基于霍爾效應(yīng)和空芯線圈的電流檢測(cè)新技術(shù).pdf

1、本文的主要工作是探尋適合工業(yè)領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的直流電流和交流電流檢測(cè)方法，針對(duì)已被普遍采用的霍爾電流傳感器和空芯線圈的傳感原理和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了深入研究，提出的新穎的傳感模型能夠有效克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在的諸多缺點(diǎn)，并努力在實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化方面進(jìn)行了嘗試。 霍爾電流傳感器是針對(duì)低頻率或直流電流測(cè)量的簡(jiǎn)單而有效的檢測(cè)方法，經(jīng)典的開(kāi)環(huán)型結(jié)構(gòu)測(cè)量精度低、動(dòng)態(tài)范圍小、重量重、造價(jià)高，閉環(huán)型霍爾電流傳感器采用了零磁通原理，雖然在測(cè)量精度上較開(kāi)環(huán)型結(jié)構(gòu)

2、大為提高，但測(cè)量系統(tǒng)更為復(fù)雜，當(dāng)被檢測(cè)電流較大時(shí)，制造的成本和困難程度將急劇增加。從傳感模型出發(fā)，本文提出了不采用氣隙鐵芯構(gòu)造霍爾電流傳感器的思路，基于長(zhǎng)直導(dǎo)線磁場(chǎng)分布的點(diǎn)陣式霍爾電流傳感器適用于直流大電流的測(cè)量，基于螺旋導(dǎo)線磁場(chǎng)分布的螺旋線型霍爾電流傳感模型可應(yīng)用在諸如漏電流等微弱電流測(cè)量領(lǐng)域。從工程實(shí)際出發(fā)，本文提出了采用印刷電路板（Printed Circuit Board，PCB）技術(shù)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣式和螺旋線型霍爾電流傳感器的制造方法

3、，由PCB 板和霍爾元件構(gòu)成的傳感器線性度高、動(dòng)態(tài)范圍寬、重量輕、價(jià)格低廉，非常適合在工業(yè)領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。 空芯線圈自問(wèn)世以來(lái)在交變磁場(chǎng)和電流的測(cè)量方面尤其是在電力系統(tǒng)暫態(tài)電流的測(cè)量中得到了極大的重視，線性度不高、批量生產(chǎn)的一致性差、溫度穩(wěn)定性較差等是影響手工繞制空芯線圈大規(guī)模實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素。從傳感模型出發(fā)，本文論證了空芯線圈與點(diǎn)陣式霍爾電流傳感模型在本質(zhì)上的一致性，總結(jié)了理想空芯線圈的4 條基本假設(shè)，將PCB 技術(shù)

4、應(yīng)用于空芯線圈的制造為空芯線圈結(jié)構(gòu)的豐富和發(fā)展提供了契機(jī)，平板型、組合型、窄帶型等三種基于PCB 板的空芯線圈建立在長(zhǎng)直導(dǎo)線磁場(chǎng)分布的基礎(chǔ)之上，而螺旋線型空芯線圈遵循的是螺旋導(dǎo)線磁場(chǎng)分布模型。交流電力系統(tǒng)中的空芯電流互感器、Tokamak中的等離子體電流測(cè)量裝置、靜止式電能表中的空芯電流傳感器采用不同結(jié)構(gòu)的PCB 板空芯線圈作為傳感頭，并已得到應(yīng)用。 理論分析和實(shí)際測(cè)試均表明：本文提出的點(diǎn)陣式霍爾電流傳感器、螺旋線型霍爾電流傳感