罗氏线圈Rogowski Coil :缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈

更新时间:2024-09-21 00:24

罗氏电感线圈Rogowski Coil又叫电流测量线圈、导数电流传感器,是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈。输出信号是电流对时间的微分。通过一个对输出的电压信号进行积分的电路,就可以真实还原输入电流。

概述

电气参数:

输入:5A~100KA

输出:0~20mA  0~5V  0~10V(客户自行定义)

等级:0.5~1%

频率:0~3MHZ

工作原理

罗氏线圈是一种空心环形的线圈,有柔性和硬性两种,可以直接套在被测量的导体上来测量交流电流。其设计基本原理如图:

罗氏线圈测量电流的理论依据是法拉第电磁感应定律和安培环路定律,当被测电流沿轴线通过罗氏线圈中心时,在环形绕组所包围的体积内产生相应变化的磁场,强度为H,由安培环路定律得:

∮H·dl=I(t)

由B=μH,e(t)=dΦ/dt,Ф=N∫B·dS,e(t)=M·di/dt,得:

其截面为矩形时,互感系数M和自感系数L分别为:

M=μ0Nhln(b/a)/2π

L=μ0N^2hln(b/a)/2π

上式中,H为线圈内部的磁场强度,B为线圈内部的磁感应强度,μ0为真空磁导率,N为线圈匝数,e(t)为线圈两端的感应电压,a, b分别为线圈横截面的内外径,h为截面高度。

由此可见,线圈一定时,M为定值,线圈的输出电压与di/dt成正比。也就是说,罗氏线圈的输出电压与被测电流的导数成正比,只要将其输出经过的积分器,即可得到与一次电流成正比的输出电压。

特点

积分电路

根据电磁感应定律安培环路定理,罗氏线圈输出感应电动势与一次电流变化率成正比。也就是其输出电压与电流的微分成正比,因此,采用微分的逆运算——积分可以将输出还原为与输入一次电流成正比的电压信号,通过测量该信号,可以更加直接的反映一次电流。

除了固定且已知频率的标准正弦信号之外,测量时,罗哥夫斯基线圈需要与积分器配套使用。由于罗哥夫斯基电感线圈通常用于测量高频电流或大电流,测量环境具有较大的电磁干扰,测量时需要特别注意。为了减小干扰的影响,优先选用数字量输出的积分器。

数字量输出积分器在积分器内部即完成了罗哥夫斯基线圈输出电压信号的积分及AD采样,并将AD采样结果以光纤为介质上传至二次仪表或上位机。可以有效避免传输过程中的损耗及干扰。使用时注意积分器与罗哥夫斯基线圈的模拟量连线尽可能短,并尽量采用屏蔽线

参考资料

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