新型非接觸式電流傳感器

l 原來狀況
原來的非接觸式電流傳感器大致有3種結構模式，如圖1所示。在圖1中，例1所示為以霍爾元件作為磁場檢測元件設置在鐵芯的間隙內；例2所示為在鐵芯的間隙內設置霍爾元件，而在鐵芯上設置反饋線圈：例3所示為在鐵芯的間隙內設置磁一光效應元件(應用法拉第效應的元件)，用作磁場檢測元件。

上述3種結構模式的缺點如下：

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

例2雖可解決例1中出現的問題，但要精密測量線圈中流過的電流還必須排除外界干擾因索，如果受到感應噪聲等因素的影響，也就難以實現精密測量。特別是電流傳感器的傳感部和控制電流傳感器信號的控制部之間的距離長，付出的代價就更高。

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

2 技術創新
本開發立足于技術創新，著重致力于結構改進．其舉措是局部鐵芯為飽和磁體，并由鐵芯形成間隙，鐵芯環繞在導體的外周，線圈繞在鐵芯上，將磁場檢測元件設置在間隙內。

由于本開發將磁場檢測元件設置在鐵芯飽和磁體的間隙內．因而在測量導體中所流過的電流時線圈中沒有電流。若用磁場檢測元件測量間隙內的磁場．根據測得的磁場強度即可知道導體中流過的電流。

在此情況下．如果磁場檢測元件的檢測靈敏度始終保持穩定不變，那么要精確測量導體中流過的電流是不成問題的。可是，磁場檢測元件的材料、制件、粘接劑等因溫度引起的變化以及時效變化、光源變化等因素都會影響磁場檢測元件的檢測靈敏度．使之產生漂移。因此，不能精密測量導體中流過的電流。為此．本開發采用繞在鐵芯上的線圈，可按需要對磁場檢測元件的靈敏度加以校正，使磁場檢測元件的靈敏度始終如一，經常保持在穩定不變的狀態。

校正靈敏度時經由繞在鐵芯上的線圈內流過的電流達到一定量值程度時，就會使鐵芯的磁體形成飽和狀態而與導體中流過的電流無關。間隙內產生一定量的磁通密度，當其達到一定程度時，即使磁場再增強．磁通密度也不會再增大。此時。可用磁場檢測元件測量間隙內的磁場。此測量值中如果不存在上述漂移因素．那么通常即為固定值(基準值)。但若存在漂移因素，其值就會變化。放大器與磁場檢測元件的光檢測器連接，對其進行調制，并將磁場檢測元件的輸出值與基準值相比較。同時對磁場檢測元件的靈敏度進行校正。此校正可在瞬間進行，并且無需切斷導體中流動的電流。

3 實例
圖2所示為本開發提供的非接觸式電流傳感器的結構。線圈繞在鐵芯上，磁場檢測元件設置在鐵芯的間隙內．光檢測器測量磁場檢測元件的輸出，放大器調制磁場檢測元件的輸出。


局部鐵芯必須形成飽和磁體，但并不局限于此，整個鐵芯均為飽和磁體也無妨。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。

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

在測量導體內流過的電流時。飽和磁體隨其流過的電流一旦達到飽和程度，即使再增大導體中的電流．間隙內的磁場也不會再變化。由于其變化量用磁場檢測元件檢測不出，因而飽和磁體的飽和程度不能由導體內流過的電流來定。而其飽和點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
實驗結果表明。新開發的非接觸式電流傳感器具有如下成效：消除了磁場檢測元件的輸出漂移，能精確測量含直流成分的電流；無需精密調制線圈中流動的電流就能精密測量電流；采用磁一光效應元件．其輸入和輸出信號為光信號，無感應噪聲之憂；改善了溫度特性。