Rogowski線圈電流傳感器分析

1、摘要:介紹了Rogowski 線圈的基本原理,以及其作為電流傳感器的的優(yōu)點(diǎn)。分析了影響Rogowski 線圈精度的主要因素,并提出了提高Rogowski 線圈測(cè)量精度的措施。分析了由Rogowski 線圈和數(shù)字積分器組成的Rogowski 電流傳感器的穩(wěn)定性和線性度。關(guān)鍵詞:Rogowski 線圈數(shù)字積分器Rogowski 電流傳感器0引言用Rogowski 線圈來(lái)檢測(cè)和測(cè)量電流已經(jīng)有幾十年的歷史了,最早是Rogowski 和Stein-haus 在1912年提出了使用空芯線圈測(cè)量交流電流。其依據(jù)的基本原理是安培環(huán)路定理,當(dāng)把導(dǎo)體從空芯線圈的中間穿過(guò)時(shí),導(dǎo)體中交變的電流就會(huì)在空芯線圈上感應(yīng)出電

2、壓,該電壓與被測(cè)電流的變化率(對(duì)時(shí)間的微分成正比。因此,只要在Rogowski 線圈后面接一個(gè)積分器,就構(gòu)成了一個(gè)完整的Rogowski 電流傳感器,如圖一所示。采用Rogowski 電流傳感器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁式傳感器具有很多優(yōu)勢(shì):?Rogowski 電流傳感器具有很很寬的帶寬,能夠很好的應(yīng)用于暫態(tài)電流的測(cè)量,且測(cè)量范圍大,同一線圈能夠測(cè)量100100KA 范圍內(nèi)的電流;*Rogowski 電流傳感器由于沒(méi)有鐵磁材料不會(huì)出現(xiàn)飽和,線圈也不會(huì)因?yàn)檫^(guò)電流而損壞,具有很好的線性度;*Rogowski 電流傳感器與被測(cè)電流之間沒(méi)有電氣上的接觸,絕緣性能好;*Rogowski 電流傳感器相比于傳統(tǒng)的電磁

3、式傳感器體積小,重量輕。由于沒(méi)有合適的積分器,Rogowski 線圈的應(yīng)用一度受到了限制。隨著數(shù)字技術(shù)的迅猛的發(fā)展,采用大規(guī)模集成電路構(gòu)成的數(shù)字積分器,使得Rogowski 線圈在性能和精度上取得了很大的改善。Rogowski 電流傳感器的應(yīng)用前景更加廣泛。1基本原理Rogowski 線圈的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)如圖二所示,在一個(gè)環(huán)型的非電磁性的骨架上均勻纏繞上導(dǎo)線,就構(gòu)成一個(gè)最簡(jiǎn)單的Rogowski 線圈。測(cè)量時(shí),被測(cè)導(dǎo)體垂直線圈平面,且位于線圈的圓心處。Rogowski 線圈測(cè)量電流的基本原理是依據(jù)安培環(huán)路定理磁場(chǎng)強(qiáng)度H 沿空間任一閉合曲線的環(huán)路積分等于該閉合曲線所限定的面積上穿過(guò)的電流的代數(shù)和。被測(cè)電

4、流大小為I ,其產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為H ,則有:此時(shí),空芯線圈的磁通為:根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,由被測(cè)的交變電流在Rogowski 線圈上感應(yīng)出的電壓為:其中:為真空中的磁導(dǎo)率;A 為骨架的橫截面積;N 為線圈的匝數(shù);l 為骨架的周長(zhǎng)。由此可見(jiàn),Rogowski 線圈的末端輸出與被測(cè)電流的微分成正比。在實(shí)際應(yīng)用中,常使用線圈的互感系數(shù)M ,2測(cè)量精度分析由上面的分析可知,Rogowski 線圈是由被測(cè)電流在線圈中產(chǎn)生的磁場(chǎng)感應(yīng)出電壓來(lái)測(cè)量的,Rogowski 線圈對(duì)外部磁場(chǎng)十分敏感。為了防止外來(lái)磁場(chǎng)對(duì)的測(cè)量造成影響,Rogowski 線圈一般采用將導(dǎo)線的一斷沿著導(dǎo)線繞的方向在線圈內(nèi)部橫穿一圈的結(jié)構(gòu)

