鉗夾式寬頻帶電流檢測器的製作方法

2023-08-03 02:15:06 1

專利名稱：鉗夾式寬頻帶電流檢測器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於一種電流檢測裝置。
現有的普通鉗形電流表適用於不斷開線路檢測工頻正弦電流。
由於電力電子技術的發展，人們越來越多地需要檢測頻率高達幾十KHZ的非正弦電流。一種作法是在電路中串入一個阻值已知的小電阻，用示波器觀測該小電阻上的電壓代替之。這種方法需要斷開原線路，甚不方便，而要得到一個合適的小電阻也不總是一件容易的小事，特別是在大電流的情況下。
一種新的檢測電流技術是採用霍爾元件，該項技術能在很大程度上滿足上述要求，存在的主要問題是精度、靈敏度低和可測的頻率範圍較窄。1987年公布的美國專利(專利號4，639，665)提出的方法能排除霍爾元件具有的溫漂、老化、非線性等缺陷，提高了檢測的精度。但是由於採用了極性判別、積分電路，因而可測的頻率範圍被限制在DC－10KHZ。
本實用新型的目的在於提供一種電流檢測裝置，該裝置能夠擴大可測的頻帶範圍，可測的電流範圍也較寬，而且能夠將工頻正弦電流的電錶讀出和高頻非正弦電流的示波器檢測結合在一起。
本實用新型的技術解決方案是一種鉗夾式寬頻帶電流檢測器，包括鉗夾式磁路，霍爾元件，電錶和示波器接口以及電源，其特殊之處在於，所述霍爾元件的控制端連接一個補償供電裝置，輸出端連接一個放大裝置，該輸出放大裝置的輸出端連接由兩個三極體組成的差動控制裝置，該差動控制裝置的輸出端連接次級繞組和測量電組。
上述技術解決方案中的補償供電裝置可以是由與霍爾元件相串聯的二極體和並聯的穩壓管組成。
上述技術解決方案中的放大裝置可以是由兩個運算放大器組成的兩級放大電路。
附圖描述了本實用新型的一個優選實施例。


