专利名称：用于仪表计量的*型电流传感器结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于测量电流或电压或者用于指示其存在或符号的
装置，特别是涉及用于仪表计量的#型电流传感器结构。
技术背景现有技术电子式电能表的电流采样部分通常采用锰铜电阻和电流互 感器CT，前者的优点是价格低廉、制造简单，但由于三相隔离十分困难且电流大时发热严 重，所以仅用于单相电能表。后者一般在三相电能表上采用，CT需要一个导磁率极高的环 形铁芯，不管采用铁镍合金还是非晶态合金体材料，其造价都很高，特别是用于大电流规格 时体积很大，且低温特性较差，当温度在_15°C以下时，角差会明显增大，使测量准确度下 降，并且铁芯需要热处理，不同批次差异性较大。更主要的是，要想符合国家标准关于交流 电路中直流和偶次谐波影响的规定时，磁芯材料必须是非常特殊且昂贵的材料，如德国VAC 公司出产的最大电流为100A的E4626型CT的价格是国内普通互感器的3 4倍，国内能 符合这一要求的CT选用了两种不同材料的磁芯合在一起使用，且次级匝数高于普通CT的 2.5倍，也只能在功率因数为1时合格，而在其他相位下误差会剧增。 现有技术还有一种交流采样器件，即^电流传感器，其工作原理是利用两个空
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心线圈之间的互感耦合，当原线圈通过正弦交变电流^之后，在次线圈产生互感电势
e^-M+，式中的M是互感系数，当结构一定时M就是一个常数。可见，^与"f成正比，
62也是正弦量，只是相位和^相差9(T ，这一相移和频率增益都能通过电能计量芯片 (ADE7758、ADE7169、ADE78系列等)中的数字积分器给予准确还原。 由于^电流传感器无铁磁介质，次级直接输出电压信号，无需外加取样电阻，故稳 定性高、线性度好、一致性好，过载能力极强，在任何相位下直流和偶次谐波几乎无影响，均 可准确转换计量，成本低廉，因此，使用"f"电流传感器比使用CT优势更明显。但是，由于"f"
电流传感器是由空心线圈构成，其自身磁场弱，因此，抗磁干扰能力很差。目前国外的^"型
电流传感器都是根据仪表的不同结构需要，设计不同形式的专用"f"电流传感器，即将"^电
流传感器和电子式电能表进行整体联合设计以减少或避免干扰，且多采用阻容降压或高频 开关电源的供电方式来替代常用的变压器供电以避免表内出现干扰磁场，如芬兰ENERMET 公司生产的E420-ns型三相电能表。这样的设计势必提高产品成本，延长产品设计周期，并 且通用性很差，而且对设计人员的设计水平要求也较高，再加上我国的电网质量不佳，阻容 供电和开关电源在国内不被用户接受。目前，国内已有武汉格兰若光电互感器有限公司生
产的G100型Rogowski电流互感器输出为#信号，但其不是空心线圈，而是采用特种材料制
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成有开口的环形磁芯，在开口处塞入一片由多层电路板制成的印刷线圈作为次级线圈。该产品虽然有磁芯解决了磁干扰问题，但和普通电流互感器没有质的区别，不但仍然存在传 统电流互感器的某些不足，而且价格也是同规格普通CT的1. 5倍。 综上所述，现有技术采用锰铜电阻和传统CT作为电流采样部分，以及采用^电流
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传感器作为电流采样部分的电子式电能表均存在不足之处，前者在于造价较高、体积较大、 测量准确度波动大；后者则是抗磁干扰差，要解决抗磁干扰又需要和电能表表体进行整体 结构设计，导致成本偏高，因此，性价比不高。 实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之 处，而对现有技术做进一步的改进，提出一种抗干扰能力强、成本低、体积小、性价比高，且
