[发明专利]一种磁声电电流测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电流测量方法及装置。

背景技术

在现代科学技术和生产力的推动下，测量已经成为一门十分重要的学科，测量的对象日趋丰富，涵盖了绝大多数的物理量，其中电流测量在现代工业中十分普遍同时非常重要。目前常见的检测手段有分流器、铁心交流电流互感器、铁心直流电流互感器、空心线圈、磁通门电流传感器、光学电流传感器、霍尔电流传感器等。

分流器在低频小幅值电流测量中，表现出极高的精度和较快的响应速度。但无论采用多么巧妙的设计方法，分流器始终存在频率特性和发热问题，不能存本质上得到改善；交流电流互感器在工业现场交流电流的检测中十分普及，精度较高，但难以摆脱测量电流过大激磁电流使铁芯工作在饱和区，适合于电网工作频率附近频段电流测量，被测电流中存在暂态直流分量铁芯进入饱和区等缺陷；直流互感器是检测直流大电流的一种有效手段，其缺点主要为体积较大、价格较高；空心线圈在交流电流的测量中不存在磁饱和现象，拥有体积小、价格低的特点，在电力系统暂态电流测量和工业脉冲大电流测量中有比较普遍的应用，但精度低、不适合用于小电流测量；磁通门能够准确的检测磁场，但仅适用于近似于直流的稳恒微弱电流测量；光学电流传感器抗电磁干扰能力强、不存在暂态磁饱和现象，有较宽的动态测量范围和频率响应范围，但测量精度有限、稳定性差；霍尔电流传感器是一种典型的有源型电流检测方法，是针对低频率或直流电流测量的简单而有效的检测方法，为数百安培以内电流检测的首选产品，但霍尔电流传感器需要保证甚至提高稳定性和精度的基础上减小其体积、重量和价格。

总体而言，对于直流测量，分流器和霍尔电流传感器原理最为简单，霍尔电流传感器与分流器相比，其优点是可以有效的实现测量信号与被测信号之间的电气绝缘，事实也证明霍尔电流传感器是工业领域检测直流电流常用的手段。电流互感器是电力系统的重要设备，在电力系统的计量、监控以及保护中起着很重要的作用。长期以来，电力系统一直采用的是电磁式电流互感器，他的优点是原理简单、可靠性高、输出容量大，性能稳定。

电流和磁场有着非常密切的联系，通过测量磁场来获知电流的大小有效而可行，所以与磁效应有关的物理方法都可以作为磁场和电流测量的方案。在上述的电流传感器中，霍尔电流传感器采用的是霍尔元件的磁阻效应，空心线圈和电流互感器利用的是电磁感应效应，基于法拉第效应的电流传感器利用了磁光效应，这些都是比较常见且技术相对成熟的磁场或电流检测方法。

无论是霍尔电流传感器、空心线圈还是电流互感器，都是利用磁场作为中间量来计算所测电流，这与本专利的思路有相似之处，但传统方法由于采用磁阻效应、电磁感应等原理，存在采用磁芯或者存在气隙的特点，带来了一系列的不足。如随着电力系统输电网络电压等级的不断提高，电磁式电流互感器也暴露出了其固有的缺点：体积越来越庞大，设备越来越笨重，绝缘造价原来越高，而且存在爆炸和绝缘击穿的危险；更严重的是由于其无法解决磁饱和的问题，已经很难正确反映线路的故障电流；而测量装置磁芯气隙的存在也使得测量精度难以提高。

发明内容

为了克服上述现有方法的不足，本发明提出一种磁声电电流测量方法及装置。本发明可解决传统方法的磁饱和问题，更好地实现测量信号与被测信号之间的电气绝缘，为直流导线电流的测量提供新的思路。

本发明磁声电电流测量方法基于被测载流导线周围的磁场分布和超声探头发射超声波声场激励的相互耦合作用产生电场的原理，通过测量该电场的电位差，求解出被测载流导线周围磁场分布，进而计算出被测的载流导线的电流参数。被测的载流导线悬空放置，载流导线周围产生以载流导线为轴的一系列同心圆的磁场，且离载流导线越远磁场越弱，磁场方向为圆的切线方向。本发明引入金属薄片，所述的金属薄片水平放置在载流导线周围，金属薄片的水平平面方向与载流导线的电流在金属薄片放置处产生的磁场方向一致。本发明将超声探头垂直于金属薄片放置，超声探头发射的超声波垂直入射至金属薄片，使金属薄片在超声波焦斑区域内的质点随超声波的传播而产生振动，同时在载流导线产生的磁场共同作用下，受到洛仑兹力作用，进而在金属薄片内产生局部电场。通过贴放在金属薄片上的测量电极可测得相应的电位差，通过电位差、质点振速和金属薄片电导率，可求出载流导线周围的磁感应强度。根据导线周围磁场与载流导线电流的关系，从而测得载流导线中流过的电流。

本发明可克服传统方法的磁饱和问题，以及由于气隙所带来的精度低的问题。本发明可有效的实现测量信号与被测信号之间的电气绝缘。

本发明方法求解被测载流导线周围空间电磁场的原理如下：