活動(dòng)接頭2、信號(hào)引出頭3、 鐵芯4、絕緣外皮5、感應(yīng)線圈6、信號(hào)電阻7、瞬態(tài)電壓抑制器8。其位置和連接關(guān)系是帶鐵芯式雷電流傳感器由內(nèi)層到外層依次是鐵芯4、絕緣外皮5、感應(yīng)線圈6、絕緣 保護(hù)層1。鐵芯4埋設(shè)在絕緣外皮5圓筒中；感應(yīng)線圈6繞制在絕緣外皮5外表面上，其末端 從絕緣外皮圓筒內(nèi)、鐵芯間穿過；信號(hào)電阻7與瞬態(tài)電壓抑制器8并聯(lián)后接于感應(yīng)線圈6首 末兩端；絕緣保護(hù)層1將上述鐵芯4、絕緣外皮5、感應(yīng)線圈6、信號(hào)電阻7、瞬態(tài)電壓抑制器 8封裝在其空腔內(nèi)，彎曲成環(huán)狀并通過活動(dòng)接頭2聯(lián)成閉合圓環(huán)；信號(hào)引出頭3固定在活動(dòng) 接頭2上。二.功能部件1.絕緣保護(hù)層1絕緣保護(hù)層1的功能是器件封裝和傳感器成形。2.活動(dòng)接頭2活動(dòng)接頭2是一種用PI5R材料做成的可旋接式活動(dòng)接頭。其功能是可斷開或連接傳感器，以便于安裝使用。3.信號(hào)引出頭3信號(hào)引出頭3是一種常見的信號(hào)接頭。其功能是引出電壓信號(hào)。4.鐵芯 4鐵芯4是由數(shù)根細(xì)鐵絲構(gòu)成。其功能是增大電感，從而有利于滿足自積分條件，使所需的感應(yīng)線圈匝數(shù)減少。5.絕緣外皮5絕緣外皮5是一種橫截面為圓環(huán)的線纜外皮材料，也可取其他橡膠材料。其功能是支撐和絕緣，隔離內(nèi)部鐵芯4和外部感應(yīng)線圈6，并起支撐感應(yīng)線圈6的 作用。6.感應(yīng)線圈6感應(yīng)線圈6是由細(xì)銅絲繞制而成的多匝線圈。其功能是通過被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)電能和磁能的相互轉(zhuǎn)換，在線圈內(nèi)感應(yīng) 電勢(shì)。7.信號(hào)電阻7信號(hào)電阻7是一個(gè)金屬膜電阻，其首末兩端接在感應(yīng)線圈6的首末兩端。[0054]其功能是輸出測(cè)量信號(hào)。8.瞬態(tài)電壓抑制器8瞬態(tài)電壓抑制器8是一種二極管。其功能是限制感應(yīng)線圈6輸出的最高電壓。三.工作原理本實(shí)用新型提出的帶鐵芯式雷電流傳感器包括絕緣保護(hù)層1、活動(dòng)接頭2、信號(hào)引 出頭3、鐵芯4、絕緣外皮5、感應(yīng)線圈6、信號(hào)電阻7、瞬態(tài)電壓抑制器8。工作時(shí)，帶鐵芯式雷電流傳感器成閉合環(huán)狀。當(dāng)被測(cè)載流導(dǎo)體從帶鐵芯式雷電流 傳感器的中心穿過時(shí)，從傳感器的信號(hào)引出端即可得到所需的測(cè)量信號(hào)。
權(quán)利要求帶鐵芯式雷電流傳感器，其特征在于，它由絕緣保護(hù)層(1)、活動(dòng)接頭(2)、信號(hào)引出頭(3)、鐵芯(4)、絕緣外皮(5)、感應(yīng)線圈(6)、信號(hào)電阻(7)和瞬態(tài)電壓抑制器(8)組成；該傳感器為環(huán)形，絕緣保護(hù)層(1)為開口環(huán)形管，絕緣外皮(5)為圓筒狀，信號(hào)電阻(7)是金屬膜電阻；各部件位置和連接關(guān)系如下鐵芯(4)埋設(shè)在絕緣外皮(5)圓筒中；感應(yīng)線圈(6)繞制在絕緣外皮(5)外表面上，其末端從絕緣外皮圓筒內(nèi)、鐵芯間穿過；信號(hào)電阻(7)與瞬態(tài)電壓抑制器(8)并聯(lián)后接于感應(yīng)線圈(6)首末兩端；絕緣保護(hù)層(1)將上述鐵芯(4)、絕緣外皮(5)、感應(yīng)線圈(6)、信號(hào)電阻(7)、瞬態(tài)電壓抑制器(8)封裝在其空腔內(nèi)，彎曲成環(huán)狀并通過活動(dòng)接頭(2)聯(lián)成閉合圓環(huán)；信號(hào)引出頭(3)固定在活動(dòng)接頭(2)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶鐵芯式雷電流傳感器，其特征在于，所述絕緣保護(hù)層(1)是 采用PI3R材料制成的開口環(huán)形管，通過活動(dòng)接頭，可斷開或連接傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種帶鐵芯式雷電流傳感器。它由鐵芯、絕緣外皮、感應(yīng)線圈、信號(hào)電阻、瞬態(tài)電壓抑制器、信號(hào)引出頭、絕緣保護(hù)層、活動(dòng)接頭組成。鐵芯埋設(shè)在絕緣外皮圓筒中；感應(yīng)線圈繞制在絕緣外皮外表面上，其末端從絕緣外皮圓筒內(nèi)、鐵芯間穿過；信號(hào)電阻與瞬態(tài)電壓抑制器并聯(lián)后接于感應(yīng)線圈首末兩端；絕緣保護(hù)層將上述鐵芯、絕緣外皮、感應(yīng)線圈、信號(hào)電阻、瞬態(tài)電壓抑制器封裝在其空腔內(nèi)，彎曲成環(huán)狀并通過活動(dòng)接頭聯(lián)成閉合圓環(huán)；信號(hào)引出頭固定在活動(dòng)接頭上。本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)是1.允許被測(cè)量電流范圍大，輸出信號(hào)穩(wěn)定性好、線性好，測(cè)量精度能滿足相關(guān)測(cè)量的要求；2.裝置設(shè)有活動(dòng)接頭、易于安裝使用；3.裝置體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉。
文檔編號(hào)G01R15/18GK201697960SQ20102024271
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者劉均華, 周文俊, 喻劍輝, 朱時(shí)陽(yáng), 李明貴, 石振江, 鄧雨榮, 邱凌 申請(qǐng)人:廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院;武漢新電電氣技術(shù)有限責(zé)任公司;武漢大學(xué);廣西電網(wǎng)公司防城港供電局