一種微電流傳感器的製作方法

2023-07-24 16:13:36

專利名稱：一種微電流傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種傳感器，尤其是涉及一種微電流傳感器的結構改良。
背景技術：
隨著國家的經濟發展，城市化的迅猛推進，我國城市用電量急劇增加，電力電纜在電力供應中的應用也隨之增加。與架空線路相比，電力電纜具有受外界環境的影響小、安全可靠、隱蔽、耐用等優點，經常用作發電廠、變電站以及工礦企業的動力引入或引出線，以及跨越江河、鐵路等時的輸電用線，也是城市供電的重要組成部分。隨著電力電纜在電網供應中的普遍採用，電纜的數量有了很大增長，電纜的故障、隱患也隨之增多。如何檢測電力電纜故障，怎樣能快速準確地查找出故障點的準確位置，縮短故障的修復時間，及時排除 隱患，成為各供電企業越來越關心的問題。局部放電一直以來都是電力設備絕緣非破壞性試驗的檢測項目。局部放電既是造成絕緣劣化的重要原因，也是絕緣劣化的重要表現形式。電力電纜的局部放電量與它的絕緣狀況密切相關，局部放電量的增強可以反映出電纜絕緣狀況存在著可能的危機電纜安全運行的缺陷。本專利中的傳感器是應用電磁耦合法來測量局部放電的，電磁耦合法是在電纜金屬屏蔽層外或電纜終端、連接頭屏蔽層的接地線上安裝電磁耦合線圈，通過電磁耦合來感應流過電纜屏蔽層的局部放電脈衝電流。

實用新型內容本實用新型主要是解決現有技術所存在的技術問題；提供了一種使用錳鋅鐵氧體作為傳感器的鐵芯，使傳感器的適用頻率在50kHz-30MHz，能夠準確的測量得到局放信號的一種微電流傳感器。本實用新型還有一目的是解決現有技術所存在的技術問題；提供了一種加入適當長度的氣隙，使得傳感器的電感在頻率變化時能夠儘量保持平緩變化，從而使傳感器在測量不同頻率時能夠減小誤差的一種微電流傳感器。本實用新型再有一目的是解決現有技術所存在的技術問題；提供了一種通過加硬塑料片的方式增加氣隙能夠保證氣隙的穩定，並且在裝置開合時通過機械外殼的扣板保證外殼內部安裝的鐵芯能夠接觸良好的一種微電流傳感器。本實用新型最後有一目的是解決現有技術所存在的技術問題；提供了一種靈敏度測量達到5V/A，在傳感器測試中達到了良好的效果的一種微電流傳感器。本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的一種微電流傳感器，其特徵在於，包括環形的左支架以及一端通過插稍與左支架一端連接並可以開合的環形的右支架，所述左支架上下分別設有左上蓋板和左下蓋板；所述右支架上下分別設有右上蓋板和右下蓋板，所述左支架、右支架、左上蓋板、左下蓋板、右上蓋板和右下蓋板構成一環形置放槽，所述環形置放槽內設置有傳感組件。本實用新型創造性的基於羅氏線圈的基本原理，發明一款加有開合鐵芯的環狀傳感器，其中鐵芯為兩個半環拼接而成。傳統的羅氏線圈中是不加鐵芯的，線匝是直接繞在骨架上，骨架的相對磁導率近似等於空氣的相對磁導率。對於局放脈衝信號，由於它的電流幅值很小，要測量它，傳感器必須要有較高的靈敏度。而傳感器對源信號的測量是通過磁耦合實現的。增加傳感器與源信號間的互感是可以明顯提高傳感器的輸出，另外通過式可以看出，互感的增加也使自感增加，同時可以使互感器的測量低頻帶截止頻率降低。在線圈中加入相對磁導率較大的軟磁鐵芯，可以明顯提高線圈的自身電感量。本裝置的工作原理將傳感器固定在電纜的接地線上，通過同軸電纜連接傳感器出線，即可輸出傳感器檢測到的局放信號。羅氏線圈是基於電磁感應定律實現對電流的測量的，它的等效電路如圖一所示。圖中M為線圈與置於線圈中間的載流導體之間的互感，LS、RS、CS分別為線圈的自感、內阻和雜散電容，&羅氏線圈的負載電阻。由電路原理可推導出頻帶寬度表達式為
. . T3 TJZ ￡ ￡ II Rs + Rl
