新型非接触式电流传感器

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新型非接触式电流传感器

l 原来状况
    原来的非接触式电流传感器大致有3种结构模式，如图1所示。在图1中，例1所示为以霍尔元件作为磁场检测元件设置在铁芯的间隙内；例2所示为在铁芯的间隙内设置霍尔元件，而在铁芯上设置反馈线圈：例3所示为在铁芯的间隙内设置磁一光效应元件(应用法拉第效应的元件)，用作磁场检测元件。

    上述3种结构模式的缺点如下：

    例l中元件的温度特性不佳，输出均匀性较差，因而电流检测精度不高。再者，此种传感器极易受漂移的影响．稍微受点漂移影响就难以测量含直流成分的电流。

    例2虽可解决例1中出现的问题，但要精密测量线圈中流过的电流还必须排除外界干扰因索，如果受到感应噪声等因素的影响，也就难以实现精密测量。特别是电流传感器的传感部和控制电流传感器信号的控制部之间的距离长，付出的代价就更高。

    例3由于其控制部的信号只用光传送，噪声虽低．但漂移的影响却不小．因而也不能测量含直流成分的电流。
2 技术创新
    本开发立足于技术创新，着重致力于结构改进．其举措是局部铁芯为饱和磁体，并由铁芯形成间隙，铁芯环绕在导体的外周，线圈绕在铁芯上，将磁场检测元件设置在间隙内。

    由于本开发将磁场检测元件设置在铁芯饱和磁体的间隙内．因而在测量导体中所流过的电流时线圈中没有电流。若用磁场检测元件测量间隙内的磁场．根据测得的磁场强度即可知道导体中流过的电流。

    在此情况下．如果磁场检测元件的检测灵敏度始终保持稳定不变，那么要精确测量导体中流过的电流是不成问题的。可是，磁场检测元件的材料、制件、粘接剂等因温度引起的变化以及时效变化、光源变化等因素都会影响磁场检测元件的检测灵敏度．使之产生漂移。因此，不能精密测量导体中流过的电流。为此．本开发采用绕在铁芯上的线圈，可按需要对磁场检测元件的灵敏度加以校正，使磁场检测元件的灵敏度始终如一，经常保持在稳定不变的状态。

    校正灵敏度时经由绕在铁芯上的线圈内流过的电流达到一定量值程度时，就会使铁芯的磁体形成饱和状态而与导体中流过的电流无关。间隙内产生一定量的磁通密度，当其达到一定程度时，即使磁场再增强．磁通密度也不会再增大。此时。可用磁场检测元件测量间隙内的磁场。此测量值中如果不存在上述漂移因素．那么通常即为固定值(基准值)。但若存在漂移因素，其值就会变化。放大器与磁场检测元件的光检测器连接，对其进行调制，并将磁场检测元件的输出值与基准值相比较。同时对磁场检测元件的灵敏度进行校正。此校正可在瞬间进行，并且无需切断导体中流动的电流。

3 实例
    图2所示为本开发提供的非接触式电流传感器的结构。线圈绕在铁芯上，磁场检测元件设置在铁芯的间隙内．光检测器测量磁场检测元件的输出，放大器调制磁场检测元件的输出。

    局部铁芯必须形成饱和磁体，但并不局限于此，整个铁芯均为饱和磁体也无妨。若需追求饱和磁体所具有的短暂饱和特性。选用铁紊体或非晶体之类的磁性合金便可奏效。

    图3所示为非接触式电流传感器的铁芯示例。铁芯的两端部采用高磁导率和高磁通密度的磁体，端头以外部分采用饱和磁体。两端头尖细成锥形，以增大间隙的磁通密度。提高电流传感器的灵敏度。

    磁场检测元件可以采用磁一光效应元件和霍尔元件。但是由于前者仅用光的方式就能进行传感部和控制部之间的信号传送，并且不受感应噪声的影响．因而相比之下前者较为理想。

    在测量导体内流过的电流时。饱和磁体随其流过的电流一旦达到饱和程度，即使再增大导体中的电流．间隙内的磁场也不会再变化。由于其变化量用磁场检测元件检测不出，因而饱和磁体的饱和程度不能由导体内流过的电流来定。而其饱和点主要取决于饱和磁体的形状和尺寸，特别是间隙的形状和尺寸。
4 效果
    实验结果表明。新开发的非接触式电流传感器具有如下成效：消除了磁场检测元件的输出漂移，能精确测量含直流成分的电流；无需精密调制线圈中流动的电流就能精密测量电流；采用磁一光效应元件．其输入和输出信号为光信号，无感应噪声之忧；改善了温度特性。

李小路

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