[实用新型]一种采用多层镜像布线印刷电路板构造的空芯线圈

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测量磁场或电流的传感器，具体说，是一种利用多层镜像布线印刷电路板(Print Circuit Board，简称PCB)制造的空芯线圈传感器。

背景技术

空芯线圈最初是用来测量磁场的。由于线圈的输出电压和功率不足以驱动后续的测量设备，早期的空芯线圈不能用于电流测量。随着以微处理器为基础的继电保护和测量技术的发展，空芯线圈已经非常适合在这些场合测量电流用了。并有可能逐渐取代现有的传统电流互感器。

空芯线圈中，二次绕组绕在一个非磁性骨架上，不存在铁磁材料，使传感器在几安到几百千安的范围内仍然具有优良的线性，与传统CT不同，由于它不是直接测量电流，即使被测电流含有很大的直流分量，仍然不会饱和。因此近年来空芯电流互感器开始应用于继电保护和测量中。

空芯线圈的测量原理如图1所示，整个线圈均匀地绕在一个环形的非磁性骨架上。由全电流定律和电磁感应定律可得到空芯线圈感应电压e(t)为：

e(t)=-dΨ(t)dt=-Mdi(t)dt]]>

=-μ0Nh2πlnRaRi·di(t)dt]]>

式中φ(t)为磁链，M为空芯线圈互感，i(t)为一次侧电流，μ₀为真空磁导率，N为线圈匝数，h为线圈骨架高度，Ra为骨架外径，R_i为骨架内径。

测量回路的等效电路如图2所示。其中R₀是线圈的内阻，Rc是外接积分器的输入阻抗，L是线圈的自感，其大小为：

L=μ0N2h2πlnRaRi=N·M]]>

Rc一般都在数万欧姆，R₀只有数十欧姆，所以i(t)很小，u_out与e(t)非常接近。通过积分器可以将e(t)的波形还原成M*i(t)的波形，M为常数，进行运算就可以得到i(t)的准确值。

对于稳态下的正弦电流，空芯线圈的输出电压可以表示为：

E＝M×jω×Ip，式中Ip为被测一次电流。