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直流电流检测方法

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  • 发布时间:2015/10/1 10:49:21
  • 作者:ly_yinhe

  直流电流是电测量中常见的被测量,在不同的应用场合,对直流电流检测方法的精度、功耗、体积、安装方式等方面提出了不同的要求。直流电流的检测方法一般分为直接式和非直接式,直接式一般是通过串联电阻检测电压的方法;非直接式测量一般通过检测电流产生的磁场实现的,由于电流周围会产生磁场,我们可以间接的通过测量磁场的大小得到被测电流的大小。直接式测量主要指分流器;非直接式测量主要包括霍尔电流传感器直流电流互感器,本文主要介绍这几种直流电流检测方法的原理及应用。

直流电流检测方法—分流器

  分流器是根据检测直流电流通过电阻时在电阻两端产生电压的原理构建的。分流器属于直接式检测法,测量电流的上限一般不能太大,电阻上直接得到的电信号是量值很小的模拟信号,还需外接放大电路将信号放大,再通过A/D转换电路将其转化为数字信号。

分流器检测方法原理示意图;

图示:分流器检测方法原理示意图

  分流器检测法精度高、结构简单、成本低。但对串接的测量电阻和外接的信号放大电路有一定的要求。首先,这一电阻要有较高的精度和较好的温漂特性,测量电阻的阻值在一定的环境下是不变的。其次,可以通过使用一些较好的测量仪器及较先进的测量方法得到所需的精度要求。但是温度漂移不可预测,补偿也比较困难。

  分流器检测法一般用于电压不高,电流相对较小的情况,电流如果太大,电阻上就会产生比较大的损耗,如通过100A电流时,即使用毫欧级别的电阻产生的功耗也是很惊人的,而电阻上的损耗几乎都转化为热能,这又增加了散热的难度。此外,这种方法输出信号小,需要附加放大电路,这也是分流器检测法的局限处。

直流电流检测方法—直流电流互感器

  直流电流互感器是一种基于磁调制原理构建的非直接测量用直流传感器,它利用铁芯线圈中铁芯受直流和交流电流共同磁化时的非线性和非对称性,通过整流电路,将通过线圈的直流大电流按匝数反比变换成直流小电流。主要用于测量直流大电流,也在整流系统中用作电流反馈、控制和保护元件。

  如下图所示,直流电流互感器结构原理示意图所示,将通有电流的被测导线穿过双磁环线圈,则该导线在磁环上产生恒定的磁通,同时控制电路在双磁环中加入变化磁通,两部分磁通在每个磁环中形成合成磁通,再将每个磁环中的合成磁通所产生的磁场能经差分运算电路进行差分运算,即可实现检测出导线通过的直流电流。

直流电流互感器结构原理示意图

图示:直流电流互感器结构原理示意图

  直流电流互感器性能稳定,与分流器相比功率消耗小,能承受较大的负载。主要缺点是线性度差,二次电流纹波较大,在量程50%以下难以满足准确度的要求,它只能测量直流,且一次电流通入时要求方向正确,否则二次将输出错误的数值。另外,这种直流互感器虽可做成一次电流穿心式互感器,对于有些情况的一次系统安装不便。

直流电流检测方法—霍尔电流传感器

  霍尔电流传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器,属于间接测量,可以测量各种类型的电流,从直流到几十千赫兹的交流。霍尔电流传感器包括开环式和闭环式两种,高精度的霍尔电流传感器大多属于闭环式,闭环式霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理,即闭环原理,当原边电流IP产生的磁通通过高品质磁芯集中在磁路中,霍尔元件固定在气隙中检测磁通,通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流,用于抵消原边IP产生的磁通,使得磁路中磁通始终保持为零。经过特殊电路的处理,传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的变化。

闭环霍尔电流传感器原理示意图

图示:闭环霍尔电流传感器原理示意图

  霍尔电流传感器只需外接正负直流电源,被测电流母线从传感器中穿过,即可完成主电路与控制电路的隔离检测,简化了电路设计。霍尔电流传感器的输出信号是副边电流IS,它与输入信号(原边电流IP)成正比,IS一般很小,只有几十到几百毫安。如果输出电流经过测量电阻Rm,则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压信号,经A/D转换,可方便地与计算机和各种仪表接口。

  霍尔电流传感器具有优越的电性能,是一种先进的、能隔离主电路回路和电子控制电路的电测量元件。它综合了互感器和分流器的所有优点,同时又克服了互感器和分流器的不足。具有精度高、线性好、响应快的优点,但此方法易受干扰,不适合在复杂的工作环境和电气环境中使用,同时元器件也易损坏。