本發(fā)明涉及一種電流測(cè)量器件，具體而言涉及一種新型的精密的電流測(cè)量用分流器。

背景技術(shù)：

電流測(cè)量技術(shù)是一項(xiàng)基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于國(guó)民生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。電流測(cè)量的主要方法有：分流器、電流互感器、Rogowski線圈、霍爾電流傳感器、光電傳感器等方法。其中分流器利用歐姆定律，將寬頻大電流轉(zhuǎn)化為容易精確測(cè)量的小電壓，測(cè)量分流器上的電壓和分流器阻值計(jì)算得到電流值，原理直觀，準(zhǔn)確度高，響應(yīng)速度快，是最簡(jiǎn)單直接的方法，在電流測(cè)量領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。

現(xiàn)有技術(shù)中常見(jiàn)的分流器結(jié)構(gòu)有同軸圓筒型分流器和PCB板結(jié)構(gòu)籠型分流器，但是同軸圓筒形分流器由于受到結(jié)構(gòu)形狀和加工工藝的限制，其阻值很難和預(yù)先設(shè)定好的阻值一樣；而PCB板結(jié)構(gòu)籠型分流器，由于布銅厚度的原因，其電阻較大，使得使用中溫升大，其量程很難突破100A。

尤其是使用分流器測(cè)量寬頻(或脈沖)電流時(shí)，分流器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)分流器性能影響很大，因此，需要提供一種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)寬頻(或脈沖)電流的精密測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)脈沖大電流進(jìn)行精密測(cè)量需求，發(fā)明了一種雙層籠狀結(jié)構(gòu)的分流器，具備較寬的頻帶和較高的精度。

具體而言，本發(fā)明提供一種分流器，其特征在于：所述分流器為雙層籠狀結(jié)構(gòu)，包括一外側(cè)籠欄和與之同軸布置的內(nèi)側(cè)籠欄。

本發(fā)明還提供一種分流器，其特征在于：所述分流器為雙層籠狀結(jié)構(gòu)，包括一外側(cè)籠欄和與之同軸布置的內(nèi)側(cè)籠欄，內(nèi)側(cè)籠欄和外側(cè)籠欄上均具有籠柱構(gòu)成籠柱對(duì)，外側(cè)籠欄兩端連接第一導(dǎo)電盤和第二導(dǎo)電盤，內(nèi)側(cè)籠欄兩端分別連接第二導(dǎo)電盤和第三導(dǎo)電盤，且第三導(dǎo)電盤上有通孔供外側(cè)籠欄的籠柱不導(dǎo)電穿過(guò)，其中，內(nèi)側(cè)籠欄中心存在一中心導(dǎo)線，其一端連接第二導(dǎo)電盤，另一端不導(dǎo)電穿過(guò)第三導(dǎo)電盤。

進(jìn)一步地，其特征在于：所述不導(dǎo)電穿過(guò)的方式為存在間隙或存在絕緣部件。

進(jìn)一步地，其特征在于：第一導(dǎo)電盤的遠(yuǎn)離第二導(dǎo)電盤的一側(cè)的中心位置設(shè)置有一凸起電極。

進(jìn)一步地，其特征在于：電流在分流器的流通路徑為，凸起電極、第一導(dǎo)電盤、外側(cè)籠柱、第二導(dǎo)電盤、內(nèi)側(cè)籠柱、第三導(dǎo)電盤。

進(jìn)一步地，其特征在于：所述籠柱對(duì)的數(shù)量為兩對(duì)或兩對(duì)以上。

進(jìn)一步地，其特征在于：籠欄由電阻率適宜、溫度特性好的適合做電阻標(biāo)準(zhǔn)器的合金構(gòu)成，優(yōu)選為康銅。

進(jìn)一步地，其特征在于：其特征在于：所述籠柱為層狀結(jié)構(gòu)，包括，里層和包覆里層外側(cè)的表層，其中，表層材料的電導(dǎo)率小于里層材料的電導(dǎo)率。

