基于罗氏线圈的电流变送器设计与应用

型印刷电路板上的罗氏线圈电流传感器是一种常用的电流测量装置，它可以将电流信号转换成电压信号，从而实现对电流的测量和控制。

在本文中，我们将简要介绍罗氏线圈电流传感器的原理、特点、应用场景和未来发展趋势。

一、原理简述罗氏线圈电流传感器主要由一个或多个罗氏线圈和一个信号处理电路组成。

当电流流过罗氏线圈时，会产生一个电动势，该电动势与电流的平方成正比。

信号处理电路对罗氏线圈的输出信号进行放大、滤波和数字化处理，以便进行后续的数据分析和控制。

二、特点介绍1. 结构简单：罗氏线圈电流传感器结构简单，易于安装和维护。

2. 测量范围广：罗氏线圈电流传感器可以测量较大的电流范围，适用于各种工业应用场景。

3. 精度高：罗氏线圈电流传感器具有较高的测量精度，可以满足大多数应用场景的需求。

4. 响应速度快：罗氏线圈电流传感器具有较快的响应速度，可以实时监测电流的变化。

5. 抗干扰能力强：罗氏线圈电流传感器具有较好的抗干扰能力，能够适应各种工业环境。

三、应用场景1. 电力监控：罗氏线圈电流传感器可以用于电力系统的实时监测和控制，实现对电力设备的保护和优化。

2. 工业自动化：罗氏线圈电流传感器可以用于工业自动化生产线的电流监测和控制，提高生产效率和产品质量。

3. 新能源领域：在新能源领域，罗氏线圈电流传感器可以用于太阳能、风能等新能源设备的电流监测和控制，实现能源的有效利用和节能减排。

4. 其他领域：罗氏线圈电流传感器还可以应用于船舶、铁路、智能家居等领域的电流监测和控制。

四、未来发展趋势随着工业自动化和智能化程度的不断提高，罗氏线圈电流传感器在工业领域的应用将越来越广泛。

未来，罗氏线圈电流传感器的发展趋势将包括以下几个方面：1. 数字化和智能化：随着物联网和大数据技术的发展，罗氏线圈电流传感器的数字化和智能化程度将不断提高，可以实现更精确的测量和控制，同时降低维护成本。

2. 高精度和高可靠性：随着工业自动化程度的提高，对罗氏线圈电流传感器的精度和可靠性要求将越来越高。

科学技术创新基于罗氏线圈的微功耗高精度电流传感器设计崔瑞(上海泰锦医疗科技有限公司,上海201203)1概述1.1技术背景一般情况下,高压线缆井各线缆接头的状态参数———电流,需要检修人员固定周期内带着检测设备下井检测,线缆井通道距离较长、环境复杂、井下空气质量较差,在时间、成本和安全性上来讲都有很大风险,且实时性也不太好。

随着物联网技术的普及和应用,电力行业各种设备在线实时监测需求越来越迫切,特别是电力线缆井的高压线缆监测给电力运维人员带来了很大的工作量。

运用物联网技术可以将高压线缆井的电流参数等传至后台,如数据异常便开启报警机制,通知相关人员整修并维护,提高运维工作的检修周期。

1.2国内外研究现状当前市面上做电流检测的主流采用罗氏线圈来进行检测。

相对于传统的磁感应设备,罗氏线圈的线性度和一致性要好许多,这对后续算法实现以及量产的可靠精度非常有益。

R ogows ki 和其同伴W .St ei nhaus 在1912年发表了一篇《The M eas ur em ent of M agnet M ot i ve For ce 》的论文,论文中详细阐述了提出了罗氏线圈的工作原理。

1966年,西德科学家H eum am n 对罗氏线圈的结构进行优化,提高了测量准确度,快速的推动了罗氏线圈的产业化应用。

21世纪以来,美国科学家Lj .A.K oj ovi c 在新型罗氏线圈结构设计做了大量前沿性的工作,为罗氏线圈的产业化奠定了坚实的基础。

从20世纪开始,国内很多学着和大学也已经开始对罗氏线圈进行研究,希望能将罗氏线圈应用到实际的科研与产业中,以解决现实中存在的问题。

如揭秉信教授编写的《大电流测量》对不同积分形式的罗氏线圈测量脉冲大电流时候的频率特性和工作状态进行研究。

现在罗氏线圈的应用在实际产业中得到了应用和提高。

很多高校和公司对罗氏线圈的应用做专门的改进和提高,特别是在小电流测量、结构参数电磁参数、仿真分析与补偿、传输线路的抗干扰等方面,并对罗氏线圈的优化设计方面进行了探索论。

