• 四川郎酒股份有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度环保奖 2019-05-13
  • 银保监会新规剑指大企业多头融资和过度融资 2019-05-12
  • 韩国再提4国联合申办世界杯 中国网友无视:我们自己来 2019-05-11
  • 中国人为什么一定要买房? 2019-05-11
  • 十九大精神进校园:风正扬帆当有为 勇做时代弄潮儿 2019-05-10
  • 粽叶飘香幸福邻里——廊坊市举办“我们的节日·端午”主题活动 2019-05-09
  • 太原设禁鸣路段 设备在测试中 2019-05-09
  • 拜耳医药保健有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度企业奖 2019-05-08
  • “港独”没出路!“梁天琦们”该醒醒了 2019-05-07
  • 陈卫平:中国文化内涵包含三方面 文化复兴表现在其中 2019-05-06
  • 人民日报客户端辟谣:“合成军装照”产品请放心使用 2019-05-05
  • 【十九大·理论新视野】为什么要“建设现代化经济体系”?   2019-05-04
  • 聚焦2017年乌鲁木齐市老城区改造提升工程 2019-05-04
  • 【专家谈】上合组织——构建区域命运共同体的有力实践者 2019-05-03
  • 【华商侃车NO.192】 亲!楼市火爆,别忘了买车位啊! 2019-05-03
    • / 7
    • 下载费用:30 金币  

    重庆时时彩该怎么玩: 一种基于巨磁阻效应的多量程电流传感装置.pdf

    关 键 词:
    一种 基于 磁阻 效应 多量 电流 传感 装置
      专利查询网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
    摘要
    申请专利号:

    CN201610955179.5

    申请日:

    2016.11.03

    公开号:

    CN106526283A

    公开日:

    2017.03.22

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01R 19/00申请日:20161103|||公开
    IPC分类号: G01R19/00 主分类号: G01R19/00
    申请人: 清华大学; 中国电力科学研究院
    发明人: 胡军; 赵根; 何金良; 欧阳勇; 王善祥; 毕建刚; 常文治; 庄池杰; 张波; 曾嵘; 余占清
    地址: 100084 北京市海淀区清华园1号
    优先权:
    专利代理机构: 北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙) 11201 代理人: 廖元秋
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610955179.5

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.04.19|||2017.03.22

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提出一种基于巨磁阻效应的多量程电流传感装置,属于电力系统量测技术领域。该装置包括:基于巨磁阻效应的电流传感器单元和对应的模拟信号调制电路,以及磁环单元;其中,电流传感器单元一个为高灵敏度小量程的传感器,另一个为低灵敏度大量程的传感器,磁环单元由同轴放置的具有不同相对磁导率的铁氧体小磁环和柔性铁氧体大磁环构成;两个传感器分别放置在所述铁氧体大小磁环的气隙,模拟信号调制电路由分别与两个巨磁阻传感器相连的两个模拟信号调制电路组成。本发明实现同一装置测量多个量程电流的功能。具有测量准确性高、测量范围广、便携性、易用性、自动化等一系列优点,在测量电力系统避雷器电流方面具有十分广阔的应用前景。

