[发明专利]带有测头的感应式电流表

说明书

带有测头的感应式电流表属直读式电工测量仪表。

现有的交直流电流表一般均为接触式仪表，如万用表和实验室仪表需要串接到电路中方能进行测量，麻烦、费时间，增加测量误差，尤其是需要在线测量时便无法进行。钳形表虽然能进行在线测量，但灵敏度低。被测电流小于1安培时分辨较难，一般适用于交流电流测量。具有交直流两用功能的钳形表，其灵敏度更低，只能对几十安培以上的大电流进行测量。

为了测量方便，减少测量误差，解决交、直流毫安级电流的在线测量，发明了带有测头的感应式电流表。

本发明的设计构思是：根据电磁感应定律为基本原理，用特制的测头将载流导线周围的磁场信号转变为电压信号，由此电压信号经显示单元部分的电路转换工作后测量出导线中的电流大小。电流表由测头与显示单元组成。显示单元包括方波信号源、脉冲、检波、放大、功放、定时、稳压电路及电池电源、量程转换开关、功能转换（交、直流、电源电压）开关、表头、面板、仪表外壳等。测头上有两个绕在高导磁材料（初始导磁率μ_i＞0.025亨/米）为铁芯的磁饱和线围，对称地放置在U形壳体的左右两侧狭槽内。测量时夹线器在弹簧作用下，将置于U形壳体凹槽内的被测载流导线夹紧固定。每个磁饱和线圈有激磁绕组和输出绕组。激磁绕组绕在中心开有方孔，被形成了两个磁轭的铁芯上。绕组绕向应保证通电流后在两个磁轭内的磁通构成闭合回路。输出绕组绕在整个铁芯的外面，包容着两个磁轭。磁饱和线圈作差动方式联接。仪表工作时由显示单元的方波信号源为激磁绕组输出方波脉冲电流，在T1时刻脉冲电流幅值为零，激磁绕组没有电流。此时若有稳定的外磁场存在，则在两个磁轭内有一恒定的磁通，输出绕组内无电压信号。当T2时刻到来时，在激磁绕组内突然通以恒幅值电流，产生的磁通使磁轭饱和，因而外磁场在铁芯中的磁通将急剧减弱，由于铁芯中的磁通急剧变化，在输出绕组中将感应出一个正的尖脉冲电压。同理在T3时刻感应出一个负的尖脉冲电压。感应电动势e＝k×△φ/△t，K-为常数由铁芯材料和磁饱线圈绕组匝数决定。磁通变化率△φ/△t大小取决于外磁场强度、磁轭饱和深度和磁轭由饱和状态与非饱和状态相互转变的过渡时间。其中磁轭饱和深度由激磁电流的幅值决定，转变时间由激磁电流的上升沿时间t_a和下降沿时间t_b决定。因此当激磁脉冲电流幅值和波形不变时，则输出绕组内感应电压信号大小与外磁场强度成正比。又因载流直导线形成的磁场强度与电流成正比，与距离成反比。测量时保持被测导线与测头内两个磁饱和线圈间的距离不变，测头中感应的电压信号幅值正比与被测导线中的电流强度。交流电流测量原理与直流相同。区别在于测头输出波形的幅值不同，因为交流导线周围的磁场强度和方向成周期性变化，所以测头内感应的电压信号幅值和相位也成周期性变化。为了实现小电流测量也能保证线性度，在显示单元的激磁电流功放

电路与测头之间串接一个补偿器。其绕组结构原理与测头中的磁饱和线圈相同，此外在此饱和线圈铁芯的长度方向上平行放入一个小磁体，当补偿器激磁绕组通有激磁脉冲电流时，由于小磁体的存在，在补偿器输出绕组中产生很高的脉冲电压信号，其幅值超过二级管D₁的结压降，将此电压信号与测头产生的电压信号相迭加，再经D₁检波后便解决了小信号减波时的非线性失真。

本发明的优点是：①交直流两用，测量精度为±5%。测量范围宽，从几毫安至几十安几百安均能测量。②能在线测量，使用方便，减少测量时间。为不允许将被测导线从电路中拆下的场合提供了灵敏度较高的测试手段。③消除了因电流表串接在被测电路中由内组带来的误差。广泛适用于电器、电机、仪器设备、输变电线路等方面的测量与维修。

说明书附图：

图1：测头总体结构示意图。

图2：测头夹线器工作示意图。

图3：铁芯结构示意图。

图4：激磁绕组示意图。

图5：输出绕组石意图。

图6-1：激磁方波脉冲电流波形图。

图6-2：激磁方波脉冲电流上升沿与下降沿时间石意图。

图6-3：输出绕组感应的尖脉冲电压波形图。

图7-1：直流测量时测头输出波形。

图7-2：交流测量时测头输出波形。

图7-3：交流磁场波形。

图8：磁饱和线圈差动方式联接原理图。

图9：抑制地磁场干扰原理示意图。

图10：电路原理结构方框图。

图11：显示单元电器原理图。

图12：补偿器结构示意图。