(学位论文)新颖高性能电流传感器的研制

中国科学院上海原子核研究所
博士学位论文
新颖高性能电流传感器的研制
姓名：唐立军
申请学位级别：博士
专业：核技术及应用
指导教师：卢宋林
20030601
论文摘要
背景普通电流传感器一般用于测量交流，而许多基础科学、应用科学研究及应用技术等领域需要检测、调节和控制高精度的直流电流，因而需要高稳定性、高精度的直流电流传感器，鉴于国内这方面的研究刚起步，大部分高性能直流传感器需要进口，因此，利用国内的条件开展了这方面的研究工作，在制作原理、磁芯材料性能和测试手段上进行了一定的探索，开发出了满足上述领域一般应用要求的高性能电流传感器。

原理如图２一ｌ，双检测线圈分别在由相同材料组成的对称两磁芯上，匝数相等、绕向相反，将ｋＨｚ量级的调制三角波同时激励两检测线圈，产生磁化电流。

被测电流的导线经过两检测磁芯形成初级线圈，当流过初级线圈电流变化时，在两检测磁芯上产生磁通量变化，使两检测磁芯之一磁通量增加，另～个磁通量减少，根据磁芯材料的非线性特性，两线圈的磁化电流的信号差将随流过初级线圈被测电流的变化而变化，据此设计零磁通检测器检出两磁化电流信号差值，此值经反馈放大后产生补偿电流流过补偿线圈，补偿线圈绕在两检测磁芯上，因而在两磁芯上产生大小相等、方向相反的磁通以抵消初级电流引起的磁通变化。

这样，两磁芯中的磁通都会达到平衡，此时的被测电流和补偿电流的安匝数相等，通过输出电阻值测量出补偿电流值，即得到了被测电流值。

利用上述原理，测量电流的技术称之为新的零磁通检测技术。

此方法的优点是不必使检测磁芯驱动至饱和（实际上不到６００ＧＳ），对被测电路的干扰小，可以测量高精度的直流电流，并与被测电路隔离。

同时也易于制作。

磁性材料在对磁性材料性能进行实验研究的基础上，选择了价格较低、性能好、规格多的高ｕ超微晶材料为检测磁芯。

用新的零磁通检测技术检测电流时，此磁性材料的检测灵敏度高，零点偏离小，受调制信号的频率和幅度变化影响小，常温下几乎不受温度的影响等。

性能指标在原理和材料性能研究的基础上，设计了传感器的磁路和电路，制作了量程为２００Ａ，５００Ａ、１０００Ａ的传感器样机，并针对２００Ａ传感器的性能指标测试结果，对磁路和电路做了进一步的调整，实现了电流传感器的高性能。

测试结果表明其频率响应为ＤＣ一５００ＫＨＺ，在５００ＫＨＺ时的误差仅１５％，约１．３ｄＢ：响应时间为２№，线性度、静态误差在ｌＯｐｐｍ量级，准确度与丹麦传感器差万分之～，基本接近丹麦传感器的性能指标。

改进方向由于受测试条件及时间的限制，５００Ａ的测试还不够全面，１０００Ａ量程的电流传感器暂时没有测试，１０００Ａ的测试条件还需完善，在测试手段上的研究还要做很多工作。

但从５００Ａ传感器的测量结果来看，新的零磁通检测技术可以用来制作大量程高性能的电流传感器。

另外，温度稳定性、线性度、静态误差、长时间稳定性等，有望通过改变脉冲变压器的结构，调换高稳定性的输出电阻来进一步提高。

应用由于此类电流传感器使用的超微晶材料可以成批烧制，价格低，且规格大小较多，新的零磁通检测技术对磁芯不需苛刻挑选，因而其造价可以远远低于坡莫合金材料做成的国内外电流传感器，并且可以根据需要做成各种量程。

