一种插板式罗氏线圈电流传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种插板式罗氏线圈电流传感器，属于电流传感器领域。该电流传感器包括PCB主板和PCB插板，主板和插板上设置两条线圈回路，各个插板平面垂直于主板平面且与主板圆环中心共面。插板的第一侧边与主板的圆环内沿对齐，插板的第二侧边与主板的圆环外沿对齐；主板上设置开口，通过该开口实现传感器在电力系统不断电的情况下连入其中，完成待测导线中电流的测量。该电流传感器具有体积重量小、互感大、测量精度高、抗干扰能力强、可靠性高的特点。
【专利说明】一种插板式罗氏线圈电流传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及电流传感器【技术领域】，特别涉及一种采用PCB主板和PCB插板结构而获得高精度和高可靠性的插板式罗氏线圈电流传感器。
【背景技术】
[0002]随着电子式电流传感器的发展，罗氏线圈获得了广泛的应用。在现有技术中平板式罗氏线圈厚度太小，导致线圈截面积太小，所以单线圈输出电压非常小；平板式罗氏线圈在消除垂直磁场干扰误差时采用的方法为:第一，设置回线，第二，用两个线圈反向，抵消垂直磁场的干扰，而且使得输出加倍。两个方法都有一定的缺陷，回线的设置是要经过计算的，并不是线圈的中心处，而且对于垂直磁场不均匀的情况，回线的位置固定就不准确。第二种方法，则需要上下两个线圈完全对齐，这也是不容易做到的。而且PCB平板罗氏线圈不能很好的克服温度误差的影响，同时在对平板式罗氏线圈进行开口时，很难保证多个平板的对齐，从而引入了相应的误差。
【发明内容】
[0003]为了解决上述问题，本发明提出了一种具有体积重量小、互感大、抗干扰能力强、测量精度高和可靠性高的插板式罗氏线圈电流传感器。
[0004]本发明插板式罗氏线圈电流传感器包括一个主板和多对插板；
[0005]多对所述插板均布固定在所述主板上；多对所述插板平面垂直于所述主板平面并且与所述主板的圆心共面；所述插板上设置感应线圈；所述感应线圈呈环状布置，用于产生感应电动势；
[0006]所述主板为圆环形；所述主板线路与所述插板线路连通构成电气回路，用于接入放大电路产生感应电流；
[0007]所述主板上设置有开口，用于待测电导线在不断电的情况下穿过所述开口进入到所述主板中心位置。
[0008]作为优选，所述主板板面上设置有插槽；所述插槽用于固定所述插板。
[0009]作为优选，所述插板的第一侧边与所述主板的圆环内沿对齐；所述插板的第二侧边与所述主板的圆环外沿对齐，使得每个所述插板上线圈的磁通量相等；所述插板底边连接一个插脚；所述插脚与所述主板上的插槽配合，使所述主板与所述插板固定连接。
[0010]作为优选，所述主板和所述插板都是PCB板。
[0011]作为优选，所述主板设置有回线。
[0012]作为优选，所述开口的间隙距离< 0.1mm。
[0013]本发明提供的插板式罗氏线圈电流传感器主板上设置开口，通过该开口实现传感器在电力系统不断电的情况下连入其中，完成待测导线中电流的测量。该电流传感器具有体积重量小、互感大、测量精度高、抗干扰能力强、可靠性高的特点。【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例提供的插板式罗氏线圈结构主视图。
[0015]图2为本发明实施例提供的插板式罗氏线圈结构左视图。
[0016]图3为本发明实施例提供的PCB插板上感应线圈的结构示意图。
[0017]图4为本发明实施例提供的PCB主板开口后回线的第一种位置示意图。
[0018]图5为本发明实施例提供的PCB主板开口后回线的第二种位置示意图。
[0019]图6为本发明实施例提供的插板式罗氏线圈互感计算的模型示意图。
[0020]图7为本发明实施例提供的插板式罗氏线圈以偏心误差为主要误差的互感计算的模型示意图。
[0021]图8为本发明实施例提供的开口距离为Imm时80%偏心误差随偏心角度的变化曲线。
[0022]图9为本发明实施例提供的开口距离为0.5mm时80%偏心误差随偏心角度的变化曲线。
[0023]图10为本发明实施例提供的开口距离为0.1mm时80%偏心误差随偏心角度的变化曲线。
【具体实施方式】
[0024]为了深入了解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
[0025]本发明提供的插板式罗氏线圈电流传感器由一个PCB主板2和多对PCB插板I组成；