0011=fh~fl=l042n\jfs L^y由上式可以看出，傳感器自身的各種電氣參數決定了它的理論測量頻帶。分析方程可以看出，要拓寬傳感器的頻帶，一方面要提高高頻帶的截止頻率，另一方面要降低低頻帶的截止頻率。而提高高頻帶的截止頻率的措施，有降低傳感器線圈自身的電阻Rs和雜散電容Cs.另外，降低低頻帶截止頻率的措施有提高傳感器線圈自身電感Ls、降低自身電阻Rs和使用較小的負載電阻&等。本裝置是採用電磁耦合法測量電纜的局放信號，而局部放電產生的高頻信號在電纜中傳播的時候，會發生衰減和耗散。在原始的電纜局部放電脈衝信號中存在著的大量高頻成分會隨著信號在電纜中的傳播而損失掉。局放脈衝也由最原始的陡峭、尖銳、脈寬窄，變得平滑、圓潤、脈寬拉長，而且幅值大大減小。本裝置主要是針對這種脈寬電流的檢測，要求傳感器具有合適的帶寬，還應有較高的靈敏度。通過對局放脈衝波形的分析發現，對於頻帶寬度為250MHz的局放信號，在電纜中傳播300m之後脈寬將低於20MHz，本裝置實際採用的測量頻帶寬度為為50KHz-30MHz。並且由於源信號幅值比較微弱，因此靈敏度要求較高，考慮了積分電阻與繞線匝數的要求，選定靈敏度為5V/A。在上述的一種微電流傳感器，所述左支架另一端設有一掛鈎，所述右支架另一端設有用於與掛鈎配合的扣柄。在上述的一種微電流傳感器，所述右支架上設有穿線孔，所述左支架上的插銷處設有一小擋板，所述右支架和左支架內還設有與環形置放槽形狀相適應的塑料套。在上述的一種微電流傳感器，所述的傳感組件包括一個設置在環形置放槽內的由兩個半環拼接而成的鐵芯，所述鐵芯上繞制有繞線匝，所述繞線匝的出線的兩端通過一聚丙烯電容器連接，並且所述繞線匝的出線的兩端還並聯一負載電阻。因此，本實用新型具有如下優點1.使用錳鋅鐵氧體作為傳感器的鐵芯，使傳感器的適用頻率在50kHz-30MHz，能夠準確的測量得到局放信號；2.加入適當長度的氣隙，使得傳感器的電感在頻率變化時能夠儘量保持平緩變化，從而使傳感器在測量不同頻率時能夠減小誤差；3.通過加硬塑料片的方式增加氣隙能夠保證氣隙的穩定，並且在裝置開合時通過機械外殼的扣板保證外殼內部安裝的鐵芯能夠接觸良好；4.本裝置的靈敏度測量達到5V/A，在傳感器測試中達到了良好的效果。
圖I是本實用新型的一種立體結構示意圖。圖2是本實用新型的另一種立體結構示意圖。圖3是是本實用新型中傳感組件的電路結構示意圖。圖4是圖I中左支架的立體結構示意圖。圖5是圖I中右支架的立體結構示意圖。
具體實施方式下面通過實施例，並結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。圖中，左支架I、插稍2、右支架3、左上蓋板4、左下蓋板、右上蓋板6、右下蓋板、掛鈎8、扣柄9、塑料套10、鐵芯11、繞線匝12、聚丙烯電容器13、負載電阻14、磁路氣隙15、鐵芯連接縫隙16、傳感器出線17。實施例如圖I、圖2、圖4以及圖5所示一種微電流傳感器，包括環形的左支架I以及一端通過插稍2與左支架I 一端連接並可以開合的環形的右支架3，所述左支架I上下分別設有左上蓋板4和左下蓋板；所述右支架3上下分別設有右上蓋板6和右下蓋板，所述左支架I、右支架3、左上蓋板4、左下蓋板、右上蓋板6和右下蓋板構成一環形置放槽，所述環形置放槽內設置有傳感組件，左支架I另一端設有一掛鈎8，所述右支架3另一端設有用於與掛鈎8配合的扣柄9，右支架3上設有穿線孔，所述左支架I上的插銷2處設有一小擋板，所述右支架3和左支架I內還設有與環形置放槽形狀相適應的塑料套10。本實用新型採用鋁材質作為加工材料，由兩個半環套拼接而成利用固定銷釘將它們固定，連成一體，組成鉗形傳感器的主體部分，在兩個半圓環中留出較大的空間用於安裝傳感器線圈鐵芯，同時在右支架上留有穿線孔，可將線圈的出線頭引出到右支架手柄處的BNC接頭上，手柄末端留有插槽，可將帶法蘭板的BNC街頭嵌入其中。