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电流检测手艺综述

宣布时间:2019年03月18日 14:03    宣布者:eechina
要害词: 电流检测 , 电撒播感器 , 巨磁阻
(浙江巨磁智能手艺无限公司 magtron lennon)

摘要:现现在,电流检测的手艺在工业生长的推动下日臻完善。可是着实不是传统的妄图就弗成取,在不合的应用情形下照样有一席用武之地。电流检测以后通常被用来推行丈量“多年夜”电流和当电流“过年夜”时行动断定的两个基本功效。

一、欧姆定律

  (1)分流电阻

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这类拓扑结构,都存在一定的风险性,低端检测电路易对地线组成滋扰;高端检测,电阻与运放的选择请求高。

检测电阻是最质朴的电流丈量措施,既可用于丈量交流电流也可用于丈量直流电流。用该措施阻拦电流丈量的最年夜弊病是向待测回路中接入了电阻,组成了电能消耗(I^2*R)。

优        资源低、精度较高、体积小
劣        温漂较年夜,周详电阻的选择较难,无隔离效果

(2)TRACE电阻
由欧姆定律注解,导电体两真个电压与经由历程导电体的电流成正比。而关于电阻物质,该定律可以衍生为:J=σ(E + v × B)。

    式中J是电流密度,E是电场强度,v是电荷运动速率,B是作用在电荷上的磁通量密度,σ为质料的导电性。此时上式又能简化为:J=σE

这要领接纳电路中导体的自己的 TRACE电阻取代分流电阻丈量电流也是一种可选择的电流丈量措施。

优        不引入特此外电阻,不发生特此外电能损掉落
劣        发生的电压旌旗暗记异常小

假定应用TRACE电阻,则须要高增益镌汰年夜器来镌汰年夜电压旌旗暗记,但镌汰年夜器的带宽性能一直未能突破的瓶颈。

浩荡的专家学者针对TRACE电阻的电流测试性能阻拦了年夜量研究,效果注解:金属铜具有尺度的热漂移性,是以该丈量要领在高精度的应用情形下着实不合适。

(3)电感直流电阻

      电感直流电阻丈量电路属于一种无损采样电路。该电路在采样前须要对其阻拦精准的调试;现在只适用于对电流阻拦粗陋丈量。通常用在开关电源无损电流丈量和高压(小于 1.5V )电流丈量场所。
  
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图 1 电感丈量原理图

2、法拉第电磁感应定律

电磁感应情形是指因磁通质变换发生感应电动势的情形,例如,闭合电路的一部门导体在磁场里做切割磁感线的运动时,导体中就会发生电流(感应电流)。

(1)罗氏线圈

Rogowski Coil是一种可以直接套在被丈量的导体下去丈量交流电流的线圈。着实也就是一种特殊类型的互感器,通常用来丈量交流高电压和瞬时电流。

任何关闭电路中感应电动势的年夜小,即是穿过这一电路磁通量的变换率,可体现为:

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由安培环路定则,进而能取得罗氏线圈中的磁通量密度与待测电流之间的关系:

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B 是磁通量密度, r是罗氏环的半径,u0是磁常数,ic是待测电流。

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图 2 无磁芯罗氏线圈原理图

由于罗氏线圈的外部没有铁磁质料,线圈不克不及被驱动到饱和,是以是一种线性器件。

Rogowski线圈不只能校准较低的电流,而且能在电流异常高的情形下应用。这也进一步降低了操作的难度和校准高电流的资源。

不外,该要领也有弱点:待测电流不在线圈中央时,以上原理照旧能够正常使命,只是会发生一定的误差。

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图 3 丈量误差与待测电流职位的关系

(2)变压器丈量

相关于罗氏线圈,电流变压器丈量最年夜的优势是输入端电压与待测电流成正比例关系;同时待丈量线圈的职位变换对丈量精度的影响取得了榨取。丈量的输入旌旗暗记可以无需镌汰年夜器镌汰年夜而直接应用模数变换器采样。

3、磁效应

传感器是把磁场、电流、应力应变、温度、光等外界因素惹起敏感元件磁性能变换转换成电旌旗暗记,以这类要领来检测照顾物理量的器件。

其被普遍用于现代工业和电子产物中以感应磁场强度来丈量电流、职位、偏向等物理参数。在现有手艺中,有许多不合类型的传感器用于丈量磁场和其他参数。

(1)霍尔电撒播感器

霍尔效应(Hall effect)是指当固体导体(或许半导体)放置在一个磁场内,且有电流通过时,导体内的电荷载子遭到洛伦兹力而偏向一边,继而发生电压(霍尔电压)的情形。

式中nq为电荷密度,d为导体的厚度。

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Hall器件是一种接纳半导体质料制成的磁电转换器件。假定在输入端通入控制电流,当有一磁场B穿过该器件感磁面,则在输入端泛起霍尔电势。  

经由历程丈量霍尔电势的年夜小直接丈量载流导体电流的年夜小。是以,电撒播感器经由了电-磁-电的绝缘隔离转换。

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图 4 霍尔电撒播感器基泉源基础理图

(2)磁通门电撒播感器

磁通门电撒播感用具有超高的丈量精度和优胜的温度稳固性。然则其容易遭到勉励源带来的外界磁场的滋扰。Guillermo等人接纳勉励绕组差分的形式,从而减小勉励源带来的外界磁场的滋扰。由于变压器效应,高频勉励源会耦合到反映绕组中对传感器发生噪声滋扰。为了降低内外部磁场组成的滋扰,传感器可以应用特此外磁芯和特此外线圈。

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图 5 磁通门传感器基泉源基础理

基本磁通门传感器,旌旗暗记线圈在 P 端输入的电压旌旗暗记以下:

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(3)巨磁阻传感器

    基于巨磁阻效应的传感器其感应质料主要有三层:即参考层(Reference Layer或Pinned Layer),浅易层(Normal Layer)和自在层(Free Layer)。

GMR传感器基于巨磁电阻效应,即在外磁场的作用下传感器电阻会发生的变换。当磁场正向为零时,磁阻质料的电阻最年夜;在磁场正向或负向增年夜时,磁阻质料的电阻都减小。

从巨磁电阻GMR被发现以来,各应用已处于开发及适用化阶段,其首先在硬盘磁头上告成完成商品化,除直接丈量磁场外,在电流、位移、线速率和加速率等物理量的丈量也取得应用。

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图 6  巨磁阻传感器结构

巨磁阻电撒播感用具有辽阔的应用远景。其与传统电磁式电流互感器相比,能够丈量直流到高频(MHz量级)的电流旌旗暗记,特殊是它能够丈量直流电流,这关于直流输电系统中换流站中直流的监测极端有益。

四、结语

不合要领的丈量性能各有优弱点,除电流变压器和罗氏线圈没法直接丈量直流电流以外,其他丈量措施都能够丈量直流电流;Trace 电阻和电感电阻丈量电流的措施并未在丈量电路直接接入分流电阻,是以看待丈量电路的影响相对较小;磁通门是现在丈量精度最高的丈量手艺,且供应电气隔离和低能量损掉落等一些优点。
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