5、,如圖三所示。對(duì)于沿Y 軸和Z 軸方向的磁場(chǎng),根據(jù)磁通連續(xù)性原理,不會(huì)在線圈上感應(yīng)出電壓。對(duì)于X 軸方向的磁場(chǎng),即垂直于線圈平面的磁場(chǎng),如果回穿導(dǎo)線所圍的面積等于線圈相對(duì)X 軸方向磁場(chǎng)的等效面積,同樣根據(jù)磁通連續(xù)性原理,也不會(huì)在線圈上感應(yīng)出電壓。設(shè)回穿導(dǎo)線所圍成的環(huán)的半徑為r ,線圈的內(nèi)徑和外徑分別為a 和b ,如圖四所示?；卮?dǎo)線所圍的面積為,線圈對(duì)X 軸磁場(chǎng)的等效面積為,為了抵消沿X 軸方向磁場(chǎng)的影響S=S *,則有:要獲得更高的精度,骨架材料的選取十分重要。骨架要選擇加工性能好,不易變形的材料,而且當(dāng)溫度等外部條件變化時(shí),骨架的橫截面積要始終為常數(shù)。導(dǎo)線的纏繞要均勻,要保證線圈在幾何上的

6、對(duì)稱性。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)表明,采用Rogowski 線圈和數(shù)字積分器構(gòu)成的Rogowski 電流傳感器在測(cè)量50Hz 電流時(shí),有著很好的線性度和穩(wěn)定性,在精度上也能夠達(dá)到0.2%。表一顯示了不同幅值的工頻電流下,Ro-gowski 線圈直接輸出電壓的幅值和相位同標(biāo)準(zhǔn)CT (0.02%精度等級(jí)的比較:表一:Rogowski 線圈與標(biāo)準(zhǔn)CT 比較由實(shí)驗(yàn)所的數(shù)據(jù),對(duì)電壓幅值進(jìn)行最小二乘擬合,計(jì)算得到擬合系數(shù)為:=9.7562幅值最大誤差由于輸出沒(méi)有接積分器,Rogowski 線圈輸出電壓的相位比標(biāo)準(zhǔn)CT 的相位滯后90度。相位差最大誤差Rogowski 線圈輸出經(jīng)數(shù)字積分器積分濾波和積分以后,其幅值和

7、相位同標(biāo)準(zhǔn)CT 比較結(jié)果Rogowski 線圈電流傳感器分析程漢湘駱國(guó)銘(廣東工業(yè)大學(xué)廣東省廣州市510090 科技交流科技篇2006年06期65同理可得:幅值最大誤差a=0.17;相位差最大誤差=0.1%在理論上,Rogowski線圈輸出積分以后與標(biāo)準(zhǔn)CT應(yīng)該不存在相位差,但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示兩者之間存在一個(gè)固定相位差,這是由于數(shù)字積分器的延遲造成的,這個(gè)固定的相位差能夠通過(guò)相位補(bǔ)償來(lái)消除。4結(jié)論本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面介紹了Ro-gowski線圈作為電流傳感器在測(cè)量工頻電流上的應(yīng)用,并重點(diǎn)闡述了提高Rogowski線圈的測(cè)量精度措施。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Rogowski線圈和數(shù)字積分器構(gòu)成的Rogo

8、wski電流傳感器在測(cè)量工頻大電流時(shí),有著十分良好的性能。由于模擬和測(cè)試高頻大電流十分困難,對(duì)于Rogowski的高頻性能還需要作進(jìn)一步的研究。參考文獻(xiàn):1Ward,D A and Exon J La T“Using Ro-gowski Coils For Trensient Current Measurement”2Ray,W F and Davis,R M“Wide Band-width Rogowski Current Transducers:Part2The Rogowski Coils”,EpE Journal,Vol3,No1,pp51-59,March19933Ray,W F a

