一種測量直流電流的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及直流電流測量技術(shù)，具體是一種測量直流電流的裝置。本發(fā)明解決了現(xiàn)有直流電流測量方法測量準確度低、測量過程中抗干擾能力差的問題。一種測量直流電流的裝置，包括一個繞有交流調(diào)制線圈和檢測線圈的環(huán)形磁芯、交流調(diào)制電壓源、緩沖放大器、正半波峰值檢波器、負半波峰值檢波器、周期放電電路；其中，交流調(diào)制電壓源的兩個輸出端分別與交流調(diào)制線圈的兩端連接；檢測線圈的兩端分別與緩沖放大器的兩個輸入端連接；緩沖放大器的輸出端分別與正半波峰值檢波器的輸入端、負半波峰值檢波器的輸入端、周期放電電路的輸入端連接。本發(fā)明適用于發(fā)電、配電、電力傳輸系統(tǒng)、電鍍電解生產(chǎn)現(xiàn)場，以及其它具有直流電流的場所。
【專利說明】一種測量直流電流的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及直流電流測量技術(shù)，具體是一種測量直流電流的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，測量直流電流的方法主要有磁調(diào)制測量法和霍爾效應(yīng)測量法。其中，磁調(diào)制測量法是指利用雙磁芯結(jié)構(gòu)(如雙磁芯的直流電流互感器等)來測量直流電流的方法。在實際應(yīng)用中，雙磁芯結(jié)構(gòu)要求采用兩個技術(shù)參數(shù)完全一致的磁芯構(gòu)成。然而在現(xiàn)有技術(shù)條件下，受生產(chǎn)加工工藝的制約，批量生產(chǎn)加工出兩個技術(shù)參數(shù)完全一致的磁芯是極其困難的。而一旦雙磁芯結(jié)構(gòu)的兩個磁芯技術(shù)參數(shù)不一致，測量的準確度勢必會受到影響。因此，磁調(diào)制測量法普遍存在測量準確度低的問題?；魻栃?yīng)測量法是指利用霍爾元件來測量直流電流的方法。在實際應(yīng)用中，霍爾效應(yīng)測量法要求在環(huán)形磁芯上打開一個缺口，用于安放霍爾元件。然而上述缺口的出現(xiàn)勢必會破壞環(huán)形磁芯的閉合磁路，導(dǎo)致環(huán)形磁芯的磁阻增大，從而降低測量過程中的抗干擾能力。因此，霍爾效應(yīng)測量法普遍存在測量過程中抗干擾能力差的問題?；诖耍斜匾l(fā)明一種全新的直流電流測量裝置，以解決現(xiàn)有直流電流測量方法測量準確度低、測量過程中抗干擾能力差的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有直流電流測量方法測量準確度低、測量過程中抗干擾能力差的問題，提供了一種測量直流電流的裝置。
[0004]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種測量直流電流的裝置，包括一個繞有交流調(diào)制線圈和檢測線圈的環(huán)形磁芯、交流調(diào)制電壓源、緩沖放大器、正半波峰值檢波器、負半波峰值檢波器、周期放電電路；其中，交流調(diào)制電壓源的兩個輸出端分別與交流調(diào)制線圈的兩端連接；檢測線圈的兩端分別與緩沖放大器的兩個輸入端連接；緩沖放大器的輸出端分別與正半波峰值檢波器的輸入端、負半波峰值檢波器的輸入端、周期放電電路的輸入端連接；周期放電電路的兩個輸出端分別與正半波峰值檢波器的控制端和負半波峰值檢波器的控制端連接。
