一种脉冲电流传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种脉冲电流传感器。包括线圈和串接在线圈出口且其阻值和线圈匝数相匹配的无感精密电阻。采用非磁芯半圆形空芯结构，测量时传感器本身与被测电流回路没有直接的电的联系，而是通过电磁场耦合，因此与主回路有着良好的电气绝缘；由于没有磁芯材料饱和问题，测量范围宽，电流测量范围可以从几安培到数百千安，频率范围为0.1～100MHz以；测量准确度可达到0.1%，体积小、重量轻，为雷电流等一些大电流高频率的脉冲电流测量提供了优良的器件。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电气工程
特别涉及一种脉冲电流传感器。
技术介绍
目前用于大电流测量的传感器，就其工作原理而言，主要分为两大类第一类为直接法，即根据被测电流在已知电阻分流器上的电压降落来确定被测电流的大小，另一类是间接法，它是以被测电流所建立的磁场为基础，通过其它手段测量其磁场强度、磁通量等方法来间接完成大电流的测量任务，其特点是将电流的测量问题转变为磁场的测量问题。采用第一种方法进行测量时，当分流器测量大电流时，自身温度变化将导致它的电阻值发生变化，同时由于温度变化产生的热应力也会影响分流器的电阻值，成为影响系统测量误差的重要因素。在设计中需要考虑合适的连接方式，如普遍采用的柔性连接方式， 可以消除热应力的影响。另外，当用分流器测量脉冲大电流，除要减少本身的电感量之外， 很重要一点就是要考虑集肤效应的影响。采用第二种方式进行测量时，测量线圈本身与被测电流回路没有直接的电的联系，而是通过电磁场耦合，因此与主回路有着良好的电气绝缘，由于没有铁芯饱和问题，测量范围宽，同样的绕组，电流测量范围可以从几安培到数百千安；频率范围宽，一般可设计到0. 1 IOOMHz以上，测量准确度高，易于以数字量输出，实现测量数字化、网络化和自动化，不会产生易燃、易爆等危险，符合环保要求，而且体积小、重量轻、生产成本低。
技术实现思路
本技术的目的就是针对上述现有技术存在的不足，基于线圈参数配合的自积分原理，提供一种安装简单方便，具有电流测量范围大，频率范围宽，准确度高的脉冲电流传感器。本新型实用提供的技术方案是一种脉冲电流传感器，包括线圈和串接在线圈出口且其阻值和线圈匝数相匹配的无感精密电阻。作为本技术的优选方案所述的线圈外壳为一纵、横向设有开口的非闭合屏蔽铁盒。所述的线圈为单层绕制，且在其线圈骨架内串接有一匝绕制方向与螺旋前进方向相反、绕组的出口与入口在同一端的中心回环。所述的线圈骨架为矩形截面及两块半圆组合而成的环形结构。所述的无感精密电阻的阻值< 1Ω。本技术采用无源自积分方式，线圈出口并联阻值不大于1Ω无感精密电阻， 配合线圈匝数匹配设计，实现无源自积分无畸变输出被测脉冲电流输出，具有低功率输出， 结构简单的优点。将漆包线均勻地在矩形截面均勻的环形非磁性绝缘材料环形骨架上缠绕一定的数匝，线圈匝数、截面大小与电流测量量程及测量频带实现参数配合。截面为矩形的圆环形3骨架的线圈结构示意图如图1所示，I1为载流导体中(一次)电流，c为线圈两端的输出电压，a、b分别圆环形骨架的内外半径。无源自积分法是将精密电阻R接在线圈的输出端，利用R两端的电压反映出被测一次电流的大小和波形，R大小的选择应兼顾测量范围、频带、自积分参数配合的要求。等效电路图如图2所示。为消除轴向干扰磁场在大线匝产生感应电势的影响，在线圈为单层绕制时在线圈内部，即骨架内，串接一匝中心回环，绕制的方向与螺旋前进方向相反，绕组的出口与入口在同一端。为了便于加工和现场安装，线圈骨架在设计中采用了矩形截面、两块半圆组合而成的环形结构，如图3所示。为减小外界电磁场的干扰，线圈外壳采用纵横向开口、非闭合铁盒屏蔽，线圈采用纵横向开口、非闭合锡箔纸屏蔽，便于铁盒及输出BNC接头单点连接。本技术主要用于雷电流等一些脉冲电流的测量，由于采用非磁芯半圆形空芯结构，测量时传感器本身与被测电流回路没有直接的电的联系，而是通过电磁场耦合，因此与主回路有着良好的电气绝缘；由于没有磁芯材料饱和问题，测量范围宽，电流测量范围可以从几安培到数百千安，频率范围为0. 