[实用新型]一种电流传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电流传感器，在供电和变电设备的电流测量和控制方面具有特殊用途，也可广泛用于工业产品和设备的电流测量、控制、校准以及过流保护和监控，包括铁路机动车辆瞬时电流检测以及金属冶炼和化工等行业大电流的测量、控制与保护。

背景技术

电流传感和测量是工程技术以及科学研究中广泛涉及的一个研究课题，如供电和变电设备的电流测量和控制，工业产品和设备的电流测量、控制、校准以及过流保护和监控。目前传统的电流传感器有电阻法、基于霍尔效应的电流传感器和基于法拉第效应的光纤电流传感器。电阻法使用简单，是将一电阻串联在电路内， 根据欧姆定律(Ohm’s law)，串联电阻两断的电动势之差正比于通过的电流。采用电阻法需要通电导体与电阻串联，在大电流的情况下由于电阻发热而产生大的功耗。基于霍尔效应的电流传感器的结构简单、但温度特性不佳，受温度漂移的影响大、大电流导致铁芯磁饱和。基于法拉第效应的光纤电流传感器受电磁干扰小、但受温度漂移的影响大，且结构复杂，成本较高，目前市场还少见成熟的光纤电流传感器。基于霍尔效应的电流传感器和基于法拉第效应的光纤电流传感器均为有源传感器，工作时需要供电。本技术发明人已获授权的一种基于通电导体受压形变的压电式电流传感器（专利号：2001120038603.2），采用压电器件测量导体形变和通电导体电流，具有结构简单、高绝缘隔离、受电磁干扰小、温度特性好的特点，为一种无源电流传感器， 但该技术不能用于测量直流电流。高功率直流输电线路大电流传感器的研制依然是电气工程中需要解决的问题。

本实用新型提供一种无源电流传感器，具有结构简单、无磁饱和的特点，能够在大的范围内测量直流、交变和瞬变电流。

发明内容

本实用新型提供一种电流传感器，基于电流在导体内部产生垂直于电流方向的磁场。导体内运动的栽流子受到由于磁场而引起的洛伦兹(Lorentz) 力的作用，在导体内栽流的电子向导体表面移动，因而形成径向电场。在垂直电流方向的平面内，通电导体中心沿径向至导体表面间电动势之差正比于通过导体电流的平方。

本实用新型提供一种无源电流传感器通电导体和电极组成。通过测量固定在通电导体表面和导体内的两电极间的电动势之差来确定通过导体的电流。这种新型电流传感器的测量范围广、响应时间短，可以检测传统电流传感器所不能检测的大的直流和交变电流，为高功率供电和变电设备的电流测量和控制提供一种可靠技术手段。

本实用新型的目的是通过如下途径实现的：

一种电流传感器，其特征在于：电流传感器由通电导体和电极组成, 两个电极与通电导体的接触点分布在垂直于电流方向的平面上，并固定在离导体的轴线不同距离的位置，两个电极之间的电压信号由电极上的引线引出，输出的电压信号与电流的平方成正比。

更进一步的，通电导体可分别为柱状，带状和筒状。在通电导体为筒状的情况下，两个电极与通电导体的接触点分布于筒状通电导体的内外两侧。

本实用新型的原理如下：

本实用新型的原理是基于电流在导体内部产生垂直于电流方向的磁场。导体内运动的电子受到由于磁场而引起的洛伦兹力的作用，使电子向导体表面移动，因而形成径向电场。在垂直电流方向的平面内，通电导体从轴线沿径向至导体表面间电动势之差正比于通过导体电流的平方。

设电流I通过一长导体，环路C 环绕该导体表面，其包围的导体截面积为S，且截面的法向与电流方向平行，如图1所示。导线内的电流密度j等于I/S。根据毕奥-萨伐尔定律(Biot-Savart law)，电流在导体内外产生磁场，磁场方向垂直于电流方向。在导体表面，磁感应强度B沿环路C的积分由安培环路定理(Ampère's circuital law) 给出：

,                                                                                             (1)

式中μ₀为真空磁导率。上式的标量形式为

，                                                                                  (2)