[發明專利]一種寬量程寬頻高精度磁平衡式電流測量裝置

有效

• 申請號: 201911105251.5
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN110927428B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 徐林;王作帥;耿攀;周彤;鄭攀峰;肖涵琛;楊文鐵;左超;王建勛;余定峰;楊帥;楊勇;孫瑜;魏華;陳濤;羅偉
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一九研究所
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00;G01R15/18;G01R15/20
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理有限公司 11457
• 代理人: 黃云鐸

一種寬量程寬頻高精度磁平衡式電流測量裝置，包括第一磁環(1)、第二磁環(2)、第三磁環(3)、激勵電流源(4)、第一激勵線圈(5)、第一檢測線圈(6)、第一補償線圈(7)、第二激勵線圈(8)、第二檢測線圈(9)、第二補償線圈(10)、第三檢測線圈(11)、第三補償線圈(12)、第一差分放大器(13)、第一帶通濾波器(14)、相敏撿波器(15)、第二差分放大器(16)、第二帶通濾波器(17)、加法器(18)、調節器(19)、驅動器(20)、補償電流源(21)、采樣電阻(22)。本發明采用三個并行的磁環，以非接觸式的方式檢測穿過磁環內部的電流的大小，采用磁平衡的補償方法，能實現對被測電流的大范圍、寬頻段、高精度、高靈敏度及快響應測量。

技術領域

本發明涉及信號檢測領域，具體涉及一種寬量程寬頻高精度磁平衡式電流測量裝置。

背景技術

電流是電氣領域中最重要的物理量之一，在發電、輸電、變電、配電、用電等各個環節中，通過電流可以直觀反應出設備、負載、線路等的工作狀態。如何準確、快速地檢測穩態直流、低頻交流、高頻交流、漏電流、瞬時電流、脈沖電流等已成為電力行業最重要的研究熱點之一。

通常測量電流信號的方法主要分為兩類：接觸式測量和非接觸式測量。典型接觸式測量方法主要有：電阻法、分流器法、電流互感器法。電阻法是指在被測電流回路中串入精密電阻，通過測量電阻兩端的電壓即可獲得被測電流的大小，該方法雖然簡單，但是當被測電流較大時，會產生較大的損耗，嚴重時會直接燒壞電阻；分流器法與電阻法類似，只是采用耐高溫、高電導率的材質制作，能解決電阻法中的發熱問題，但是由于其阻值一般取得很低，導致其靈敏度較低，在小電流測試時誤差較大；電流互感器法是基于法拉第電磁感應定律，通過在被測電流回路中串入互感器，被測電流的變化導致互感器內的磁通發生變化，在其二次回路感應出電壓信號，通過測量該電壓的大小即可反演出被測電流的大小，電流互感器法可以實現寬范圍交流電流的測量，但是其測量精度低、線性度差、分辨率較低。

采用非接觸式測量電流的方案中，一般是通過測量被測電流產生的磁場，從而反演出電流的大小，通常采用磁通門或磁阻傳感器來測量被測電流產生的磁場。但是，單純通過磁傳感器測量被測電流在周圍空間產生的磁場，會嚴重影響測量精度和分辨率，并且容易受環境干擾。通過采用磁聚環將被測電流在空間中產生的磁場進行匯聚，再在磁聚環的氣隙中測量測量該磁場，進而可推算出被測電流的大小。該方法能有效地提高系統的靈敏度，但是測量裝置的體積一般比較大，不適合設備內部電流、漏電流、電纜電流等對空間尺寸要求嚴格的場合。另外一種通過測量磁場反演被測電流的方法是基于磁調制原理，該方法是對一個閉合的高磁導率磁芯，通以高頻大幅值交變激勵電流，使得磁芯處于周期性對稱飽和，被測電流產生的磁場疊加到激勵磁場上，會使得磁芯出現周期性非對稱飽和，對該周期性非對稱的飽和磁通進行分析，會發現二次分量(以激勵電流的頻率為基頻)的幅值最大，通過提取該二次分量的幅值，即可反演出被測電流的大小。合理設計，該測量方法也能實現高精度、高分辨率，并且體積可以顯著減小，但是該方法也存在帶寬不到，頻率響應不夠快等問題。

非接觸式測量方案中，存在一個共性問題，即大量程與高靈敏度的矛盾問題。要實現高靈敏度，就必然要求測量回路中具備很大的放大倍數，但是高放大倍數使得測量裝置在檢測大電流時出現容易飽和，制約了測量裝置的量程。另外，非接觸測量方案中，通過測量磁場反演電流的方法，不論是采用磁傳感器直接測量磁場，還是基于磁調制式原理，測量裝置的帶寬都受到傳感器本身或者磁調制特性的制約，難以兼顧直流、低頻交流和高頻交流的測量。

綜上所述，對于寬范圍、寬頻段的電流測量場合，并且同時兼顧大量程、高精度、高靈敏度要求，常規的測量方法難以滿足要求，還需要提出新的測量方法。

發明內容

本發明的目的是針對非接觸式、寬范圍、交直流電流測量場合，提出一種寬量程寬頻高精度的電流測量裝置。