    权利要求书

    1.一种基于巨磁阻效应的多量程电流传感装置,其特征在于,该装置包括:基于巨磁阻
    效应的电流传感器单元和对应的模拟信号调制电路,以及磁环单元;其中,所述电流传感器
    单元:它包括两个巨磁阻传感器;用于测量流过电力避雷器的电流,一个为高灵敏度小量程
    的传感器,测量正常工作情况下的泄漏电流;另一个为低灵敏度大量程的传感器,测量过电
    压情况下的泄放电流的变化;所述磁环单元由同轴放置的具有不同相对磁导率的铁氧体小
    磁环和柔性铁氧体大磁环构成;所述高灵敏度小量程的传感器放置在所述铁氧体小磁环的
    气隙中,所述低灵敏度大量程的传感器放置在所述柔性铁氧体大磁环的气隙中;所述模拟
    信号调制电路由分别与所述两个巨磁阻传感器相连的两个模拟信号调制电路组成。
    2.如权利要求1所述基于巨磁阻效应的多量程电流传感装置,其特征在于,所述两个巨
    磁阻传感器采用4个巨磁电阻组成的惠斯通全电桥结构,采用电压恒定的电源对电桥进行
    供电,对应输出与被测电流成线性关系的差分电压。
    3.如权利要求1所述基于巨磁阻效应的多量程电流传感装置,其特征在于,
    所述铁氧体小磁环内径为26mm,外径为47mm,磁环气隙为8mm,相对磁导率大于1000,采
    用铁氧体材料制成;所述柔性铁氧体大磁环内径为342mm,外径为358mm,磁环气隙为60mm,
    相对磁导率在70-100之间,采用柔性铁氧体材料制成。
    4.如权利要求3所述基于巨磁阻效应的多量程电流传感装置,其特征在于,其中大小两
    个铁氧体磁环同轴内外侧放置;大小两个铁氧体磁环用环氧树脂材料制作的可拆卸连接杆
    件安装成一个整体,以使根据测量空间外侧柔性铁氧体磁环与内侧小磁环的气隙方向的相
    对位置进行旋转调整。
    5.如权利要求1所述基于巨磁阻效应的多量程电流传感装置,其特征在于,两个模拟信
    号调制电路:均由信号处理单元及电源单元组成,两个传感器的输出信号分别传输至对应
    的模拟信号调制电路中,所述的模拟信号调制电路为传感器提供电源并对其输出电压进行
    放大处理。
    6.如权利要求5所述基于巨磁阻效应的多量程电流传感装置,其特征在于,两个模拟信
    号调制电路分别与对应的两个传感器位于两块独立的PCB板上,其中两个信号处理单元均
    采用带宽大于30MHz的差分运算放大器AD8044,两个电源单元分别采用电压参考源芯片
    LM7805、LM7905。

    说明书

    一种基于巨磁阻效应的多量程电流传感装置

    技术领域

    本发明涉及一种基于巨磁阻效应的多量程电流传感装置,属于电力系统量测技术
    领域。

    背景技术

    电力避雷器是电力系统中非常重要的一种?;ぷ爸?,可有效限制电力系统中雷电
    或操作过电压,?;さ缙璞妇?,确保电力系统安全稳定运行。在正常情况下,避雷器呈
    现高阻态,作为绝缘设备运行;而当被?;ど璞赋惺芄缪骨秩胧?,避雷器呈现低阻态,使
    大电流经过避雷器流入大地,从而保证电气设备免受过电压损害。对电力避雷器工作状态
    的实时监测可以反映避雷器状态及性能,有效的预防避雷器失效造成的电力系统事故。

    表征电力避雷器状态的特征物理量包括全电流、阻性电流、阻性电流基波分量、阻
    性电流的三次谐波分量等。因此,对电力避雷器各电流的测量可实现对其工作状态的实时
    监测。一般而言,在正常工作状态下,流过电力避雷器的泄漏电流非常小(mA量级),故对泄
    漏电流的准确测量要求电流传感器具有高精度以及足够的分辨率。同时,雷电及操作冲击
    电压造成的通过电力避雷器的泄放电流(kA量级)将造成电力避雷器的劣化,因此也需要准
    确测量。综上,应用于电力避雷器状态监测的电流传感器必须具备大动态测量范围、高分辨
    率和精度以及优异的频响特性,这无疑是电力避雷器在线监测的重点和难点。目前,电力系
    统中广泛应用的电流互感器和罗氏线圈通常难以达到上述要求,因此亟待开发一种小型
    化、低成本、高性能的新型电流传感器,满足对电力避雷器状态在线监测的需求。

    巨磁阻效应是一种铁、钴、镍等铁磁金属和金属合金薄膜材料在磁场作用下电阻
    发生较大变化的物理现象。自1988年被发现以来,巨磁阻效应材料因其高可集成度、高灵敏
    度、高工作带宽范围、小体积、小温漂等特点在磁记录、电流传感等领域得到了广泛应用。目
    前,巨磁阻电流传感器在电力传输线路电流测量等领域已有初步应用。

