一种基于温度检测的电流检测装置及电流检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于温度检测的电流检测装置及电流检测方法，属于电气工程技术领域。该电流检测装置包括导体温度检测模块、环境温度检测模块、主控单元；所述导体温度检测模块、环境温度检测模块均与主控单元相连；所述主控单元包括DSP芯片，采集导体温度、环境温度及工况信号，通过计算得到电流值：首先通过实验获取冷却装置启动和未启动情况下被测回路导体的综合散热系数；其次采集环境温度、被测回路导体温度及工况信号；分析工况信号，判定回路中是否有电流、冷却装置是否工作；根据被测回路的导体温升值等参数计算出电流值。本发明专利技术电流检测装置重量轻、体积小、成本低、量程宽，尤其适合于大电流检测，使成套电器设备小型化、智能化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于温度检测的电流检测装置及电流检测方法
本专利技术涉及一种电流检测装置及电流检测方法，尤其是一种基于温度检测的电流检测装置及电流检测方法，属于电气工程

技术介绍
目前电流检测均采用电流互感器、电流传感器等，将一次侧的大电流转换为小电流信号。其共同特点是电量检测。其缺点是：1)因为每个电流互感器、电流传感器均有其量程，因而产品规格多，根据不同量程，用户需要库存多种规格的电流互感器或电流传感器以作备用；2)笨重、体积大、成本高，尤其在高电压、大电流场合采用上述方法的电流检测装置笨重、体积庞大、价格高昂，使得高电压、大电流的成套电器设备成本高、占地面积大。导体通入电流以后将会发热，其温度必然升高。也就是说，温度或温升和电流之间有必然的函数关系，那么只要通过检测温度即可检测到电流大小。但目前电器设备均采用自然冷却或风扇强迫冷却等多种冷却方式，散热条件不同，有可能导致温度相同而电路中流过的实际电流不同，这使得求解温度与电流之间的关系变得异常复杂。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于：针对现有技术的不足和空白，根据导体通电后温度发生变化的特点，突破传统的电流检测方式，提出一种基于非电量(温度)的电流检测装置及方法，从而解决传统的电流检测装置体积大、成本高的问题，尤其适合于大电流场合的电流检测。为了达到以上目的，本专利技术基于温度检测的电流检测装置，包括：导体温度检测模块、环境温度检测模块、主控单元；所述导体温度检测模块、环境温度检测模块均与主控单元相连；所述导体温度检测模块包括温度传感器，所述温度传感器可以是数字温度传感器、热电偶，也可以是红外温度传感器，用于检测被测电流回路的导体温度；所述主控单元包括DSP芯片，采集导体温度、环境温度以及工况信号，通过计算得到电流值；所述工况信号是指被测电流回路的断路器工作位置信号、冷却装置启动信号。上述基于温度检测的电流检测装置，其电流检测方法包括以下步骤：步骤1，通过实验分别获取冷却装置未启动和启动工况下被测电流回路导体的综合散热系数KT；步骤2，采集环境温度、被测电流回路的导体温度及工况信号；步骤3，分析工况信号中的断路器工作位置信号，如果断路器处于分闸位置，则判定电流为0，返回步骤2；否则转至步骤4；步骤4，分析工况信号中的冷却装置启动信号，根据冷却装置是否工作，选取相应的综合散热系数KT；步骤5，将被测电流回路的导体温度减去环境温度得到被测电流回路的导体温升值τ；步骤6，计算电流值，具体过程如下：1)根据热平衡原理，导体内产生的热量等于导体的散热量与提高导体本身温度而吸收的热量之和，即热量守恒方程：Pdt＝KTAτdt+cmdτ(1)初始条件：τ|t＝0＝τ0式中，Pdt为在dt时间内导体的总发热量，KTAτdt为在dt时间内导体的总散热量，cmdτ为在dt时间内导体温度升高dτ时所吸收的热量，P为电流通过导体所产生的能量损耗称为电阻损耗，P＝KI2R，K为附加损耗系数，I为导体中的电流，R为导体电阻，A为导体有效散热面积，KT为综合散热系数，c为导体比热容，m为导体质量，τ为导体的温升，τ＝θ-θ0，θ为导体温度，θ0为环境温度，τ0为初始温升。