一种改善铁芯线圈测量性能的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于电工测试技术领域，公开了一种改善铁芯线圈测量性能的装置，金属屏蔽盒内部套设有铁芯线圈，金属屏蔽盒与铁芯线圈之间填充有绝缘层；铁芯线圈设置有铁芯，铁芯外侧沿相同方向分布有多个平衡绕组。本实用新型专利技术可实现幅值范围100A～500KA的冲击大电流测量，消除目前常用冲击大电流传感器在该类电流测量方面的不足，保证了一、二次的电隔离，与常规大电流传感器相比，测量范围拓宽，避免了饱和畸变，测量装置内不含有源器件，不需外部提供工作电源；抗外磁场干扰能力强，对安装要求不高，特别适合工程现场应用。

A device for improving the measuring performance of iron core coil

【技术实现步骤摘要】
一种改善铁芯线圈测量性能的装置
本技术属于电工测试
，尤其涉及一种改善铁芯线圈测量性能的装置。
技术介绍
目前，业内最接近的现有技术：随着高电压技术和脉冲功率技术的发展，以及雷电灾害的频发，冲击大电流的检测技术日益受到重视。冲击大电流具有电流幅值变化大，持续时间短，频率范围宽的突出特点。在电流幅值大范围变化和频率宽范围覆盖的条件下，如实测量出冲击大电流是亟待解决的问题。冲击电流一般峰值大，小为数十安，大则数千安甚至数百千安；同时波形复杂多样，其中下限频率可能低至数Hz及以下，上限频率可高达MHz及以上。目前常用的测量方法有分流器法、空芯线圈法和铁芯线圈法。分流器法是采用标准电阻实现电流到电压的转换，具有不易受外界磁场干扰的突出优点，但分流器需断开主回路接入，且不能实现测量回路与冲击大电流回路的电隔离，严重限制了它在实际工程中的应用。空芯线圈(也称罗氏线圈)基于磁感应原理不含铁磁材料，具有线性好、不饱和的特点，但下限频率高，在现场易受外界磁场干扰。为优化空芯线圈的低频性能，提高抗干扰能力，现有技术中的【CN201810356137一种用于脉冲电流测量的空心差分线圈及其测量方法；CN201110376623,基于PCB型罗氏线圈的短时缓变大电流测量装置】，在一定程度上改善了空芯线圈的低频特性，但同时也增加了测量的复杂性，特别是有源电子器件的引入，要求接入电源供电，对现场的应用又设定了新的限制条件。铁芯线圈法基于磁感应原理，采用铁磁材料提高信噪比，灵敏度高，不易受外界磁场干扰，低频特性好，但在冲击大电流条件下，常规电流传感器易发生磁饱和畸变，测量性能差。综上所述，现有技术存在的问题是：对冲击大电流的检测中，铁芯线圈电流传感器易发生磁饱和畸变，测量性能差；分流器法不能实现测量回路与冲击大电流回路的电隔离；空芯线圈法下限频率高或需外接电源供电。解决上述技术问题的难度：测量数十KA及以上冲击大电流不饱和且线性好，同时要求电隔离且无需外部供电。解决上述技术问题的意义：满足冲击大电流工程现场准确测量的需要。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本技术提供了一种改善铁芯线圈测量性能的装置。本技术是这样实现的，一种改善铁芯线圈测量性能的装置设置有：金属屏蔽盒；所述金属屏蔽盒内部套设有铁芯线圈，金属屏蔽盒与铁芯线圈之间填充有绝缘层；所述铁芯线圈设置有铁芯，铁芯外侧沿相同方向分布有多个平衡绕组。本技术可实现幅值100A-500KA多种波形的冲击大电流测量，消除目前常用冲击大电流传感器在该类电流测量方面的不足，保证了一、二次的电隔离，与常规大电流传感器相比，测量范围拓宽，避免了饱和畸变，测量装置内不含有源器件，不需外部提供工作电源；抗外磁场干扰能力强，对安装要求不高，特别适合工程现场应用。进一步，相邻平衡绕组中的前一个平衡绕组尾端与后一个平衡绕组的首端相连，第一个平衡绕组的首端和最后一个平衡绕组的尾端分别作为信号输出端和参考端。进一步，所述金属屏蔽盒和铁芯为圆环形、椭圆环形或中间有孔的方形、矩形。进一步，所述金属屏蔽盒和铁芯为开合式的圆环形、椭圆环形、方形、矩形。附图说明图1是本技术实施例提供的改善铁芯线圈测量性能的装置结构示意图；图中：1、金属屏蔽盒；2、绝缘层；3、铁芯线圈。图2是本技术实施例提供的匝数为n的平衡绕组等效电路图。