专利名称：一种微电流传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种传感器，尤其是涉及一种微电流传感器的结构改良。
背景技术：
随着国家的经济发展，城市化的迅猛推进，我国城市用电量急剧增加，电力电缆在电力供应中的应用也随之增加。与架空线路相比，电力电缆具有受外界环境的影响小、安全可靠、隐蔽、耐用等优点，经常用作发电厂、变电站以及工矿企业的动力引入或引出线，以及跨越江河、铁路等时的输电用线，也是城市供电的重要组成部分。随着电力电缆在电网供应中的普遍采用，电缆的数量有了很大增长，电缆的故障、隐患也随之增多。如何检测电力电缆故障，怎样能快速准确地查找出故障点的准确位置，缩短故障的修复时间，及时排除 隐患，成为各供电企业越来越关心的问题。局部放电一直以来都是电力设备绝缘非破坏性试验的检测项目。局部放电既是造成绝缘劣化的重要原因，也是绝缘劣化的重要表现形式。电力电缆的局部放电量与它的绝缘状况密切相关，局部放电量的增强可以反映出电缆绝缘状况存在着可能的危机电缆安全运行的缺陷。本专利中的传感器是应用电磁耦合法来测量局部放电的，电磁耦合法是在电缆金属屏蔽层外或电缆终端、连接头屏蔽层的接地线上安装电磁耦合线圈，通过电磁耦合来感应流过电缆屏蔽层的局部放电脉冲电流。

实用新型内容本实用新型主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种使用锰锌铁氧体作为传感器的铁芯，使传感器的适用频率在50kHz-30MHz，能够准确的测量得到局放信号的一种微电流传感器。本实用新型还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种加入适当长度的气隙，使得传感器的电感在频率变化时能够尽量保持平缓变化，从而使传感器在测量不同频率时能够减小误差的一种微电流传感器。本实用新型再有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种通过加硬塑料片的方式增加气隙能够保证气隙的稳定，并且在装置开合时通过机械外壳的扣板保证外壳内部安装的铁芯能够接触良好的一种微电流传感器。本实用新型最后有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种灵敏度测量达到5V/A，在传感器测试中达到了良好的效果的一种微电流传感器。本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种微电流传感器，其特征在于，包括环形的左支架以及一端通过插稍与左支架一端连接并可以开合的环形的右支架，所述左支架上下分别设有左上盖板和左下盖板；所述右支架上下分别设有右上盖板和右下盖板，所述左支架、右支架、左上盖板、左下盖板、右上盖板和右下盖板构成一环形置放槽，所述环形置放槽内设置有传感组件。本实用新型创造性的基于罗氏线圈的基本原理，发明一款加有开合铁芯的环状传感器，其中铁芯为两个半环拼接而成。传统的罗氏线圈中是不加铁芯的，线匝是直接绕在骨架上，骨架的相对磁导率近似等于空气的相对磁导率。对于局放脉冲信号，由于它的电流幅值很小，要测量它，传感器必须要有较高的灵敏度。而传感器对源信号的测量是通过磁耦合实现的。增加传感器与源信号间的互感是可以明显提高传感器的输出，另外通过式可以看出，互感的增加也使自感增加，同时可以使互感器的测量低频带截止频率降低。在线圈中加入相对磁导率较大的软磁铁芯，可以明显提高线圈的自身电感量。本装置的工作原理将传感器固定在电缆的接地线上，通过同轴电缆连接传感器出线，即可输出传感器检测到的局放信号。罗氏线圈是基于电磁感应定律实现对电流的测量的，它的等效电路如图一所示。图中M为线圈与置于线圈中间的载流导体之间的互感，LS、RS、CS分别为线圈的自感、内阻和杂散电容，&罗氏线圈的负载电阻。由电路原理可推导出频带宽度表达式为