左支架上，在安裝插銷處設有一小擋板，可以防止傳感器開口過大而使穿過連接處的導線拉伸太長。塑料套起到的作用一方面能夠將鐵芯與外殼連接起來，起到固定鐵芯的作用。另一方面，通過對塑料套的適當處理，可以保護穿過傳感器插銷處的導線，使導線不至於被外殼夾板夾緊而在傳感器開口時斷開。如圖3所示，傳感組件包括一個設置在環形置放槽內的由兩個半環拼接而成的鐵芯11，鐵芯11上繞制有繞線匝12，所述繞線匝12的出線的兩端通過一聚丙烯電容器13連接，並且所述繞線匝12的出線的兩端還並聯一負載電阻14。兩個半環之間加入適當長度的氣隙，使得傳感器的電感在頻率變化時能夠儘量保持平緩變化，從而使傳感器在測量不同頻率時能夠減小誤差，磁路氣隙採用厚度為0. 34mm的硬塑料隔在兩半環之間，傳感器出線採用帶法蘭板的BNC接頭，方便連接。下面介紹一下本實施例中，傳感組件中各個部件的具體詳細參數I、鐵芯對軟磁材料鐵芯的選擇上，應從以下幾方面去考慮I磁導率ii .磁感應強度B = ii H，因此在一定的磁場強度H下，B值取決於材料的U值。顯然，對於本裝置所研究的傳感器，鐵芯的U值愈大傳感器可獲得的信號愈強，可測量的靈敏度愈高，磁導率將是選擇鐵芯材質的主要因素。[0031]2要求具有很小的矯頑力H。和狹窄的磁滯回線。材料的矯頑力越小，就表示磁化和退磁容易，磁滯回線狹窄，在交變磁場中磁滯損耗就越小，因而也就有較高的適用頻率，適用頻率也是本裝置選擇鐵芯材質的另一主要因素。3電阻率P要高。處於交變磁場中的軟磁體具有渦流損耗，磁芯的電阻率越高，則渦流損耗越小。4具有較高的飽和磁感應強度Bs.磁感應強度高，相同的磁通需要較小磁芯截面積，磁性元件體積小。在低頻時，最大工作磁通密度受飽和磁通密度限制；但在高頻時，主要是損耗限制了磁通密度的選取，飽和磁通密度大小並不重要。除過以上因素，磁性材料的工作溫度也是選擇的主要因素，但考慮到傳感器一般工作在常溫0 40°C下，即使工作時溫度上升也不明顯，常用的軟磁材料在此溫度範圍內都能正常工作。所以在本裝置的研究中不用考慮此因素。鐵芯採用飛磁公司生產的TX87/54/14-3C11錳鋅鐵氧體磁環，磁導率約為4300。2、繞線材料漆包線是製作線圈時最常使用的，它是一種具有外包絕緣層的金屬導線。它在傳感器中的作用是在交變的磁場中產生電流，實現磁能和電能的相互轉換，所以又稱電磁線。一般採用鋁線、銅線、或其它金屬材質作為芯線。在研製線圈的過程中，在選用銅漆包線方面的應著重考慮以下幾點I耐溫等級與熱性能。根據線圈繞組中可能出現的最高溫度，選用相應耐溫等級的漆包線，並考慮留有適當的裕度。本裝置研製的傳感器按最高溫度60°C考慮。2芯線形狀。通常有扁形、箔形和圓形等，為了便於繞制與儘量減小線圈的空間體積，選用圓形芯線為宜。3力學性能。設計線圈時，須根據其形狀和內徑，選用適當柔軟的漆包線。漆包線太硬，卷繞不易緊密；太軟容易拉伸過度，以致線直徑變細，電阻增大。4電氣性能。漆包線要有合格的電導率，足夠和穩定的絕緣電阻和擊穿電壓。5相容性。選用漆包線時，須考慮它與骨架絕緣材料的相容性。骨架絕緣材料的化學組成、耐溫指數和繞組線相同時，其相容性一般較好。本裝置採用直徑0. 5_、截面為圓形的無磁性聚氨酯銅漆包線。3、負載電阻比較高的負載電阻可以使傳感器輸出的電壓值增加，提高了傳感器的靈敏度，增加傳感器負載電阻將提高傳感器的低頻截止頻率。因而，在達到理想的靈敏度的情況下，不能選用過高的負載電阻，以免影響到傳感器的響應頻帶。另外傳感器的信號出頭要接一段電纜再與後置的濾波、分析電路相連，因此在傳感器設計中必須考慮輸出阻抗方便與電纜端匹配的問題。常用的有75 Q和50 Q有兩種波 阻抗的高頻信號同軸電纜。從以上的分析，本裝置傾向於選擇50Q的電阻作為負載電阻，經過試驗驗證，在負載電阻50 Q時，傳感器與電纜良好匹配，在電纜終端能夠良好復現傳感器的測量波形。