基于罗氏线圈的电流检测技术摘要：本文通过对罗柯夫斯基线圈的参数分析，结合相关参考资料的分析，系统总结出罗氏线圈的结构特性，根据罗氏线圈的基本设计流程，设计出满足低压电器通断试验要求的罗氏线圈，并配合相应的罗氏积分器和尼高力（Nicolet）数据采集系统，通过200kA通断试验控制监控系统，验证所设计的罗氏线圈符合试验要求。

关键词：电流检测、罗氏线圈、通断试验研究现状近年来，我国低压电器行业出现了巨大的变化，低压电器的检测技术也随之被推向了快速发展的阶段。

这就对试验检测设备的试验和测量速度、精度都提出了更高的要求。

传统的试验方式中，电流检测装置主要采用带有铁心的电磁式电流互感器，其体积大、频带窄、防爆绝缘困难，且在大电流下铁心磁路易饱和，对测量结果产生较大的误差[1]。

而近年来，随着电气技术和计算机技术的普遍应用，国内外普遍采用了精度更高、更为可靠的数据测量，其中优势比较明显的就是运用罗柯夫斯基线圈(Rogowski线圈，以下简称罗氏线圈)技术的测量方式[2]。

罗氏线圈作为电流传感元件，具有测试频带宽、无磁饱和、结构简单等一系列优点，成为测量脉冲电流的理想元件[3]。

本文首先阐述了罗氏线圈结构特点，通过感应电势、电磁等参数推导，得出罗氏线圈等效电路计算方法，从而得出罗氏线圈的基本设计流程，设计出满足低压电通断试器验要求的罗氏线圈。

1 罗氏线圈的结构特点罗氏线圈的骨架芯由非磁性材料制成，截面均匀并具有环形结构，在制作罗氏线圈时，线圈沿骨架芯均匀紧密缠绕足够匝数后，再在线圈的末端接上终端电阻，用Rs表示。

罗氏线圈的另一特点即“回绕”结构，也就是当线圈沿着闭合曲面环绕到终点后，需要回绕至起点。

如果用于测量大电流，罗氏线圈通常选用空心骨架芯，而如果测量一个小的稳态电流时，则骨架芯通常会选择铁磁材料，目的是使感应信号的强度增强。

这种“回绕”的结构是罗氏线圈的关键特征，在实际使用中，我们应根据罗氏线圈所要测量的目标和工作场所来确定骨架芯选用何种材料[4]。

基于罗氏线圈的电流变送器设计与应用
近年来，随着现代高压、超高压输电网络的建设，电力系统正朝着大容量、高压大电流方向发展，而用于电流测量的传统的电磁式电流互感器已无法满足其要求，在大电流下铁心磁路下易饱和，对测量结果产生较大的误差。

而罗氏线圈互感器，具有测量范围宽、精度高、无磁饱和、体积小等优点，正逐步取代传统的电磁式电流互感器，在电力系统中具有广阔的应用前景。

本文介绍一种基于罗氏线圈的电流变送器的设计，对电网中的大交流电流进行实时测量，该变送器采用XTR115芯片将罗氏线圈产生的电压信号转换电流信号，输出DC4～20mA电流信号。

工作原理及设计
罗氏线圈是将导线均匀的密绕在环形截面非磁性骨架上而形成的空心电感线圈，采用罗氏线圈作为电网中电流测量的传感头，让通有大电流的导线垂直穿过线圈的中心，产生电磁感应，从而感应出被测电流大小的电压信号。