目前ＪＥ准备用于ＩＯＯＭｅＶ加速器电源上。

进一步研究有望在相当广泛的领域使用。

相关专利正在申请。

ＡＮｅｗＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｕｒｒｅｎｔＴｒａｎｓｄｕｃｅｒＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
ＴＡＮＧＬｉｊｕｎ
ＤｉｒｅｃｔｅｄｂｙＰｒｏＬ
ＬＵＳｏｎｇｌｉｎ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
ＢＡＣ：ＫＧＲＯＵＮＤＡｎｏｒｄｉｎａｒｙｃｕｒｒｅｍｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｉｓｏｎｌｙｕｓｅｄｔｏｄｅｔｅｃｔａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔ，ｂｕｔｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｍｅａｓｌｌｒｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎＤＣｃｕｒｒｅｎｔｉｎｍａｎｙｆｉｅｌｄｓｓｕｃｈａｓｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓｃｉｅｎｃｅ，ａｐｐｌｉｅｄｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄ
ａｎｄｈｉ曲ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｅｔｃＳｏｔｈｅＤＣｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｗｉｔｈｈｉｇｈｓｔａｂｉｌｉｔｙ
ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｐｒｅｃｉｓｉｏｎｉｓｉｎｎｅｅｄ，Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｌｅｓｓｒｅｓｅａｒｃｈｂｅｆｏｒｅ，ｍｏｓｔｏｆＤＣ
ｄｅｐｅｎｄｓｏｎｉｍｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓｉｓｖｅｒｙｉｎｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔａｎｄｃｏｓｔｌｙ，ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔＯｄｅｖｅｌｏｐＤＣｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｗｉｔｈｅｘｃｅｐｔｉｏｎａｌｌｙｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．
ＡＤＣ～５００ｋＨｚｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｗｉｔｈｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｈｉｃｈｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｓｔｒｉｎｇｅｎｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅａｂｏｖｅｆｉｅｌｄｓ，ｂｙｍｅａｎｓｏｆｅｘｐｌｏｒｉｎｇｍａｎｕＮｃｍｒｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｅｘａｍｉｎｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｖａｒｉｅｔｉｅｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｒｅｓｍａｔｅｒｉａｌ，ａｎｄｓｔｕｄｙｉｎｇｔｅｓｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．
ＰＲＩＮＣＩＰＬＥＦｉｇｕｒｅ２－１ｓｈｏｗｓｔｈｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ．ＡｋＨｚｇｒａｄｅｍｏｄｕｌａｔｅｄｔｒｉａｎｇｌｅｗａｖｅｖｏｌｔａｇｅｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｄｏｕｂｌｅｓｅｎｓｉｎｇｗｉｎｄｉｎｇｓ，ｔｈａｔａｒｅｗｏｕｎｄａｒｏｕｎｄｔｈｅｔｗｏｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｒｅｓｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｉｎｏｐｐｏｓｉｔｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｔｏｅｘｃｉｔｉｎｇｍａｇｎｅｔｉｚｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔ．Ａｎｙｃｈａｎｇｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔｉｎｔｈｅ
ｔｗｏｓｅｎｓｉｎｇｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｒｅｓｃａｕｓｅｓａｃｈａｎｇｅｏｆｆｌｕｘｉｎｐｒｉｍａｒｙｗｉｎｄｉｎｇｗｏｕｎｄａｒｏｕｎｄ
ｔｈｅｔｗｏｓｅｎｓｉｎｇｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｒｅｓ，ｔｈｅｆｌｕｘｉｎｏｎｅｓｅｎｓｉｎｇｃｏｒｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｉｎａｎｏｔｈｅｒｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ．Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｎｏｎ－ｌｉｎｅａｒｉｔｙｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｒｅｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｓｉｇｎａｌｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｚｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｃｏｍｅｓｆｒｏｍｔｈｅｔＷＯｓｅｎｓｉｎｇｗｉｎｄｉｎｇ，ｖａｒｉｅｓｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｉｎｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｗｉｎｄｉｎｇ．Ｈｅｒｅｂｙ，ｔｈｅｓｅｎｓｏｒｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅｓｉｇｎａｌｓ’ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ．Ｔｈｉｓｓｉｇｎａｌｉｓｆｅｄｔｏｔｈｅｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔｅｎｔｅｒｓｔｈｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｗｉｎｄｉｎｇｗｏｕｎｄａｒｏｕｎｄ
．ｊｉｉ．
ｔｗｏｓｅｎｓｉｎｇｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｒｅｓ，ｗｈｅｒｅａｉｌｅｑｕａｌｂｕｔｏｐｐｏｓｉｎｇｆｌｕｘｉｓ
ｐｒｏｄｕｃｅｄｔｏｃｏｕｎｔｅｒａｃｔｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｃｈａｎｇｅｏｆｆｌｕｘ．Ａｓｓｕｍｉｎｇｔｈｅａｍｐｌｉｆｉｅｒｈａｓｉｎｆｉｎｉｔｅｇａｉｎａｎｄｚｅｒｏｏｆｆｓｅｔ，ｔｈｅｆｌｕｘｂａｌａｎｃｅｉｎｔｗｏｓｅｎｓｉｎｇｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｒｅｓｉｓｍａｉｎｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔｉｓｔｈｅｎｄｉｒｅｃｔｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｃｕｒｒｅｎｔｂｙｔｈｅｔｕｒｎｓｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｗｉｎｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｗｉｎｄｉｎｇ．Ｉｔｉｓ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａｔｒｕｅｍｅａｓｕｒｅｏｆｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｃｕｒｒｅｎｔ．
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ｔｈａｎ６００ＧＳ），ａｎｄｌｅｓｓｉｎｔｅｒＲ：ｒｅｎｃｅｔｏｄｅｔｅｃｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｉｓｃａｕｓｅｄａｎｄｍｏｒｅ
ｅａｓｉｌｙｔｏｂｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ
ＭＡＴＥＲＩＡＬＴｈｅＳｕｐｅｒＭｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｗｉｔｈｈｉ【ｇｈｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ（１０５）ｉｓｃｏｍｆｌｒｍｅｄａｆｔｅｒｅｘａｍｉｎｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｖａｒｉｅｔｉｅｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｒｅｓｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｉｓｍａｔｅｒｉａｌａｒｅ
１．Ｉｔｓｚｅｒｏ—ｆｌｕｘｓｅｎｓｏｒｈａｓｖｅｒｙｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｈｉ曲ｅｒｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｌｏｗｅｒｚｅｒｏ—ｓｈｉｆｔ，ｌｏｗｅｒｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｏｔｈｅ
ｃｈａｎｇｅｏｆｖｏｌｔａｇｅ
ａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｅｏｆｍｏｄｕｌａｔｅｄｔｒｉａｎｇｌｅｗａｖｅ．２．ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＰｅｒｍａｌｌｏｙｃｏｒｅｍａｔｅｒｉａｌ，ｉｔｓｐｒｉｃｅｉｓｔｗｏｔｉｍｅｓｌｏｗｅｒ．
３．Ｅａｓｉｌｙｉｎｂａｔｃｈｅｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ａｎｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｌｙｔｏｂｕｙ．
ＰＲＯＰＥＲＴＩＦ：Ｓ
ＲＡＮＧＥ
ＢＡＮＤＷⅡ）ＴＨ
ＲＥＳＰＯＮＳＥＴＩＭＥＬＩＮＥＡＲｒｒＹ
ＳＴＡＴＩＣＥＲＲＯＲ
２００Ａ，５００Ａ，１０００Ａ０ｔｏ５００ｋＨｚ，１．３ｄＢ２ＵＳ
～１０ｐｐｍ
～ｌＯｐｐｍ
Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｏｆ２００ＡｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｉｔｓｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｌｍｏｓｔｒｅａｃｈｔｈｅＤＡＮＦＹＳＩＫｐｒｏｄｕｃｔｍａｄｅｉｎＤｅｎｍａｒｋ．
Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎｏｆｔｉｍｅａｎｄｔｅｓｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ５００Ａｒａｎｇｅｓａｍｐｌｅｗａｓｎｏｔｆｕｌｌｔｅｓｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅ１０００Ａ＇ｓｗａｓｎｏｔｔｅｓｔｅｄ－ａｔｐｒｅｓｅｎｔ．Ｉｎｆａｃｔ，ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅ
ｔｅｓｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｍｅａｎｓｈａｓａｌｏｔｏｆｗｏｒｋｓ＂ＣＯｄｏ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｆｒｏｍｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｏｆ５００Ａｒａｎｇｅｓａｍｐｌｅ，ｔｈｅｎｅｗｚｅｒｏ－ｆｌｕｘｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅＣａｌｌｂｅａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｌａｒｇｅｃｕｒｒｅｎｔｒａｎｇｅａｎｄｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ订ａｎｓｄｕｃｅｒｓ．
ＡＭＥＬＩＯＲＡＴＩＯＮＩｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｌｉｎｅａｒｉｔｙ，ｓｔａｔｉｃｅｒｒｏｒａｎｄｌｏｎｇ—ｔｉｍｅｓｔａｂｉｌｉｔｙＣａｎｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｗｈｉｌｅｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｉｍｐｕｌｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｂｅｉｎｇａｍｅｌｉｏｒａｔｅｄａｎｄｂｕｒｄｅｎｒｅｓｉｓｔｏｒｗｉｔｈｈｉｇｈｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｎｓｔｅａｄ．
ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＦｏｒｔｈｅｎｅｗｚｅｒｏ—ｆｌｕｘｄｅｔｅｃｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗｏｎ’ｔｓｅｌｅｃｔｔｈｅｈｉｇｈｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｒｅｍａｔｅｒｉａｌｖｅｒｙｓｔｒｉｎｇｅｎｔｌｙ，ａｎｄｔｈｅＳｕｐｅｒＭｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
ｕｓｅｄｉｎｚｅｒｏ—ｆｌｕｘｓｅｎｓｏｒｗｉｔｈｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｌｏｗｃｏｓｔ，ＣａｎｂｅｍａｄｅｔＯｃｏｒｅ
ｖａｒｉｅｔｉｅｓｄｉｍｅｎｓｉｏｎ’Ｓｐｒｏｄｕｃｔｓｉｎｂａｔｃｈｅｓ，ＳＯｔｈｉｓｎｅｗｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｗｉ！ｌｂｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｍａｎｙｆｉｅｌｄｓｗｈｅｒｅｔｈｅｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔｗｉｌｌｂｅｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．Ｎｏｗ，ｉｔｉｓｇｏｉｎｇｔｏｂｅｕｓｅｄｉｎｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｉｎＩＯＯＭｅＶａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ．ＴｈｅＰａｔｅｎｔｉｓｂｅｉｎｇａｐｐｌｉｅｄｆｏｒ．
第一零弓｛言
第一章譬ｌ言
普通的电流传感器一般只能用于测照交流电流，而许多基础科学、应用科学磷究及应用技术等领域需豢检测和控制离精度的直流电流，如在原予核研究领域中的粒子掘遴器和原子核蒙变反应壤中餐等离子傣实验中稠爱溺节系统调节电流所产生的磁场对粒子进行聚焦和偏转或对等离子体进行控制以及在应用科学研究中有许多仪器装置＜如核磁共振等）需要利用大电流来进行控制１’２‘３“’５’“７“２，这黧电流酶稳定性要求达１０ｐｐｍ蠢级，甚鬟菱高，对这魑电流翡采祥和检测要求极黼，用电阻采样的传统做法既消耗了大爨的功率又要在冷却等方面做大量相当复杂的工作，且幽于与电路巍接楣连，增加了故障的发生率，常用的霍耳传惑器虽爵与电路分离但长麓稳定髋只在予分之～左右，温度系数约万分之…。

