[其他]霍尔检测式直流传感器

说明书

本发明属于直流大电流工业测量仪器设备，采用多气隙磁路结构。多气隙的工作磁路被套在一层以上的多气隙屏蔽磁路之中。仅在工作磁路的部分气隙中放置霍尔元件。本发明所述的仪器其量程可做成从５００Ａ到１，０００，０００Ａ不同等级，结构简单、轻巧、调试、校验时仅与现场校验装置的电压输出比对或与各支路传感器总加电压信号比对即可。测量准确度高，线性度，并且几乎不消耗电能。

本发明属于直流大电流工业测量仪器设备。

研究霍尔检测式直流传感器，已有几十年的历史。50年代初期，西德西门子公司首先研制成功这种传感器。K·Meez，R，Schmid于1957年在ETZ-A，杂志第78卷，第20期734-736页上介绍过这种传感器，精度为0.2%，但特别笨重（100KA的传感器重达1800公斤）。60年代和70年代初期，苏联和我国也先后研制成功这种传感器。苏联的“电工技术”杂志42卷，1971年第3期37～41页上谈到霍尔检测式直流传感器的改进问题，它采用了多气隙磁路结构，使得体积、重量都有所下降，但牺牲了精度（0.5%），还是比较笨重，且制造工艺复杂，对霍尔元件要求过于苛刻，价格特别昂贵。

本发明的任务是在技术上解决测量准确度和传感器的体积和重量之间的矛盾，使传感器做到不受量程限制，为工业现场大电流的测量提供一种结构简单的，适用的直流大电流计量仪器设备。

本发明所说的仪器采用多气隙磁路结构，如图1所示。并仅在工作磁路（3）的部分气隙中放置霍尔元件，所说的多气隙工作磁路（3）被套在作磁屏蔽用的一层或多层多气隙屏蔽磁路（2）中。在多气隙工作磁路（3）与多气隙屏蔽磁路（2）之间有一定的间隙（4），其间隙（4）的大小可按本仪器所需测定的电流等级而确定。工作磁路（3）是由若干段铁芯（7）拼接而成，其铁芯段与铁芯段之间的气隙（1）间距按气隙中通过的磁通能均匀分布设计。工作磁路（3）的铁芯（7）横切面尺寸和长度可设计并制造成能适用于各种不同量程的通用形式。磁路拐角处（8）的铁芯可以用L型的成型铁芯，也可以用两段直的铁芯拼接而成。所说的多气隙屏蔽磁路（2）也为多段拼接而成，其气隙的位置可与工作磁路（3）气隙位置错开。屏蔽磁路（2）的厚度可以为3～50毫米。本发明所说的仪器其量程可做成从500安培到1，000，000安培不同等级。增大或减小量程可通过增加或减少铁芯（7）的段数和气隙（1）的长短来实现。用工作磁路外套一个多气隙屏蔽磁路的结构所做的霍尔检测式直流传感器可有效地降低杂散磁场和漏磁通对工作磁路的影响，因为，该多气隙屏蔽磁路在任何情况下都不会饱和，因此它总是具有良好的磁屏蔽效果，对杂散磁场而言是一种有效的衰减器，而对工作磁路中的磁压降没有任何防害，它对工作磁路只相当于一条并联磁路。若霍尔元件的放置是对称分布的，可进一步降低上述磁场对测量准确度的影响。

本发明由于只在部分气隙中放置霍尔元件，因而待测电流Ix与霍尔元件输出电压之间的关系可近似地表示为：

式中：n₁为霍尔元件总数;L₀₁为工作磁路气隙的长度;K为第1个霍尔元件的灵敏度;I₁为第1个霍尔元件的控制电流;E为第1个霍尔元件输出电势。

当穿越传感器窗口（5）的导电母排（6）尺寸以及与窗口（5）的相对位置固定后，G便为一常量。实验室条件下进行测试时，要求输出电压与待测电流成线性关系。现场调试可直接应用校验装置的电压输出信号进行对比，也可以先把各支路传感器校准，然后把它们总加起来获得总电压信号，再用此信号进行比对。

本发明采用差动求和放大器将各个霍尔元件的输出电压总加起来获得与待测电流成比例的输出信号，其输出电压可表示为：

其中R₁为差动求和放大器的等效输入电阻;R₁为反馈电阻。

本发明与现有技术相比，具有结构简单、轻巧、安装、使用、维修方便;并且有测量准确度高;线性度好;几乎不消耗电能（以100KA为例，本传感器的耗电量仅为零磁通互感器的）等性能上的优点;此外，本发明几乎不受量程上的限制。

表一为本发明与已有的同类技术综合比对的情况。