一種基於雙磁通門技術的電壓傳感器的製作方法

2024-01-25 09:06:15

本發明涉及一種電壓傳感器，尤其是一種基於雙磁通門技術的電壓傳感器。

背景技術：

測量電壓有很多種方法，對於測量交流而言，交流電壓互感器的使用非常普遍。對於測量直流電壓來說，通常用到霍爾原理，通過測量電流間接測量電壓，或者用線性光耦來測量電壓。每一種測量電壓的方法均有其優點及缺點。

比如，交流互感器只能用於測量交流電壓，線性光耦的隔離效果不佳，耐壓較低。怎樣才能既能滿足交直流電壓的精確測量又能滿足高度絕緣以及快速響應並且低功耗的要求，不管是在工業控制領域或者測量領域，都迫切需要找到一種可靠地裝置滿足這些要求。

智能電網近些年取得了迅猛的發展，電壓的準確測量也是非常迫切的任務。該任務提出了以下要求：電壓傳感器要既能測量直流電壓又能測量交流電壓，頻帶要求能達到13Khz或更高，輸入電流小於0.1mA，測量精度不低於0.5%。目前市場上沒有能夠完全滿足所述要求的產品，需要根據要求採用不同於市場上常用產品的技術手段，從根本上解決目前測量電壓產品存在的各種問題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種高頻帶，既能測量交流電壓又能測量直流電壓，穩定性高，低輸入電流，高精度，低溫漂的電壓傳感器。

為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：一種基於雙磁通門技術的電壓傳感器，包括外殼、雙磁芯繞組構成的雙磁通門測量頭、電路板、屏蔽罩四大部分，所述雙磁芯繞組構成的雙磁通門、電路板及屏蔽罩設置在外殼內，通過外殼上下蓋卡扣合為一體，所述雙磁芯繞組的磁芯為高導磁低剩磁的矩磁材料構成，兩個磁芯構成兩個磁通門探頭，兩個磁芯繞組上分別繞有兩組繞線即激勵繞組與檢測繞組。所述雙磁芯繞組中的繞組並聯接入方波信號發生器，在雙磁芯繞組中分別產生飽和磁通量，設置在每一個磁芯上的檢測繞組能分別檢測每一個磁芯中的磁通量，兩個檢測繞組分別帶上一個相等的電阻負載，即可在電阻上再現激勵繞組中的振蕩電流波形。在所測量的電流為零時，合成電壓為零，如果輸入電流不是零，則合成電壓不是零，其二次分量能準確反應輸入電流的大小，此即為磁通門的基本原理。該合成電壓可以被放大濾波後直接輸出，此為開環磁通門原理，如果該合成電壓放大後反饋推動補償線圈，補償線圈產生的磁通與原邊電流產生的磁通大小相等方向相反，從而合成磁通為零，此時補償電流大小可反映原邊電流大小，此為閉環磁通門原理。 合成電壓或者補償電流會通過設置在電路板上的信號轉換電路，通過信號轉換，輸出與原邊電流同步的電壓或電流信號，並最終由輸出端子輸出。

優選地，所述發明產品採用雙磁芯構 成的雙磁通門原理。

優選地，所述雙磁芯繞組每個磁芯具有2個繞組，一個激勵繞組，一個檢測繞組。

優選地，所述磁芯中的磁芯均為環形不存在切口，不存在漏磁。

優選地，所述屏蔽罩設置在雙磁芯繞組的外面並採用高導磁軟磁材料，抗幹擾能力提高。

由於採用了上述技術方案，本發明具有如下有益效果：本發明採用了雙磁芯繞組構成的雙磁通門原理，消除了激磁電流對原邊電流的影響，通過比較兩個磁通門探頭輸出的電壓差值，可以得到正比於原邊電流的差值電壓信號，精度大大提高。可以測量極其微小的電流值，故只需要很少的原邊匝數，配合較大的輸入電阻值即可實現穩定測量電壓，因為原邊匝數低，故頻率也得到了很大提升，同時也實現了極低輸入功耗的要求。內置高導磁屏蔽罩，可以大幅度降低地磁及外界幹擾的影響。

具體實施方式

參照附圖1至3，一種基於雙磁芯磁通門技術的電壓傳感器。雙磁芯磁通門的原理：磁芯1001和繞組We1構成一個磁芯繞組，磁芯1002和We2構成一個繞組，兩個磁芯的型號、尺寸及材料參數完全一致，激勵繞組1003 We1和1004 We2是兩組匝數相同的繞組，參數一致。方波發生器產生方波信號，兩個激勵線圈互相對稱反向接入，也就是使兩個激勵線圈的極性相反，方波電壓進入兩個激勵線圈1003 We1和1004 We2，則分別在磁芯的另一個檢測線圈1005 Wd1和1006 Wd2上檢測出兩個電壓Ud1和Ud2，這兩個電壓極性相反，在1007 輸入電流IP=0時，理論上Ud1與Ud2的合成電壓和為零。參考圖2，當電壓不為零，也就是通過分壓電阻網絡Ri的電流不是零時，由於一個磁芯繞組1001的飽和方向與另一磁芯1002的飽和方向不同，分別是正向提前飽和與反向提前飽和，感應線圈Wd1與Wd2所感應出來的電壓Ud1與Ud2的合成電壓也將不是零。導致其不對稱的原因是二次諧波的存在，也就是Ud1與Ud2的合成電壓中的二次諧波成分導致了其不平衡，該二次諧波的大小反映原邊電流Ip的大小。通過設置一個二次諧波處理單元1009，將二次諧波進行處理可以得到與原邊電流IP方向相同，大小成比例的電壓信號。處理後的信號經過放大器1010放大後可直接輸出，此為開環控制的原理。如果通過1010放大器放大後推動補償電路1013,產生與原邊Ip電流方向相反的補償電流，並使補償電流Is產生的磁場與Ip產生的磁場大小相同方向相反，此時補償電流Is在測量電阻1012 Rm上得到的電壓與原邊電流Ip是成比例跟隨關係，此為閉環控制的原理

本發明所採用雙磁芯構成雙磁通門，磁芯結構具有特殊性，要求兩個磁芯型號相同，繞組參數一致，但極性相反。其安裝過程可參照圖3，兩個磁芯繞組放入屏蔽殼2003內，固定於印刷電路板2002上，印刷電路板上設置有電子電路用於信號處理，外殼上蓋2004與下蓋2004均為塑料材質，電絕緣良好。輸入電壓經過輸入端子2006進入殼體，處理後的輸出信號以及供電通過端子2007實現。

本發明的優點是：（1）兩個磁芯繞組構成雙磁通門，取合成後的二次諧波信號，信噪比大大提高；（2）原邊與副邊隔離，高度絕緣，對於測量電壓信號有優勢。（3）靈敏度高，可以測量微小電壓及電流信號；（4）溫度特性好， 低溫漂滿足穩定測量要求。

顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這裡無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬於本發明的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之列。