９Ｊ，不能满足上述领域的使用要求。

因此研制与电路分离的高精度高稳定性的电流传感器对于基础科学磺究和应用科学研究领域中麓稳定性、离精度的电流的测璧、溺节和控翻，提高实验装置的精度帮稳定性育裰当重要酶意义。

然嚣我霞在这方面的研究还刚起步，近几年的研究表明有研究单位和高校着手开展此类电流传感器方磷的研究‘７““““２‘１３１。

但大部分的此类传感器还依赖遴口，购买周期长，份洛蠢，因此，利瘸潮内的条释歼袋这方面翁磷究工俸，奁潮作原理、磁荟材料性能和测试手段上ｊ藏行一定的探索，开发出满足上述领域一般应用要求的满性能电流传感器对我国的科学研究和应用技术领域的发展，有棚强重要的使用价僵。

专门用于测量直流的电流传感器～般称为ＤＣＣＴ（ＤＣＣｕｒｒｅｎｔＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ），国内外检测电流主要是基予零磁通躲避寒实现‘４㈡“７＿札“＿２‘１３Ｊ。

也有光纾电流传感器的应用介绍，毽戮其输出信号幅僮小，竞路设计和制造复杂，成本离等，使其应用鼹到限制１４１。

零磁通原理的主要内容是：在环型磁芯上分别绕有初级线圈（一般为技测电流靛导线经过磁蕊面构成）和补偿线圈，当初级线圈上被测电流产生的磁通量和朴髅线圈上电流产生的磁通鬣平衡时，称为零磁通平衡，此时，应有被测电流的安瞪数和补偿电流的安匝数相等。

交流电流的检测原理和普遗传惑器一样，其於偿电流信号可以爨接通过线圈感应。

直流电流的测试其｛｝偿
卜海原于核研究所学位论文新颖高性能电流传感器的研制
电流由被测电流经过磁芯时采用一定的技术感应出相应的被测电流的检测信号经反馈放大后产生。