通用性强的用于仪表计量的"f"型电流传感器结构。 为解决所述技术问题采用的技术方案是，设计一种用于仪表计量的+型电流传感
器结构，包括原线圈和次线圈，所述原线圈包括入线端和出线端；尤其是， 还包括屏蔽盒、屏蔽盖、绝缘隔离件；所述原线圈包括两反向串联连接的、完全一
样形状的线匝；所述次线圈包括两形状、匝数一样，但绕线方向相反，并且互相串联的两绕
组，该两绕组互相串联的方式应是感应电势互相叠加；所述原线圈置于屏蔽盒内，屏蔽盖盖
于屏蔽盒的敞口上，使之封闭，仅有入线端和出线端伸出盒外，所述次线圈固定于原线圈腔
内或该线圈平面之上，所述原线圈和次线圈之间有绝缘隔离件作电绝缘。 所述原线圈的两反向串联连接的、完全一样形状的线匝是向上开口的U形平面线
匝，相互平行地、竖直置于所述屏蔽盒中，相对该屏蔽盒的中心立面呈镜像对称，并以横条
在上部相互串联连接；所述线匝未经连接之自由端在上部向外弯折90。，再向下并又向外
两次各弯折9(T ，形成入线端和出线端；所述次线圈的两串联连接的绕组分别容纳于所述
线匝之U形腔中，绕组的中心轴线同线匝的中心轴线大致重合。还包括副磁屏蔽盒，通过内
部绝缘塑料卡套将所述屏蔽盒固定在其中。 所述原线圈的两反向串联连接的、完全一样形状的线匝是S形平面线匝，置于所 述屏蔽盒内的同一平面上，相对该平面的纵向中心线呈镜像对称，并以各自S形相应的端 部互相串联连接，构成完整的一匝和两半匝；所述线匝未经连接之自由端首先向上弯折 90° ，再向外弯折9(T ，形成入线端和出线端；所述次线圈的两串联连接的绕组是制作在 同一多层印刷电路板上的印制绕组，同样置于所述屏蔽盒内，但位于所述原线圈之上，绕组 的中心轴线同原线圈完整的一匝和两个半匝合成的等效一匝的中心轴线分别大致重合。 还包括静电屏蔽层，该静电屏蔽层置于所述原线圈和次线圈之间，用来防止原线 圈带来的电网干扰，所述静电屏蔽层的引出线接电子线路的参考地。 所述绝缘隔离件的材料为聚碳酸酯工程塑料或是和静电屏蔽层合并一起的覆铜 环氧玻璃布板。 所述屏蔽盒、屏蔽盖和副磁屏蔽盒的材料为低碳钢。 所述屏蔽盒和副磁屏蔽盒中还注入环氧树脂进行整体封固。 所述原线圈的线匝最外边与屏蔽盒的各内侧面间距均大于2. 5mm，其入线端和出 线端与屏蔽盒内侧面和屏蔽盖的间距大于lmm，以便达到最佳屏蔽效果。 与现有技术相比较，本实用新型具有以下有益效果[0017] 1、抗干扰能力强；本实用新型原线圈和次线圈采用形状、匝数对称，而两者的绕向 相反，在原线圈电流^的激励下次线圈产生感应电势e、和e' ，其大小相等，方向相同，根 据负负得正的差动式互补，总输出交流^ = e' 2+e"2为每个次级线圈感应电势的两倍，当 外界磁场侵入时，理想情况下在两个次线圈中所产生的感应电势大小相等，方向相反，两者 相减即为零，而事实上外界干扰磁场不可能绝对均匀，穿过两个次线圈的大小方向不可能 完全一致，但由于使用了特殊结构的磁屏蔽，将原线圈和次线圈都完全置于磁屏蔽盒中，原
线圈的引出端采用折弯方式从屏蔽盒中引出，这样，外界磁场无法进入#转换器，少许漏磁
由于有内部两匝次线圈对外部磁场影响的互补，基本上消除了干扰，因此，本实用新型对外 界磁场的抗干扰能力强。
2、成本低；本实用新型不需要将;电流传感器配合电子式电能表整体进行结构设
故
计，无需采用任何贵重原材料和稀有金属，不使用磁芯，且次线圈(绕线式)的细铜线用量 也只是同规格CT的30%，磁屏蔽材料使用低碳钢如10号钢即可，因此，不仅避免了单独设 计带来的高成本，也降低了材料成本，整体成本更低。 3、体积小、性价比高；本实用新型仅仅将原线圈和次线圈整体封装在屏蔽盒中，使 用的是空心线圈，体积很小，且采用的都是普通的材料，不需要使用磁芯，因此，性价比非常高。 4、通用性强；由于采用了模块化设计，本实用新型可以使用在除整体设计以外的 绝大多数现有电子式电能表中替换现有电流互感器CT，完全可以用于最常用的变压器供电 的电能表。
