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科学瞎想系列之五十二 电流传感器(2)

上期讲了电流互感器,本期说说分流器。上期讲了,电流互感器不适用于直流、瞬态以及各种非正弦交流电流的检测,那么这种情况应该怎么办呢?分流器就是一种不错的选择。分流器也是电流传感器的一种,它其实就是一个阻值很小的电阻,把它串联到被测电路中,利用被测电流流经它产生的压降来反映被测电流的信息。欧姆定律宝宝们都很熟悉吧!当被测电流流过分流器时就会产生电压,U=i*R,其中: R为分流器的电阻; i为被测电流,由此可见,分流器两端的电压与被测电流成线性关系,因此可以用这个电压来反映被测电流的信息,这就是分流器的工作原理。之所以叫分流器,还有一个解释,就是它其实是一个分流电阻,二次仪表与其并联,这样被测电流分别流经分流器和二次仪表,两条支路所分的电流与各自的阻值成反比,由于分流器电阻值很小,被测电流绝大部分流经分流器,只有很小一部分电流流经二次仪表来驱动仪表显示,如果分流器电阻和二次仪表的电阻一定,则二次仪表中的电流就会和总电流(被测电流)成线性关系。这样就相当于把很小量程的电流表量程扩大了,关于直流电流表扩大量程的知识初中物理里就有介绍,老师就不啰嗦了。由于分流器结构简单,成本低廉,适用范围广,因此被广泛应用于各种电流的检测场合,特别是直流电流检测场合。

分流器虽然有很多优点,但它也存在一些固有的问题。

1 由于分流器是直接串联在被测的主电路里,与主电路没有电气隔离,因此分流器与被测主电路是等电位的,二次仪表直接与分流器并联,这就意味着二次仪表也与主电路等电位,通常主回路(专业称一次回路)宝宝们是不能轻易靠近的,但二次回路会和宝宝们密切接触,这种接法在低压系统中问题不大,若是高压系统,呵呵!那问题可就大了去了,宝宝们的安全将得不到保证,因此分流器是不能用于高压系统的。

2 分流器中流经了绝大部分被测电流,它自身会有所发热,加之安装位置附近也会有其它发热部件,因此分流器的温度会有较大范围的变化,温度的变化会导致分流器阻值的变化,从而影响测量精度,因此分流器应该选用电阻温度系数很低的材料制成,以提高其检测精度。

3 分流器是一个电阻,它必有一定的长度,导体有长度就会存在电感,这就限制了它在交流回路和瞬变过程中的应用,因为分流器的工作原理是利用被测电流在分流器上的电压来反映被测电流的信息,如果分流器是一个纯电阻,那么流经电流时,它两端的电压就是i*R,电压不仅与被测电流在大小上成线性关系,而且在相位上也是同相位,如果分流器存在电感,那么在交流电流流过分流器时其两端电压就变成u=i*R+L*di/dt,这样电压与电流在瞬时值上就不再是线性关系,对正弦交流电电压信号必然与被测电流存在相位差,这样电压就不能完全反映被测电流的信息,如果被测电流是任意波形的电流,那失真就更加严重,即使在直流系统中,如果被测电流发生突变,由于电感的存在也会产生信号延迟现

象,造成检测信号失真,因此有电感的分流器是不能用作瞬态电流检测的,无论是直流还是交流。比如我们在进行同步发电机的突然短路试验时,突然短路电流的检测就不能用有感的分流器,因为发电机的超瞬变过程极其短暂,稍纵即逝,如果用有感分流器检测到的电流信号就不能正确反映实际的突然短路电流的瞬变过程。因此我们希望分流器是一个没有电感的纯电阻,那么如何才能使一段导体没有电感呢?在电子元器件中有一种线绕电阻为了使之无感,采用了双线绕法,这样通过该电阻的电流就会是一进一出,电流正好相反,产生的磁势相互抵消,使得螺线管内的磁场为0,没有了磁场也就不存在电感的问题了。受此启发,我们可以把分流器导体对折成U型,且对折的两半导体通过很薄的绝缘垫片紧密相贴,那么两半导体中的电流就会方向相反,从而抵消掉自身产生的磁场,这样就成了无感分流器(如图所示),对于通流量较小的分流器可以采用对折的方法实现无感,对于通流量较大的分流器,可以采用套筒式的结构,将分流器做成两段直径不同的管子,两段管子分内外层嵌套在一起中间加环状绝缘垫片,一端短路封闭,在另一端的内外层引入被测电流,这样内外层中的电流一进一出,同样磁势自我抵消,使电感为0,其原理与对折方法如出一辙。这种无感分流器可广泛应用于非正弦电流和瞬态电流的检测中。

关于分流器的事就说到这儿,说多了宝宝们又该烦了,要不你们就没有长进呢!都长点心吧!下一期老师给宝宝们说说电流传感器的重头戏------霍尔传感器和罗氏线圈传感器。下课!

本文分享自微信公众号 - 龙行天下CSIEM(gh_a8911987218e),作者:龙行天下

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原始发表时间:2017-06-10

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