目前得到检测电流信号的方法主要有两种“。

８。

１６１，一种是检测磁化电流的二次谐波分量，其原理是如图１—１中，Ｔ１为检测磁芯，Ｔ２、Ｔ３为辅助磁芯，Ｔ２、Ｔ３上的两辅助线圈Ｎ。

２、Ｎａ３绕向相反，在其上同时加５０－－１００Ｈｚ的正弦激励信号。

激励信号在线圈Ｎ。

２中产生的磁化电流的波形在零磁通平衡状态时，表现出半波对称，如图１—２。

利用波形对称时只有奇次波、不对称时出现偶次波且以二次谐波为主的规律，可以通过检测二次谐波的方法来检出被测电流的检测信号。

另一种方法是检测磁化电流的正、负峰值…。

从图ｌ一２可知，当零磁通平衡状态时，磁化电流的正、负波形峰值相等，其平均值等于零。

因此，可以用磁化电流『Ｆ、负峰值的平均值的方法来检出被测电流的信号。

以上两种方法的不足是，１、必须用正弦波驱动，高稳定性的波形发生电路较复杂：２、高稳定的二次弦波检测电路相当繁杂；３、磁芯必须驱动至饱和，要考虑磁损对传感器精度的影响，其调制波的频率不能太高（５０一１００Ｈｚ），因而辅助线圈的匝数必须很多，这样，其对被测电路和补偿线圈会产生感生电压的干扰；４、对磁芯的要求很苛刻；５、鉴于以上不足，其造价很高。

图ｌ—ｌ（峰值检测方法）零磁通电流传感器电路图
第一章弓ｌ言弓撼弓
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§２—１结构
第二章新颖高性能电流传感器的原理
新颖高性能电流传感器由探头、零磁通检测器、放大电路及输出电路组成，其结构如图２—１所示。

探头中包括三个磁芯、四个绕组线圈，其中Ｔ１、Ｔ２为截
剀２－１：新颖离性能电流传感器原理圈
Ｆｉｇ２一ｌＴｈｅｂｌｏｃｋｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅｈｉｇｈ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ§２－－２直流电流的信号检出原理”５§２—２．１单一检测线圈
面积和磁路长度相等的同一种磁芯材料，Ｔ３为一般的电感磁芯，ＮＩ、Ｎ２分别是Ｔｌ、Ｔ２上的绕组，Ｎ３、Ｎ４是Ｔｌ、Ｔ２上的共同绕组，Ｎ。

为反馈线圈，Ｎ，为补偿线圈，被测电流Ｉ。

经过初级线圈Ｎ。

与所有磁芯相连，各线圈的连接方向如图２．１示。

零磁通检测器用于检测直流电流信号，交流电流信号由反馈线圈Ｎ。

直接感应出。

当电流通过一铁芯线圈时，电流在线圈中产生的磁场强度”７。

为Ｈ＝Ｔ１．２６ＩＮ（ｏ：）（２—１）
式中Ｈ一磁场强度：Ｉ＿一电流值：铁芯将会被Ｈ磁化，其磁通密度为
Ｂ：１．２６ＩＮ∥（ＧＳ）
１Ｎ一直流经过的线圈匝数；１一磁路长度。

（２～２）
式中Ｂ一磁通密度；旷一导磁率。

随着电流的增大，Ｂ将随Ｈ的增大而沿着图２—２中的ＯＬ线增大；当电流减小
第二章新颖高性能电流传感器的原理
时，Ｂ将随Ｈ的减小沿着ＬＭＮ变化而不再沿着ＯＬ线减小；电流继续增大时，
Ｂ将随Ｈ的增大沿着ＮＱＬ变化，最后形成一闭合回线ＬＭＮＱ。

此闭合回线称为磁滞回线，这种现象称为磁滞现象。

Ｂ
／
厂万、
５１∞
删Ｏ／一
／
＿——＝＝二————一
幽２—２磁性材料的磁滞划线不蒽幽
当交流电流通过磁芯线圈时，根据电磁感应定律
ｕ＝１０８ｗｓ４票（２－－３）
式中ｕ一交流电压：Ｎ～线圈匝数：Ｓ—磁芯有效面积：Ｂ一磁通密度。

令ｕ＝Ｕｍｃｏｓｍｔ
则Ｂ：曲：！Ｑ：。

烈（２—４）
ｏＮＳ
当无直流作用时
Ｂ：望！：！Ｑ！。

ｉｎ烈（２—５）
令Ｂ。

＝掣（２－－６）
则Ｂ＝Ｂ。

ｓｉｎｃｏｔ（２－－７）
当同时有宜流作用时
Ｂ＝Ｂｏ＋Ｂｍｓｉｎｃｏｔ（２－－８）
式中ＢＯ为直流Ｉｐ引起的磁通密度的分量ＢＯ：—１．２＿６Ｉ—ｐＮ９（２～９）由（２－－２）、（２－－８）、（２－－９）及图２—１可知，交流线圈上产生的磁化电流值随直流Ｉｐ变化，因此在磁芯线圈上加上一定频率的正弦激励信号，让被钡坚流通过
Ｌ海原于核研究所学位论文颠颖高性能电流传感器的研制
磁芯的另一线圈，如图２—３示。

可以通过磁化电流与被测直流的关系来测量直流电流值，为直观起见，下面用图示来说明。

ｕ＝Ｕｍ
Ａ
图２．３单检测线圈接线图
Ｆｉｇ．２－３Ｔｈｅｓｉｎｇｌｅｓｅｎｓｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍ
Ｂ＝Ｂ０＋ＢｍＳｉｎｗｔ
（ｂ）／—；■…吾孑一
０＼、／
／
Ｂ＝ＢｍＳｉｎｗｔ
（ａ）／，一。

‘ｉ■一
ｊ■蔓。

扩７
／７
图２－４单匝线圈的磁化电流波形随直流Ｉｐ的变化Ｆｉｇ．２－４ＴｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｃｕｒｒｅｎｔｗａｖｅｏｆｓｉｎｇｌｅｓｅｎｓｉｎｇｗｉｎｄｉｎｇｃｈａｎｇｉｎｇｗｉｔｈＤＣＩＰ
图２．３为单检测线圈接线图．在环型磁芯Ｔｌ的Ｎ１检测线圈上加ｕ＝Ｕ。