[0005]工作時，交流調(diào)制電壓源輸出交流調(diào)制電壓使環(huán)形磁芯中產(chǎn)生交流磁通，交流調(diào)制電壓的大小穩(wěn)定在使環(huán)形磁芯處于磁飽點附近。載有被測直流電流的導(dǎo)線穿過環(huán)形磁芯(當被測直流電流較小時，由于載有被測直流電流的導(dǎo)線穿過環(huán)形磁芯產(chǎn)生的磁勢較小，可在環(huán)形磁芯繞一組直流線圈，直流線圈與被測直流電流回路串聯(lián)連接)。當被測直流電流為零時，檢測線圈的感應(yīng)電壓的波形的正、負半波完全對稱。而當被測直流電流大于零時，被測直流電流產(chǎn)生的磁勢使得環(huán)形磁芯中產(chǎn)生直流磁通。直流磁通和交流磁通相疊加，使得環(huán)形磁芯產(chǎn)生單向磁飽合，進而使得感應(yīng)電壓的波形發(fā)生畸變(該畸變包括波形的正半波峰值的畸變和負半波峰值的畸變)。此時，感應(yīng)電壓經(jīng)由緩沖放大器進行緩沖放大后，一方面輸入正半波峰值檢波器和負半波峰值檢波器，正半波峰值檢波器和負半波峰值檢波器分別檢測并輸出感應(yīng)電壓的波形的正半波峰值和負半波峰值，另一方面輸入周期放電電路，周期放電電路每個周期發(fā)出一次放電脈沖，放電脈沖使得正半波峰值檢波器和負半波峰值檢波器的積分電容每個周期放電一次，以確保正半波峰值檢波器和負半波峰值檢波器的輸出每個周期更新一次。而后，根據(jù)感應(yīng)電壓的波形的正半波峰值和負半波峰值進行運算，得到感應(yīng)電壓的波形的正、負半波峰峰差(即波形的正半波峰值與負半波峰值的差值)。最后，根據(jù)感應(yīng)電壓的波形的正、負半波峰峰差，即可計算出被測直流電流的大小，由此實現(xiàn)了直流電流的測量。
[0006]基于上述過程，與現(xiàn)有直流電流測量方法相比，本發(fā)明所述的一種測量直流電流的裝置具有如下優(yōu)點:其一，與磁調(diào)制測量法相比，本發(fā)明所述的一種測量直流電流的裝置只需用一個環(huán)形磁芯，即可實現(xiàn)直流電流的測量，由此徹底避免了雙磁芯結(jié)構(gòu)對測量準確度的影響，從而有效提高了測量準確度。其二，與霍爾效應(yīng)測量法相比，本發(fā)明所述的一種測量直流電流的裝置無需在環(huán)形磁芯上打開缺口，即可實現(xiàn)直流電流的測量，由此徹底避免了上述缺口對測量過程中抗干擾能力的影響，從而有效增強了測量過程中的抗干擾能力。綜上所述，本發(fā)明所述的一種測量直流電流的裝置基于全新結(jié)構(gòu)，有效解決了現(xiàn)有直流電流測量方法測量準確度低、測量過程中抗干擾能力差的問題。
[0007]本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有直流電流測量方法測量準確度低、測量過程中抗干擾能力差的問題，適用于發(fā)電、配電、電力傳輸系統(tǒng)、電鍍電解生產(chǎn)現(xiàn)場，以及其它具有直流電流的場所。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的第一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是本發(fā)明的第二種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖3是本發(fā)明的第三種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖4是本發(fā)明的第四種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