磁通门电流传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明的技术方案涉及用于测量电流的装置，具体地说是磁通门电流传感器。
【背景技术】
[0002]随着电力电子技术的发展，高性能的电流传感器的需求日趋增大，越来越多的电流传感器也随之进入研宄人员的研宄范围内。传统的电流检测装置包括分流器、电流互感器、罗氏线圈和霍尔传感器；现有的新型电流检测装置包括磁通门电流传感器、巨磁阻效应电流传感器和光纤传感器。霍尔传感器由于其原理简单和控制方便，目前在工程应用上最为广泛，但是霍尔传感器存在对磁场的灵敏度低，并且温漂和零漂比较大的缺陷。磁通门电流传感器则具有独特的磁感应能力、对施加磁场高灵敏度、高精度和小型化的特点，相比之下，磁通门电流传感器也就有了突出的研发和应用优势。
[0003]CN203658558U提出了一种环形磁通门探头，特征是激励线圈缠绕包围整个磁芯，形成闭合磁路，感应线圈分三组，在缠绕了激励线圈的磁芯上按圆周对称排列；CN101545958A公开了一种双向饱和时间差磁通门电流传感器，该传感器磁芯的两端绕有激励线圈，中段绕有感应线圈；以上两种电流传感器均采用了激励绕组和原边被测绕组、二次反馈绕组平行分布，导致其相互耦合，影响了电流测量结果的准确度。US3218547A公开了单磁芯磁通门电流传感器，采用了传感线圈置于励磁线圈的正交位置，此绕组正交分布的磁通门电流传感器，载流导体产生的磁场很容易受周围杂散磁场影响，这些杂散磁场使得通过磁芯的有效磁场大大减少，从而会引起传感器产生较大的输出误差，影响了电流测量结果的灵敏度和测量精度。鉴于上述现有的磁通门电流传感器所存在的技术上的缺点，最终导致现有的磁通门电流传感器在实际测量中会产生较大的输出误差，存在电流测量结果的准确度较差的缺陷。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:提供磁通门电流传感器，是带有聚磁壳和采用绕组正交分布的磁通门电流传感器，消除了绕组之间的耦合，同时引入聚磁壳，聚集了有效磁场，屏蔽了周围杂散磁场影响，不仅克服了现有的磁通门电流传感器在实际测量中会产生较大的输出误差，存在电流测量结果的准确度较差的缺陷，还提高了测量的灵敏度。
[0005]本发明解决该技术问题所采用的技术方案是:磁通门电流传感器，是一种带有聚磁壳和采用绕组正交分布的磁通门电流传感器，包含磁通门检测探头和信号处理电路；其中，磁通门检测探头由一个聚磁壳加环形磁芯和激励绕组加二次反馈绕组构成，环形磁芯放在聚磁壳内部，激励绕组为一根导线在环形磁芯上沿着该环形磁芯的径向均匀缠绕100?150匝形成的绕组，二次反馈绕组为在激励绕组缠好后沿着环形磁芯的圆周方向再均匀缠绕200?300匝形成的绕组；信号处理电路分为激励电路和零磁通检测电路两部分，激励电路部分又包括激励信号发生电路和信号驱动电路；激励绕组一端经激励信号发生电路中的采样电阻接地，激励绕组另一端与激励电路中的信号驱动电路相连接，信号驱动电路的输出连接零磁通检测电路的输入，零磁通检测电路又分为积分比较器电路和H桥驱动电路两部分，积分比较器电路为零磁通检测电路的输入，积分比较器电路的输出连接H桥驱动电路的输入，H桥驱动电路的输出连接二次反馈绕组的一端，二次反馈绕组的另一端通过分流电阻接地。
[0006]上述磁通门电流传感器，所述聚磁壳采用的是坡莫合金材料制作，其电阻率为0.56 μ Ω.m，居里点为400°C，饱和磁感应强度为Bs= 0.7T，饱和磁感应强度下的矫顽力Hc不大于1.6A/m，直流磁性能满足在0.08A/m磁场强度中的磁导率不小于37.5mH/m，厚度是2mm，长度是30mm，宽度是30mm,高度是15mm。
[0007]上述磁通门电流传感器，所述环形磁芯所用的材料为铁基纳米晶软磁材料，其饱和磁通密度为Bs= 1.2T,矫顽力He〈5A/m，饱和磁致伸缩系数为s = 10_8?10 _6，磁导率为15000?150000H/m，铁芯损耗(100ΚΗζ，0.3Τ) PFe= 80W/Kg，该环形磁芯的内径为10mm、夕卜径为20mm和高为10mm。
[0008]上述磁通门电流传感器，所述各个绕组所用的材质均为漆包线，直径为0.3mm。
[0009]上述磁通门电流传感器，所述H桥驱动电路采用的芯片是IR2110。
[0010]上述磁通门电流传感器，所述采样电阻为20ΚΩ，分流电阻为150Ω。
