专利名称：带有测头的感应式电流表的制作方法
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μ1＞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ta和下降沿时间tb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。
图13显示单元外观示意图。
具体实施例方式测头内的两个磁饱和线圈(图1)2对称放置在U形壳体3的左右两侧狭槽内，找正位置用CH31型环氧素质胶4封装固定。线圈引线AF0.1型安装线引出，通过导管7与测头馈线9联接。用螺钉10将馈线9固定于尾部套管8上，防止馈线松动。夹线器5在导管7上往复滑动，测量时将被测导线直于U形壳体3的凹槽内，夹线器5在弹簧6的作用下将导线夹紧固定(图2)。导管、尾部套管、夹线器均用电木车制而成。壳体用电工纯铁或其它导磁材料压铸或冷加工制作。馈线采用两根单芯屏蔽线，弹簧外径为16毫米，采用φ0.8毫米弹簧钢丝按4mm节距绕8圈制成。磁饱和线圈的铁芯材料采用1J79、1J85、1J88均可以，厚度为0.05毫米，经冲裁或腐蚀工艺使其芯片中心开有方孔，形成两个磁轭a1，a2，(图3)，再经磁性能热处理，达到起始导磁率μ1＞0.025亨/米。取四片迭齐后用502胶粘固。磁饱和线圈的激磁绕组(图4)WA采用φ0.1mm漆包线分别在铁芯的两个磁轭上手工穿绕15匝，起末端各留出引线30毫米(绕制前先在铁芯上包一层0.01毫米厚的涤纶薄膜)。绕线方向要保证通电流后两个磁轭中的磁通成闭合回路(图4)。在绕好的激磁绕组外面包一层涤纶薄膜。输出绕组(图5)WB用φ0.06mm漆包线在铁芯外面密绕250匝，将激磁绕组包容在内。始端留引线30毫米，末端留引线60毫米。测头中的两个磁饱和线圈作差动方式联接(图8)输出绕组WB1WB2的同名端作为输出信号G、F。地磁场在铁芯B1B2中产生的磁通方向相同(图9)在WB1WB2中感应出的电压信号为同相位共模信号，互相抵消，抑制了地磁场干扰。载流导线(图9)A周围磁场在铁芯B1B2中的磁通方向相反。在WB1WB2中感应出的电压信号为反相差模信号，互相迭加，提高了测量灵敏度。补偿器的铁芯、绕组结构、参数、材料实施工艺与测头中磁饱和线圈相同。小磁体是用缝衣针截成6～8mm长的小段，放到磁石上充磁后制成。与磁饱和线圈铁芯长度方向平行的放置在录音磁头外壳内，按着原理图(图11)接线。显示单元面板上(图13)的μA表型号为CI-A，满刻度为100μA。量程转换开关K1，功能转换开关K3(交流、直流、电源电压)为三掷波段开关。倍率开关K2电源开关K4为小型双刀双掷开关。调零电位器R154.7KΩ。电源为9伏迭层电池。仪表外壳用电木粉压铸。显示单元电器原理图(图11)施密特触发器采用CH40106集成片。构成4KC的方波信号源，经BG2BG3，复和管射极输出方波脉冲电流(图6)1，为测头激磁绕组提供激磁电流。其上升沿时间为ta，下降沿时间为tb(图6)2，在输出绕组感应出尖形脉冲电压(图6)3。载流道线周围磁场在测头中感应的电压信号(图7)1，2经D1检波，R4R5R6C3滤波。场效应管BG3放大，BG5BG6功放后推动微安表显示测量结果。微安表基准电压由BG7射极输出。BG8、C4、R25构成稳压电路。为检测电路提供稳定的电源电压。保证测量精度。施密特触发器a5、BG9、R26、R27、C6组成定时开关电路，节省电源。电路图中的电器元件焊接在一块印刷线路板上之后再插入CH40106集成片。将线路板用螺钉固定在仪表壳内。调试工艺①K4置“开”，调节R21使BG7，的发射极电压为2.6V。②K3置“Ⅱ”，K1置“100mA”，K2置“×1”，将调试用的导线夹在测头上，测头插头与仪表壳上插座(图14)J相接。③用调零电位器R15使表头指针对准零位。④将R18调到阻值最大位置，在调试导线上通以100mA直流电流，调节R12使表头指针对准满刻度。若达不到再调R18至满刻度。⑤验证断开调试电流仪表指针回零，接通100mA调试电流，仪表达满刻度。否则重复进行③④项。⑥当调试电流分别为1A、10A、50A时量程开关K1K2置入相应位置，分别调节R7R8R10，使仪表指针的显示达到⑤中的要求。⑦将功能转换开关K3置“Ⅰ”，其它开关置任意位置，取下9V电池，用标准9V直流电源代替电池接入仪表电路。调节R23使表针对准刻度“9”，仪表指示电压值，用于随时检测电池电压。当电压降至7V时要更换电池。⑧将K3置“Ⅲ”为交流测量，调试方法如下将K1置“1A”档，在调试导线上通以1A交流电流，调节R28，最后达到直流调试⑤中的要求。本档调节后，其它各档量程即随之调好，不须单独调试。如果测量范围需要扩大，则改变测头凹槽尺寸。
权利要求
1.带有测头的感应式电流表，由测头和显示单元组成。显示单元由方波信号源、脉冲、检波、放大、功率放大、定时、稳压电路及电源(电池)、量程转换开关、功能转换开关、表头、面板、仪器外壳等组成。本发明的特征是仪表测头由两个绕在铁芯上的磁饱和线圈对称的放置在U形壳体的左右两侧狭槽内；在测头与显示单元中的电流功放电路之间串接一个补偿器。
2.如权利要求1所述的电流表，其特征在于测头中磁饱和线圈的铁芯采用高导磁材料(起始导磁率μi＞0.025亨/米)，制成中心开有方孔的矩形金属片，每个磁饱和线圈由激磁绕组和输出绕组组成，两个磁饱和线圈作差动方式联接。
3.如权利要求1所述的电流表，其特征在于测头磁饱和线圈引线通过导管与测头馈线联接，用螺钉将馈线固定于测头的尾部套管上。在导管上套有同心夹线器和弹簧。
4.如权利要求1所述的电流表，其特征在于补偿器是由磁饱和线圈和一个与饱和线圈内铁芯长度方向平行的小磁体一起放入录音磁头外壳内，用环氧树脂胶封装固定构成。
全文摘要
带有测头的感应式电流表属于直读式电工测量仪表。解决了交直流在线测量灵敏度较低测量范围较窄的技术问题。仪表由测头和显示单元组成。测头内的两个绕在高导磁材料为铁芯的磁饱和线圈将载流导线周围的磁场信号转变为电压信号，此电压信号经显示单元部分的电路转换工作后，推动表头显示测量结果。适用于电器行业的测量与维修。
文档编号G01R19/00GK1032706SQ88100349
公开日1989年5月3日 申请日期1988年1月24日 优先权日1988年1月24日
发明者付杰民 申请人:付杰民