CN106645863A - 一种基于双磁通门技术的电压传感器 - Google Patents
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Abstract
一种基于双磁通门技术的电压传感器，包括外壳、双磁芯绕组构成的双磁通门测量头、电路板、屏蔽罩四大部分，所述双磁芯绕组构成的双磁通门、电路板及屏蔽罩设置在外壳内，通过外壳上下盖卡扣合为一体，所述双磁芯绕组的磁芯为高导磁低剩磁的矩磁材料构成，两个磁芯构成两个磁通门探头，两个磁芯绕组上分别绕有两组绕线即激励绕组与检测绕组。所述双磁芯绕组中的绕组并联接入方波信号发生器，在双磁芯绕组中分别产生饱和磁通量，设置在每一个磁芯上的检测绕组能分别检测每一个磁芯中的磁通量，两个检测绕组分别带上一个相等的电阻负载，即可在电阻上再现激励绕组中的振荡电流波形。
Description
技术领域
本发明涉及一种电压传感器，尤其是一种基于双磁通门技术的电压传感器。
背景技术
测量电压有很多种方法，对于测量交流而言，交流电压互感器的使用非常普遍。对于测量直流电压来说，通常用到霍尔原理，通过测量电流间接测量电压，或者用线性光耦来测量电压。每一种测量电压的方法均有其优点及缺点。
比如，交流互感器只能用于测量交流电压，线性光耦的隔离效果不佳，耐压较低。怎样才能既能满***直流电压的精确测量又能满足高度绝缘以及快速响应并且低功耗的要求，不管是在工业控制领域或者测量领域，都迫切需要找到一种可靠地装置满足这些要求。
智能电网近些年取得了迅猛的发展，电压的准确测量也是非常迫切的任务。该任务提出了以下要求：电压传感器要既能测量直流电压又能测量交流电压，频带要求能达到13Khz或更高，输入电流小于0.1mA，测量精度不低于0.5%。目前市场上没有能够完全满足所述要求的产品，需要根据要求采用不同于市场上常用产品的技术手段，从根本上解决目前测量电压产品存在的各种问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高频带，既能测量交流电压又能测量直流电压，稳定性高，低输入电流，高精度，低温漂的电压传感器。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于双磁通门技术的电压传感器，包括外壳、双磁芯绕组构成的双磁通门测量头、电路板、屏蔽罩四大部分，所述双磁芯绕组构成的双磁通门、电路板及屏蔽罩设置在外壳内，通过外壳上下盖卡扣合为一体，所述双磁芯绕组的磁芯为高导磁低剩磁的矩磁材料构成，两个磁芯构成两个磁通门探头，两个磁芯绕组上分别绕有两组绕线即激励绕组与检测绕组。所述双磁芯绕组中的绕组并联接入方波信号发生器，在双磁芯绕组中分别产生饱和磁通量，设置在每一个磁芯上的检测绕组能分别检测每一个磁芯中的磁通量，两个检测绕组分别带上一个相等的电阻负载，即可在电阻上再现激励绕组中的振荡电流波形。在所测量的电流为零时，合成电压为零，如果输入电流不是零，则合成电压不是零，其二次分量能准确反应输入电流的大小，此即为磁通门的基本原理。该合成电压可以被放大滤波后直接输出，此为开环磁通门原理，如果该合成电压放大后反馈推动补偿线圈，补偿线圈产生的磁通与原边电流产生的磁通大小相等方向相反，从而合成磁通为零，此时补偿电流大小可反映原边电流大小，此为闭环磁通门原理。 合成电压或者补偿电流会通过设置在电路板上的信号转换电路，通过信号转换，输出与原边电流同步的电压或电流信号，并最终由输出端子输出。
优选地，所述发明产品采用双磁芯构 成的双磁通门原理。
优选地，所述双磁芯绕组每个磁芯具有2个绕组，一个激励绕组，一个检测绕组。
优选地，所述磁芯中的磁芯均为环形不存在切口，不存在漏磁。