ＣＯＳＯＪｔ激励信号，被测直流电流Ｉ。

通过线圈Ｎ。

为说明问题方便，用图２－４的磁化曲线来近似磁滞回线以图示在ｕ的激励下Ｎ１的磁化电流变化。

如图２－４示，在ｕ激励下，在Ｔ】上产生的磁密为Ｂ＝Ｂ。

ｓｉｎｏ）ｔ，直流Ｉ。

产生磁密为Ｂｏ。

当Ｉｎ＝Ｏ时，Ｂ俨Ｏ即零磁通，其磁密和磁化电流的波形如图２．３曲线（ａ）示，从曲线（ａ）可知，磁化电流的波形与磁密Ｂ同相，且正负波形对称，可用ｉ（ｔ）＝Ｉ。

ｓｉｎｃｏｔ表示。

当Ｉ。

Ｓ０时，Ｂ＝Ｂｏ＋Ｂ。

ｓｉｎｏ）ｔ，对应磁化电流的波形如（ｂ）示，从图可以看出，由于磁芯材料的导磁率的非线性特性，当Ｂｏ＞Ｏ时，磁化电流前半周期的幅度要比后半周期的幅度大，同样的道理，当Ｂｏ＜０时，磁化电流前半周期的幅度要比后半周期的幅度小，即不管其是否饱和，磁化电流的波形幅度都随Ｂｏ变化（即Ｉ。

的变化）而单调变化，即磁化电流的波形幅度随被测直流单调变化。

但是，由于激励ｕ同样也会在被测线圈上产生感应电流，不仅会影响被测电流值，还会对被测电流的回路产生影响，为了消除此影响，可以采用双检测线圈。

第二章新颖高性能电流传感器的原理§２—２．２双检测线圈
Ｔ
图２．５：零磁通检测示意图
Ｆｉｇ２—５：Ｔｈｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｚｅｒｏ—ｆｌｕｘｓｅｎｓｉｎｇ图２－６零磁通Ｎｌ、Ｎ２的磁化电流波形
Ｆｉｇ．２—６ＴｈｅｍａｇｎｅｔｉｃＣＬＩＩＴＣＦｔｔｗａｖｅｏｆＮＩ、Ｎ！ａｔＺｅｒｏ—ｆｌＵＸ
如图２．５为双检测线圈接线图，图中ＮＩ＝Ｎ２，ＮＩ、Ｎ２的绕向相反，在理想情况下，Ｔ１、Ｔ２对称，激励信号同时加在Ｎｌ、Ｎ２上，这样使得两线圈上的调制信号在被测线圈上产生的感应电流大小相等、方向相反而抵消，从而避免了对被测电流回路的影响。

而被测电流Ｉ。

产生的直流磁通使其中一个磁芯的磁通量增加，另一个减少，相当于一个磁芯感应了＋Ｂｏ的磁密，另一个磁芯感应了一Ｂｏ的磁密，根据上面的分析，Ａ、Ｂ两点的电流波形的幅度将随Ｉ。

变化。

被测电流Ｉｐ＝０时，线圈Ｎ１、Ｎ２的磁化电流大小相等，方向相反，此时Ａ、Ｂ两点的电位相等。

Ｎ１、Ｎ２的磁化电流的波形图如图２－６。

此时在任意一个半周期内，Ａ、Ｂ的磁化电流波形所围的面积和为零。

当被测电流Ｉｐ流过Ｎ。

时，设Ｉ。

为正，使Ｔｚ的磁通量增加，１＂２的磁通量减少，则Ｎ１、Ｎ２的磁化电流的波形图如图２－７。

从图可知，Ｎ１Ｎ２的磁化电流在任意半周期内面积和为正，其值随Ｉ。

的增大而增大。

当Ｉ。

为负时，使Ｔ２的磁通量增加，Ｔｌ的磁通量减少，则Ｎｌ、Ｎ２的磁化电流的波形图如图２－８。

由图２－８知，此时两线圈的磁化电流在任意半周期内面积
上海原子核研究所学位论文新颖高性能电流传感器的研制
和为负，其负值随Ｉ。

的增大而增大。

因此，只要把Ａ、Ｂ磁化电流的任意半周期的面积和检出即可检出直流电流的大小和方向。

式（２—６）表明，在Ｂ。

一定的情况下，调制波频率越大，所需线圈匝数越小，而检测线圈的匝数越少，调制波在其它线圈上产生的磁化电流越小，对其它电路的影响也就越小，因此实验中，将调制频率设计为１４－Ｉｚ量级。

式（２－－９）也说明，磁导率¨高，可以使较小的直流电流Ｉ。

产生较大的Ｂｏ，从而使磁化电流的半周期的面积和增大，检出的信号也就大，即检出灵敏度高。

因此，实验中应尽量选用高¨的磁芯材料。

【Ｂ
图２－７ｌ。

＞０时，Ｎｌ、Ｎ２的磁化电流波形
Ｆｉｇ２—７ＴｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｃｕｌＴｃｎｔｗａｔｖｅｏｆＮｉ、Ｎ２§２－－３高性能电流传感器的基本原理Ｆ才ｌ卧ｂＰ
圈２－８ｌｐ＜０时・Ｎ，、Ｎ２的磁化电流波形
Ｆｉｇ．２—８ＴｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｃｕｒｒｅｎｔｗａｖｅｏｆＮｉ、Ｎ２ｗｈｅｎＩ。