图3是本技术实施例提供的理想条件下磁场强度Hp与铁芯线圈内径D的相对关系示意图。图4是本技术实施例提供的非理想条件下磁场强度Hp与铁芯线圈内径D的相对关系示意图。具体实施方式为能进一步了解本技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。下面结合附图对本技术的结构作详细的描述。如图1所示，本技术实施例提供的改善铁芯线圈测量性能的装置包括：金属屏蔽盒1、绝缘层2、铁芯线圈3。金属屏蔽盒1内部套设有铁芯线圈3，金属屏蔽盒1与铁芯线圈3之间填充有绝缘层2；铁芯线圈3设置有铁芯，m个平衡绕组沿相同方向分布于铁芯上；作为优选，相邻平衡绕组中的前一个平衡绕组尾端与后一个平衡绕组的首端相连，第一个平衡绕组的首端和最后一个平衡绕组的尾端分别作为信号输出端和参考端。作为优选，金属屏蔽盒1和铁芯为圆环形、椭圆形或中间有孔的方形、矩形。作为优选，金属屏蔽盒1和铁芯为开合式的圆环形、椭圆形、方形、矩形。本技术在使用时，冲击电流ip(t)由一次绕组单匝穿心通过铁芯线圈及金属盒的内孔，传感线圈输出电压Us(t)由信号端输出，Us(t)的幅值正比于一次冲击电流ip(t),且波形与一次冲击电流相同。传感线圈共有m个n匝的二次平衡绕组，其中单个平衡绕组的等效电路如图2所示。一次冲击电流为ip(t)，平衡绕组内感应电动势为e(t)，感应电流为is(t)，输出电压为Usi(t)，M为互感系数，L和R分别为该平衡绕组的自感和自阻抗，C为分布电容，Rs为负载电阻。该等效电路为并联谐振回路,对应3dB的下限截止频率为fl，上限截止频率为fh：定义传感器输出灵敏度为KK＝Us(t)/ip(t)，其中m≥8。设计步骤：首先，根据被测冲击电流波形，确定上下限截止频率，进而选择合适类型的铁芯材料；其次，根据冲击电流的最大峰值ipm和铁芯的饱和磁感应强度，确定铁芯的最小内径和截面积。一般随冲击电流增大，铁芯的内径和截面积也会随之增大。第三，根据工作条件，选择m值，一般m≥8。外界干扰越强，定位条件越差。m取值越大。第四，结合对输出电压幅值的要求，确定灵敏度K。上述参数确定后，按前述的技术方法可制作磁势自平衡冲击电流传感器。下面结合具体实施例对本技术的工作原理作进一步描述。实施案例1：对冲击电流ip1(t)，信号频率要求fl＝10Hz，fh＝1MHz，可选择超微晶铁芯材料。最大峰值电流30千安，对应铁芯内径为50mm。应用于工程现场，取m＝32。要求最大输出电压不大于300V，则K＝0.01V/A。实施例2：对冲击电流ip2(t)，信号频率要求fl＝1Hz，fh＝4MHz，可选择坡莫合金为铁芯。最大峰值电流5千安，对应铁芯内径为35mm。应用于实验室条件，取m＝8。要求最大输出电压不大于100V，则K＝0.02V/A。下面进一步说明，本技术对改善铁芯线圈测量性能的作用机理。理想条件下，按轴对称结构设计和分析铁芯线圈的测量性能。若设计的铁芯线圈内径为D,对应一次冲击电流的磁场强度为Hp，二次绕组电流产生的磁场强度为Hs。Hp与D的相对关系如图3所示，有：Hp(+D/2)＝Hp(-D/2)。Hs(+D/2)＝Hs(-D/2)。且有Hp(+D/2)＝Hs(+D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善铁芯线圈测量性能的装置，其特征在于，所述改善铁芯线圈测量性能的装置设置有：/n金属屏蔽盒；/n所述金属屏蔽盒内部套设有铁芯线圈，金属屏蔽盒与铁芯线圈之间填充有绝缘层；/n所述铁芯线圈设置有铁芯，铁芯外侧沿相同方向分布有多个平衡绕组。/n

【技术特征摘要】
1.一种改善铁芯线圈测量性能的装置，其特征在于，所述改善铁芯线圈测量性能的装置设置有：
金属屏蔽盒；
所述金属屏蔽盒内部套设有铁芯线圈，金属屏蔽盒与铁芯线圈之间填充有绝缘层；
所述铁芯线圈设置有铁芯，铁芯外侧沿相同方向分布有多个平衡绕组。


2.如权利要求1所述的改善铁芯线圈测量性能的装置，其特征在于，相邻平衡绕组中的前一个平衡绕组尾端与后一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐雁，冯卓明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42