优选地，所述屏蔽罩设置在双磁芯绕组的外面并采用高导磁软磁材料，抗干扰能力提高。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明采用了双磁芯绕组构成的双磁通门原理，消除了激磁电流对原边电流的影响，通过比较两个磁通门探头输出的电压差值，可以得到正比于原边电流的差值电压信号，精度大大提高。可以测量极其微小的电流值，故只需要很少的原边匝数，配合较大的输入电阻值即可实现稳定测量电压，因为原边匝数低，故频率也得到了很大提升，同时也实现了极低输入功耗的要求。内置高导磁屏蔽罩，可以大幅度降低地磁及外界干扰的影响。
具体实施方式
参照附图1至3，一种基于双磁芯磁通门技术的电压传感器。双磁芯磁通门的原理：磁芯1001和绕组We1构成一个磁芯绕组，磁芯1002和We2构成一个绕组，两个磁芯的型号、尺寸及材料参数完全一致，激励绕组1003 We1和1004 We2是两组匝数相同的绕组，参数一致。方波发生器产生方波信号，两个激励线圈互相对称反向接入，也就是使两个激励线圈的极性相反，方波电压进入两个激励线圈1003 We1和1004 We2，则分别在磁芯的另一个检测线圈1005 Wd1和1006 Wd2上检测出两个电压Ud1和Ud2，这两个电压极性相反，在1007 输入电流IP=0时，理论上Ud1与Ud2的合成电压和为零。参考图2，当电压不为零，也就是通过分压电阻网络Ri的电流不是零时，由于一个磁芯绕组1001的饱和方向与另一磁芯1002的饱和方向不同，分别是正向提前饱和与反向提前饱和，感应线圈Wd1与Wd2所感应出来的电压Ud1与Ud2的合成电压也将不是零。导致其不对称的原因是二次谐波的存在，也就是Ud1与Ud2的合成电压中的二次谐波成分导致了其不平衡，该二次谐波的大小反映原边电流Ip的大小。通过设置一个二次谐波处理单元1009，将二次谐波进行处理可以得到与原边电流IP方向相同，大小成比例的电压信号。处理后的信号经过放大器1010放大后可直接输出，此为开环控制的原理。如果通过1010放大器放大后推动补偿电路1013,产生与原边Ip电流方向相反的补偿电流，并使补偿电流Is产生的磁场与Ip产生的磁场大小相同方向相反，此时补偿电流Is在测量电阻1012 Rm上得到的电压与原边电流Ip是成比例跟随关系，此为闭环控制的原理
本发明所采用双磁芯构成双磁通门，磁芯结构具有特殊性，要求两个磁芯型号相同，绕组参数一致，但极性相反。其安装过程可参照图3，两个磁芯绕组放入屏蔽壳2003内，固定于印刷电路板2002上，印刷电路板上设置有电子电路用于信号处理，外壳上盖2004与下盖2004均为塑料材质，电绝缘良好。输入电压经过输入端子2006进入壳体，处理后的输出信号以及供电通过端子2007实现。
本发明的优点是：（1）两个磁芯绕组构成双磁通门，取合成后的二次谐波信号，信噪比大大提高；（2）原边与副边隔离，高度绝缘，对于测量电压信号有优势。（3）灵敏度高，可以测量微小电压及电流信号；（4）温度特性好， 低温漂满足稳定测量要求。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (5)
1.一种基于双磁芯磁通门技术的电压传感器，其特征在于，采用双磁芯绕组构成的双磁通门结构，包括外壳、磁芯绕组、电路板、屏蔽罩四大部分，所述磁芯绕组、电路板及屏蔽罩均设置在外壳内部，通过外壳的上下盖卡扣合为一体，内部灌封，所述磁芯绕组采用了双磁芯结构，所述屏蔽罩采用高导磁软磁材料，所述磁芯材料采用高导磁的矩磁材料。
2. 根据权利要求1所述的一种基于双磁芯磁通门技术的电压传感器，其特征在于，所述磁芯绕组具有激励绕组和检测绕组。
3. 根据权利要求1所述的一种基于双磁芯磁通门技术的电压传感器，其特征在于，所述磁芯采用高导磁易饱和的矩磁材料。
4. 根据权利要求1所述的一种基于双磁芯磁通门技术的电压传感器，其特征在于，所述双磁芯绕组设置在屏蔽罩内。
5.根据权利要求1所述的一种基于双磁芯磁通门技术的电压传感器，其特征在于，所述屏蔽罩采用的是坡莫合金高导磁材料。
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