一种高精度易安装的电流测量装置的制作方法

本实用新型涉及一种高精度易安装的电流测量装置，属于电力检测技术领域。

背景技术：

罗氏线圈电子式电流互感器也称空心电流互感器，核心是罗氏线圈(罗柯夫斯基线圈，又称空心线圈)和磁位计。罗氏线圈是将测量导线均匀地环绕在一个截面均匀的非磁性材料骨架上而构成的。通过采用一个专用的积分器将线圈输出的电压信号进行积分可以得到另一个交流电压信号，这个电压信号可以准确地再现被测量电流信号的波形。由于不含铁磁性材料，无磁滞效应，不存在铁芯饱和问题。测量范围宽，同样的线圈可以测量从几安到数百千安的电流，也可以测量含有大的直流分量的瞬态电流。

但罗氏线圈电子式电流互感器也有其局限性，如精度受温度影响较大。测量线圈因为热的原因,其阻值会发生变化,测量集成电路的输入端必须予以补偿。由于补偿与环境温度有关, 还与电流大小有关,在微电子技术未出现之前,这项工作无法实现。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种高精度易安装的电流测量装置，通过基于非平衡电桥的热敏电阻测量导线的温度，通过所测的温度的变化情况得知导线阻值的变化情况，通过在原积分电路前串接一个可控电阻模块，通过控制其阻值来补偿导线受温度影响所产生的误差。

本实用新型采用的技术方案是：一种高精度易安装的电流测量装置，包括罗氏线圈模块、温度测量模块、数据处理模块、显示模块、通信模块、可控电阻模块，通信模块、显示模块、可控电阻模块、罗氏线圈模块和温度测量模块均与数据处理模块相连接，罗氏线圈模块包括罗氏线圈和积分电路，温度测量模块用于测量罗氏线圈的温度，可控电阻模块包括可调电阻及定值电阻，定值电阻一端与罗氏线圈连接，另一端与可调电阻的一端连接，可调电阻的另一端与积分电路连接，温度测量模块采用非平衡电桥结构桥式电路，通信模块与外部设备通讯。

具体地，所述的温度测量模块的桥式电路包括定值电阻R1、R2、R3和热敏电阻RX，定值电阻R1、R2的一端接电源负极，定值电阻R1的另一端接定值电阻R3的一端，定值电阻R2的另一端接热敏电阻RX的一端，定值电阻R3的另一端、热敏电阻RX的另一端接电源正极，热敏电阻RX埋在罗氏线圈里，定值电阻R1、R3的连接中点与定值电阻R2与热敏电阻RX的连接中点之间的电压为U0。

具体地，所述的罗氏线圈为开式结构，包括线圈本体1、非磁性材料骨架2、转轴3、绝缘层4、锁扣5，非磁性材料骨架2为两个半圆环，线圈本体1均匀绕在非磁性材料骨架2上，线圈本体1外部包裹绝缘层4，两个半圆环的非磁性材料骨架2一端通过锁扣5连接，另一端通过转轴3转动连接，锁扣5固定在绝缘层4上。

具体地，所述的显示模块用于显示温度测量模块采集的温度数据、可调电阻的阻值。

优选地，所述的数据处理模块包括单片机、FPGA芯片、SRAM、EPCS，SRAM采用 CY7C006A，FPGA芯片采用Spartan-6FPGA器件。

本实用新型的有益效果在于：所述的装置同时采集线圈温度测量模块的电压以及罗氏线圈模块的电压，在积分电路中串接一个可调电阻对线圈的电阻受温度影响所产生的误差进行补偿。

附图说明

图1为本实用新型整体结构连接框图；

图2为本实用新型罗氏线圈的结构示意图；

图3为本实用新型温度测量模块的桥式电路的电路原理图；

图4为本实用新型罗氏线圈中非磁性材料骨架的连接结构图。

图中各标记为：1-线圈；2-非磁性材料骨架；3-转轴；4-绝缘层；5-锁扣。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步的说明。

实施例1：如图1-4所示，一种高精度易安装的电流测量装置，包括罗氏线圈模块、温度测量模块、数据处理模块、显示模块、通信模块、可控电阻模块，通信模块、显示模块、可控电阻模块、罗氏线圈模块和温度测量模块均与数据处理模块相连接，罗氏线圈模块包括罗氏线圈和积分电路，温度测量模块用于测量罗氏线圈的温度，可控电阻模块包括可调电阻及定值电阻，定值电阻一端与罗氏线圈连接，另一端与可调电阻的一端连接，可调电阻的另一端与积分电路连接，温度测量模块采用非平衡电桥结构桥式电路，通信模块与外部设备通讯。罗氏线圈模块用于采集电流信号，温度测量模块用于测量罗氏线圈的温度，数据处理模块用于根据罗氏线圈模块、温度测量模块的采集数据，调整可调电阻的电阻值，对罗氏线圈受温度影响进行补偿。