＜Ｏ
在两个对称的磁芯Ｔｌ、Ｔ２上分别绕有匝数相同、绕向相反的线圈ＮＩ、Ｎ２，在ＴＩ、Ｔ２上同时绕有被测线圈Ｎ，、补偿线圈Ｎ３、反馈线圈Ｎ４，如图２—１示。

在线圈ＮＩ、Ｎ２上加上ｋＨｚ量级的斩波信号，由上面的分析可知，当被测事流电
第二章新颖高性能电流传感器的原理
流Ｉｐ流经探头时，在磁芯Ｔ１、Ｔ２上产生直流磁通，该直流磁通将使其中一个磁通量增加，另一个磁通量减小，利用磁芯的导磁率的非线性特性通过电路检测出两线圈的磁化电流在任意半周期内面积和，该值随ＩＤ的变化而单调变化，因此该值就是直流电流ｋ的检出信号值。

此信号经放大后产生补偿电流Ｉｃ，此电流反馈到补偿线圈Ｎ３，以抵消由ＩｐＮＰ在磁芯Ｔ１、Ｔ２上产生的磁通（即若ＩｐＮｐ使Ｔ１的磁通量增加、Ｔ２的磁通量减少，则Ｎ３Ｉｃ使Ｔ１的磁通量减少、Ｔ２的磁通量增加），使Ｔ１、Ｔ２的磁通的直流分量Ｂｏ一０，从而使检出信号值减小，结果使Ｉ。

、Ｉ。

在磁芯Ｔｌ、Ｔ２上产生的磁通量达到平衡，即：Ｍｋ＝Ｎ３Ｉ。

如图２．１示，通过输出电阻Ｒ。

测量出Ｉｃ，即可得到被测电流工。

：
ｆＤ：—Ｎ３—Ｉｃ
（２．１）
１
Ⅳ。

当被测交流电流Ｉｐ流经探头时，直接由Ｎ。

感应出感生电压信号输入到放大器的输入端，同样产生补偿电流Ｉｃ，来抵消Ｉｐ在Ｔｌ、Ｔ２上产生的磁通，使磁芯Ｔ１、Ｔ２上的磁通量达到平衡，从而得到Ｉｐ。

由于补偿线圈Ｎ３的外电路阻抗太小，近于短路，这将使检测线圈Ｎ・、Ｎ２的阻抗变小，导致调制信号加不到两检测线圈上，为了解决上述问题，增加一铁芯Ｔ；，以提高其高频阻抗。

在实际应用中，Ｔ１、Ｔ２不一定非常对称，由于利用材料的非线性特性采样，经过适当磁芯组合和电路的设计，不会对测量结果产生较大的影响。

另外，考虑到高稳定的正弦调制信号发生电路的复杂性，用三角波来驱动零磁通检测线圈。

第三章零磁通检测器中探头磁芯材料性能分析
§３－１零磁通检测中对磁芯材料性能的基本要求及材料的选择
从零磁通检测的基本原理可知：要使微小的偏磁产生尽量大的检测信号，就要求磁芯在零磁通状态下磁导率ｕ要大（即ｕｏ要大），且在零磁通附近呈现非线性。

不同材料的灵敏度、零点、开机重复性、线性度等都有很大的差异，甚至有些材料因为输出信号不随偏磁单调变化而不适合作探头材料，因此要想使电流传感器性能高，稳定性好，制作方便，成本低，在电路设计之静，必须对探头的磁芯材料性能进行研究，以便更好地选好合适的材料。

各种磁芯材料的特性列如表３一ｌ“８。

为直观起见，将各种材料的磁导率及适用频率范围用图３～ｌ表示。

表３一ｌ铁芯的分类及基本特’肚
类别名称材料导磁率Ｂ。

（ＧＳ）ｆｏ。

（ｋＨｚ）金硅钢片Ｓｉ—Ｆｅ～１８００２００００～１０
属坡莫合金Ｎｉ－Ｆｅ～２００００７５００～３０
铁超级坡莫合金Ｎｉ—Ｆｅ～１０００００７８００～３０。

ｂ钴铁合金Ｃｏ—Ｆｅ８００２４５００～３０非晶合金Ｆｅ（Ｎｉ，Ｃｏ）～１０００００１５０００～１０００铁碳基铁粉芯Ｐｅ３～１２０～９０００～３０００００粉铝硅铁粉芯Ａ１，Ｓｉ，Ｆｅ１０～８０～９０００～１０００
磁钼坡莫合金Ｍｏ，Ｎｉ，Ｆｅ１４～１４５～８０００３００。

Ｄ铁粉芯
铁锰锌铁氧体Ｍｎ，Ｚｎ，Ｆｅ１０００～１８０００～５０００～１０００
氧聂锌铁氧体Ｎｉ，Ｚｎ，Ｆｅ１５－－５００～３０００～１０００００
体铜镁锌铁氧体Ｃｕ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｆｅ～１０２０００００
第三章
霉磁通检测器中探头磁芯材料性能分析
磁导毫
肛ｅ
ｊ氛
，≮＼爹。

．翥＼
氧馋
八
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ｐ～＝睾＿
＼Ｎ；一ｚｎ
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ｌ、
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陆斌、。

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＼、铝硅铁．罄。

ＫＩｅ
２
）
＼、一
—√—，，ｉ
｛
Ｉｋ１０ｋｌＯＯｋｌＭｉＯ澈
ｌｏ（搬ｌ
图３一Ｉ各种磁性材料的磁导率及适用频率范围
频率ｆ（Ｉ｛ｚ）
在原理部分讲到，双检测线圈的激励信号频率为ｋＨｚ量级，因此要选用适用ｋＨｚ量级频率范围内磁导率¨高的磁芯。

由图３—１可以看到，在ｋＨｚ量级的频率范围内ｕ较高的为金属铁芯和Ｍ。

一ｚ。

铁氧体，表３一ｌ表明，¨最高的为超级坡莫合金和非晶合金，非晶合金材料中又以钴基合金和超微晶的磁导率为最高一８，考虑到价格等方面的因素．首先选择高磁导率¨的超微晶和Ｍｎ－Ｚｎ铁氧体进行实
验研究。