中:1-環(huán)形磁芯，2-交流調(diào)制電壓源，3-緩沖放大器，4-正半波峰值檢波器，5-負半波峰值檢波器，6-周期放電電路，7-峰峰差運算器，8-顯示器，9-積分放大器，10-反相跟隨器，11-單片計算機，12-D/A轉(zhuǎn)換器，13-功率放大器％表示交流調(diào)制線圈，W2表示檢測線圈，w3表示補償線圈，&表示電阻；Ul表示交流調(diào)制電壓源輸出的交流調(diào)制電壓，U2表示檢測線圈的感應(yīng)電壓，10表示被測直流電流，I3表示補償電流。
【具體實施方式】
[0013]實施例一
一種測量直流電流的裝置，包括一個繞有交流調(diào)制線圈W1和檢測線圈W2的環(huán)形磁芯1、交流調(diào)制電壓源2、緩沖放大器3、正半波峰值檢波器4、負半波峰值檢波器5、周期放電電路6 ;其中，交流調(diào)制電壓源2的兩個輸出端分別與交流調(diào)制線圈W1的兩端連接；檢測線圈W2的兩端分別與緩沖放大器3的兩個輸入端連接；緩沖放大器3的輸出端分別與正半波峰值檢波器4的輸入端、負半波峰值檢波器5的輸入端、周期放電電路6的輸入端連接；周期放電電路6的兩個輸出端分別與正半波峰值檢波器4的控制端和負半波峰值檢波器5的控制端連接。
[0014]如圖1所示，在本實施例中，還包括峰峰差運算器7、顯示器8 ;正半波峰值檢波器4的輸出端與峰峰差運算器7的一個輸入端連接；負半波峰值檢波器5的輸出端與峰峰差運算器7的另一個輸入端連接；峰峰差運算器7的輸出端與顯示器8的輸入端連接。工作時，感應(yīng)電壓的波形的正半波峰值和負半波峰值均輸入峰峰差運算器。峰峰差運算器根據(jù)感應(yīng)電壓的波形的正半波峰值和負半波峰值進行運算，得到感應(yīng)電壓的波形的正、負半波峰峰差(即波形的正半波峰值與負半波峰值的差值)。感應(yīng)電壓的波形的正、負半波峰峰差經(jīng)由顯示器進行顯示。根據(jù)感應(yīng)電壓的波形的正、負半波峰峰差，即可計算出被測直流電流的大小，由此實現(xiàn)了直流電流的開環(huán)測量。直流電流的開環(huán)測量主要適用于對測量精度要求不高的場所。
[0015]具體實施時，繞有交流調(diào)制線圈W1和檢測線圈W2的環(huán)形磁芯I采用高導(dǎo)磁率、低矯頑力的磁性材料(如1J85或1J86坡莫合金)制成，并且交流調(diào)制線圈W1和檢測線圈W2在環(huán)形磁芯I上均勻分布。交流調(diào)制電壓源2采用由市電用變壓器調(diào)整為適當電壓的電壓源或由直流電源用振蕩電路產(chǎn)生的電壓源。顯示器8采用普通指針式儀表(如指針式毫伏表)或數(shù)字顯示儀表。
[0016]實施例二
一種測量直流電流的裝置，包括一個繞有交流調(diào)制線圈W1和檢測線圈W2的環(huán)形磁芯1、交流調(diào)制電壓源2、緩沖放大器3、正半波峰值檢波器4、負半波峰值檢波器5、周期放電電路6 ;其中，交流調(diào)制電壓源2的兩個輸出端分別與交流調(diào)制線圈W1的兩端連接；檢測線圈W2的兩端分別與緩沖放大器3的兩個輸入端連接；緩沖放大器3的輸出端分別與正半波峰值檢波器4的輸入端、負半波峰值檢波器5的輸入端、周期放電電路6的輸入端連接；周期放電電路6的兩個輸出端分別與正半波峰值檢波器4的控制端和負半波峰值檢波器5的控制端連接。
[0017]如圖2所示，在本實施例中，還包括峰峰差運算器7、顯示器8、積分放大器9、電阻