圖1是該實施例的外觀結構圖；圖2是該實施例中的電路圖。
參見圖2，嵌在磁路中的砷化鎵線性霍爾元件21的控制電流由±V通過電阻R1、R2、穩壓管W1、W2和二極體D1、D2、D3、D4獲得，從4端流入，2端流出，控制其值≤5mA。從1、3端輸出的電壓信號正比於磁通密度，通過運算放大器OP1和OP2組成的二極放大，去驅動由電晶體T1和T2組成的差動控制裝置。這裡R3＝R4，R5＝R6，R5／R3為第一級的放大倍數，R8／R7為第二級的放大倍數。電位器13和電阻R9、R10、R11及電容C完成輸出調零功能。R12、R15為基極平衡電阻，R13、R14可以提高T1、T2集電極電流的調節速度，R16為射極負載電阻，R17、R18為集電極負載電阻，20為次級繞阻，R19為測量電阻。放大器OP2的微小輸出都能通過差動控制裝置調節次級繞組20中流過的電流，不存在控制死區。將測量電阻R19上的電壓送到示波器就可以觀測電流的波形並定量，如果是工頻正弦，將R19上的電壓送到電流表，就可以讀出其有效值。
如圖1所示19為磁路的固定部分，18為磁路的可動部分，握緊手柄16和17，彈簧23受壓，磁路18、19分開，將要檢測的導線22鉗入，構成初級繞組。磁路18、19由錳鋅鐵氧體R1K或R2K或R4K構成，它們起將導線周圍的磁通集中起來的作用。磁路空氣隙中裝有霍爾元件21，它的輸出電壓與氣隙中的磁通密度成正比，與控制電流成正比。次級繞組20套在磁路上，它的作用是抵消初級產生的磁通。次級繞組中流過的電流IS由下式決定IS＝ (Np)/(Ns) IP這裡IP為要檢測的電流，也就是初級電流，NP為初級匝數，NS為次級匝數。IS以一定的比例係數代表了要檢測的電流。次級繞組20和電阻R19相串聯，因此電阻R19上的電壓以一定的比例係數代表了要檢測的電流。如果要檢測的電流為工頻正弦，則其有效值可由表12的指針讀出，電流表跨接在電阻R19上。如果要檢測的電流為高頻非正弦，則可通過示波器接口14，接頭24、同軸電纜線25將電阻R19上的電壓送到示波器，圖示其波形並用示波器定量。
電源電壓±V可在±5～±15伏之間選擇，圖1所示15為交流電源進線，在鉗夾內經降壓、整流、濾波、穩壓後得到±V。
圖1所示26為選擇開關，其中「10 50 200 500」分別為實現指針讀出的量程選擇；「O」為示波器檢測選擇，「V」為電壓檢測選擇。在磁路上再添加一個繞組，使其與限流電阻串聯，使被檢測的電壓在該繞組中形成一定的電流，利用同樣的原理，可對電壓進行類似的隔離檢測。圖1所示27為電壓檢測輸入端。
本實用新型的測試過程如下將15插入交流220V電源，預熱2分鐘。調節開關26撥到「O」位，將示波器接口14通過同軸電纜接到示波器，調節旋鈕13，使示波器掃描線置於零位。將要檢測的導線鉗入，適當選擇示波器上的標度，示波器顯示出導線中的電流波形，根據示波器上的刻度定量它。如果波形是正弦，將選擇開關26轉至某一量程，指針12指出被檢測電流的有效值。
結合以上實施例可以看出，本實用新型的優點在於由於採用了零磁通檢測法，避免了磁路和霍爾元件的非線性引起的測量誤差；由於採用了特殊的霍爾元件補償供電裝置，避免了共模信號造成的輸出偏移，二極體D1～D4所具有的正向壓降負溫度係數正好補償了霍爾元件輸出電壓的負溫度係數，有效地減小了霍爾元件輸出的溫度漂移；由於本實用新型沒有使用極性判別和積分電路，因此適用的頻帶相當寬，僅受所使用的磁性材料和放大器的限制，從DC到250KHZ，可用來檢測前後沿很陡的電流波形；由電晶體T1、T2，電阻R12～R19構成的差動控制級避免了0.3V的輸出控制死區，克服了小信號失真問題，可測量的下限擴展到零點幾安匝，括大了檢測範圍。
權利要求1.一種鉗夾式寬頻帶電流檢測器，包括鉗夾式磁路，霍爾元件，電錶和示波器接口以及電源，其特徵在於所述霍爾元件的控制端連接一個補償供電裝置，輸出端連接一個放大裝置，該放大裝置的輸出端連接由兩個三極體組成的差動控制裝置，該差動控制裝置的輸出端連接次級繞組和測量電阻。
2.根據權利要求1所述的鉗夾式寬頻帶電流檢測器，其特徵在於所述補償供電裝置是由與霍爾元件相串聯的二極體和並聯的穩壓管組成。
3.根據權利要求1或2所述的鉗夾式寬頻帶電流檢測器，其特徵在於所述的放大裝置是由兩個運算放大器組成的兩級放大電路。
4.根據權利要求3所述的鉗夾式寬頻帶電流檢測器，其特徵在於所述鉗夾式磁路是由錳鋅鐵氧體材料R1K或R2K或R4K組成的磁路，所述的霍爾元件是砷化鎵線性霍爾元件。
專利摘要鉗夾式寬頻帶電流檢測器由鉗夾式磁路、霍爾元件及其補償供電裝置、電錶和示波器接口、電源、放大裝置、差動控制裝置，次級繞組和測量電阻組成，它避免了磁路和霍爾元件的非線性引起的測量誤差，共模信號造成的輸出偏移和霍爾元件輸出的溫度漂移以及可測頻帶範圍較窄等問題，可用於檢測工頻正弦電流和各種高頻非正弦電流。
文檔編號G01R33/06GK2083754SQ90208448
公開日1991年8月28日 申請日期1990年6月9日 優先權日1990年6月9日
發明者丁學文 申請人:西北紡織工學院