【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电流测量，尤其涉及一种嵌入式电磁式电流测量装置及方法。
技术介绍
1、电流测量是电力系统、电子设备应用等领域中不可缺少的环节，对系统及设备的正常运作起着重要作用。现有的电流测量装置通常采用电流互感器、霍尔效应传感器等来实现，但这些传统装置存在一些局限性，如精度不高、响应速度慢、安装复杂等。其中，电磁式电流测量技术是一种基于电磁感应原理进行电流测量的技术，测量装置通过感应待测电流产生的磁场，通过感应电流的测量进而测量待测电流大小。电磁式电流测量技术发展快速，从最初电磁感应原理的发现，到后来电磁式电流计的研制和改进，再到现代电磁式电流传感器的应用，无一不断推动着电子测量领域技术的进步。
2、事实上，人们很早便开始探索如何利用电磁感应原理来测量电流，经过多年的研究和改进，出现了基于电磁感应原理的电流计，这些电流计通过测量电流在磁场中产生的力或位移来间接测量电流的大小。然而，早期的电磁式电流计存在着灵敏度低、精度不高、线性度差、抗干扰能力弱等问题。而国内目前为止采用的电磁式电流测量的主要测量装置是电流互感器，电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器，其由闭合的铁芯和绕组组成，它的一次侧绕组匝数很少，串在待测电路中，二次侧绕组匝数很多，串接在测量仪表和保护电路中。电流互感器在工作时，它的二次侧回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。现有电磁式电流互感器的另一个缺点是互感器输出信号需敷设电缆到二次设备，还要二次转换成数字量，ct开路会
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于嵌入式技术的电磁式电流测量装置及方法，该装置及方法相较传统装置无二次设备且具备更高的适配性，可反复拆卸测量不同部件，且成本较低，安全系数高。
2、为解决上述技术问题，本专利技术的技术解决方案是：
3、一种嵌入式电磁式电流测量装置，其包括外导体和耦合感应线圈，所述外导体为空腔结构，所述耦合感应线圈置于所述外导体内部，所述外导体和所述耦合感应线圈之间填充绝缘材料；所述耦合感应线圈的两端穿过所述外导体的壁体，伸出所述外导体并依次连接安培表和匹配电阻形成闭合回路；所述外导体外侧面相对的两个位置分别引出连接线，两根所述连接线分别连接提供待测交流电流的两极。
4、较佳的，所述外导体内部还设有棍状的中心导体，所述耦合感应线圈绕接在所述中心导体上，所述外导体和所述中心导体间填充所述绝缘材料。
5、较佳的，所述的外导体为设有开口的空腔结构，所述耦合感应线圈的两端从所述开口伸出所述外导体。
6、较佳的，所述外导体为设有开口的空腔结构，所述中心导体位于所述外导体内部，所述耦合感应线圈的两端从所述开口伸出所述外导体。
7、较佳的，所述外导体为圆柱体空腔结构。
8、较佳的，所述的外导体的材料为铜。
9、较佳的，所述绝缘材料为环氧树脂。
10、一种嵌入式电磁式电流测量方法，其包括以下步骤：
11、步骤一，在提供待测交流电流的两极之间接入一空腔结构的外导体，所述两极分别电连接所述外导体外侧面相对的两个位置，所述外导体内部设有一耦合感应线圈，所述外导体和所述耦合感应线圈之间填充绝缘材料，所述耦合感应线圈的两端穿过所述外导体的壁体，伸出所述外导体并依次连接安培表和匹配电阻形成闭合回路；
12、步骤二，交流电流输入所述外导体，所述外导体上流过电流 i c，耦合感应线圈内形成感应电流 i l；
13、步骤三，根据安培环路定理和欧姆定律，得到外导体上流过的电流变化率与感应电流 i l的函数关系为：
14、，
15、其中， r m为与感应线圈连接的匹配电阻，为外导体横截面的周长，为真空磁导率，为，n为耦合感应线圈的匝数，s为耦合感应线圈的横截面积；
16、步骤四，根据所述外导体上通过交流电流的类型对电流变化率进行积分，得到与 i l相关的流经所述外导体的交流电流 i c；
17、步骤五，运用牛顿-拉普森方法对所述外导体上的交流电流进行迭代计算，先构建函数，其中为安培表测得的感应电流值，将所述步骤四得到的 i c代入函数求导得到，将代入和，并将得到的、和进行第一次迭代，得到：
18、，