2)解式(1)，可得：式中，τ0为初始温升，T为发热时间常数，T＝cm/(KTA)。3)将P＝KI2R代入式(2)，整理得：由式(3)可知电流与温升、时间的关系，将采样时刻t、步骤4选取的综合散热系数KT、步骤5得到的被测回路的导体温升值τ，以及导体有效散热面积A、导体电阻R、附加损耗系数K、导体比热容c、导体质量m等参数代入式(3)，即可求得此时回路中的电流值。进一步地，步骤1所述通过实验分别获取冷却装置未启动和启动工况下被测电流回路导体的综合散热系数KT，其方法是：21)在冷却装置未启动情况下，给被测电流回路导体从冷态开始通电；22)当所述导体达到发热稳定时，通过测量得到稳定温升值τs；23)切除电源，使所述导体冷却至环境温度；24)在与步骤21)同样的条件下给所述导体通同样大小的电流，并计时、测导体温升τ，形成若干组(t，τ)；25)将测量得到的若干组(t，τ)和步骤22)得到的τs代入式(4)：τ＝τs(1-e-t/T)(4)即可得到若干个相应的热时间常数T，据此求得热时间常数T的平均值26)由T＝cm/(KTA)可得：将热时间常数平均值导体比热容c、导体质量m、导体有效散热面积A等参数代入式(5)，即可求得冷却装置未启动情况下被测电流回路导体的综合散热系数KT；27)在冷却装置启动情况下，给所述导体从冷态开始通电；28)按步骤22)-26)，即可求得冷却装置启动情况下被测电流回路导体的综合散热系数KT。本专利技术的有益效果是：1)无需电流互感器、电流传感器，完全采用非电量(温度)的检测方法实现电流测量，且量程无限，也就是说，本专利技术的电流检测装置只需一种规格，即可实现任意大小电流的测量，适于大规模生产，大幅减少用户库存；2)检测装置重量轻、体积小、成本低，尤其有益于降低大电流检测装置的成本，使其体积大大减小，从而使得大电流成套电器设备进一步小型化、智能化。附图说明图1为本专利技术电流检测装置构成图；图2为本专利技术实施例采用数字温度传感器的接触式测温示意图；其中，1-导体温度检测模块；11-数字温度传感器；2-环境温度检测模块；3-主控单元；6-被测电流回路的导体具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术一种基于温度检测的电流检测装置，包括：导体温度检测模块1、环境温度检测模块2、主控单元3；导体温度检测模块1、环境温度检测模块2分别将采集到的导体温度和环境温度数据送至主控单元3；导体温度检测模块1中的温度传感器可采用红外温度传感器对被测电流回路的导体进行非接触式测温，也可以采用数字温度传感器、热电偶对被测电流回路的导体进行接触式测温。主控单元3包括DSP芯片，采集工况信号以及导体温度、环境温度，通过判断、计算得到被测电流回路的电流值；为了得到更高的精度和响应速度，需采用具有高速运算处理能力的DSP。工况信号包括控制被测电流回路通断的断路器工作位置信号、冷却装置启动信号：前者反映断路器是处于合闸位置还是分闸位置，用来判断回路是否有电流流过；后者反映冷却情况，因为不同的冷却方式，导体的散热系数不同，就会出现导体的温度相同、但通过的电流不同的情况，所以必须知晓冷却装置是否启动。冷却装置一般为风扇，冷却装置未启动，为自然冷却方式；冷却装置启动，则为强迫冷却方式，以此确定选取相应的综合散热系数KT。实施例：接触式测温：如图2所示，导体温度检测采用数字温度传感器11，如DS18B20，将数字温度传感器DS18B20紧贴于被测回路导体6的表面，其数据线DQ与主控单元3的DSP输入口相连，即可实时检测到导体温度；同时环境温度也采用数字温度传感器DS18B20，其数据线DQ也与主控单元3的DSP的另一输入口相连，即可实时检测到环境温度；两者相减，即可得到所测回路的导体温升τ。