图1是本实用新型优选实施例一的正投影主视剖视图。 图2是所述优选实施例一的左视半剖视图。 图3是所述优选实施例一的俯视半剖视图。 图4是本实用新型优选实施例二的正投影主视剖视图。 图5是所述优选实施例二的左视半剖视图。 图6是所述优选实施例二的俯视半剖视图。
具体实施方式
以下结合附图所示之各优选实施例作进一步详述。 实施例一 如图1至图3所示，本实用新型用于仪表计量的J型电流传感器结构包
括原线圈10、次线圈20、屏蔽盒30、屏蔽盖40、绝缘隔离件50和静电屏蔽层6 ;原线圈10包 括入线端13和出线端14 ;原线圈10由两个反向串联连接的、完全一样形状的线匝11、12， 该两线匝是向上开口的U型平面线匝，相互平行地、竖直置于屏蔽盒30中，相对该屏蔽盒30 的中心立面33呈镜像对称，并以横条16在上部相互串联连接。次线圈20用高强度漆包线 绕成两个其形状、匝数均一样而绕向相反的线圈绕组21、22，顺序串联连接后分别置于两原 线圈U型开口线匝中，所述原、次线圈之间用高绝缘强度的聚碳酸酯工程塑料做成的绝缘 隔离件50进行可靠绝缘隔离，这里的绝缘隔离件50根据原、次线圈的形状设计为一种绝缘
6隔离架，其四条筋络与屏蔽盒30和原线圈10紧密接触，起到固定作用，绝缘强度高于2kv ; 在原线圈10和次线圈20之间还有一层用紫铜带做的静电屏蔽层6，用来防止由原线圈10 带来的电网干扰，将其引出线接电子线路参考地；原线圈10的线匝11、12未经连接之自由 端在上部向外弯折90。，再向下并向外两次弯折90。来形成入线端13和出线端14，该入线 端13和出线端14水平引出；屏蔽盖40盖于屏蔽盒30之上，且长度长于屏蔽盒30，其长出 屏蔽盒30的外延部分向下弯折90。，形成可靠的全封闭，这样保证了外部磁场几乎全部被 屏蔽，可能由原线圈10的入线端13和出线端14处穿入的磁力线要进入磁线圈必须经过两 次90°折弯穿过，而这种可能性几乎没有；同时，为了保证防潮、防腐、防震和抗冲击，在内 部装配完成后，还向屏蔽盒30内注入环氧树脂进行整体封固。此外，所述原线圈10的U形 线匝对应屏蔽盒30各内侧面间距均大于2. 5mm，这样设计是使屏蔽盒30仅对外起磁屏蔽作
J, ^7鲁
用，对内部的;转换基本没有影响，使整个转换呈理想的空心状态，从而确保^电流传感器 欲 欲
的优点得到充分体现，而入线端13和出线端14则与屏蔽盒30内侧面和屏蔽盖40的间距
大于lmm，有lkv以上的可靠绝缘。 若电能表的功耗偏大时，电源变压器产生的磁场较强或用于0. 5S以上的高精度 仪表时，还可增加一个副磁屏蔽盒31，该副磁屏蔽盒31内置有一绝缘塑料卡套311，用于将 屏蔽盒30固定在其中，并用环氧树脂封灌加以固定。 根据静止式电能表相关标准(GB/T-17215、 IEC61036)规定，当场强为0. 5毫特斯 拉的外磁场影响下，在最不利的相位和方向下，1级和2级电能表的误差改变量分别小于
±2%和±3%，而本实施例的"^电流传感器小于±1.5%，完全满足1级和2级电能表的要
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求。在增加上述副磁屏蔽盒之后，在O. 5毫特斯拉的外磁场下其影响几乎为零，完全可用于 0. 5S级三相多功能表(标准规定规定误差改变小于± 1 % )。本实施例还做了三相表的相
间干扰试验，当A相^电流传感器通以0.5A(5X Ib)电流，B相通以10A(Ib)电流后，A相
仅产生O. lX的误差改变，而用芬兰E420-ns三相电能表做同样实验时，A相会产生4%的 误差改变，相比之下，本实施例的效果更为明显。
