電流測(cè)量方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電子電路領(lǐng)域，具體而言，涉及一種電流測(cè)量方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代工業(yè)控制、儀器儀表、電力電子設(shè)備等系統(tǒng)中，電流的非接觸檢測(cè)技術(shù)是保障系統(tǒng)安全運(yùn)行的一項(xiàng)不可或缺的技術(shù)。例如，在電力傳輸系統(tǒng)中，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后，由于老化、天氣等原因，其傳輸導(dǎo)線(xiàn)的絕緣性必然下降，此時(shí)產(chǎn)生的微小泄漏電流有可能使系統(tǒng)拒絕動(dòng)作或產(chǎn)生誤動(dòng)作，是系統(tǒng)安全運(yùn)行的巨大隱患?，F(xiàn)有的測(cè)量技術(shù)如圖1和圖2所示，圖1示出了電流的非接觸測(cè)量時(shí)需要構(gòu)建的電流探頭。電流探頭包括磁回路、探測(cè)器件和輔助線(xiàn)圈。磁回路由軟磁材料構(gòu)成。該磁回路可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)磁回路的并聯(lián)。該磁回路中可以不包含氣隙，也可以包含一個(gè)或多個(gè)氣隙，并且磁回路可以是任意的閉合形狀。
[0003]利用磁敏器件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，探測(cè)器件是嵌入磁回路氣隙中的霍爾元件、磁敏電阻等；在利用磁調(diào)制原理檢測(cè)時(shí)，探測(cè)器件就是一組或多組纏繞在磁回路中的線(xiàn)圈，這一類(lèi)的檢測(cè)時(shí)需要外圍電路通過(guò)線(xiàn)圈對(duì)磁路不停的勵(lì)磁，并與直流磁場(chǎng)產(chǎn)生相互作用后，才能產(chǎn)生出可檢測(cè)的電學(xué)量。
[0004]輔助線(xiàn)圈可以是一組，也可以是多組。待測(cè)電流一般采用單匝穿芯的結(jié)構(gòu)方式，但也可以采用多匝纏繞的方式。
[0005]電流探頭僅僅看成一個(gè)可以將外部待測(cè)電流值轉(zhuǎn)化為可檢測(cè)電學(xué)量的器件，而與電流探頭采用何種具體的檢測(cè)方式無(wú)關(guān)。
[0006]圖2是目前廣泛采用的一種稱(chēng)為“零磁通”測(cè)量控制技術(shù)的電路原理示意圖。假設(shè)外部的待測(cè)電流為I，采用單匝穿芯的結(jié)構(gòu)，輔助線(xiàn)圈的匝數(shù)為N。
[0007]電路首先將電流探頭檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行放大處理，然后用這一放大后信號(hào)對(duì)輔助線(xiàn)圈上的電流1八進(jìn)行控制，輔助線(xiàn)圈上的電流I A所產(chǎn)生的磁場(chǎng)必須要抵消外部待測(cè)電流I所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。這樣整個(gè)電路就構(gòu)成了一個(gè)負(fù)反饋環(huán)路，根據(jù)深度負(fù)反饋原理，只要環(huán)路增益足夠大，輔助線(xiàn)圈上電流Ia所產(chǎn)生的磁場(chǎng)就等于外部待測(cè)電流I所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，磁芯始終工作在“零磁通狀態(tài)”狀態(tài)，輔助線(xiàn)圈電流1八有:I a= -1/No
[0008]上式中的電流方向根據(jù)圖2中電流的標(biāo)注方向確定。這樣，根據(jù)輔助線(xiàn)圈上的電流IA，電路即可以完成對(duì)外部電流I的測(cè)量。
[0009]補(bǔ)充說(shuō)明一點(diǎn)，以上論述的“零磁通”測(cè)量控制技術(shù)，還可以擴(kuò)展為更廣泛的“恒磁通”控制技術(shù):在圖2的原理結(jié)構(gòu)不變的情況下，通過(guò)對(duì)輔助線(xiàn)圈電流Ia進(jìn)行進(jìn)行控制，使得輔助線(xiàn)圈上的電流1八所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與外部待測(cè)電流I所產(chǎn)生的磁場(chǎng)之和始終為一個(gè)恒定值，即:
[0010]IaXN+I = H0
[0011]Ia= H0/N-1/N
[0012]其中H。代表一個(gè)恒定的磁場(chǎng)強(qiáng)度，也可以代表一個(gè)恒定的電流，同樣可以完成對(duì)外部待測(cè)電流I的測(cè)量，而“零磁通”技術(shù)只是“恒磁通”控制技術(shù)的一個(gè)特例。
