[发明专利]非接触式电流传感器安装位置变动补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电流传感器，特别是一种应用于双线电源线电流测量的非接触式电流传感器安装位置变动补偿装置。

背景技术

近年来，产业自动化的迅速发展，对于高可靠度、高性能的控制仪器的需求日益增加。各式传感器在自动化的监控功能上，占有绝对重要的角色，其中电流传感器在仪表侦测、控制等工业或家庭自动化产业上都是不可或缺的一环。

目前电流传感器可依据原理分为四类，例如1.欧姆定律--电阻分流式、2.法拉第感应定律--CT变流器、3.磁场感测--霍耳元件及4.法拉第光电效应--光纤电流传感器。前两者在使用上或为直接测量造成额外热能的产生、或为体积大而笨重且无法直接应用于多芯电源线，故有不便之处。霍耳元件虽形小体轻、且为近接测量的特点，但其在多芯电源线应用上仍存在需先确立元件与电源线距离的问题。而光纤电流传感器由于低灵敏度、维修困难及构造复杂，因而使得应用范围较小。

依照安培原理，导体在电流通过时，会在周围形成磁场，其大小正比于导体的电流而反比于相隔的距离。因此通过磁场大小的侦测，可获知导体内所通过电流的大小。然而，目前近接式电流传感器大都有因为安装位置而造成测量误差过大的问题，而造成使用上的不便，因此近接式电流传感器仍有改善的空间。

发明内容

本发明是一种应用于双线电源线电流测量的非接触式电流传感器安装位置变动补偿装置，综观目前近接式电流传感器均有因为安装位置而造成测量误差过大的问题(甚至于数百％误差的错误测量)，无法达到消费性产品随意安装使用的情况。本发明是一种应用于双线电源线电流测量的非接触式电流传感器安装位置变动补偿装置，在通过测量装置的设计与算法的搭配，估算人为安装与待测物制造差异，以降低测量误差达到自动测量的功能。

根据安培定律，流经一长直导线的电流在其邻近空间会产生环形磁场，此环形磁场正比于导线上电流大小其中μ₀为导磁率，I为导线上电流，B_r为导线外推半径为r上的磁通密度，另外根据法拉第定律，线圈感应电压其中N为线圈匝数，A为线圈所封闭的面积，φ为有效磁通。在测量位置r、线圈匝数N与线圈面积A已知的条件下，待测电流I正比于感应电压V，因此若要由感应电压V，去推论待测电流I，则测量位置r、线圈匝数N与线圈所封闭的面积A必须事先确定，其中线圈匝数N与线圈所封闭的面积A，不会因为测量安装不同位置而改变，但测量位置r，会因为元件安装位置不同而改变，所以要做到随扣即用的测量，则测量位置r需做到线上的实时估测。在直角坐标系中导线外推半径r分别与垂直位移的第一距离g₁与水平位移W相关，所以由感应电压V去求得待测电流I，需先推估出垂直位移的第一距离g₁与水平位移W，其中该垂直位移的第一距离g₁为测量位置距该导线的距离，该水平位移W，为与该垂直位移相垂直的水平距离。

本发明的应用于双线电源线电流测量的非接触式电流传感器安装位置变动补偿装置，是通过一种迭代算法以推论出双线式电源线中的待测电流I、以及非接触式电流传感器与双线式电源线之间的垂直位移的第一距离g₁与水平位移W。

垂直位移的第一距离g₁：是两个相同的磁感测元件，并使此两个磁感测元件在测量方向保持固定距离g₂，两个磁感测元件所看到的磁通密度分别为与此两个磁感测元件输出信号与待测电流I和垂直位移的第一距离g₁相关，假设其余元件参数为已知，利用两个元件输出信号可以联立估算待测电流I和垂直位移的第一距离g₁；水平位移W：是两个相同的磁感测元件水平对称于主测量元件并使信号串接，双线式电源线的对称架构，使得串接输出信号正比于传感器与电源线中心轴的水平位移W，假设其余元件参数与待测电流I为已知，由垂直位移的第一距离g₁估算产生，如此可以估算传感器与电源线中心轴的水平位移W，经过纵向与水平两个维度的迭代可以逼近真正传感器垂直位移的第一距离g₁，传感器水平位移W与待测电流I的大小，如此非接触式电流传感器可以在任意安装位置计算出待测电流I的大小。