实施例二 如图4至图6所示，本实用新型用于仪表计量的—型电流传感器结构
包括原线圈10'、次线圈20'、屏蔽盒30'、屏蔽盖40'、绝缘隔离件50'和静电屏蔽层6 ;原 线圈10'也包括入线端13'和出线端14';原线圈10'由两反向串联连接、完全一样形状的 S形平面线匝11'、12'组成，相对该平面的纵向中心线33'呈镜像对称，并以各自S形相应 的端部互相串联连接，构成完整的一匝A和两半匝B1、B2 ;所述线匝11' 、12'未经连接之自 由端首先向上弯折90。，再向外弯折90。，形成入线端13'和出线端14';所述次线圈20' 包括两串联连接的绕组21'，22'，两绕组是制作在同一多层印刷电路板上的印制绕组，置于 所述屏蔽盒30'内，但位于所述原线圈10'之上，绕组21'，22'的中心轴线同原线圈10'完 整的一匝A和两半匝B1，B2合成的等效一匝B的中心轴线分别大致重合。该两S形环在一 个水平面并水平置于屏蔽盒30'内，所述绝缘隔离件50'是一种绝缘隔离板，该绝缘隔离板 用环氧玻璃丝布板制成，原、次线圈之间还有静电屏蔽层6，其采用在绝缘隔离板上敷铜箔 的方法来实现，所以绝缘隔离件50'和静电屏蔽层6合并在一起为一种覆铜环氧玻璃丝布板，绝缘隔离板使原、次线圈间有2kv以上的绝缘隔离。另外，为使原、次线圈10'，20'固定 在屏蔽盒30'中，原线圈10'下部还有用高绝缘强度的聚碳酸酯工程塑料制成的衬托51'， 衬托51'起固定作用且和屏蔽盒30'绝缘。屏蔽盖40'短于屏蔽盒30'盖于屏蔽盒30'之 上，虽然屏蔽盖40'长度比屏蔽盒30'短，但由于其端部向下折弯深入屏蔽盒30'内部围住 次线圈20'，因此，也能实现和实施例一一样的可靠全封闭。所述原线圈10'与屏蔽盒30' 底部平行一面与屏蔽盒30'内侧面间距大于2. 5mm，入线端13'和出现端14'出口处和屏蔽 盒30'内侧面、屏蔽盖40'的间距大于lmm，在内部装配完成后，同样还向屏蔽盒30'内注入 环氧树脂进行整体封固。原线圈10'的入线端13'和出线端14'经过两次90。折弯水平引 出，从入线端13'和出线端14'进入的外部干扰磁力线也无法经过两次90。折弯穿过次线 圈20，。
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权利要求一种用于仪表计量的型电流传感器结构，包括原线圈(10，10’)和次线圈(20，20’)，所述原线圈(10，10’)包括入线端(13，13’)和出线端(14，14’)；其特征在于还包括屏蔽盒(30，30’)、屏蔽盖(40，40’)、绝缘隔离件(50，50’)；所述原线圈(10，10’)包括两反向串联连接的、完全一样形状的线匝(11，12；11’，12’)；所述次线圈(20，20’)包括两形状、匝数一样，但绕线方向相反，并且互相串联的两绕组(21，22；21’，22’)，该两绕组(21，22；21’，22’)互相串联的方式应是感应电势互相叠加；所述原线圈(10，10’)置于屏蔽盒(30，30’)内，屏蔽盖(40，40’)盖于屏蔽盒(30，30’)的敞口上，使之封闭，仅有入线端(13，13’)和出线端(14，14’)伸出盒外，所述次线圈(20，20’)固定于原线圈(10，10’)腔内或该线圈平面之上，所述原线圈(10，10’)和次线圈(20，20’)之间有绝缘隔离件(50，50’)作电绝缘。F200920132572XC00011.tif
2. 根据权利要求1所述的用于仪表计量的f型电流传感器结构，其特征在于欲所述原线圈(10)的两反向串联连接的、完全一样形状的线匝(11,12)是向上开口的 U形平面线匝，相互平行地、竖直置于所述屏蔽盒(30)中，相对该屏蔽盒(30)的中心立面 (33)呈镜像对称，并以横条(16)在上部相互串联连接；所述线匝(11,12)未经连接之自 由端在上部向外弯折9(T ，再向下并又向外两次各弯折9(T ，形成入线端(13)和出线端 (14);所述次线圈(20)的两串联连接的绕组(21,22)分别容纳于所述线匝(11,12)之U形 腔中，绕组(21,22)的中心轴线同线匝(11,12)的中心轴线大致重合。