[0013]圖1和圖2示出的現(xiàn)有技術(shù)容易因磁材料特性和電路特性?xún)煞矫娑a(chǎn)生輸出零點(diǎn)的穩(wěn)定性問(wèn)題，即“零點(diǎn)漂移”問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用如在小電流的測(cè)量時(shí)，這一現(xiàn)象已經(jīng)成為限制相關(guān)產(chǎn)品測(cè)量精度的根本原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種電流測(cè)量方法，在現(xiàn)有檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，提出了通過(guò)改變輔助線(xiàn)圈中電流在磁回路中產(chǎn)生磁場(chǎng)的方向，實(shí)現(xiàn)待測(cè)的電流信號(hào)以差分量形式呈現(xiàn)出來(lái)的方法。該方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以大幅降低檢測(cè)結(jié)果的零點(diǎn)漂移，提高測(cè)量精度。
[0015]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0016]一種電流測(cè)量方法，待測(cè)電流的線(xiàn)路與輔助電流的線(xiàn)路均纏繞于同一磁回路，所述輔助電流包括第一輔助電流和第二輔助電流，所述方法包括:
[0017]調(diào)節(jié)所述第一輔助電流，使所述第一輔助電流通過(guò)所述輔助電流的輔助線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度與所述待測(cè)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度之和為第一磁場(chǎng)強(qiáng)度；
[0018]獲取在所述第一磁場(chǎng)強(qiáng)度下所述第一輔助電流的值；
[0019]導(dǎo)通所述第二輔助電流，所述第二輔助電流所產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向與所述第一輔助電流所產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向相反；
[0020]調(diào)節(jié)所述第二輔助電流，使所述第二輔助電流通過(guò)所述輔助電流的輔助線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度與所述待測(cè)電流所產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度之和為第二磁場(chǎng)強(qiáng)度，所述第二磁場(chǎng)強(qiáng)度與所述第一磁場(chǎng)強(qiáng)度大小相等、方向相反；
[0021]獲取在所述第二磁場(chǎng)強(qiáng)度下所述第二輔助電流的值；
[0022]將所述第二輔助電流與所述第一輔助電流做差分運(yùn)算，根據(jù)所述第二輔助電流與第一輔助電流的差值以及所述輔助線(xiàn)圈匝數(shù)計(jì)算所述待測(cè)電流。
[0023]優(yōu)選地，上述的電流測(cè)量方法中，可以用一個(gè)斬波信號(hào)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生一組控制信號(hào)，將時(shí)間分為周期性的交替片段。
[0024]優(yōu)選地，上述的電流測(cè)量方法中，所述斬波信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的信號(hào)用以控制所述連接控制模塊，交替改變所述輔助線(xiàn)圈與所述輔助線(xiàn)圈電流控制模塊之間的連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而交替導(dǎo)通所述第一輔助電流和所述第二輔助電流，并使得所述第二輔助電流在磁回路中所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度方向與所述第一輔助電流在磁回路中產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度方向相反。