[0011]上述磁通门电流传感器，所述激励电路，包括激励信号发生电路和信号驱动电路，其构成是:主要包括用于激励信号发生电路的芯片LM6132和用于信号驱动电路的芯片IR2101s，LM6132为功率放大器，包括8个引脚，LM6132的引脚1、LM6132的引脚2与LM6132的引脚6由阻值为3.3K Ω的电阻R1连接，LM6132的引脚3与阻值为20K Ω的采样电阻Rs—端相连，采样电阻Rs另一端接地，LM6132的引脚4接-12V直流电压和一个电容值为0.1 UF的稳压电容Ci，LM6132的引脚5与两个并联电阻相连，其中一个阻值为3.9ΚΩ的并联电阻R2接地，另一个阻值为27ΚΩ的并联电阻R 3与LM6132的引脚7共同接在IR2101s的引脚2上；LM6132的引脚8接+12V直流电压和一个电容值为0.1 μ F的稳压电容C2的一端，电容(:2的另一端接地，IR2101S的引脚I接12V直流电压，这个12V电压同时通过一个型号为1Ν4106的二极管01与IR2101S的引脚8连接，IR2101s的引脚8再通过一个电容值为0.1 UF的电容C3连接在IR2101s的引脚6上；IR2101s的引脚3和IR2101s的引脚7悬空，IR2101s的引脚4和IR2101s的引脚5接地。
[0012]上述磁通门电流传感器，所述零磁通检测电路，包括积分比较器电路和H桥驱动电路两部分，其中，积分比较器电路的构成是:主要包括芯片TLC2652，包括8个引脚，TLC2652的引脚I经电容值为0.1 μ F的电容CjP电容值为IF的C 2后接地，在C:和C 2之间连接电容值为0.01 yF的电容C3，电容C3的另一端连接TLC2652的引脚8，TLC2652的引脚2与阻值为20ΚΩ的电阻R1相连，R ^勺另一端与上述的信号驱动电路的输出和电容值为0.01 yF的电容(；相连接，电容C 4的另一端连接着TLC2652的引脚6和阻值为100 Ω的电阻R2,电阻民的另一端连接着H桥驱动电路的输入，TLC2652的引脚3经阻值为20K Ω的电阻R3接地，TLC2652的引脚4连接-15V的直流电压，TLC2652的引脚5悬空，TLC2652的引脚7连接+15V的直流电压。
[0013]上述磁通门电流传感器，所述H桥驱动电路的电路构成是公知的(楚斌.《IR2110功率驱动集成芯片应用》.电子工程师.2004.30 (10).的图2)。
[0014]本发明的有益效果是:与现有技术相比，本发明的突出的实质性特点如下:磁通门电流传感器工作原理是基于载流导体产生的磁场，为了使磁场尽量增大同时保证外界杂散磁场干扰最小，经过发明人的艰辛研发证明，有效的方法就是本发明应用的聚磁技术，即本发明所采用的聚磁壳并且将其设计成U型结构。聚磁技术是用来聚集原边被测有效磁场，隔离磁场耦合的措施，是利用磁通沿低磁阻路径流通的原理来改变外界杂散磁场的方向，从而使磁力线聚集于壳内。由磁阻公式Rni= I/μ S可知，磁阻与材料的磁导率成反比，因此一般要选用高磁导率材料。为了增大检测范围的量程，应选用高饱和磁密的导磁材料，同时为了得到精确的检测结果，要选用低磁滞和低矫顽力材料。常用的聚磁材料包括:硅钢片、坡莫合金和非晶合金。其中非晶合金磁导率最高，但价格较为昂贵，硅钢片价格便宜，但磁导率较低。从性能和成本方面考虑，本发明选择坡莫合金作为聚磁壳材料。
[0015]本发明的磁通门电流传感器在带聚磁壳的同时，还采用激励绕组和二次反馈绕组正交分布，能够很好地将二次反馈磁场从励磁磁场物理地去耦合，从而将励磁磁场的贡献从原边被测信号中去除。
[0016]下面的实施例将进一步说明本发明的突出的实质性原理。
[0017]与现有技术相比，本发明的显著优点在于:
[0018](I)本发明磁通门电流传感器，由于引入聚磁壳，有效地聚集了原边被测磁场，屏蔽了周围杂散磁场影响，减少了外界杂散磁场的干扰，同时增加了传感器的磁增益系数，使得传感器输出的灵敏度得到了很大的提高，而且使得测量精度得以大大提高，可以精确地测得直流和低频的交流电，使得现有磁通门电流传感器测得的直流值提高到25Α，具有仅为6%。超低的相对误差。
[0019](2)本发明磁通门电流传感器，采用激励绕组和二次反馈绕组正交分布，消除了绕组之间的耦合，避免了测量系统额外的补偿模块，并且降低了由于磁性器件固有的磁滞现象所造成的误差。
【附图说明】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0021]图1为本发明磁通门电流传感器总的构成示意图。
[0022]图2为本发明磁通门电流传感器的磁通门检测探头的结构示意图。
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