    由于巨磁阻对磁场的高灵敏度特性,使其易受外界杂散磁场的影响。因此在其应
    用过程中,一般采用集磁环结构的传感头对电流进行测量。对于常用的铁氧体磁环,其相对
    磁导率远远大于1,使得集磁环结构的测量相对于无磁环的测量具有诸多优势。磁环可以降
    低GMR芯片与被测导线相对位置的敏感性,屏蔽外部电磁干扰,极大的放大被测电流产生的
    微弱磁场。传感器被放在磁环的气隙中,气隙中的磁场值基本保持恒定。

    目前应用的巨磁阻电流传感器采用单一磁环,对于不同电流量程的测量,需要通
    过更换电流传感器及改变磁环尺寸实现。

    但在实际应用中,考虑测量的易操作性,需要实现同一装置对电力避雷器泄漏电
    流(mA级)及泄放电流(kA级)同时进行测量的功能。另一方面,在测量泄放电流时,若采用一
    般的铁氧体磁环,kA级电流易使磁环材料达到饱和,同时气隙的磁场值也将超出传感器的
    线性范围,虽然通过增大磁环尺寸可以降低气隙磁场,但对装置的合理布置又提出了挑战。
    因此目前这种单一铁氧体磁环在测量电力避雷器6-7个数量级的大电流变换范围测量中难
    于满足在实际应用的需要。

    发明内容

    本发明的目的是为克服已有技术的不足之处,提出一种基于巨磁阻效应的多量程
    电流传感装置。本发明同时采用两个同轴磁环对应两个传感器以测量不同量程的电流。在
    测量电力系统避雷器电流方面具有十分广阔的应用前景。

    本发明提出的基于巨磁阻效应的多量程电流传感装置,其特征在于,该装置包括:
    基于巨磁阻效应的电流传感器单元和对应的模拟信号调制电路,以及磁环单元;其中,所述
    电流传感器单元:它包括两个巨磁阻传感器;用于测量流过电力避雷器的电流,一个为高灵
    敏度小量程的传感器,测量正常工作情况下的泄漏电流;另一个为低灵敏度大量程的传感
    器,测量过电压情况下的泄放电流的变化;所述磁环单元由同轴放置的具有不同相对磁导
    率的铁氧体小磁环和柔性铁氧体大磁环构成;所述高灵敏度小量程的传感器放置在所述铁
    氧体小磁环的气隙中,所述低灵敏度大量程的传感器放置在所述柔性铁氧体大磁环的气隙
    中;所述模拟信号调制电路由分别与所述两个巨磁阻传感器相连的两个模拟信号调制电路
    组成。

    本发明的技术特点:

    本发明利用巨磁阻传感器本身具有的高精度、高分辨率、大动态、高频响等诸多优
    势,同时考虑不同磁性材料的磁导率和磁化曲线的线性范围,采用两个同轴磁环,并在每个
    磁环气隙中放置对应的传感器以测量不同量程的电流。在测量泄漏电流(小电流)情况下,
    采用铁氧体小磁环及对应的传感器;在测量泄放电流(大电流)情况下,采用柔性铁氧体大
    磁环及对应的传感器。两个传感器经过模拟信号调制电路得到传感器的差分输出电压,实
    现同一装置测量多个量程电流的目的。

    其有益效果如下:

    1.本发明利用巨磁阻效应传感器高精度、高分辨率、大动态、高频响等特点,应用
    两种电流传感器对流过电力避雷器的泄漏电流(mA级)和泄放电流(kA级)实现精确测量。通
    过小磁环高磁导率、大磁环低磁导率的设计,使得在测量泄漏电流时,小磁环内磁场达到高
    灵敏度小量程巨磁阻传感器的线性测量区域,在测量泄放电流时,大磁环内磁场达到低灵
    敏度大量程巨磁阻传感器的线性测量区域。测量电流范围大,涉及6-7个数量级,有效实现
    对电力避雷器实时状态的监测,提高了电网的运行稳定性及绝缘水平。

    2.本发明大磁环通过采用柔性铁氧体材料,具有韧性,适应一定的变形与胀缩,在
    使用时更为灵活,适合与小磁环的多种结构配合,两个磁环的气隙开口方向可根据测量空
    间进行旋转调整,选取合适材料的柔性铁氧体磁环并设计合适的磁环尺寸,在放大被测电
    流产生磁场的同时有效屏蔽了外界电磁干扰。