[0025]優(yōu)選地，上述的電流測(cè)量方法中，在斬波信號(hào)所劃分的一定的時(shí)間片段內(nèi)，通過(guò)所述斬波信號(hào)發(fā)生器對(duì)所述連接控制模塊的控制，所述信號(hào)檢測(cè)放大模塊、所述輔助線(xiàn)圈電流控制模塊與所述輔助線(xiàn)圈通過(guò)磁回路形成第一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的負(fù)反饋環(huán)路，所述輔助線(xiàn)圈電流控制模塊在負(fù)反饋狀態(tài)下自動(dòng)調(diào)節(jié)所述第一輔助電流，使所述第一輔助電流通過(guò)所述輔助電流的輔助線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度與所述待測(cè)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度之和為第一磁場(chǎng)強(qiáng)度，并獲得磁場(chǎng)強(qiáng)度為所述第一磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)的所述第一輔助電流的值。
[0026]優(yōu)選地，上述的電流測(cè)量方法中，在斬波信號(hào)所劃分的另外一定的時(shí)間片段內(nèi)，通過(guò)所述斬波信號(hào)發(fā)生器對(duì)所述連接控制模塊的控制，所述信號(hào)檢測(cè)放大模塊、所述輔助線(xiàn)圈電流控制模塊與所述輔助線(xiàn)圈通過(guò)磁回路形成第二種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的負(fù)反饋環(huán)路，所述輔助線(xiàn)圈電流控制模塊在負(fù)反饋狀態(tài)下自動(dòng)調(diào)節(jié)所述第二輔助電流，使所述第二輔助電流通過(guò)所述輔助電流的輔助線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度與所述待測(cè)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度之和為第二磁場(chǎng)強(qiáng)度，并獲得磁場(chǎng)強(qiáng)度為所述第二磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)的所述第二輔助電流的值。
[0027]優(yōu)選地，上述的電流測(cè)量方法中，所述第二磁場(chǎng)強(qiáng)度與所述第一磁場(chǎng)強(qiáng)度大小相同、方向相反，其大小可以在電路中人為設(shè)定，可以為零，也可以不為零。
[0028]優(yōu)選地，上述的電流測(cè)量方法中，將所述第二輔助電流信號(hào)與所述第一輔助電流信號(hào)做差分運(yùn)算，再根據(jù)所述輔助線(xiàn)圈匝數(shù)即可計(jì)算所述待測(cè)電流。
[0029]如果只使用一個(gè)輔助線(xiàn)圈，可以通過(guò)所述連接控制模塊在所述斬波信號(hào)的控制下，改變所述輔助線(xiàn)圈線(xiàn)路與所述輔助線(xiàn)圈控制模塊的輸出端之間的連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得所述第一輔助電流通過(guò)所述輔助電流的輔助線(xiàn)圈所產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向與所述第二輔助電流通過(guò)所述輔助電流的輔助線(xiàn)圈所產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向相反，該拓?fù)溥B接結(jié)構(gòu)的改變是指通過(guò)所述連接控制模塊，使得所述輔助線(xiàn)圈的端口與所述輔助線(xiàn)圈電流控制模塊輸出電流的端口之間呈現(xiàn)反向連接關(guān)系。也可以使用多組纏繞方向不同的輔助線(xiàn)圈，通過(guò)所述連接控制模塊在所述斬波信號(hào)的控制下，選擇使用不同的輔助線(xiàn)圈來(lái)使得所述第一輔助電流通過(guò)所述輔助電流的輔助線(xiàn)圈所產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向與所述第二輔助電流通過(guò)所述輔助電流的輔助線(xiàn)圈所產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向相反，此時(shí)拓?fù)溥B接結(jié)構(gòu)的改變是指通過(guò)所述連接控制模塊，所述輔助線(xiàn)圈電流控制模塊輸出電流的端口與不同的輔助線(xiàn)圈連接。具體地，使用任何方法使得所述第一輔助電流通過(guò)所述輔助電流的輔助線(xiàn)圈所產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向與所述第二輔助電流通過(guò)所述輔助電流的輔助線(xiàn)圈所產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向相反，均可視為拓?fù)溥B接結(jié)構(gòu)的改變。
[0030]優(yōu)選地，上述的電流測(cè)量方法中，所述第一輔助電流為IA，所述輔助電流的輔助線(xiàn)圈匝數(shù)為N，所述待測(cè)電流為I，所述第一磁場(chǎng)強(qiáng)度為H。，所述IA、