[0026]其中，PCB主板2为圆环形，主板2上设置有与插板I相对数量的插槽，用于将插板I固定在主板2上，同时保证主板2与插板I之间电气线路的连通。主板2上设置回线5用于减小垂直干扰误差；参见附图4和5，主板2上的回线5可以为两根半径不同的圆形导线，也可以是由两根半圆弧形导线共同构成的圆形等效回线6 ;作为优选，选择两根半径不同的圆形导线作为主板2上的回线5，因为等效回线6和连线的参数发生不均等，会在一定程度上影响垂直磁场干扰的消除。主板2上设置有开口，用于待测导线在不断电的情况下穿过此开口进入到主板2圆环中心位置；因为开口间距的大小对于感应线圈3的互感性能和温度误差影响很大，因此通过合理的计算和仿真后确定开口间距的大小是一个关键点，在后文中介绍开口间距的计算结果和结论。
[0027]本发明提供的插板式罗氏线圈电流传感器主板2上设置开口，通过该开口实现传感器在电力系统不断电的情况下连入其中，完成待测导线中电流的测量。该电流传感器具有体积重量小、互感大、测量精度高、抗干扰能力强、可靠性高的特点。
[0028]其中，参见附图3，PCB插板I的板面上设置有多匝环形线圈3，这样保证插板单截面上有更多的感应线圈3，增强了互感，对被测电流的敏感度更高；同时，相比于平板式罗氏线圈，在输出要求一定的情况下，插板式罗氏线圈能够做到体积和重量更小。作为优选，通过计算和仿真，对比插板I上不同截面形状的感应线圈3的抗干扰能力的大小，最终确定插板I上感应线圈3的截面形状设置为矩形；所有PCB插板I所在的平面垂直于PCB主板2且与主板2的中心共面，插板I的第一侧边与主板2的圆环内沿对齐，插板I的第二侧边与主板2的圆环外沿对齐，并且所有PCB插板I关于主板2中心线两两对称；这样设置主板2和插板I的相对位置，可以最大程度上保证通过每块PCB插板I感应线圈3中的磁通量相等，从而减小了安装造成的测量误差。参见附图1和2，作为优选，在充分考虑尽量提高插板I感应线圈3的互感能力和尽可能合理的安排主板2的线路布置的情况后,合理确定插板I的数量；因为插板I数量过多，导致主板2线路布置比较困难，而插板I数量太少会导致感应线圈3的互感能力不强。
[0029]其中，主板2和插板I的材料通过选取不同的温度膨胀系数的材料，可以有效的减小甚至消除温度误差；在本发明提供的主板2和插板I的相对位置设定的基础上，主板2和插板I材料的膨胀能分别产生正负误差，这两个误差相互抵消，所以可以有效的减小甚至消除温度误差对测量结果的影响，从而提高了感应线圈的测量精度。而在现有技术中平板式罗氏线圈和普通罗氏线圈都不能很好的解决温度误差造成的影响。
[0030]因为开口式罗氏线圈的开口距离导致的测量结果的误差最大，下面介绍关于插板式罗氏线圈电流传感器的主板2开口距离对测量结果的误差的影响和结论:
[0031]参见附图6，插板式罗氏线圈的互感计算过程为:
[0032]设半个圆位于标准位置，另外半个圆存在w的偏心误差。导线过下半圆的圆心，上半圆和下半圆的接口处有距离为w的间隙。也就是偏心距W=w。对上图中的上半圆采用偏心算法对角度在-90~90°范围内的插板进行求和。
[0033]在偏心公式中，选择远离中心点的半圆，角度为90°~270°，如下:
[0034]
【权利要求】
1.一种插板式罗氏线圈电流传感器，其特征在于，包括一个主板(2)和多对插板(I)； 多对所述插板(I)均布固定在所述主板上；多对所述插板(I)平面垂直于所述主板(2 )平面并且与所述主板(2 )的圆心共面；所述插板(I)上设置感应线圈(3 );所述感应线圈(3 )呈环状布置，用于产生感应电动势； 所述主板(2)为圆环形；所述主板(2)线路与所述插板(I)线路连通构成电气回路，用于接入放大电路产生感应电流； 所述主板(2)上设置有开口，用于待测电导线在不断电的情况下穿过所述开口进入到所述主板(2)中心位置。
2.根据权利要求1所述的插板式罗氏线圈电流传感器，其特征在于，所述主板(2)板面上设置有插槽；所述插槽用于固定所述插板(I)。
3.根据权利要求1所述的插板式罗氏线圈电流传感器，其特征在于，所述插板(I)的第一侧边与所述主板的圆环内沿对齐；所述插板(I)的第二侧边与所述主板(2)的圆环外沿对齐，使得每个所述插板(I)上线圈的磁通量相等；所述插板(I)底边连接一个插脚(4);所述插脚(4 )与所述主板(2 )上的插槽配合，使所述主板(2 )与所述插板(I)固定连接。
4.根据权利要求1?3任一项所述的插板式罗氏线圈电流传感器，其特征在于，所述主板(2 )和所述插板(I)都是PCB板。
5.根据权利要求1所述的插板式罗氏线圈电流传感器，其特征在于，所述主板(2)设置有回线(5)。
6.根据权利要求1所述的插板式罗氏线圈电流传感器，其特征在于，所述开口的间隙距离 < 0.1mnin
【文档编号】G01R19/00GK103728480SQ201310646264
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】章鹿华, 徐占河, 王黎明, 陈昌龙, 易忠林, 丁恒春, 赵林, 徐俊明, 袁瑞铭 申请人:国家电网公司, 冀北电力有限公司计量中心, 清华大学深圳研究生院