1 IOOMHz以内；测量准确度可达到0. 1%，体积小、重量轻，为雷电流等一些大电流高频率的脉冲电流测量提供了优良的器件。附图说明图1是本技术的结构简图；图2是本技术的测量原理图；图3是本技术的绕线具体实施方式以下结合附图所示实施例对本技术作进一步说明如图1所示，线圈由在矩形截面均勻的非磁性绝缘材料环形骨架上均勻地缠绕的 N匝漆包线所构成。当载有大电流的导线垂直穿过其中心时，通过载流导体周围磁场的变化感应出能反映被测电流大小的电压信号，其工作原理相当于一种电流互感器。位于中心的载流导体相当于互感器的一次绕组，缠绕在骨架上的N匝线圈即为其二次绕组。截面为矩形的圆环形骨架的线圈结构示意图如图1所示，I1为载流导体中(一次)电流，c为线圈两端的输出电压，a, b分别圆环形骨架的内外半径。如图2所示，无源自积分法是将无感精密电阻R接在线圈的输出端，利用R两端的电压反映出被测一次电流的大小和相位，由基尔霍夫定律列出方程有u = -Mdi/dt = Ldi2/dt+RLi2+Rir(1)由前面分析1/coC。>> R，即 ic ^ 0, ir ^ i2，式(1)变为u = -Mdi/dt = Ldi2/dt+ (RL+R) i2(2)当电阻&+R很小或电流的变化率很大时，即《L >>饥+R)，则式(2)改写为-Mdi/dt = Ldi2/dt(3)两边积分即有i2 = -Mi i/L(4)线圈匝数、截面及采样电阻参数精确配合情况下，采样电阻两端的电压为mo = -Rir ~ -Rii = ii(5)由上式可知，采样电阻两端的输出电压与一次电流幅值成正比，相位相同，达到通过测量输出电压Utl以测量输入电流ii的目的。如图3所示，为消除轴向干扰磁场在大线匝产生感应电势的影响，在线圈为单层绕制时在线圈内部，即骨架内，串接一匝中心回环，绕制的方向与螺旋前进方向相反，绕组的出口与入口在同一端。为了便于加工和现场安装，线圈骨架在设计中选用了矩形截面的半圆环形结构， 实际应用中由两个半圆组合成一个圆形结构，为减小外界磁场的干扰，可把线圈放在铁盒内屏蔽起来，同时为了防止主磁通在铁盒内产生环流屏蔽盒开槽切断环流途径，为了防止铁盒形成磁旁路，屏蔽盒开槽切断磁旁路。权利要求1.一种脉冲电流传感器，其特征在于包括线圈和串接在线圈出口且其阻值和线圈匝数相匹配的无感精密电阻。2.根据权利要求1所述的一种脉冲电流传感器，其特征在于 所述的线圈外壳为一纵、横向设有开口的非闭合屏蔽铁盒。3.根据权利要求1或2所述的一种脉冲电流传感器，其特征在于所述的线圈为为单层绕制，且在其线圈骨架内串接有一匝绕制方向与螺旋前进方向相反、绕组的出口与入口在同一端的中心回环。4.根据权利要求3所述的一种脉冲电流传感器，其特征在于 所述的线圈骨架为矩形截面及两块半圆组合而成的环形结构。专利摘要本技术公开了一种脉冲电流传感器。包括线圈和串接在线圈出口且其阻值和线圈匝数相匹配的无感精密电阻。采用非磁芯半圆形空芯结构，测量时传感器本身与被测电流回路没有直接的电的联系，而是通过电磁场耦合，因此与主回路有着良好的电气绝缘；由于没有磁芯材料饱和问题，测量范围宽，电流测量范围可以从几安培到数百千安，频率范围为0.1～100MHz以；测量准确度可达到0.1%，体积小、重量轻，为雷电流等一些大电流高频率的脉冲电流测量提供了优良的器件。文档编号G01R15/18GK202041573SQ20112007216公开日2011年11月16日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日专利技术者周剑, 廖一帆, 张义本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种脉冲电流传感器，其特征在于：包括线圈和串接在线圈出口且其阻值和线圈匝数相匹配的无感精密电阻。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王建国，张义，王建平，周剑，方春华，廖一帆，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：实用新型
国别省市：83