新型非接觸式電流傳感器

原來(lái)狀況
　　原來(lái)的非接觸式電流傳感器大致有3種結(jié)構(gòu)模式，如圖1所示。在圖1中，例1所示為以霍爾元件作為磁場(chǎng)檢測(cè)元件設(shè)置在鐵芯的間隙內(nèi)；例2所示為在鐵芯的間隙內(nèi)設(shè)置霍爾元件，而在鐵芯上設(shè)置反饋線圈：例3所示為在鐵芯的間隙內(nèi)設(shè)置磁一光效應(yīng)元件(應(yīng)用法拉第效應(yīng)的元件)，用作磁場(chǎng)檢測(cè)元件。

上述3種結(jié)構(gòu)模式的缺點(diǎn)如下：

　　例l中元件的溫度特性不佳，輸出均勻性較差，因而電流檢測(cè)精度不高。再者，此種傳感器極易受漂移的影響．稍微受點(diǎn)漂移影響就難以測(cè)量含直流成分的電流。

　　例2雖可解決例1中出現(xiàn)的問(wèn)題，但要精密測(cè)量線圈中流過(guò)的電流還必須排除外界干擾因索，如果受到感應(yīng)噪聲等因素的影響，也就難以實(shí)現(xiàn)精密測(cè)量。特別是電流傳感器的傳感部和控制電流傳感器信號(hào)的控制部之間的距離長(zhǎng)，付出的代價(jià)就更高。

　　例3由于其控制部的信號(hào)只用光傳送，噪聲雖低．但漂移的影響卻不小．因而也不能測(cè)量含直流成分的電流。

2 技術(shù)創(chuàng)新
　　本開(kāi)發(fā)立足于技術(shù)創(chuàng)新，著重致力于結(jié)構(gòu)改進(jìn)．其舉措是局部鐵芯為飽和磁體，并由鐵芯形成間隙，鐵芯環(huán)繞在導(dǎo)體的外周，線圈繞在鐵芯上，將磁場(chǎng)檢測(cè)元件設(shè)置在間隙內(nèi)。

　　由于本開(kāi)發(fā)將磁場(chǎng)檢測(cè)元件設(shè)置在鐵芯飽和磁體的間隙內(nèi)．因而在測(cè)量導(dǎo)體中所流過(guò)的電流時(shí)線圈中沒(méi)有電流。若用磁場(chǎng)檢測(cè)元件測(cè)量間隙內(nèi)的磁場(chǎng)．根據(jù)測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度即可知道導(dǎo)體中流過(guò)的電流。

　　在此情況下．如果磁場(chǎng)檢測(cè)元件的檢測(cè)靈敏度始終保持穩(wěn)定不變，那么要精確測(cè)量導(dǎo)體中流過(guò)的電流是不成問(wèn)題的。可是，磁場(chǎng)檢測(cè)元件的材料、制件、粘接劑等因溫度引起的變化以及時(shí)效變化、光源變化等因素都會(huì)影響磁場(chǎng)檢測(cè)元件的檢測(cè)靈敏度．使之產(chǎn)生漂移。因此，不能精密測(cè)量導(dǎo)體中流過(guò)的電流。為此．本開(kāi)發(fā)采用繞在鐵芯上的線圈，可按需要對(duì)磁場(chǎng)檢測(cè)元件的靈敏度加以校正，使磁場(chǎng)檢測(cè)元件的靈敏度始終如一，經(jīng)常保持在穩(wěn)定不變的狀態(tài)。

　　校正靈敏度時(shí)經(jīng)由繞在鐵芯上的線圈內(nèi)流過(guò)的電流達(dá)到一定量值程度時(shí)，就會(huì)使鐵芯的磁體形成飽和狀態(tài)而與導(dǎo)體中流過(guò)的電流無(wú)關(guān)。間隙內(nèi)產(chǎn)生一定量的磁通密度，當(dāng)其達(dá)到一定程度時(shí)，即使磁場(chǎng)再增強(qiáng)．磁通密度也不會(huì)再增大。此時(shí)。可用磁場(chǎng)檢測(cè)元件測(cè)量間隙內(nèi)的磁場(chǎng)。此測(cè)量值中如果不存在上述漂移因素．那么通常即為固定值(基準(zhǔn)值)。但若存在漂移因素，其值就會(huì)變化。放大器與磁場(chǎng)檢測(cè)元件的光檢測(cè)器連接，對(duì)其進(jìn)行調(diào)制，并將磁場(chǎng)檢測(cè)元件的輸出值與基準(zhǔn)值相比較。同時(shí)對(duì)磁場(chǎng)檢測(cè)元件的靈敏度進(jìn)行校正。此校正可在瞬間進(jìn)行，并且無(wú)需切斷導(dǎo)體中流動(dòng)的電流。

3 實(shí)例
　　圖2所示為本開(kāi)發(fā)提供的非接觸式電流傳感器的結(jié)構(gòu)。線圈繞在鐵芯上，磁場(chǎng)檢測(cè)元件設(shè)置在鐵芯的間隙內(nèi)．光檢測(cè)器測(cè)量磁場(chǎng)檢測(cè)元件的輸出，放大器調(diào)制磁場(chǎng)檢測(cè)元件的輸出。

　　局部鐵芯必須形成飽和磁體，但并不局限于此，整個(gè)鐵芯均為飽和磁體也無(wú)妨。若需追求飽和磁體所具有的短暫飽和特性。選用鐵紊體或非晶體之類的磁性合金便可奏效。

　　圖3所示為非接觸式電流傳感器的鐵芯示例。鐵芯的兩端部采用高磁導(dǎo)率和高磁通密度的磁體，端頭以外部分采用飽和磁體。兩端頭尖細(xì)成錐形，以增大間隙的磁通密度。提高電流傳感器的靈敏度。

　　磁場(chǎng)檢測(cè)元件可以采用磁一光效應(yīng)元件和霍爾元件。但是由于前者僅用光的方式就能進(jìn)行傳感部和控制部之間的信號(hào)傳送，并且不受感應(yīng)噪聲的影響．因而相比之下前者較為理想。

　　在測(cè)量導(dǎo)體內(nèi)流過(guò)的電流時(shí)。飽和磁體隨其流過(guò)的電流一旦達(dá)到飽和程度，即使再增大導(dǎo)體中的電流．間隙內(nèi)的磁場(chǎng)也不會(huì)再變化。由于其變化量用磁場(chǎng)檢測(cè)元件檢測(cè)不出，因而飽和磁體的飽和程度不能由導(dǎo)體內(nèi)流過(guò)的電流來(lái)定。而其飽和點(diǎn)主要取決于飽和磁體的形狀和尺寸，特別是間隙的形狀和尺寸。

4 效果
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明。新開(kāi)發(fā)的非接觸式電流傳感器具有如下成效：消除了磁場(chǎng)檢測(cè)元件的輸出漂移，能精確測(cè)量含直流成分的電流；無(wú)需精密調(diào)制線圈中流動(dòng)的電流就能精密測(cè)量電流；采用磁一光效應(yīng)元件．其輸入和輸出信號(hào)為光信號(hào)，無(wú)感應(yīng)噪聲之憂；改善了溫度特性。