    3.本发明通过同轴磁环的设计,实现了采用同一装置对泄漏电流和泄放电流进行
    监测的功能,通过模拟信号调制电路对两路差分电压实现输出,根据所测电流的不同选取
    对应的输出通道电压进行分析。

    4.本发明通过采用同轴磁环的设计方案,同时计算得到合适的磁环尺寸,使得装
    置在应用过程中具有测量准确性高、测量范围广、便携性、易用性、自动化等一系列优点,在
    测量电力系统避雷器电流方面具有十分广阔的应用前景。

    附图说明

    图1是本发明的多量程电流传感装置示意图。

    图2是本发明的同轴磁环俯视示意图。

    具体实施方式

    本发明提出的基于巨磁阻效应的多量程电流传感装置结合附图及实施例说明如
    下:

    本发明的基于巨磁阻效应的多量程电流传感装置组成结构如图1所示,包括基于
    巨磁阻效应的电流传感器单元和对应的模拟信号调制电路,以及磁环单元;各部分具体实
    施分别说明如下:

    (1)基于巨磁阻效应的电流传感器单元:它包括两个巨磁阻传感器;所述的巨磁阻
    传感器的功能为测量流过电力避雷器的电流,包括正常工作情况下的泄漏电流以及过电压
    情况下的泄放电流的变化。传感器为惠斯通全电桥(4个巨磁电阻)的结构,采用电压恒定的
    电源对电桥进行供电,对应输出与被测电流成线性关系的差分电压。

    由于测量的泄漏电流与泄放电流间相差6-7个数量级,本发明采用两款线性传感
    器进行电流的测量。其中一个传感器的实施例采用中国多维科技公司高灵敏度小量程的
    MMLH45F隧道磁电阻传感器,用于测量泄漏电流;另一个传感器的实施例采用中国多维科技
    公司低灵敏度大量程的TMR501隧道磁电阻传感器,用于测量泄放电流。

    (2)磁环单元:由大小两个同轴铁氧体磁环组成。本实施例的铁氧体小磁环内径为
    26mm,外径为47mm,磁环气隙为8mm,采用铁氧体材料制成;所述高灵敏度小量程的隧道磁电
    阻传感器位于小磁环气隙中,铁氧体小磁环的相对磁导率大于1000,在测量避雷器的泄漏
    电流时,有效实现测量磁场的放大及外界磁场的屏蔽。所述铁氧体大磁环内径为342mm,外
    径为358mm,磁环气隙为60mm,采用柔性铁氧体材料制成;所述灵敏度大量程的隧道磁电阻
    传感器位于柔性铁氧体大磁环气隙中,柔性铁氧体大磁环的相对磁导率在70-100之间,在
    测量避雷器的短路泄放电流时,有效实现外界磁场的屏蔽。柔性铁氧体大磁环使用灵活,其
    气隙开口方向可与小磁环开口方向根据测量空间进行调整,两个同轴磁环配合结构示意如
    图2所示,其中大小两个铁氧体磁环1、2同轴,大小两个铁氧体磁环用环氧树脂材料制作的
    可拆卸的连接杆件3连成一个整体,外侧柔性铁氧体磁环可自由安装拆卸,并且与小磁环的
    相对摆放位置自由,两个磁环的气隙开口方向可根据测量空间进行旋转调整,如图2(a)所
    示两个磁环的气隙同向,或两个磁环的气隙成一角度,如图2(b)所示。

    (3)两个传感器对应的两个模拟信号调制电路:由信号处理单元及电源单元组成,
    两个传感器的输出信号分别传输至对应的模拟信号调制电路中,所述的模拟信号调制电路
    的功能是为传感器提供电源并对其输出电压进行放大处理,本实施例的两个传感器的信号
    调制电路分别与对应的两个传感器位于两块独立的PCB板上,其中两个信号处理单元均采
    用带宽大于30MHz的差分运算放大器AD8044,两个电源单元分别采用电压参考源芯片
    LM7805、LM7905;传感器位于磁环气隙中,传感器对气隙磁场的响应信号输出至后端位于同
    一块PCB板的信号调制电路,经过调制后的输出信号被传输至外部的信号采集装置,所述信
    号采集装置可以是示波器或采集卡,不属于本装置的部件。整块PCB板根据测量位置进行摆
    放固定,保证测量过程中磁场传感器部分位于气隙中。

