[发明专利]罗哥夫斯基电流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及高电压测量技术，尤其涉及一种罗哥夫斯基(Rogowski)电流传感器。

背景技术

罗哥夫斯基线圈是一种空心或带磁芯的环形线圈，工作机理为电磁感应原理，可直接套在被测导体上来测量通过导体的交流电流。该线圈的测量范围从几毫安到几百千安，可满足不同的测量要求。罗哥夫斯基线圈具有适用频率宽，测量幅值广，线性度好，易于标定，与一次回路无电气连接等优点。因此，在很多领域都有着极其广泛的应用前景，例如电能质量监控，整流器监测，局放监测等。

在现有技术中，单独测量大电流和小电流的基于罗哥夫斯基线圈的测量传感器已经比较成熟。但这些电流传感器只能较好地测量单一幅值范围电流信号。若电流幅值变化较大，则很难在整个实验过程中进行完整测量。

发明内容

本发明的目的是提出一种罗哥夫斯基电流传感器，能够测量具有较宽的幅值范围的电流信号。

为实现上述目的，本发明提供了一种罗哥夫斯基电流传感器，包括：

外部屏蔽结构；

圆环形磁介质骨架；

分别独立绕制在所述圆环形磁介质骨架的第一线圈和第二线圈，所述第一线圈具有比所述第二线圈更多的绕线匝数；

所述第一线圈和第二线圈分别并联有对应阻值的第一积分电阻和第二积分电阻；

所述第一积分电阻和第二积分电阻分别具有对应的测量信号输出端；

所述第二积分电阻还并联有瞬变电压抑制二极管。

在本实施例中，在线圈构造中通过在圆环形磁介质骨架绕制不同绕线匝数的线圈，使传感器实现对更宽幅值范围的电流信号的测量，并通过在第二积分电阻并联TVS的方式，在线圈通过较大电流时限制第二积分电阻两端的出口电压，以免因感应出高电压而威胁后级测量仪器的安全。

优选的，所述第一线圈的线圈匝数：100～1000匝，积分电阻：0.1～10Ω，电流范围约为：100A～几十kA；所述第二线圈的绕线匝数：1～100匝，积分电阻：10～1000Ω，电流范围约为：1mA～几十A。通过较大电流线圈的绕线匝数较多，对应的积分电阻较小；通过较小电流线圈的绕线匝数较少，对应的积分电阻较大。

优选的，与所述第一线圈对应的第一积分电阻的阻值为0.1～10Ω，与所述第二线圈对应的第二积分电阻的阻值为10～1000Ω。

优选的，所述圆环形磁介质骨架为镍-锌铁氧体材料制成的实心环形结构。与普通磁芯如锰锌铁氧体材料相比，由于镍-锌铁氧体材料相对初始磁导率较低，可在10kHz～300MHz范围内使用(锰锌铁氧体使用频率范围约为：1kHz～10MHz)，从而扩大了本发明传感器的使用频带。

进一步的，所述外部屏蔽结构为环形结构的金属屏蔽盒，在所述金属屏蔽盒中容纳绕制了第一线圈和第二线圈的所述圆环形磁芯、第一积分电阻、第二积分电阻和瞬变电压抑制二极管，所述金属屏蔽盒的外周设有窄缝结构。金属屏蔽盒将传感器的主要工作部件容纳起来，可以防止外界的电磁干扰，窄缝结构可以为一次侧电流的磁场提供耦合通路。

采用金属材料的屏蔽盒可以实现防止电磁干扰的功能，例如采用铝或者铜等磁导率较低的金属。

进一步的，所述第一线圈与第二线圈的相邻边缘的间距为1/4倍的所述圆环形磁介质骨架的周长。第一线圈和第二线圈均单独绕制，不能重合，且要求保持至少1/4周长的空间距离。

优选的，所述间距为1/4倍的所述圆环形磁介质骨架的周长。

优选的，所述第一积分电阻和第二积分电阻采用无感电阻。由于测量快速变化的电流需要降低积分电阻的电感，普通电阻的杂散电感较大，积分时会发生较大振荡，不能较好还原原始电流信号，传感器的测量频带和精度均会受到影响，因此采用无感电阻则可以较好还原原始电流信号，保证传感器的测量频带和精度。

基于上述技术方案，本发明实施例在线圈构造中通过在圆环形磁介质骨架绕制不同绕线匝数的线圈，使传感器实现对更宽幅值范围的电流信号的测量，解决了普通电流传感器只能测量单一幅值范围电流信号所导致的应用范围较有限的问题，并通过在第二积分电阻并联TVS的方式，在线圈通过较大电流时限制第二积分电阻两端的出口电压，以免因感应出高电压而威胁后级测量仪器的安全，提高了传感器的可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明罗哥夫斯基电流传感器的一实施例的结构示意图。

图2为采用本发明罗哥夫斯基电流传感器实施例测试28mA较小电流的方波响应曲线示意图。