电流传感器技术综述

电流传感器技术综述

郑荟民

1、电流传感器的作用及工作原理

电流传感器是介于一次系统与二次系统之间的装置，它的主要作用就是转化电流。可以将较大的电流转化为二次系统的小电流，再将这些小电流供给测量仪和继电器等各种电力设备，这些设备通电后，再结合专业机器进行检测，来判断它们是否正常运行。电流传感器的另一个作用，就是将测量仪表与继电器分隔开来，避免测量仪表与继电器之间相互影响，从而发生电力事故，避免危险情况发生。这也是电流传感器的一个重要的工作原理。电流传感器的工作原理也较为简单，其结构主要是由铁心和绕组组成。为了保证安全，铁心必须是闭合的，而且第二次绕组的匝数必须比第一次多，这样做是为了将多出的匝数串联在测量仪表和回路之间。电流传感器在工作的时候，要保证它的两次回路从始至终都是闭合的，从而保证其安全工作。

2、传感器检测技术的分类

2.1传感器检测距离。距离传感器是利用测时间来实现测距离的原理，以检测物体的距离的一种传感器。目前测量距离的传器有超声波测距传感器、激光测距传感器、红外线测距传感器、24GHZ雷达传感器。

超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面以超声波作为检测手段。

激光测距是以激光器作为光源进行测距。根据激光工作的方式分为连续激光器和脉冲激光器。激光测距仪由于激光的单色性好、方向性强等特点，加上电子线路半导体化集成化，与光电测距仪相比，不仅可以日夜作业、而且能提高测距精度，显著减少重量和功耗，使测量到人造地球卫星、月球等远目标的距离变成现实。

红外测距传感是用红外线为介质的测量系统，按照功能可分成五类：（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；（4）红外测距和通信系统；（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。按探测机理可分成为光子探测器和热探测器。红外传感技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。

2.2传感器检测温度

（1）接触式测温法。测温传感器敏感元件直接与被测物体接触，在足够长的时间内，使温度传感器与被测点达到热平衡，以实现温度测量。

由于温度传感器与被测物体接触，所以测量比较直观、可靠，测温度准确度较高，但它直接影响被测物体温度场分布。使用该种方法需要使测温元件与被测物体达到热平衡，所以测温时产生较大滞后，并由此带来测温误差。测温范围在1600摄氏度以下，通常1000摄氏度以下的温度容易测量，1200摄氏度以上的温度不易测量。

（2）非接触式测温法。测温度传感器不接触被测物体，利用物体的热辐射随温度变化的原理测定物体温度，故又称辐射测温。

测温传感器不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯性小，动态测量反应快，适于测量高温。但受环境影响较大，测量精度低，从理论上讲，其测温上限是无限的，实际上一般只用到3000摄氏度。在高温领域中，使用较多的有辐射高温计、光学高温计和光电高温计等。近些年来，红外辐射高温计、比色温度计的应用也在逐渐扩大。

每种测温度传感器都有其适用范围以及测量精度，我们应该根据实际情况选择最合适的传感器进行温度的检测。

3、电流传感器技术在电力中的应用

3.1电流传感器在继电保护中应用

3.1.1电流传感器和继电保护接口。电流传感器是电力系统中的检测装置，能将检测到的电流信息，按照设定的方式将这些数据信息进行传送，进而满足对电力系统中，电流信息的存储、显示、记录以及控制的需求。在应用到继电保护中，电流传感器不仅是提供光信号和电信号。同时能将光信号和电信号进行有效的结合。在科学技术不断发展的过程中，新型的电流传感器增加了输出端口，在原有技术的基础之上，增加了电子模块，这样的方式有利于拓展继电保护的应用和推广。同时，还减轻了电流传输器的自身的质量，增强了使用的效率。

3.1.2电流传感器对继电保护的影响。电流传感器对于继电保护产生的影响主要体现在以下几个方面，其一是，促成了电路保护方面的探讨。现今在我国电器市场中，关于继电保护的商品有较多，其各自的工作原理也具有多样化，最基本的工作原就是滤波。这样就会产生延迟，对电力资源的消耗极大。因此，为了保障电力系统中电流的正常运转，就要对故障进行科学系统的分析，对电路的高速运转进行保护。其二是电流传感器能提高对继电保护的可靠性。以往的电流传感器在使用的过程中，基于其自身的局限性，很多情况下没能使继电保护作出正确的动作，这就产生了不平衡。而新型的电流传感器的容量较大，能对电流大规模的动态范围进行保护，这就在很大的程度上提高了继电保护的可靠性。

3.2电流传感器技术在电流计量中的应用

3.2.1复合变比电流传感器。电能表规定，负荷电流一般是在20%的负荷重运行，负荷电流要满足这个条件才能正常运行。在电流流经电流传感器的时候，可以安装一种自动测量电流的装置，这种装置与电流传感器结合使用，可以大幅度的提高计算电能的精度，通过技术人员的联网监测，对通过线路的电流量进行测定，从而在两次测定的基础上取权衡值，最大程度上的减少误差。这种方式就是复合变比电流传感器的具体体现。

3.2.2电流传感器二次容量。电流传感器的最大特征就是它具有二次负荷，在匝数绕线方面也有两组，而它的二次负荷主要是指电能表的电流线圈阻抗，以及接触阻和外接导线电阻。所以，电流传感器的二次容量也是选择合适电流传感器的一个重要因素，必须考虑电流传感器的二次容量。选择电流回路负荷阻抗较小的电表，如电子式的电能表，用来达到二次容量的标准。此外，在必要的时候可以采取减小外接导线电阻的方式来达到必要的标准。虽然这些特殊情况不会经常发生，但也要做好准备。

3.2.3检测电流传感器。电流传感器在使用一段时间后往往会出现各种问题，所以技术人员要定期对电流传感器进行检查，检查电流传感器的实际倍率是否与标牌上的相同。在电流传感器出现问题的时候，要认真分析电流传感器是否会出现短路的情况，二次端子的极性或者是换相是否错接，以及电流传感器的二次回路是否出现开路和并联的情况，这些都会对电流传感器带来影响，从而产生误差。

4、结语

传感器技术已成为世界公认的高技术的一个产业，并且对于自动化生产的重要性也越来越强，为了满足工业生产中的需求必须加快传感器的研发，传感器技术水平的高低在一定程度上影响和决定了系统的功能。

参考文献：

杨尚林.基于MEMS工艺的柔性基底磁通门传感器关键技术研究[D].西北工业大学,2016.

[2]张磊,刘闯,王云林,张云龙.开关磁阻电机变双电流阈值的无位置传感器技术[J].中国电机工程学报,2014,34(27):4683-4690.

[3]武一,李奎,王尧,牛峰,刘冰月,任伯飞,刘友松.磁调制式剩余电流传感器的动态励磁过程分析与仿真[J].电工技术学报,2014,29(07):244-252.

[4]何金良,嵇士杰,刘俊,胡军,王善祥.基于巨磁电阻效应的电流传感器技术及在智能电网中的应用前景[J].电网技术,2011,35(05):8-14