    本发明装置的测量方法为:

    根据安培环路定律,磁环气隙中的磁场强度H为:


    其中,I为流过电力避雷器的电流,r为磁环半径,d为磁环气隙长度,μr为磁环的相
    对磁导率。

    大磁环材料为柔性铁氧体,其相对磁导率在70-100之间,主要测量电力避雷器的
    泄放电流(最高达10kA),采用低灵敏度大量程的TMR501隧道磁电阻传感器。此时
    不满足远远小于d的条件,气隙磁场采用上式进行计算。

    小磁环材料为铁氧体,其相对磁导率大于1000,主要测量电力避雷器的泄漏电流
    (最低达1mA),采用高灵敏度小量程的MMLH45F隧道磁电阻传感器。此时满足
    则气隙磁场计算式简化为:


    在测量过程中,将电力避雷器的接线置于小磁环中并将整个测量装置摆放固定,
    两个同轴磁环中的两个传感器的输出电压输出至模拟信号调理电路的输入端,并最终输出
    至外部的信号采集装置,根据采集装置的输出电压可以得到气隙中的磁场值,并根据上述
    两个公式,分别对大、小磁环对应的泄放测量电流及泄漏电流进行反推,从而实现避雷器电
    流的测量??悸堑搅街执衅鞯牧槊舳燃安饬肯咝郧?,本发明可测的最小的泄漏电流达
    到1mA,最大的泄放电流达到10kA。两者相差7个数量级,对电力避雷器运行状态实现了有效
    监测。所述测量方法不属于本发明装置的内容。

    本发明提出的基于巨磁阻效应的多量程电流传感装置,通过设置两个不同磁导率
    的同轴磁环,实现采用同一装置对电力避雷器泄漏电流和泄放电流测量的功能。其突出优
    点在于所测电流范围大,最小电流及最大电流间可相差7个数量级,对电力避雷器的工作状
    态实现有效监测,同时装置包括柔性部件,在实际操作中易于实现,本发明具有广阔的应用
    前景。

    关于本文
    本文标题:一种基于巨磁阻效应的多量程电流传感装置.pdf
    链接地址://www.4mum.com.cn/p-5988851.html
    关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

    [email protected] 2017-2018 www.4mum.com.cn网站版权所有
    经营许可证编号:粤ICP备17046363号-1 
     


    收起
    展开
  • 四川郎酒股份有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度环保奖 2019-05-13
  • 银保监会新规剑指大企业多头融资和过度融资 2019-05-12
  • 韩国再提4国联合申办世界杯 中国网友无视:我们自己来 2019-05-11
  • 中国人为什么一定要买房? 2019-05-11
  • 十九大精神进校园:风正扬帆当有为 勇做时代弄潮儿 2019-05-10
  • 粽叶飘香幸福邻里——廊坊市举办“我们的节日·端午”主题活动 2019-05-09
  • 太原设禁鸣路段 设备在测试中 2019-05-09
  • 拜耳医药保健有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度企业奖 2019-05-08
  • “港独”没出路!“梁天琦们”该醒醒了 2019-05-07
  • 陈卫平:中国文化内涵包含三方面 文化复兴表现在其中 2019-05-06
  • 人民日报客户端辟谣:“合成军装照”产品请放心使用 2019-05-05
  • 【十九大·理论新视野】为什么要“建设现代化经济体系”?   2019-05-04
  • 聚焦2017年乌鲁木齐市老城区改造提升工程 2019-05-04
  • 【专家谈】上合组织——构建区域命运共同体的有力实践者 2019-05-03
  • 【华商侃车NO.192】 亲!楼市火爆,别忘了买车位啊! 2019-05-03
  • 浙江6+1几点开奖 优乐江西麻将版本 981棋牌苹果版 电子游戏发展史 街机电玩捕鱼7期 31选7走势 贵州11选5走势图电视版 李逵劈鱼怎么玩 山西新11选5 今日篮彩推荐预测 上海时时彩走势图彩 宁波七百搭麻将下截 股票推荐网站 咋样买彩票 北京单场sp值怎么计算 可提现的手机麻将游戏