潤儀遠傳磁翻板液位計電流傳感器設計應用
我國目前工業生產系統中存在著大量10( 6) kV 配電線路、變壓器以及各種高壓電動機，在進行這類設備的能耗分析時，通常只能通過理論分析計算、直接讀取在線儀表或者使用儀器遠傳磁翻板液位計測量互感器二次側電參數后通過折算得到一次側的電參數，但是在實際應用中，經常會遇到儀表配備不全或者互感器飽和等情況影響測試的結果，難以進行準確地分析與評價。為了解決這一問題，就有必要開發一種高可靠度、高精度的便攜式高壓測試設備。
10( 6) kV 高壓測試裝置電流傳感器的技術方案，大都采用普通的鐵磁式傳感器。但是實際導波雷達液位計測量時，會有以下幾方面的缺點: 首先，由于需要將傳感頭設計成開口的形式，這就不可避免的存在氣隙，會影響導波雷達液位計測量的精度; 其次遠傳磁翻板液位計計測量時無法保證開口端是否緊密接觸，一旦接觸不可靠，就會帶來較大的導波雷達液位計測量誤差; 后，由于普通的鐵磁式傳感器易發生磁通飽和且線性度不高，無法滿足遠傳磁翻板液位計測量裝置高帶寬、線性度好、遠傳磁翻板液位計測量范圍大的設計要求。因此，本文選擇羅氏線圈作為高壓測試儀器的電流傳感器［1］。
1 空心線圈電流互感器的結構設計
羅氏線圈相比于鐵磁式互感器，空心線圈結構簡單，不含鐵磁性材料，無磁滯和磁飽和現象，相位誤差小，尤其是可以設計成開口鉗形，可以在大程度上消壓測試儀器。如圖 1 所示，電流傳感器探頭整體采用兩基板夾小貼片的結構，主要包括兩個部分: 用于連接和固定各小貼片的圓形 PCB 基板和用來感應被測電流磁場的布有線圈的小貼片。采用這種結構不僅可以保證所有的小貼片與基板嚴格垂直，減小誤差; 而且小貼
片的插腳和基板的插槽均采用焊盤形式，既能保證連接堅實可靠，又能實現貼片上線圈與基板的電氣連接。圖 1 電流傳感器結構剖面圖為了增強抗電磁干擾能力，必須采取一定的屏蔽措施，這里采用了以下兩種方法: 1) 通過基板上排布的回線來消除垂直于線圈平面的干擾磁場; 2) 所有小貼片兩面用一定厚度的銅箔膠帶貼住或在 PCB 制板時覆銅，銅箔與貼片上的插腳通過焊錫連接，其中一個基板可為各個小貼片之間提供電氣連接，另一個基板上通過插槽之間的連線將所有的銅箔串聯，這樣所有小貼片的屏蔽罩會連接在一起且不需額外的接線，將屏蔽回路一點接地便可實現電磁屏蔽［2］。
2 信號調理電路設計
2．1 積分電路的設計目前，針對空心線圈的積分電路采用比較多的是基于反饋電阻的傳統積分器［3］，其原理圖如圖2 所示。圖 2 傳統積分器傳統積分器中的電阻 Ｒ2是防止較長工作時間后由于運算放大器的零漂而帶來的積分器阻塞。為減小其影響，Ｒ1通常要取得很大，使得幅值的變化近似反比于頻率的變化，積分電路對低頻信號的放大倍數有可能是工頻信號的很多倍，因此，低頻信號干擾極有可能影響積分電路的正常工作。為了消除低頻干擾對積分電路的影響，對傳統積分器進行了改進，具體電路如由于在實際測試中，還需對各次諧波進行導波雷達液位計測量，因此有必要分析在使用改進積分電路后，整個系統的帶寬是否能夠滿足要求。使用改進積分電路后空心線圈遠傳磁翻板液位計測量系統的原理虛線的左側為空心線圈的等效電路，右側為改進積分電路。