. . T3 TJZ ￡ ￡ II Rs + Rl
0011=fh~fl=l042n\jfs L^y由上式可以看出，传感器自身的各种电气参数决定了它的理论测量频带。分析方程可以看出，要拓宽传感器的频带，一方面要提高高频带的截止频率，另一方面要降低低频带的截止频率。而提高高频带的截止频率的措施，有降低传感器线圈自身的电阻Rs和杂散电容Cs.另外，降低低频带截止频率的措施有提高传感器线圈自身电感Ls、降低自身电阻Rs和使用较小的负载电阻&等。本装置是采用电磁耦合法测量电缆的局放信号，而局部放电产生的高频信号在电缆中传播的时候，会发生衰减和耗散。在原始的电缆局部放电脉冲信号中存在着的大量高频成分会随着信号在电缆中的传播而损失掉。局放脉冲也由最原始的陡峭、尖锐、脉宽窄，变得平滑、圆润、脉宽拉长，而且幅值大大减小。本装置主要是针对这种脉宽电流的检测，要求传感器具有合适的带宽，还应有较高的灵敏度。通过对局放脉冲波形的分析发现，对于频带宽度为250MHz的局放信号，在电缆中传播300m之后脉宽将低于20MHz，本装置实际采用的测量频带宽度为为50KHz-30MHz。并且由于源信号幅值比较微弱，因此灵敏度要求较高，考虑了积分电阻与绕线匝数的要求，选定灵敏度为5V/A。在上述的一种微电流传感器，所述左支架另一端设有一挂钩，所述右支架另一端设有用于与挂钩配合的扣柄。在上述的一种微电流传感器，所述右支架上设有穿线孔，所述左支架上的插销处设有一小挡板，所述右支架和左支架内还设有与环形置放槽形状相适应的塑料套。在上述的一种微电流传感器，所述的传感组件包括一个设置在环形置放槽内的由两个半环拼接而成的铁芯，所述铁芯上绕制有绕线匝，所述绕线匝的出线的两端通过一聚丙烯电容器连接，并且所述绕线匝的出线的两端还并联一负载电阻。因此，本实用新型具有如下优点1.使用锰锌铁氧体作为传感器的铁芯，使传感器的适用频率在50kHz-30MHz，能够准确的测量得到局放信号；2.加入适当长度的气隙，使得传感器的电感在频率变化时能够尽量保持平缓变化，从而使传感器在测量不同频率时能够减小误差；3.通过加硬塑料片的方式增加气隙能够保证气隙的稳定，并且在装置开合时通过机械外壳的扣板保证外壳内部安装的铁芯能够接触良好；4.本装置的灵敏度测量达到5V/A，在传感器测试中达到了良好的效果。
图I是本实用新型的一种立体结构示意图。图2是本实用新型的另一种立体结构示意图。图3是是本实用新型中传感组件的电路结构示意图。图4是图I中左支架的立体结构示意图。图5是图I中右支架的立体结构示意图。
具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。图中，左支架I、插稍2、右支架3、左上盖板4、左下盖板、右上盖板6、右下盖板、挂钩8、扣柄9、塑料套10、铁芯11、绕线匝12、聚丙烯电容器13、负载电阻14、磁路气隙15、铁芯连接缝隙16、传感器出线17。实施例如图I、图2、图4以及图5所示一种微电流传感器，包括环形的左支架I以及一端通过插稍2与左支架I 一端连接并可以开合的环形的右支架3，所述左支架I上下分别设有左上盖板4和左下盖板；所述右支架3上下分别设有右上盖板6和右下盖板，所述左支架I、右支架3、左上盖板4、左下盖板、右上盖板6和右下盖板构成一环形置放槽，所述环形置放槽内设置有传感组件，左支架I另一端设有一挂钩8，所述右支架3另一端设有用于与挂钩8配合的扣柄9，右支架3上设有穿线孔，所述左支架I上的插销2处设有一小挡板，所述右支架3和左支架I内还设有与环形置放槽形状相适应的塑料套10。