19、其中，不为0，将得到的赋予交流电流 i c，进行第二次迭代，得到：
20、，
21、依次类推，重复上述迭代操作n+1 次，得到：
22、，
23、其中，、、、为多步迭代过程中变量的统一表示，迭代近似误差：
24、，
25、重复迭代直至小于设定阈值，进而得到稳定的外导体电流。
26、较佳的，该方法所述步骤一中，在提供待测交流电流的两极之间接入一半径为 r的圆柱体空腔结构的所述外导体，所述两极分别电连接在所述外导体上下底面的中心位置，所述外导体中心位置同轴设置有圆柱体状的中心导体，所述中心导体悬空放置，且所述外导体与所述中心导体之间填充绝缘材料，所述外导体侧面开设有开口，所述中心导体上绕接有耦合感应线圈，耦合感应线圈呈半径为 r的圆柱体状，且所述耦合感应线圈的两端从所述开口伸出所述外导体并依次连接安培表和匹配电阻形成闭合回路；
27、所述步骤三中，得到外导体上流过的电流变化率与感应电流 i l的函数关系为：
28、,
29、其中， r m为与感应线圈连接的匹配电阻， r为外导体横截面的半径，为真空磁导率，为，n为耦合感应线圈的匝数，r为耦合感应线圈横截面的半径。
30、采用上述方案后，本专利技术采用嵌入式技术对电流测量装置进行设计，测量电路和结构简单，且无二次设备，最重要的是适配性高，嵌入被测部件即可本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种嵌入式电磁式电流测量装置，其特征在于：包括外导体和耦合感应线圈，所述外导体为空腔结构，所述耦合感应线圈置于所述外导体内部，所述外导体和所述耦合感应线圈之间填充绝缘材料；所述耦合感应线圈的两端穿过所述外导体的壁体，伸出所述外导体并依次连接安培表和匹配电阻形成闭合回路；所述外导体外侧面相对的两个位置分别引出连接线，两根所述连接线分别连接提供待测交流电流的两极。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式电磁式电流测量装置，其特征在于：所述外导体内部还设有棍状的中心导体，所述耦合感应线圈绕接在所述中心导体上，所述外导体和所述中心导体间填充所述绝缘材料。
3.根据权利要求1所述的一种嵌入式电磁式电流测量装置，其特征在于：所述的外导体为设有开口的空腔结构，所述耦合感应线圈的两端从所述开口伸出所述外导体。
4.根据权利要求2所述的一种嵌入式电磁式电流测量装置，其特征在于：所述外导体为设有开口的空腔结构，所述中心导体位于所述外导体内部，所述耦合感应线圈的两端从所述开口伸出所述外导体。
5.根据权利要求4所述的一种嵌入式电磁式电流测量装置，其特征在
6.根据权利要求1、2、4、5任一所述的一种嵌入式电磁式电流测量装置，其特征在于：所述的外导体的材料为铜。
7.根据权利要求1或2所述的一种嵌入式电磁式电流测量装置，其特征在于：所述绝缘材料为环氧树脂。
8.一种嵌入式电磁式电流测量方法，其特征在于包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种嵌入式电磁式电流测量方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种嵌入式电磁式电流测量装置，其特征在于：包括外导体和耦合感应线圈，所述外导体为空腔结构，所述耦合感应线圈置于所述外导体内部，所述外导体和所述耦合感应线圈之间填充绝缘材料；所述耦合感应线圈的两端穿过所述外导体的壁体，伸出所述外导体并依次连接安培表和匹配电阻形成闭合回路；所述外导体外侧面相对的两个位置分别引出连接线，两根所述连接线分别连接提供待测交流电流的两极。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式电磁式电流测量装置，其特征在于：所述外导体内部还设有棍状的中心导体，所述耦合感应线圈绕接在所述中心导体上，所述外导体和所述中心导体间填充所述绝缘材料。
3.根据权利要求1所述的一种嵌入式电磁式电流测量装置，其特征在于：所述的外导体为设有开口的空腔结构，所述耦合感应线圈的两端从所...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑运鸿，李奕渊，吴小华，周薇，周承仙，李平凡，林倩闽，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。