基于霍爾效應和空芯線圈的電流檢測新技術.pdf

1、本文的主要工作是探尋適合工業(yè)領域大規(guī)模應用的直流電流和交流電流檢測方法，針對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現(xiàn)方法進行了深入研究，提出的新穎的傳感模型能夠有效克服傳統(tǒng)結構存在的諸多缺點，并努力在實用化和產業(yè)化方面進行了嘗試。 霍爾電流傳感器是針對低頻率或直流電流測量的簡單而有效的檢測方法，經典的開環(huán)型結構測量精度低、動態(tài)范圍小、重量重、造價高，閉環(huán)型霍爾電流傳感器采用了零磁通原理，雖然在測量精度上較開環(huán)型結構

2、大為提高，但測量系統(tǒng)更為復雜，當被檢測電流較大時，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造霍爾電流傳感器的思路，基于長直導線磁場分布的點陣式霍爾電流傳感器適用于直流大電流的測量，基于螺旋導線磁場分布的螺旋線型霍爾電流傳感模型可應用在諸如漏電流等微弱電流測量領域。從工程實際出發(fā)，本文提出了采用印刷電路板（Printed Circuit Board，PCB）技術實現(xiàn)點陣式和螺旋線型霍爾電流傳感器的制造方法

3、，由PCB 板和霍爾元件構成的傳感器線性度高、動態(tài)范圍寬、重量輕、價格低廉，非常適合在工業(yè)領域的大規(guī)模應用。 空芯線圈自問世以來在交變磁場和電流的測量方面尤其是在電力系統(tǒng)暫態(tài)電流的測量中得到了極大的重視，線性度不高、批量生產的一致性差、溫度穩(wěn)定性較差等是影響手工繞制空芯線圈大規(guī)模實用化和產業(yè)化的關鍵因素。從傳感模型出發(fā)，本文論證了空芯線圈與點陣式霍爾電流傳感模型在本質上的一致性，總結了理想空芯線圈的4 條基本假設，將PCB 技術

4、應用于空芯線圈的制造為空芯線圈結構的豐富和發(fā)展提供了契機，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直導線磁場分布的基礎之上，而螺旋線型空芯線圈遵循的是螺旋導線磁場分布模型。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量裝置、靜止式電能表中的空芯電流傳感器采用不同結構的PCB 板空芯線圈作為傳感頭，并已得到應用。 理論分析和實際測試均表明：本文提出的點陣式霍爾電流傳感器、螺旋線型霍爾電流傳感