上述基于温度检测的电流检测装置的电流检测方法，包括以下步骤：步骤1，通过实验分别获取冷却装置未启动和启动工况下被测电流回路导体的综合散热系数KT，其方法是：21)在冷却装置未启动情况下，即自然冷却情况下，给被测电流回路导体从冷态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于温度检测的电流检测装置的电流检测方法，所述电流检测装置包括：导体温度检测模块、环境温度检测模块、主控单元；所述导体温度检测模块、环境温度检测模块均与主控单元相连；所述导体温度检测模块包括温度传感器，用于检测被测电流回路的导体温度；所述主控单元包括DSP芯片，采集导体温度、环境温度以及工况信号，通过计算得到电流值；所述工况信号是指被测电流回路的断路器工作位置信号、冷却装置启动信号；其特征在于，包括以下步骤：步骤1，通过实验分别获取冷却装置未启动和启动工况下被测电流回路导体的综合散热系数KT；步骤2，采集环境温度、被测电流回路的导体温度及工况信号；步骤3，分析工况信号中的断路器工作位置信号，如果断路器处于分闸位置，则判定电流为0，返回步骤2；否则转至步骤4；步骤4，分析工况信号中的冷却装置启动信号，根据冷却装置是否工作，选取相应的综合散热系数KT；步骤5，将被测电流回路的导体温度减去环境温度得到被测电流回路的导体温升值τ；步骤6，计算电流值，具体过程如下：1)根据热平衡原理，导体内产生的热量等于导体的散热量与提高导体本身温度而吸收的热量之和，即热量守恒方程：Pdt＝KTAτdt+cmdτ         (1)初始条件：τ|t＝0＝τ0式中，Pdt为在dt时间内导体的总发热量，KTAτdt为在dt时间内导体的总散热量，cmdτ为在dt时间内导体温度升高dτ时所吸收的热量，P为电流通过导体所产生的能量损耗称为电阻损耗，P＝KI...

【技术特征摘要】
1.一种基于温度检测的电流检测装置的电流检测方法，所述电流检测装置包括：导体温度检测模块、环境温度检测模块、主控单元；所述导体温度检测模块、环境温度检测模块均与主控单元相连；所述导体温度检测模块包括温度传感器，用于检测被测电流回路的导体温度；所述主控单元包括DSP芯片，采集导体温度、环境温度以及工况信号，通过计算得到电流值；所述工况信号是指被测电流回路的断路器工作位置信号、冷却装置启动信号；其特征在于，包括以下步骤：步骤1，通过实验分别获取冷却装置未启动和启动工况下被测电流回路导体的综合散热系数KT；步骤2，采集环境温度、被测电流回路的导体温度及工况信号；步骤3，分析工况信号中的断路器工作位置信号，如果断路器处于分闸位置，则判定电流为0，返回步骤2；否则转至步骤4；步骤4，分析工况信号中的冷却装置启动信号，根据冷却装置是否工作，选取相应的综合散热系数KT；步骤5，将被测电流回路的导体温度减去环境温度得到被测电流回路的导体温升值τ；步骤6，计算电流值，具体过程如下：1)根据热平衡原理，导体内产生的热量等于导体的散热量与提高导体本身温度而吸收的热量之和，即热量守恒方程：Pdt＝KTAτdt+cmdτ(1)初始条件：τ|t＝0＝τ0式中，Pdt为在dt时间内导体的总发热量，KTAτdt为在dt时间内导体的总散热量，cmdτ为在dt时间内导体温度升高dτ时所吸收的热量，P为电流通过导体所产生的能量损耗称为电阻损耗，P＝KI2R，K为附加损耗系数，I为导体中的电流，R为导体电阻，A为导体有效散热面积，KT为综合散热系数，c为导体比热容，m为导体质量，τ为导体的温升，τ＝θ-θ0，θ为导体温度，θ0为环境温度，τ0为初始温升；2)解式(1)，可得：

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡彬，褚晓广，闫绍敏，肖群，孙芃，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37