4、濾波電容考慮到傳感器主要用於具有較高頻率局放信號的測量，主要工作於高頻帶，而在傳感器工作的環境中存在有大量的低頻信號，不可避免地受到如工頻電流信號和電力系統的諧波的影響，因而考慮在傳感器線圈的輸出端接一個濾波電容，以提高傳感器的低頻截止頻率，最終提高到50kHz，以達到濾除低頻幹擾的目的。聚丙烯電容器以金屬箔作為電極，將其和聚丙烯薄膜從兩端重疊後，卷繞成圓筒狀而構造成的電容器。它沒有極性，絕緣阻抗較高，頻率特性優異頻率響應寬廣，而且介質損耗很小。介電常數較高，體積小，容量大，穩定性較好。基於以上優點，本裝置最終選定聚丙烯電容作為傳感器的濾波電容器。5、接頭帶法蘭板的BNC接頭,法蘭板為18mmX 18mm。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。儘管本文較多地使用了左支架I、插稍2、右支架3、左上蓋板4、左下蓋板、右上蓋板6、右下蓋板、掛鈎8、扣柄9、塑料套10、鐵芯11、繞線匝12、聚丙烯電容器13、負載電阻14、磁路氣隙15、鐵芯連接縫隙16、傳感器出線17等術語，但並不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實用新型的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實用新型精神相違背的。
權利要求1.一種微電流傳感器，其特徵在於，包括環形的左支架(I)以及一端通過插稍(2)與左支架(I) 一端連接並可以開合的環形的右支架(3)，所述左支架(I)上下分別設有左上蓋板(4 )和左下蓋板；所述右支架(3 )上下分別設有右上蓋板(6 )和右下蓋板，所述左支架(I)、右支架(3)、左上蓋板(4)、左下蓋板、右上蓋板(6)和右下蓋板構成一環形置放槽，所述環形置放槽內設置有傳感組件。
2.根據權利要求I所述的一種微電流傳感器，其特徵在於，所述左支架(I)另一端設有一掛鈎(8)，所述右支架(3)另一端設有用於與掛鈎(8)配合的扣柄(9)。
3.根據權利要求2所述的一種微電流傳感器，其特徵在於，所述右支架(3)上設有穿線孔，所述左支架(I)上的插銷(2)處設有一小擋板，所述右支架(3)和左支架(I)內還設有與環形置放槽形狀相適應的塑料套(10)。
4.根據權利要求I所述的一種微電流傳感器，其特徵在於，所述的傳感組件包括一個設置在環形置放槽內的由兩個半環拼接而成的鐵芯(11)，所述鐵芯(11)上繞制有繞線匝(12)，所述繞線匝(12)的出線的兩端通過一聚丙烯電容器(13)連接，並且所述繞線匝(12)的出線的兩端還並聯一負載電阻(14)。
專利摘要本實用新型涉及一種微電流傳感器，包括環形的左支架(1)以及一端通過插稍(2)與左支架(1)一端連接並可以開合的環形的右支架(3)，所述左支架(1)上下分別設有左上蓋板(4)和左下蓋板(5)；所述右支架(3)上下分別設有右上蓋板(6)和右下蓋板(7)，所述左支架(1)、右支架(3)、左上蓋板(4)、左下蓋板(5)、右上蓋板(6)和右下蓋板(7)構成一環形置放槽，所述環形置放槽內設置有傳感組件。本實用新型具有如下優點1.適用頻率在50kHz-30MHz，能夠準確的測量得到局放信號；2.在測量不同頻率時能夠減小誤差；3.靈敏度測量達到5V/A，在傳感器測試中達到了良好的效果。
文檔編號G01R31/12GK202453415SQ20122008599
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月8日 優先權日2012年3月8日
發明者劉海志, 盧世奇, 周承科, 周文俊, 喻劍輝, 姚帥, 姜偉, 李俊, 李剛, 靖曉平 申請人:武漢供電公司輸電中心, 武漢大學