&、補償線圈W3 ;補償線圈W3均勻纏繞于環(huán)形磁芯I上；正半波峰值檢波器4的輸出端與峰峰差運算器7的一個輸入端連接；負半波峰值檢波器5的輸出端與峰峰差運算器7的另一個輸入端連接；峰峰差運算器7的輸出端與積分放大器9的輸入端連接；積分放大器9的輸出端與補償線圈W3的一端連接；補償線圈W3的另一端通過電阻&接地；顯示器8的兩個輸入端分別與電阻&的兩端連接。工作時，感應(yīng)電壓的波形的正半波峰值和負半波峰值均輸入峰峰差運算器。峰峰差運算器根據(jù)感應(yīng)電壓的波形的正半波峰值和負半波峰值進行運算，得到感應(yīng)電壓的波形的正、負半波峰峰差(即波形的正半波峰值與負半波峰值的差值)。感應(yīng)電壓的波形的正、負半波峰峰差輸入積分放大器進行積分放大并被轉(zhuǎn)換為補償電流。補償電流通入補償線圈W3中，使得電阻&兩端產(chǎn)生電壓。電阻&兩端的電壓經(jīng)由顯示器進行顯示。補償電流產(chǎn)生的磁勢與被測直流電流產(chǎn)生的磁勢大小相等、方向相反，使得環(huán)形磁芯I中的直流磁通趨近于零。根據(jù)電阻&兩端的電壓，即可計算出補償電流的大小。根據(jù)補償電流的大小，即可計算出被測直流電流Itl的大小，由此實現(xiàn)了直流電流的閉環(huán)測量。直流電流的閉環(huán)測量主要適用于對測量精度要求較高的場所。
[0018]具體實施時，繞有交流調(diào)制線圈W1和檢測線圈W2的環(huán)形磁芯I采用高導(dǎo)磁率、低矯頑力的磁性材料(如1J85或1J86坡莫合金)制成，并且交流調(diào)制線圈W1和檢測線圈W2在環(huán)形磁芯I上均勻分布。交流調(diào)制電壓源2采用由市電用變壓器調(diào)整為適當電壓的電壓源或由直流電源用振蕩電路產(chǎn)生的電壓源。顯示器8采用普通指針式儀表(如指針式毫伏表)或數(shù)字顯示儀表。
[0019]實施例三
一種測量直流電流的裝置，包括一個繞有交流調(diào)制線圈W1和檢測線圈W2的環(huán)形磁芯1、交流調(diào)制電壓源2、緩沖放大器3、正半波峰值檢波器4、負半波峰值檢波器5、周期放電電路6 ;其中，交流調(diào)制電壓源2的兩個輸出端分別與交流調(diào)制線圈W1的兩端連接；檢測線圈W2的兩端分別與緩沖放大器3的兩個輸入端連接；緩沖放大器3的輸出端分別與正半波峰值檢波器4的輸入端、負半波峰值檢波器5的輸入端、周期放電電路6的輸入端連接；周期放電電路6的兩個輸出端分別與正半波峰值檢波器4的控制端和負半波峰值檢波器5的控制端連接。
[0020]如圖3所示，在本實施例中，還包括顯示器8、反相跟隨器10、單片計算機11 ;負半波峰值檢波器5的輸出端與反相跟隨器10的輸入端連接；反相跟隨器10的輸出端、正半波峰值檢波器4的輸出端、顯示器8的輸入端分別與單片計算機11的三個不同的端口連接。工作時，感應(yīng)電壓的波形的正半波峰值輸入單片計算機。感應(yīng)電壓的波形的負半波峰值經(jīng)由反相跟隨器進行反相跟隨后，輸入單片計算機。單片計算機根據(jù)感應(yīng)電壓的波形的正半波峰值和負半波峰值進行運算，得到感應(yīng)電壓的波形的正、負半波峰峰差(即波形的正半波峰值與負半波峰值的差值)。感應(yīng)電壓的波形的正、負半波峰峰差經(jīng)由顯示器進行顯示。根據(jù)感應(yīng)電壓的波形的正、負半波峰峰差，即可計算出被測直流電流的大小，由此實現(xiàn)了直流電流的開環(huán)測量。直流電流的開環(huán)測量主要適用于對測量精度要求不高的場所。