3. 根据权利要求2所述的用于仪表计量的f型电流传感器结构，其特征在于还包括欲副磁屏蔽盒(31)，通过内部绝缘塑料卡套(311)将所述屏蔽盒(30)固定在其中。
4. 根据权利要求2所述的用于仪表计量的^"型电流传感器结构，其特征在于所述绝说缘隔离件(50)的材料为聚碳酸酯工程塑料。
5. 根据权利要求1所述的用于仪表计量的f型电流传感器结构，其特征在于所述原线圈(10')的两反向串联连接的、完全一样形状的线匝(11'，12')是S形平 面线匝，置于所述屏蔽盒(30')内的同一平面上，相对该平面的纵向中心线(33')呈镜像 对称，并以各自S形相应的端部互相串联连接，构成完整的一匝(A)和两个半匝(Bl， B2); 所述线匝(11'，12')未经连接之自由端首先向上弯折90。，再向外弯折90。，形成入线端 (13')和出线端(14');所述次线圈(20')的两串联连接的绕组(21'，22')是制做在同一 多层印刷电路板上的印制绕组，同样置于所述屏蔽盒(30')内，但位于所述原线圈(10') 之上，绕组(21'，22')的中心轴线同原线圈(IO')完整的一匝(A)和两个半匝(B1，B2)合 成的等效一匝(B)的中心轴线分别大致重合。
6. 根据权利要求1、2或5所述的用于仪表计量的"f型电流传感器结构，其特征在于还包括静电屏蔽层(6)，该静电屏蔽层(6)置于所述原线圈(10， 10')和次线圈(20， 20') 之间，用来防止原线圈(10， 10')带来的电网干扰，所述静电屏蔽层(6)的引出线接电子线 路的参考地。
7. 根据权利要求5所述的用于仪表计量的；型电流传感器结构，其特征在于所述绝缘隔离件(50')的材料为环氧玻璃丝布板。
8. 根据权利要求1、2、3或5所述的用于仪表计量的^型电流传感器结构，其特征在欲于所述屏蔽盒(30，30')、屏蔽盖(40，40')和副磁屏蔽盒(31)的材料为低碳钢。
9. 根据权利要求1、2、3或5所述的用于仪表计量的^"型电流传感器结构，其特征在必于所述屏蔽盒(30， 30')和副磁屏蔽盒(31)中还注入环氧树脂进行整体封固。
10. 根据权利要求1所述的用于仪表计量的^型电流传感器结构，其特征在于所述原故线圈(10， 10')的线匝最外边与屏蔽盒(30，30')的各内侧面间距均大于2.5mm，其入线端 (13,13，)和出线端(14,14，)与屏蔽盒(30， 30')内侧面和屏蔽盖(40， 40')的间距大于 lmm。
专利摘要用于仪表计量的型电流传感器结构，包括原线圈(10，10’)和次线圈(20，20’)，两线圈均包括入线端(13，13’)和出线端(14，14’)；尤其还包括屏蔽盒(30，30’)、屏蔽盖(40，40’)和绝缘隔离件(50，50’)；原线圈(10，10’)包括两反向串联且形状一样的线匝；次线圈(20，20’)包括两形状、匝数一样但绕线方向相反的串联绕组，该两绕组串联的方式是感应电势叠加；原线圈(10，10’)置于屏蔽盒(30，30’)内，屏蔽盖(40，40’)盖于屏蔽盒(30，30’)敞口上，使之封闭，仅有入线端(13，13’)和出线端(14，14’)伸出盒外，次线圈(20，20’)固定于原线圈(10，10’)腔内或该线圈平面之上，两者之间有绝缘隔离件(50，50’)作电绝缘。本实用新型通用性强、成本低、抗干扰能力强。
文档编号G01R11/02GK201497772SQ20092013257
公开日2010年6月2日 申请日期2009年5月31日 优先权日2009年5月31日
发明者潘兴华 申请人:潘兴华