[发明专利]直流电流传感器

说明书

本发明涉及电力输送检测技术领域，特别是与冶金、化工、电力机车等工业部门直流大电流测量技术有关。

电解、电冶、大型整流站网等工业、交通部门，要用强大的直流电能进行生产，这些部门消耗的电能，占我国总发电量的25%以上。所以，研究如何改进直流强电系统的测试和计量方法，提供准确可靠的计量仪器和设备，为提高电解效率和整流效率提供有效工具，是研究节能技术的有效措施之一。

目前国内使用的直流大电流传感器，大部分是直流互感器和分流器，其共同特点是现场计量准确度偏低，功耗太大，笨重、拆装、校验十分不便，且量程受限制。此外，直流互感器线性度差，易受外磁场影响。50年代西德西门子公司研制成功一种采用霍尔元件作为检测元件的霍尔检测式直流互感器、测量准确为0.2级，结构简单、开口方式、无反馈线圈、缺点是太笨重，虽比前述直流互感器和分流器功耗低，但功耗还是较大。美国专利US3323056采用霍尔元件作为检零元件的霍尔检零式零磁通互感器，测量准确度可达0.2%读数+0.05%～0.2%满度值，量程达240KA，是至今较好的直流大电流传感器，它的缺点是需要安匝补偿线圈和比较庞杂的电流控制设备，量程越大、这个缺点就显得越突出、现场校正也十分困难、且价格昂贵。1985年华中工学院和武汉新华仪表元件厂共同研制成功的ZDY-100KA及其系列高精度，低功耗直流大电流传感器，采用了磁屏蔽和多气隙、多通道方式，防磁性能较好，体积小、重量轻、节省原材料，功耗比直流互感器低99.8%。缺点是气隙多达60-300个，漏磁大，其中只有4-8个气隙有检测元件，因此外磁场及导电母排大小带来很大误差。其温度补偿方法也不当，元件在磁路中，而补偿在电路板上，传感器装在室外时，昼夜误差有的达2%。

本发明的目的是要克服上述传感器的不足，设计一种精度高、体积小、重量轻、功耗低、温度稳定性好的直流电流传感器。

本发明的直流电流传感器是ZDY系列直流电流传感器的改进，改进的第一个技术措施是只用1-8个气隙，每个气隙都安放霍尔元件、用普通矽钢片做检测磁路，在测量磁路中绕有交流线圈，直接用50HZ或振荡方法产生的微小交流电感应的磁场，使测量磁路中剩磁减少至万分级。

本发明改进的第二个技术措施，为减小温度附加误差，对受温度影响最大的霍尔元件单独补偿，其补偿元件（温敏元件）与霍尔元件放在一起组成组件、固定在气隙中，在电路上用高精度集成块和恒温槽，使温度附加误差在10℃万分级水平，扩大使用温度范围可达-40～+60℃。且选用的霍尔元件是磁线性度≤0.05%，工作电流在1mA左右恒流，并在5mA100℃老炼48小时稳定的器件。

本发明采用上述措施，保留了ZDY系列直流大电流传感器的优点，克服了它漏磁大、温度附加误差大的缺点。其传感器结构简单，稳定可靠，重量轻、体积小、价格低廉，安装、校准、调试、维护等十分方便，精度高，用电量2瓦左右，且与量程无关，配套性强，能实现智能化。采用一台本发明的100KA传感器替换一台直流互感器，每年可节电11.4万度。

根据本发明的基本原理，可设计出不同测量量程的一系列直流电流传感器。

图1是50A～1KA直流电流传感器（ZDL-1型）的外型图。

图2是ZDL-1型传感器部分的铁心结构及交直流磁力线走向示意图。

图3是100A～-3KA直流电流传感器（ADL-3型）的外型图。

图4是ZDL-3型传感器传感部分的铁心结构及交直流磁力线走向示意图。

图5是6KA～100KA直流电流员感器（EDL-Z型）的外型图。

图6是ZDL-Z型传感器传感部分的铁心结构及交流直流磁力线走向示意图。

图1～6中各标号代表的名称是：1传感器外壳，2导电母排，3传感部分，4测量放大器电路部分，5电路盒，6固定脚，7前层铁心，8铁心（图4中表示后层铁心），9交流磁力线，10直流磁力线，11气隙与霍尔元件，12交流线圈，13铁心开口，14被测导电母排。I_A交流电流，I_D被测直流电流。