[0021]具體實施時，繞有交流調(diào)制線圈W1和檢測線圈W2的環(huán)形磁芯I采用高導(dǎo)磁率、低矯頑力的磁性材料(如1J85或1J86坡莫合金)制成，并且交流調(diào)制線圈W1和檢測線圈W2在環(huán)形磁芯I上均勻分布。交流調(diào)制電壓源2采用由市電用變壓器調(diào)整為適當電壓的電壓源或由直流電源用振蕩電路產(chǎn)生的電壓源。顯示器8采用普通指針式儀表(如指針式毫伏表)或數(shù)字顯示儀表。反相跟隨器10采用放大倍數(shù)為I的反相放大器。單片計算機11采用含有A/D轉(zhuǎn)換功能的單片計算機(如C8051F401單片計算機)。
[0022]實施例四
一種測量直流電流的裝置，包括一個繞有交流調(diào)制線圈W1和檢測線圈W2的環(huán)形磁芯1、交流調(diào)制電壓源2、緩沖放大器3、正半波峰值檢波器4、負半波峰值檢波器5、周期放電電路6 ;其中，交流調(diào)制電壓源2的兩個輸出端分別與交流調(diào)制線圈W1的兩端連接；檢測線圈W2的兩端分別與緩沖放大器3的兩個輸入端連接；緩沖放大器3的輸出端分別與正半波峰值檢波器4的輸入端、負半波峰值檢波器5的輸入端、周期放電電路6的輸入端連接；周期放電電路6的兩個輸出端分別與正半波峰值檢波器4的控制端和負半波峰值檢波器5的控制端連接。
[0023]如圖4所示，在本實施例中，還包括顯示器8、反相跟隨器10、單片計算機11、D/A轉(zhuǎn)換器12、功率放大器13、電阻&、補償線圈W3 ;補償線圈W3均勻纏繞于環(huán)形磁芯I上；負半波峰值檢波器5的輸出端與反相跟隨器10的輸入端連接；D/A轉(zhuǎn)換器12的輸出端與功率放大器13的輸入端連接；功率放大器13的輸出端與補償線圈W3的一端連接；補償線圈評3的另一端與單片計算機11的一個端口和電阻&的一端連接；電阻&的另一端接地；反相跟隨器10的輸出端、正半波峰值檢波器4的輸出端、D/A轉(zhuǎn)換器12的輸入端、顯示器8的輸入端分別與單片計算機11的另外四個不同的端口連接。工作時，感應(yīng)電壓的波形的正半波峰值輸入單片計算機11。感應(yīng)電壓的波形的負半波峰值經(jīng)由反相跟隨器10進行反相跟隨后，輸入單片計算機11。單片計算機11根據(jù)感應(yīng)電壓的波形的正半波峰值和負半波峰值進行運算，得到感應(yīng)電壓的波形的正、負半波峰峰差(即波形的正半波峰值與負半波峰值的差值)。感應(yīng)電壓的波形的正、負半波峰峰差一方面經(jīng)由顯示器8進行顯示，另一方面輸入D/A轉(zhuǎn)換器12進行D/A被轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號。模擬電壓信號輸入功率放大器13進行功率放大并被轉(zhuǎn)換為補償電流。補償電流通入補償線圈W3中，使得電阻&兩端產(chǎn)生電壓。電阻&兩端的電壓輸入單片計算機11。補償電流產(chǎn)生的磁勢與被測直流電流Itl產(chǎn)生的磁勢大小相等、方向相反，使得環(huán)形磁芯中的直流磁通趨近于零。根據(jù)電阻&兩端的電壓，即可計算出補償電流的大小。根據(jù)補償電流的大小，即可計算出被測直流電流Itl的大小，由此實現(xiàn)了直流電流的閉環(huán)測量。直流電流的閉環(huán)測量主要適用于對測量精度要求較高的場所。[0024] 具體實施時，繞有交流調(diào)制線圈W1和檢測線圈W2的環(huán)形磁芯I采用高導(dǎo)磁率、低矯頑力的磁性材料(如1J85或1J86坡莫合金)制成，并且交流調(diào)制線圈W1和檢測線圈W2在環(huán)形磁芯I上均勻分布。交流調(diào)制電壓源2采用由市電用變壓器調(diào)整為適當電壓的電壓源或由直流電源用振蕩電路產(chǎn)生的電壓源。顯示器8采用普通指針式儀表(如指針式毫伏表)或數(shù)字顯示儀表。反相跟隨器10采用放大倍數(shù)為I的反相放大器。單片計算機11采用含有A/D轉(zhuǎn)換功能的單片計算機(如C8051F401單片計算機)。功率放大器13采用成品功率放大模塊。