進(jìn)一步地，其特征在于：所述里層材料的半徑小于該材料趨膚深度。

進(jìn)一步地，其特征在于：其特征在于：所述籠柱包括棒狀芯材和通過(guò)濺射形成在芯材外面導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層從內(nèi)到外，導(dǎo)電率逐漸減小。

本發(fā)明中的分流器可用于高頻交流電流測(cè)量，也可用于脈沖電流測(cè)量。同軸式的主體結(jié)構(gòu)保證了分流器良好的高頻特性。雙層籠狀結(jié)構(gòu)中內(nèi)外兩層流過(guò)的電流大小相等、方向相反，工作時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)能夠相互抵消，提高了分流器的性能。對(duì)于寬頻帶電流的測(cè)量，本分流器電流路徑呈細(xì)圓柱狀，寄生電感較小，有利于提高測(cè)量精度。本分流器采用開放式結(jié)構(gòu)，能夠較好的進(jìn)行散熱。由于不使用精密電阻，本分流器的造價(jià)相對(duì)低廉，且具備更寬的測(cè)量范圍。

該分流器具有較高的測(cè)量頻帶。由于分流器采用軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，工作時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)可相互抵消，總體上電感較小，根據(jù)分流器可以到達(dá)很小的時(shí)間常數(shù)，分流器的頻帶與上升時(shí)間有的關(guān)系，由此可知分流器具有較高的頻帶。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明分流器外觀圖。

圖2是本發(fā)明分流器頂視圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域人員更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施方法對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本發(fā)明的分流器主體為同軸雙層結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)圖1，本發(fā)明中以2欄為例進(jìn)行說(shuō)明，其包括一外側(cè)籠欄1和內(nèi)側(cè)籠欄2，兩個(gè)籠欄為同軸布置。外側(cè)籠欄包括多根籠柱3和連接籠柱3兩端的第一導(dǎo)電盤4和第二導(dǎo)電盤5。內(nèi)側(cè)籠欄包括與內(nèi)側(cè)籠欄籠柱相對(duì)應(yīng)的多根籠柱6，其一端連接第二導(dǎo)電盤5，另一端連接第三導(dǎo)電盤7，所述第三導(dǎo)電盤7上有通孔供籠柱3穿過(guò)，籠柱3與第三導(dǎo)電盤7存在間隙或者存在絕緣部件，使得兩者不導(dǎo)電連接。外側(cè)籠欄1和內(nèi)側(cè)籠欄2的對(duì)應(yīng)籠柱構(gòu)成籠柱對(duì)，其中所述籠柱對(duì)的數(shù)量為兩個(gè)以上的任意整數(shù)，例如2、3、4、5、6、7、8……等

內(nèi)側(cè)籠欄中心存在一中心導(dǎo)線8，其一端連接第二導(dǎo)電盤5，另一端穿過(guò)第三導(dǎo)電盤7，且與第三導(dǎo)電盤7的通孔之間存在縫隙或絕緣件。第一導(dǎo)電盤4的遠(yuǎn)離第二導(dǎo)電盤5的一側(cè)的中心位置設(shè)置有一凸起電極9，作為電流輸入端，第三導(dǎo)電盤7為電流輸出端。

電流在分流器的流通路徑為：凸起電極9、第一導(dǎo)電盤4、籠柱3、第二導(dǎo)電盤5、籠柱4、第三導(dǎo)電盤7。分流器采用這種兩層籠柱的設(shè)計(jì)，籠柱的電感相互抵消，寄生電感較小。這樣，在內(nèi)側(cè)籠欄2的兩端的第二導(dǎo)電盤5和第三導(dǎo)電盤7分別作為電壓高端和電壓低端。兩電位端之間內(nèi)側(cè)籠欄的電阻阻值即為該分流器的標(biāo)稱阻值。中心導(dǎo)線8與第二導(dǎo)電盤7連接，其處于同一電位。

