新型非接觸式電流傳感器

l 原來狀況
    原來的非接觸式電流傳感器大致有3種結(jié)構(gòu)模式，如圖1所示。在圖1中，例1所示為以霍爾元件作為磁場檢測元件設(shè)置在鐵芯的間隙內(nèi)；例2所示為在鐵芯的間隙內(nèi)設(shè)置霍爾元件，而在鐵芯上設(shè)置反饋線圈：例3所示為在鐵芯的間隙內(nèi)設(shè)置磁一光效應(yīng)元件(應(yīng)用法拉第效應(yīng)的元件)，用作磁場檢測元件。

    上述3種結(jié)構(gòu)模式的缺點如下：

    例l中元件的溫度特性不佳，輸出均勻性較差，因而電流檢測精度不高。再者，此種傳感器極易受漂移的影響．稍微受點漂移影響就難以測量含直流成分的電流。

    例2雖可解決例1中出現(xiàn)的問題，但要精密測量線圈中流過的電流還必須排除外界干擾因索，如果受到感應(yīng)噪聲等因素的影響，也就難以實現(xiàn)精密測量。特別是電流傳感器的傳感部和控制電流傳感器信號的控制部之間的距離長，付出的代價就更高。

    例3由于其控制部的信號只用光傳送，噪聲雖低．但漂移的影響卻不?。蚨膊荒軠y量含直流成分的電流。

2 技術(shù)創(chuàng)新
    本開發(fā)立足于技術(shù)創(chuàng)新，著重致力于結(jié)構(gòu)改進(jìn)．其舉措是局部鐵芯為飽和磁體，并由鐵芯形成間隙，鐵芯環(huán)繞在導(dǎo)體的外周，線圈繞在鐵芯上，將磁場檢測元件設(shè)置在間隙內(nèi)。

    由于本開發(fā)將磁場檢測元件設(shè)置在鐵芯飽和磁體的間隙內(nèi)．因而在測量導(dǎo)體中所流過的電流時線圈中沒有電流。若用磁場檢測元件測量間隙內(nèi)的磁場．根據(jù)測得的磁場強度即可知道導(dǎo)體中流過的電流。

    在此情況下．如果磁場檢測元件的檢測靈敏度始終保持穩(wěn)定不變，那么要精確測量導(dǎo)體中流過的電流是不成問題的?？墒牵艌鰴z測元件的材料、制件、粘接劑等因溫度引起的變化以及時效變化、光源變化等因素都會影響磁場檢測元件的檢測靈敏度．使之產(chǎn)生漂移。因此，不能精密測量導(dǎo)體中流過的電流。為此．本開發(fā)采用繞在鐵芯上的線圈，可按需要對磁場檢測元件的靈敏度加以校正，使磁場檢測元件的靈敏度始終如一，經(jīng)常保持在穩(wěn)定不變的狀態(tài)。

    校正靈敏度時經(jīng)由繞在鐵芯上的線圈內(nèi)流過的電流達(dá)到一定量值程度時，就會使鐵芯的磁體形成飽和狀態(tài)而與導(dǎo)體中流過的電流無關(guān)。間隙內(nèi)產(chǎn)生一定量的磁通密度，當(dāng)其達(dá)到一定程度時，即使磁場再增強．磁通密度也不會再增大。此時。可用磁場檢測元件測量間隙內(nèi)的磁場。此測量值中如果不存在上述漂移因素．那么通常即為固定值(基準(zhǔn)值)。但若存在漂移因素，其值就會變化。放大器與磁場檢測元件的光檢測器連接，對其進(jìn)行調(diào)制，并將磁場檢測元件的輸出值與基準(zhǔn)值相比較。同時對磁場檢測元件的靈敏度進(jìn)行校正。此校正可在瞬間進(jìn)行，并且無需切斷導(dǎo)體中流動的電流。

3 實例
    圖2所示為本開發(fā)提供的非接觸式電流傳感器的結(jié)構(gòu)。線圈繞在鐵芯上，磁場檢測元件設(shè)置在鐵芯的間隙內(nèi)．光檢測器測量磁場檢測元件的輸出，放大器調(diào)制磁場檢測元件的輸出。

    局部鐵芯必須形成飽和磁體，但并不局限于此，整個鐵芯均為飽和磁體也無妨。若需追求飽和磁體所具有的短暫飽和特性。選用鐵紊體或非晶體之類的磁性合金便可奏效。

    圖3所示為非接觸式電流傳感器的鐵芯示例。鐵芯的兩端部采用高磁導(dǎo)率和高磁通密度的磁體，端頭以外部分采用飽和磁體。兩端頭尖細(xì)成錐形，以增大間隙的磁通密度。提高電流傳感器的靈敏度。

    磁場檢測元件可以采用磁一光效應(yīng)元件和霍爾元件。但是由于前者僅用光的方式就能進(jìn)行傳感部和控制部之間的信號傳送，并且不受感應(yīng)噪聲的影響．因而相比之下前者較為理想。

    在測量導(dǎo)體內(nèi)流過的電流時。飽和磁體隨其流過的電流一旦達(dá)到飽和程度，即使再增大導(dǎo)體中的電流．間隙內(nèi)的磁場也不會再變化。由于其變化量用磁場檢測元件檢測不出，因而飽和磁體的飽和程度不能由導(dǎo)體內(nèi)流過的電流來定。而其飽和點主要取決于飽和磁體的形狀和尺寸，特別是間隙的形狀和尺寸。

4 效果
    實驗結(jié)果表明。新開發(fā)的非接觸式電流傳感器具有如下成效：消除了磁場檢測元件的輸出漂移，能精確測量含直流成分的電流；無需精密調(diào)制線圈中流動的電流就能精密測量電流；采用磁一光效應(yīng)元件．其輸入和輸出信號為光信號，無感應(yīng)噪聲之憂；改善了溫度特性。