实验材料全为环型磁芯，铁氧体磁导率ｇ＞８０００，超微晶磁导率Ｈ为４００００左右（２０ｋＨｚ测试），分低Ｂｒ（Ｂｒ，Ｂ，三Ｏ．６）和高Ｂ，（Ｂｒ／Ｂ。

兰Ｏ．８）两类。

其中样机
磁芯是指第一个实验成功的样机检测磁芯材料，为高Ｂｒ但磁路半径比其它的高Ｂ。

磁芯略小，有效截面积略大，其性能指标均达１０ｐｐｍ量级ａ
§３－－２零磁通检测的有关性能与材料的关系
在第二章原理部分为说明问题方便，近似地用曲线来代替磁滞回线，实际上材料的不同，磁滞回线的影响也有差异，由于外界因素引起磁状态的改变后，会
，
ｔ
ｊ
！
ｌ
ｍ
ｍ
∞∞
ｍ
●
———————————』塑堕三！茎婴堕兰垡堡壅堑塑壹竺堑皇鎏堡壁璺堕！堕型
引起零点的偏离，从而影响开机重复性，对同一材料来讲，磁状态越饱和其零点的偏离也越大。

另外检测灵敏度的大小，直接影响信号的测量，也是电路设计的主要依据。

因此，实验中主要研究零点偏离及灵敏度与材料的关系。

§３—２．１零点偏离与材料的关系
§３－－２．１．１偏磁电流的冲击对零点偏差的影响
Ｒ
圈３－２测试零点偏差及零点附近灵敏度电路ＨＰ３４４０ＩＡＬ乜压襄
零点的大小直接影响电流传感器的精度，零点的变化直接影响传感器的开机重复性，从而影响电流传感器的性能，因此，实验中通过研究最大零点偏离的方法来观察材料与零点偏离的关系。

实验方法：对所选的超微晶和铁氧体材料为探头的零磁通检测器加偏流使其磁芯深度饱和，然后撤去偏流，观察其最大零点偏差，接着调整偏置电流方向，慢慢加大偏置电流，使最大零点值回零，此时的偏置电流值与匝数之积（即安匝数）为回零偏置电流值，由此也可计算出零点附近灵敏度，测量电路如图３－－２，
１
开关Ｋ用于调整电流方向，输入的偏置电流用ＨＰ３４４０１Ａ６÷电流表测量，输出的
Ｚ
１
电压信号用ＨＰ３４４０１Ａ６±．电压表测量。

２
测量结果：表３—２为最大零点偏差，回零偏置电流及零磁通检测器灵敏度的测量数据。

此灵敏度是用最大零点偏差除以回零偏置电流值直接得出的。

从表３～２可以看出，磁滞回线的形状对最大零点偏差影响较大。

铁氧体材
．墨三里垩壁望丝型塑！堡兰壁：兰塑型竺！！坌塑
料的最大零点偏差比高Ｂｒ／Ｂ。

超微晶大２～３倍。

低Ｂ／Ｂ。

超微晶材料的最大零点偏差比高ＢｇＢ；大８－１０倍，表３—２也说明，用高Ｂｒ／Ｂ。

超微晶材料作探头的零磁通检测器，其最大零点偏差在４０ｍＡＴ左右，对量程为２００Ａ的电流传感器来讲，
由最大零点偏差引起的误差在万分之二左右（可以通过调整磁路使零点偏差更小），对量程为５００Ａ的电流传感器来讲由最大零点偏差引起的误差只有十万分之八，量程越大，其引起的相对误差越小。

表３—２超微晶与铁氧体材料的最大零点偏离及零点附近灵敏度
Ｔａｂｌｅ３—２ＭａｘｉｍｕｍｚｅｒｏｓｈｉｆｔａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆＳｕｐｅｒＭｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＩｒｏｎｃｏｒｅ
ａｎｄＦｅｒｒｉｔｅｃｏｒｅ
正方向ｐｏｓｉｔｉｖｅ负方向ｎｅｇａｔｉｖｅ
屉大零点
磁芯回零偏置灵敏度最大零点回零偏簧灵敏度
ｍａｇｎｅｔｉｃＣＯｒｅｅｑｕａｔｅｄｍＡＴｍＡＴｓｅａｕａｔｅｄ
（ｍＡＴ）（ｍＶ／ｍＡＴ）（１＂ｉ１Ｖ）（ｍＡＴ）（ｍＶ／ｍＡＴ）
（ｍＶ）
１７９４３００５９８１７７２３００５９１
样机磁芯
Ｔｈｅｃｏｒｅｏｆ
ｓａｍｏｌｅｒｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ平均正负方向平均３００５９５
１抖３３７４００８４３３０７４ｌ０７４９高Ｂｒ／Ｂ。

，磁：卷
２＃２６．２５４３０．６１０２７．５８４３０６４１ＨｉｇｈＢｒ／Ｂ；Ｓｕｐｅｒ
３＃２２６４４３０５１０２３４４．３０５１９
Ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎ
平
均正负方向平均４２６０６４５
１＃８．４３００００２８８５３００００２８
低Ｂｒ／Ｂ。

磁：吝２＃１８７３２０００５８】６４２８０００５９ＬｏｗＢｒ／Ｂ，Ｓｕｐｅｒ３拌１５．９２３０００６９１６４２３７００６９
纠ｌ５４５２０６０．０７５１６ｉｌ２２７００７１Ｍｉｅｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎ
皿
均正负方向平均２６２５００５７铁氧体Ｉｔ＝８０００１６．１１０５Ｏ．１５３２３４１６８０１３９Ｆｅｒｒｉｔｅｃｏｒｅ正负方向平均１３６５０１４６
§３—２．１．２调制频率变化对磁芯的零点的影响
Ｔ２Ｂ－Ｅｘ璁．屯兰扣．＆心．Ｔ１
Ａ图３—３零磁通检测器分析模型
由图２—５可得图３－－３的模型，保持阻抗Ｚ产Ｚｎ不变，由零磁通检测器的原理可知，Ｚ，、Ｚｚ会随外加的偏置电流的变化而变化，设Ｚ，＝Ｒ，ｚ２＝Ｒ＋６，三角波的电压值为Ｅ，Ａ、Ｂ两点的电压为Ｅ、和一Ｅ、，则平衡时，有：
Ｅ—Ｅ、一Ｅ＋Ｅ。