使用中，通過(guò)檢測(cè)中心導(dǎo)線8與第三導(dǎo)電盤7的電勢(shì)差，即可得知內(nèi)側(cè)籠欄兩端的電壓，再根據(jù)內(nèi)側(cè)籠欄的阻值，可以得到被測(cè)電流的大小。

籠欄由電阻率適宜、溫度特性好的適合做電阻標(biāo)準(zhǔn)器的合金構(gòu)成，呈帶狀，其分布關(guān)于中心軸對(duì)稱。優(yōu)選地，籠欄材料選擇康銅等電阻率適宜、溫度特性好的適合做電阻標(biāo)準(zhǔn)器的合金材料，此外，可通過(guò)改變籠欄的材料、寬度、長(zhǎng)度、厚度，可以改變?cè)摲至髌鞯念~定參數(shù)。

優(yōu)選的方案中，單根籠柱為柱狀，采用低溫度系數(shù)的金屬材料。更優(yōu)選的，所述籠柱為層狀結(jié)構(gòu)，包括，里層和包覆在里層外側(cè)的表層，表層材料的電導(dǎo)率小于里層材料的電導(dǎo)率，相應(yīng)地，電阻率大于里層材料的電阻率。表層材料其趨膚深度較大，電流在表層材料均勻分布；里層材料半徑小于該材料趨膚深度，電流在里層材料上也均勻分布，由于Q＝I²Rt可減小大電流在材料上的發(fā)熱。采用該種籠欄的優(yōu)點(diǎn)是既保證了溫升在可接受的范圍內(nèi)又保證了電流在單根籠欄上均勻分布，這種結(jié)構(gòu)減小了分流器電阻的變化。當(dāng)然，也可以采用多層結(jié)構(gòu)。

另一優(yōu)選方案中，籠柱材料的電導(dǎo)率從內(nèi)到外逐漸變小，例如采用不同導(dǎo)電率的銅材料或者銅、鎳、銀材料等，采用濺射的方法，在一棒狀芯材上沉積形成，通過(guò)控制不同金屬材料的在芯材上的沉積比率，實(shí)現(xiàn)材料導(dǎo)電率在截面不同位置的導(dǎo)電率不同相應(yīng)地電阻率呈相反變化。這樣可保證籠柱內(nèi)電流比均一材料內(nèi)的電流分布更加均勻。

內(nèi)外籠柱在滿足加工需要的情況下應(yīng)選擇盡可能小的間距以減少寄生電感。這樣對(duì)于不同檢測(cè)電流選擇設(shè)計(jì)不同的阻值，可確保采樣電壓處于100mV～1V，提高了分流器電壓測(cè)量精度。

由于本發(fā)明的分流器內(nèi)外籠欄均為采用軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且為同心布置，工作時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)可相互抵消，總體上電感較小，根據(jù)其中L為分流器電感，R為分流器電阻，τ為時(shí)間常數(shù)。則可知，分流器可以到達(dá)很小的時(shí)間常數(shù)，分流器的頻帶與上升時(shí)間有的關(guān)系，由此可知分流器具有較高的頻帶。

下面結(jié)合圖2，說(shuō)明本發(fā)明分流器的具體實(shí)施方式：

以測(cè)量1kA的脈沖電流源標(biāo)準(zhǔn)為例，可采用的分流器結(jié)構(gòu)參數(shù)為：內(nèi)外側(cè)8對(duì)籠柱，籠柱半徑1mm，外籠柱長(zhǎng)度105mm，內(nèi)籠柱長(zhǎng)度80mm，選用導(dǎo)體材料為康銅，其標(biāo)稱電阻約為1.5mΩ。

在使用中，電流輸入和輸出可通過(guò)射頻級(jí)同軸連接器與分流器的第一導(dǎo)電盤4和第二導(dǎo)電盤5相連接，電壓測(cè)量可通過(guò)測(cè)量中心導(dǎo)線8與第三導(dǎo)電盤7的電勢(shì)差得到，電壓大小約為1.5V。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。此外，盡管本說(shuō)明書中使用了一些特定的術(shù)語(yǔ)，但這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了方便說(shuō)明，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限制。