本实用新型采用铝材质作为加工材料，由两个半环套拼接而成利用固定销钉将它们固定，连成一体，组成钳形传感器的主体部分，在两个半圆环中留出较大的空间用于安装传感器线圈铁芯，同时在右支架上留有穿线孔，可将线圈的出线头引出到右支架手柄处的BNC接头上，手柄末端留有插槽，可将带法兰板的BNC街头嵌入其中。左支架上，在安装插销处设有一小挡板，可以防止传感器开口过大而使穿过连接处的导线拉伸太长。塑料套起到的作用一方面能够将铁芯与外壳连接起来，起到固定铁芯的作用。另一方面，通过对塑料套的适当处理，可以保护穿过传感器插销处的导线，使导线不至于被外壳夹板夹紧而在传感器开口时断开。如图3所示，传感组件包括一个设置在环形置放槽内的由两个半环拼接而成的铁芯11，铁芯11上绕制有绕线匝12，所述绕线匝12的出线的两端通过一聚丙烯电容器13连接，并且所述绕线匝12的出线的两端还并联一负载电阻14。两个半环之间加入适当长度的气隙，使得传感器的电感在频率变化时能够尽量保持平缓变化，从而使传感器在测量不同频率时能够减小误差，磁路气隙采用厚度为0. 34mm的硬塑料隔在两半环之间，传感器出线采用带法兰板的BNC接头，方便连接。下面介绍一下本实施例中，传感组件中各个部件的具体详细参数I、铁芯对软磁材料铁芯的选择上，应从以下几方面去考虑I磁导率ii .磁感应强度B = ii H，因此在一定的磁场强度H下，B值取决于材料的U值。显然，对于本装置所研究的传感器，铁芯的U值愈大传感器可获得的信号愈强，可测量的灵敏度愈高，磁导率将是选择铁芯材质的主要因素。[0031]2要求具有很小的矫顽力H。和狭窄的磁滞回线。材料的矫顽力越小，就表示磁化和退磁容易，磁滞回线狭窄，在交变磁场中磁滞损耗就越小，因而也就有较高的适用频率，适用频率也是本装置选择铁芯材质的另一主要因素。3电阻率P要高。处于交变磁场中的软磁体具有涡流损耗，磁芯的电阻率越高，则涡流损耗越小。4具有较高的饱和磁感应强度Bs.磁感应强度高，相同的磁通需要较小磁芯截面积，磁性元件体积小。在低频时，最大工作磁通密度受饱和磁通密度限制；但在高频时，主要是损耗限制了磁通密度的选取，饱和磁通密度大小并不重要。除过以上因素，磁性材料的工作温度也是选择的主要因素，但考虑到传感器一般工作在常温0 40°C下，即使工作时温度上升也不明显，常用的软磁材料在此温度范围内都能正常工作。所以在本装置的研究中不用考虑此因素。铁芯采用飞磁公司生产的TX87/54/14-3C11锰锌铁氧体磁环，磁导率约为4300。2、绕线材料漆包线是制作线圈时最常使用的，它是一种具有外包绝缘层的金属导线。它在传感器中的作用是在交变的磁场中产生电流，实现磁能和电能的相互转换，所以又称电磁线。一般采用铝线、铜线、或其它金属材质作为芯线。在研制线圈的过程中，在选用铜漆包线方面的应着重考虑以下几点I耐温等级与热性能。根据线圈绕组中可能出现的最高温度，选用相应耐温等级的漆包线，并考虑留有适当的裕度。本装置研制的传感器按最高温度60°C考虑。2芯线形状。通常有扁形、箔形和圆形等，为了便于绕制与尽量减小线圈的空间体积，选用圆形芯线为宜。3力学性能。设计线圈时，须根据其形状和内径，选用适当柔软的漆包线。漆包线太硬，卷绕不易紧密；太软容易拉伸过度，以致线直径变细，电阻增大。4电气性能。漆包线要有合格的电导率，足够和稳定的绝缘电阻和击穿电压。5相容性。选用漆包线时，须考虑它与骨架绝缘材料的相容性。骨架绝缘材料的化学组成、耐温指数和绕组线相同时，其相容性一般较好。本装置采用直径0. 5_、截面为圆形的无磁性聚氨酯铜漆包线。3、负载电阻比较高的负载电阻可以使传感器输出的电压值增加，提高了传感器的灵敏度，增加传感器负载电阻将提高传感器的低频截止频率。因而，在达到理想的灵敏度的情况下，不能选用过高的负载电阻，以免影响到传感器的响应频带。另外传感器的信号出头要接一段电缆再与后置的滤波、分析电路相连，因此在传感器设计中必须考虑输出阻抗方便与电缆端匹配的问题。