进一步地，如图3所示，所述的温度测量模块的桥式电路包括定值电阻R1、R2、R3和热敏电阻RX，定值电阻R1、R2的一端接电源负极，定值电阻R1的另一端接定值电阻R3的一端，定值电阻R2的另一端接热敏电阻RX的一端，定值电阻R3的另一端、热敏电阻RX的另一端接电源正极，热敏电阻RX埋在罗氏线圈里，定值电阻R1、R3的连接中点与定值电阻R2与热敏电阻RX的连接中点之间的电压为U0。

将热敏电阻RX埋在罗氏线圈当中，所以可以准确地知道罗氏线圈工作时的温度，由于罗氏线圈导线的阻值与温度之间有存在一定的函数关系，根据其温度就能计算出其阻值，根据该阻值能够对罗氏线圈进行温度补偿使最终测量结果更准确。

进一步地，如图2、4所示，所述的罗氏线圈为开式结构，包括线圈本体1、非磁性材料骨架2、转轴3、绝缘层4、锁扣5，非磁性材料骨架2为两个半圆环，线圈本体1均匀绕在非磁性材料骨架2上，线圈本体1外部包裹绝缘层4，两个半圆环的非磁性材料骨架2一端通过锁扣5连接，另一端通过转轴3转动连接，锁扣5固定在绝缘层4上。由于罗氏线圈是开式结构，易于安装。

进一步地，所述的显示模块用于显示温度测量模块采集的温度数据、可调电阻的阻值。

进一步地，所述的数据处理模块包括单片机、FPGA芯片、SRAM、EPCS，所述的SRAM 是CY7C006A是Cypress公司生产的16kb×8高速双口静态RAM，存取速度小于20ns。该器件具有真正的双端口，可以同时进行数据存取，两个端口具有独立的控制信号线、地址线和数据线，另外通过主/从选择可以方便地扩存储容量和数据宽度。双口RAM可用于提高 RAM的吞吐率，适用于作于实时的数据缓存。EPCS能够在掉电的情况下不丢失数据。

进一步地，所述的FPGA是Xilinx公司的Spartan-6FPGA器件，通过Verilog HDL语言对双口RAM进行读写操作控制。

数据处理模块的整体处理过程是：罗氏线圈模块输出信号是电流对时间的微分。通过一个对输出的电压信号进行积分的电路，就可以真实还原输入电流。为了补偿温度的影响，在积分电路前用一个定值电阻和一个可调电阻串联，可调电阻的阻值由罗氏线圈的导线的阻值来确定。

由于罗氏线圈导线的阻值与温度之间有存在一定的函数关系，通过对罗氏线圈导线在不同温度下进行测量导线的阻值，得到的数据通过最小二乘拟合出电阻与温度之间的方程。进一步地，通过测量罗氏线圈导线的温度就可以计算出导线的阻值。有R＝f(T),ΔR＝R0-R, 其中，R0，R分别是是温度为t0和t时的导线的阻值，ΔR是需要补偿的阻值(受温度影响产生的误差)，将ΔR的值传输到单片机，通过单片机控制电位器对电阻的可调控制。

图3是非平衡电桥的原理图，非平衡电桥工作时，保持R1、R2、R3为定值电阻，当温度变化引起热敏电阻RX变化时输出电压U0随着变化。E为定值电压，热敏电阻的温度特性为：式中，A是与材料性质和电阻器几何形状有关的常数，B为与材料半导体性质有关的常数，T为绝对温度，由于U0与RX之间存在一定的函数关系，知道了U0的变化情况就可以知道RX的变化情况，进而可以知道温度的变化情况。在测量温度之前，先要获得热敏电阻的温度特性。为获得较为准确的电阻测量值，可以用单臂电桥测量不同温度下的热敏电阻值。在一定的范围内，测量输出电压与温度的关系，采用最小二乘拟合U0-t关系。

本实用新型的工作原理是：罗氏线圈模块用于采集电流信号，温度测量模块用于测量罗氏线圈的温度，数据处理模块用于对线圈模块以及温度测量模块的数据进行处理，拟合罗氏线圈导线与罗氏线圈温度之间的函数关系，并得到一个阻值，再根据该阻值通过单片机控制可控电阻模块调节可调电阻的阻值进行温度补偿，显示模块显示线圈温度、非平衡电桥的输出电压、可调电阻的阻值以及所采集数据绘制的波形等，当然也可以拓展其他信息，通信模块由以太网模块以及USB模块构成用于最终数据的传输。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施案例作简单修改、同等变化，均落入本实用新型的保护范围之内。