【權(quán)利要求】
1.一種測量直流電流的裝置，其特征在于:包括一個繞有交流調(diào)制線圈(W1)和檢測線圈(W2)的環(huán)形磁芯(I)、交流調(diào)制電壓源(2)、緩沖放大器(3)、正半波峰值檢波器(4)、負半波峰值檢波器(5)、周期放電電路(6);其中，交流調(diào)制電壓源(2)的兩個輸出端分別與交流調(diào)制線圈(W1)的兩端連接；檢測線圈(W2)的兩端分別與緩沖放大器(3)的兩個輸入端連接；緩沖放大器(3)的輸出端分別與正半波峰值檢波器(4)的輸入端、負半波峰值檢波器(5)的輸入端、周期放電電路(6)的輸入端連接；周期放電電路(6)的兩個輸出端分別與正半波峰值檢波器(4)的控制端和負半波峰值檢波器(5)的控制端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量直流電流的裝置，其特征在于:還包括峰峰差運算器(7)、顯示器(8);正半波峰值檢波器(4)的輸出端與峰峰差運算器(7)的一個輸入端連接；負半波峰值檢波器(5)的輸出端與峰峰差運算器(7)的另一個輸入端連接；峰峰差運算器(7)的輸出端與顯示器(8)的輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量直流電流的裝置，其特征在于:還包括峰峰差運算器(7)、顯示器(8)、積分放大器(9)、電阻(?)、補償線圈(W3);補償線圈(W3)均勻纏繞于環(huán)形磁芯(I)上；正半波峰值檢波器(4)的輸出端與峰峰差運算器(7)的一個輸入端連接；負半波峰值檢波器(5)的輸出端與峰峰差運算器(7)的另一個輸入端連接；峰峰差運算器(7)的輸出端與積分放大器(9)的輸入端連接；積分放大器(9)的輸出端與補償線圈(W3)的一端連接；補償線圈(W3)的另一端通過電阻(?)接地；顯示器(8)的兩個輸入端分別與電阻(Rl)的兩端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量直流電流的裝置，其特征在于:還包括顯示器(8)、反相跟隨器(10)、單片計算機(11);負半波峰值`檢波器(5)的輸出端與反相跟隨器(10)的輸入端連接；反相跟隨器(10)的輸出端、正半波峰值檢波器(4)的輸出端、顯示器(8)的輸入端分別與單片計算機(11)的三個不同的端口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量直流電流的裝置，其特征在于:還包括顯示器(8)、反相跟隨器(10)、單片計算機(11)、D/A轉(zhuǎn)換器(12)、功率放大器(13)、電阻(?)、補償線圈(W3);補償線圈(W3)均勻纏繞于環(huán)形磁芯(I)上；負半波峰值檢波器(5)的輸出端與反相跟隨器(10)的輸入端連接；D/A轉(zhuǎn)換器(12)的輸出端與功率放大器(13)的輸入端連接；功率放大器(13)的輸出端與補償線圈(W3)的一端連接；補償線圈(W3)的另一端與單片計算機(11)的一個端口和電阻(?)的一端連接；電阻(?)的另一端接地；反相跟隨器(10)的輸出端、正半波峰值檢波器(4)的輸出端、D/A轉(zhuǎn)換器(12)的輸入端、顯示器(8)的輸入端分別與單片計算機(11)的另外四個不同的端口連接。
【文檔編號】G01R19/25GK103760405SQ201410041666
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】張正綱 申請人:張正綱