[實用新型]一種疊加大直流偏置的交流電流的測量裝置

有效

• 申請號: 201220464712.5
• 申請日: 2012-09-12
• 公開（公告）號: CN202837368U
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 梅高峰;劉民;張若林;金光遠;郝慧萍
• 申請（專利權）人: 北京東方計量測試研究所
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 張濤;王鍵

技術領域

本實用新型涉及電流測量技術領域，特別是涉及一種疊加大直流偏置的交流電流的測量裝置。

背景技術

如何準確方便地測量電流，一直是電流測量領域努力追求不斷探索的課題。在測量回路中串一個小電阻（分流器），測量分流器兩端的電壓，通過歐姆定律I=U/R，用測得的電壓除以分流器的電阻值，就可以計算出所需的電流值。這種測量方法使用設備少，方便快捷，受到了普遍歡迎。但這種方法在需要測量疊加有大直流偏置的交流電流時，會有如下幾個缺點，一是和測量回路不隔離，存在一定的安全隱患，如果另加隔離措施，則增加了成本和復雜性，代價比較大，二是根據P＝I_直流²*R（取樣電阻功率），當直流電流變得很大的時候，取樣電阻的功率將急速增長，只能被迫將取樣電阻選的十分小，此時疊加在直流上的小交流電流的壓降將非常小，不利于測量，誤差也大。舉個例子，如果直流偏置是50A，將分流電阻選為0.001歐姆，若交流電流為10mA（0.01A），則取樣電阻的功率P=I²*R=2.5瓦，U_交流=RI_交流=0.001*0.01=0.00001V=10uV，交流電流的壓降只有微伏級，基本無法測量，會造成較大誤差。

霍爾電流傳感器也是一種測量電流的方法，它能采用隔離的方式測量被測線路的電流。它是一種基于霍爾效應的電流傳感器，原理是通過檢測磁場及其變化來檢測電流，被測電流在磁場中產生磁場強度，通過霍爾器件感應這種磁場強度，把霍爾器件放在鐵芯的氣隙中，當被測導線通過電流I時，在鐵芯中產生垂直于霍爾器件表面的磁場B，根據霍爾效應原理，霍爾器件將產生霍爾電壓V，經過電路放大最終輸出的電壓和被測的電流理論上呈線性的關系，由霍爾輸出電壓的數值即可得出被測電流值。霍爾傳感器結構簡單，測量結果的精度和線性度都較高，能夠測量直流、交流和各種波形的電流，似乎能滿足測量疊加有大直流偏置的小交流信號的測量的需求，但是分析起來它有以下幾個缺點：①它的頻帶不夠寬，現在市場上能買到的帶寬比較寬的霍爾器件大概在0到200kHz左右；②霍爾傳感器滿量程一般都比較大（比如幾十安培），對小幅度的電流（比如幾毫安）分辨力不夠，相對于大的直流，小的交流信號要小得多，所以測量出來的交流部分很不準確，誤差很大。

電流互感器是測量電流的另一種方法。電流互感器的原理是依據電磁感應原理。電流互感器由閉合的鐵心和繞組組成，它的初級繞組匝數很少，一般為一匝或幾匝，串在需要測量的電流線路中，次級繞組匝數比較多，串接在測量儀表和保護回路中，通過電流互感器可以把數值較大的一次電流通過一定的變比轉換為數值較小的二次電流，用來進行保護、測量等用途。因為磁性材料只能傳遞耦合交流的信號，不能傳遞直流的信號，因此只能測量交流電流。傳統的電流互感器如果直接測量疊加有大直流偏置的小交流信號，則大直流會使磁芯飽和，喪失耦合交流信號的作用，因而無法達到測量疊加有大直流偏置的小交流信號的目的。

實用新型內容

本實用新型根據現有技術存在的缺陷，提供一種疊加大直流偏置的交流電流的測量裝置，測量的對象是疊加在大直流上的小的交流電流，測量的頻率范圍寬，測量準確度高。

本實用新型的技術方案是：

一種疊加大直流偏置的交流電流的測量裝置，其特征在于，包括電流互感器和直流電流測量器件，所述電流互感器的閉合磁芯上分別繞有匝數為N2的次級感應繞組以及匝數為N1的直流抵償繞組，被測電流作為互感器的初級電流從磁芯中心穿過；所述直流抵償繞組通過依次連接的直流電流驅動電路和低通濾波電路連接直流電流測量器件，所述直流電流測量器件把測得的電流信號轉換成電壓信號，通過低通濾波電路濾除交流成分后，再通過直流電流驅動電路給直流抵償繞組輸出一個能抵消直流偏置電流在電流互感器中產生的磁感應強度的直流電流。

所述直流電流驅動電路包括由運算放大器、場效應管和反饋電阻組成的閉環控制回路，所述低通濾波電路輸出的近似直流的電壓信號輸入至運算放大器的同相輸入端，運算放大器的反相輸入端連接至場效應管的負輸出極，該輸出級通過反饋電阻接地，運算放大器的輸出端連接場效應管的控制極；所述直流抵償繞組的一端連接場效應管的正輸出極，直流抵償繞組的另一端通過保護電阻連接供電電源。

所述次級感應繞組依次連接電流電壓轉換電路和信號調理及頻率補償電路，通過電流電壓轉換電路把感應的交流電流轉換成電壓信號，再通過信號調理和頻率補償電路最終輸出與被測的交流電流成一定比例的電壓信號。