ＲＲ＋Ｊ
Ｅ。

：兰竺兰旦＋Ｊ（３－－ｔ）
、
２Ｒ＋艿２Ｒ
令：晏＝△为Ｒ的相对误差，则：
Ｅ一兰兰４Ａ（３—２）
２
即：Ｅ，与三角波的脉冲幅度成正比，与探头的零磁通检测线圈的两阻抗的相对误差成正比。

，
零磁通检测器的输出信号与Ｅ。

有直接的关系，调制三角波频率的改变将直接影响△值，因此其调制频率的变化也会影响零点偏差，因此将调制频率改变１０％，观察调制频率变化对零点偏差的影响。

测试方法：在图３—２的基础上增加Ｒ，，调节Ｒ．，即改变了调制三角波的频率，然后用ＴｅｋｔｒｏｎｉｘＴＤＳ３０１４１００ＭＨｚ示波器直接读出频率，用ＨＰ３４４０１Ａ电压表读出频率变化前后零磁通检测器的输出信号，然后偏置电流使零磁通检测器的输出信号回到频率变化前的值，此偏置电流值即为等效的零点变化的安匝数
兰三兰墨壁曼丝型壁！堡兰壁苎塑型些墼坌堑
（Ａ平）。

实验证明，这种测试方法能减少测试过程中对电路冲击的影响，测试电
路如图３—４。

图３—４测试三角波频率变化对零点偏差的影响电路
表３—３调制频率变化１０％引起的零点偏离
Ｔａｂｌｅ３－－３Ｔｈｅｚｅｒｏｅｒｒｏｒｓｃａｕｓｅｄｂｙ１０％ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ｆ）ｃｈａｎｇｅ
变化前零点ｍＶ变化后零点ｍＶ零点变化ｍＶ等效ｍＡＴ磁芯
ＺｅｒｏｐｏｉｎｔｂｅｆｏｒｅＺｅｒｏｐｏｉｎｔａＲｅｒＴｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｒｅ
ｆｃｈａｎｇｅｄｆｃｈａｎｇｅｄＺｅｒｏｐｏｉｎｔｍＡＴｓｅｑｕａｔｅｄ样机磁芯
ＴｈｅＣＯｌｅｏｆｓａｍ４３．５７５３．０８９．５ｌ１４００ｐｉｅｒｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ
高Ｂｒ／Ｂ。

超微品
ＨｉｇｈＢｒ／ＢｓＳｕｐｅｒ５５．２７２．９１７．７０３０．ＯＯＭｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
低Ｂｒ／Ｂ。

超微晶
ＬｏｗＢｒ／ＢｓＳｕｐｅｒ１８．５５２２．７１４．１６８９．ＯＯＭｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
铁氧体Ⅱ＝８０００
２３．５６２９．２５．６４２８．９０Ｆｅｒｒｉｔｅｃｏｒｅ
从表３—３可以看出，低Ｂｒ／Ｂ。

超微晶对频率变化较敏感，其零点变化折算到
ｍＡＴ是其它磁芯的３￣６倍，样机磁芯受频率变化影响最小。

频率变化１％时，零
点只变化１．４ｍＡＴ，对２００Ａ量程的电流传感器来讲，频率变化１％所引起的误差
上海原子核研究所学位论文新颖高性能电流传感器的研制
小于十万分之一。

由三角波发生电路的原理可知，三角波的频率主要决定于５５５
外接电路的电阻Ｒ１、Ｒ２和电容Ｃ１（见第四章§２），而电阻、电容的温度稳定性
小于万分之二，因此，频率改变一般不会超过１％
§３—２．１．３调制电压幅度的变化对零点偏离的影响
式（３—２）表明零磁通检测器的调制三角波的幅度也是影响零点的一个因素，
而由三角波发生电路的原理知（见第四章（４－－６）式），三角波的幅度与电源电
压成正比。

因此，可直接测量稳压电源电压的变化对零点偏离的影响。

测量方法：将图３—４中的稳压电源ｌ的电压值改变１０％，即达到了改变调
制幅度改变１０％的目的。

利用图３—４电路，先测量变化前的零点值，然后改变
电源电压值测量变化后的零点值，加偏流使变化后的零点值回到变化前的值，偏
流值与初级线圈匝数的积即为零点变化值等效的安匝数。

测量结果：各磁芯材料的零点偏差的变化及等效ＡＴｓ的结果如表３—４。

表３—４调制幅度改变１０％，各零点偏离的变化结果
变化前零点ｍＶ变化后零点ｍＶ零点变化ｍＶ等效ｍＡＴ磁芯
ＺｅｒｏｐｏｉｎｔｂｅｆｏｒｅＺｅｒｏｐｏｉｎｔＴｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｒｅ
ＶｃｈａｎｇｅｄａｆｉｅｒＶｃｈａｎｇｅｄｏｆＺｅｒｏｐｏｉｎｔｍＡＴｓｅｑｕａｔｅｄ样机磁芯
Ｔｈｅｃｏｒｅｏｆｓａｍ３９９６４６．０８６．１２１３．２０
ｐｉｅｒｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ
高Ｂｒ／Ｂｓ超微晶
ＨｉｇｈＢｒ／ＢｉＳｕｐｅｒ５５．３６３．０４７．７４２６００
－
Ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
低Ｂｒ／Ｂｓ超微晶
ＬｏｗＢｒ／ＢｓＳｕｐｅｒ１６．４２１８．１５１．７３６７２０Ｎｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
铁氧体８０００
２２．３３２４．９９２．６６２３．２０Ｆｅｒｒｉｔｅｃｏｒｅ
从表３—４可以看出低Ｂｒ／Ｂ。

超微晶零磁通检测器受调制幅度影响大，高Ｂｒ／Ｂ。

超微晶磁芯影响较小。

高“的铁氧体材料零磁通检测器受调制幅度影响也不大。