将罗氏线圈产生的电压信号接入到信号调理模块上，进行信号处理，最后输出工业标准信号DC4-20mA。

电路设计框架图如图1所示。

罗氏线圈的工作原理及使用中应注意的问题
罗氏线圈是一种用于产生强磁场的电器元件，其工作原理基于法拉第电磁感应定律。

当通过罗氏线圈中的电流变化时，会产生一个磁场，该磁场会与罗氏线圈本身的匝数和电流成正比。

在使用罗氏线圈时，有几个问题需要注意：
1. 电流和电压：根据罗氏线圈的设计，合理选择电流和电压值，避免超过线圈承受范围，以免造成线圈的烧坏或其他损坏。

2. 冷却：罗氏线圈在工作过程中会产生大量的热量，需要进行有效的散热，以保证线圈和周围的其他设备不受过热影响。

常见的散热方式包括风冷和水冷等。

3. 线圈安装：罗氏线圈应正确安装孔或导杆上，以确保稳定性和准确性。

同时，应避免线圈与其他金属物体或磁体的直接接触，以避免产生误差或干扰。

4. 温度效应：罗氏线圈的输出信号可能会受到温度变化的影响。

在使用中，应注意环境温度的变化，并根据需要进行补偿或校准。

5. 磁场干扰：罗氏线圈对外部磁场非常敏感，特别是低频磁场。

在使用时，应尽量避免附近有强磁场或其他电磁干扰源，以免影响线圈的正常工作。

总之，使用罗氏线圈时应注意电流和电压、冷却、安装、温度效应及磁场干扰等问题，以确保线圈的正常运行和准确测量。

专利名称：一种基于罗氏线圈的电流测量方法及装置
专利类型：发明专利
发明人：刘毅,潘曦宇,周婧,林福昌,丁黎,龙兆芝,李文婷,谢施君
申请号：CN202011509811.6
申请日：20201219
公开号：CN112730944A
公开日：
20210430
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种基于罗氏线圈的电流测量方法及装置，属于电流测量领域，电流测量方法包括：将罗氏线圈的其中一条绕线作为主绕线，剩余绕线作为副绕线；罗氏线圈是同向绕制绕线而成，其绕线数量使罗氏线圈满足外积分电路的条件；将主绕线的输出端与第一运算放大器相连；且将副绕线之间进行加法运算后，与第二运算放大器相连，获取第二运算放大器的输出电压；将第一运算放大器的输出电压与第二运算放大器的输出电压进行差分处理后，计算输出电流；其中，主绕线输出电压与副绕线加法运算后的输出电压以异相的形式分别输入至第一运算放大器和第二运算放大器。

本发明强化罗氏线圈稳定性的同时降低了运算放大器失调电压的影响，实现了电流的准确测量。

申请人：华中科技大学,国网湖北省电力有限公司营销服务中心(计量中心),中国电力科学研究院有限公司,国网四川省电力公司电力科学研究院
地址：430074 湖北省武汉市珞喻路1037号
国籍：CN
代理机构：武汉华之喻知识产权代理有限公司
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基于柔性罗氏线圈的便携式高压电缆接地电流智能监测装置设计成健刘杰罗智奕陈腾彪陈显(深圳供电局有限公司，广东深圳518000)摘要：随着智能电网的普及，高压电缆接地电流在线监测装置得到了迅速发展，其中一些关键问题如传感器、灵敏度、精度、通信 方式等都得到了很好的解决。

但目前在实际高压电缆运维工作中，需要的是既能在巡检时实时显电流 ，又能在 线路进一时的在线监测，实时 电缆态的监测装置。

基于此，尝试设计了一种 式高压电缆接地电流智能监测装置，以传统电流监测设的，电流监测的智能化水平，増强电网的运维 。

关键词+罗氏线高压电缆;接地电流；智能监测1设计思路与目标1.1设计思路传的在线监测装置现场施工复杂，缺少现场就地显示，电方式 ，接 了电网的智能度 此，本设计要解决的 问题如 供一种基于罗线圈的式高压电缆接地电流智能监测装置，高压电缆接地电流在线监测装置 运维 的接地电流检测的能，得装置既能实在线监测能，有能 设 的基 如(1) 设计一种接地电流监测装置，中器、罗线、通 发传器，罗线通通发传输器接中器 接地电流感应信号传输。

(2) 电流监测装置 4个1) 线通信 线通信 中器电 接，线通信 成到设中，能实在电缆 在线监测，时 传到 监 ，实 高压电缆的 监2) 电池电 电池电 电，可设 供电一 ，耗 装置 电池，解决传监测设电限制，能适各种监测环境。

3) 存储 存储 高速存储，的存储 有存储速度快 的特点，满足日常运维 存储 传功能，同时在现场无限网络信号弱时可以先存储，信号好时上传或导出。

4) 就地显示模块。

就地显示模块为L C D显示模块，能够实时显示监测结果，显示报警、操作等功能。

1.2设计目标设计要达到如目标罗线轻 口径 传感器，既便于安装 于 ，时能适各种电缆径，感信传到中器，实 高压电缆接地电流的 高压电缆接地电流在线监测装置 运维使的接地电流检测的能，样在 运维遇到常后还 建立 监系统，改善电网运维 运维果2设计图纸与说明2.1设计结构图与说明详细说明实的技术内容、所实现目的及效果，实施方式并配合附图予以说明。