常用的有75 Q和50 Q有两种波 阻抗的高频信号同轴电缆。从以上的分析，本装置倾向于选择50Q的电阻作为负载电阻，经过试验验证，在负载电阻50 Q时，传感器与电缆良好匹配，在电缆终端能够良好复现传感器的测量波形。4、滤波电容考虑到传感器主要用于具有较高频率局放信号的测量，主要工作于高频带，而在传感器工作的环境中存在有大量的低频信号，不可避免地受到如工频电流信号和电力系统的谐波的影响，因而考虑在传感器线圈的输出端接一个滤波电容，以提高传感器的低频截止频率，最终提高到50kHz，以达到滤除低频干扰的目的。聚丙烯电容器以金属箔作为电极，将其和聚丙烯薄膜从两端重叠后，卷绕成圆筒状而构造成的电容器。它没有极性，绝缘阻抗较高，频率特性优异频率响应宽广，而且介质损耗很小。介电常数较高，体积小，容量大，稳定性较好。基于以上优点，本装置最终选定聚丙烯电容作为传感器的滤波电容器。5、接头带法兰板的BNC接头,法兰板为18mmX 18mm。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。尽管本文较多地使用了左支架I、插稍2、右支架3、左上盖板4、左下盖板、右上盖板6、右下盖板、挂钩8、扣柄9、塑料套10、铁芯11、绕线匝12、聚丙烯电容器13、负载电阻14、磁路气隙15、铁芯连接缝隙16、传感器出线17等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
权利要求1.一种微电流传感器，其特征在于，包括环形的左支架(I)以及一端通过插稍(2)与左支架(I) 一端连接并可以开合的环形的右支架(3)，所述左支架(I)上下分别设有左上盖板(4 )和左下盖板；所述右支架(3 )上下分别设有右上盖板(6 )和右下盖板，所述左支架(I)、右支架(3)、左上盖板(4)、左下盖板、右上盖板(6)和右下盖板构成一环形置放槽，所述环形置放槽内设置有传感组件。
2.根据权利要求I所述的一种微电流传感器，其特征在于，所述左支架(I)另一端设有一挂钩(8)，所述右支架(3)另一端设有用于与挂钩(8)配合的扣柄(9)。
3.根据权利要求2所述的一种微电流传感器，其特征在于，所述右支架(3)上设有穿线孔，所述左支架(I)上的插销(2)处设有一小挡板，所述右支架(3)和左支架(I)内还设有与环形置放槽形状相适应的塑料套(10)。
4.根据权利要求I所述的一种微电流传感器，其特征在于，所述的传感组件包括一个设置在环形置放槽内的由两个半环拼接而成的铁芯(11)，所述铁芯(11)上绕制有绕线匝(12)，所述绕线匝(12)的出线的两端通过一聚丙烯电容器(13)连接，并且所述绕线匝(12)的出线的两端还并联一负载电阻(14)。
专利摘要本实用新型涉及一种微电流传感器，包括环形的左支架(1)以及一端通过插稍(2)与左支架(1)一端连接并可以开合的环形的右支架(3)，所述左支架(1)上下分别设有左上盖板(4)和左下盖板(5)；所述右支架(3)上下分别设有右上盖板(6)和右下盖板(7)，所述左支架(1)、右支架(3)、左上盖板(4)、左下盖板(5)、右上盖板(6)和右下盖板(7)构成一环形置放槽，所述环形置放槽内设置有传感组件。本实用新型具有如下优点1.适用频率在50kHz-30MHz，能够准确的测量得到局放信号；2.在测量不同频率时能够减小误差；3.灵敏度测量达到5V/A，在传感器测试中达到了良好的效果。
文档编号G01R31/12GK202453415SQ20122008599
公开日2012年9月26日 申请日期2012年3月8日 优先权日2012年3月8日
发明者刘海志, 卢世奇, 周承科, 周文俊, 喻剑辉, 姚帅, 姜伟, 李俊, 李刚, 靖晓平 申请人:武汉供电公司输电中心, 武汉大学