9、nd Hewson,C R“High Per-formance Rogowski Current Transducer”,IEEEIAS Conf.Proc,Roma,September2000Coils For Duration Pulsed Current Measurements”5馮慈璋電磁場(chǎng)第115-130頁(yè),第272-274 頁(yè) 高等教育出版社摘要:對(duì)當(dāng)前工程監(jiān)理在投資控制、質(zhì)量控制中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析探討,施工階段監(jiān)理工作。關(guān)鍵詞:工程建設(shè)監(jiān)理投資控制質(zhì)量控制一、工程概況由于排水系統(tǒng)不完善,現(xiàn)有污水未經(jīng)有效處理直接就近排入大江、小江、雙河、錦江等水體,致使錦江水系污染嚴(yán)重,影響城

10、市水體功能。為此,根據(jù)當(dāng)?shù)卣傮w規(guī)劃和旅游發(fā)展戰(zhàn)略指導(dǎo)思想,為保護(hù)旅游城市及下游國(guó)家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)十里錦江的水體環(huán)境,政府決定實(shí)施錦江城市污水綜合治理工程,對(duì)城市污水進(jìn)行集中處理以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),控制性詳規(guī)要求。擬建的錦江城市污水綜合治理工程由兩部分組成,第一部分為污水截流干管及污水提升泵站,長(zhǎng)度約30KM;第二部分為污水處理廠,占地面積為225×125M。污水處理廠采用二級(jí)生物處理A2/O工藝,分主要處理構(gòu)筑物和輔助建(構(gòu)筑物。主要處理構(gòu)筑物為污水提升泵房、沉砂池、A2/O生物池、終沉池、接觸池、污泥脫水間等;輔助處理建(構(gòu)筑物主要為辦公樓、機(jī)修間、加氯間等。由貴州三力建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)

11、任公司承監(jiān)的第二部分污水處理廠,建設(shè)規(guī)模為日處理污水5萬(wàn)m3,經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)的污水將集中排入錦江河道。二、投資控制a、設(shè)計(jì)變更說(shuō)明現(xiàn)建筑業(yè)受各方面的影響,有部分稽查人員對(duì)設(shè)計(jì)變更有不同理解及看法,一個(gè)項(xiàng)目需經(jīng)如下步驟:項(xiàng)目決策初步設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工圖設(shè)計(jì)準(zhǔn)備施工圖設(shè)計(jì)送、審后施工階段設(shè)計(jì)變更、發(fā)包施工竣工驗(yàn)收備案,所以由初步設(shè)計(jì)發(fā)展為施工圖設(shè)計(jì)不屬于設(shè)計(jì)變更范疇,設(shè)計(jì)變更應(yīng)該理解為經(jīng)審查合格后的施工圖由于工程需要發(fā)生的設(shè)計(jì)更改才算設(shè)計(jì)變更,由概算限量設(shè)計(jì)到施工圖預(yù)算過(guò)渡不應(yīng)該理解為設(shè)計(jì)變更。b、投資控制投資控制的重點(diǎn)在于施工以前的投資決策和設(shè)計(jì)階段,而在項(xiàng)目做出投資決策后,控制項(xiàng)目投資的關(guān)鍵就在于

12、設(shè)計(jì),而施工階段的監(jiān)理的監(jiān)理工作,對(duì)施工階段以前的工作往往無(wú)論為力,只有建議權(quán),如該工程在開(kāi)工前我單位向設(shè)計(jì)院建議優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,如終沉池404棵孔樁把樁數(shù)減少、以卵石層作持力層,但都未得相關(guān)單位重視,以致工程投資較大造成一定的浪費(fèi)。施工階段的監(jiān)理對(duì)投資控制工作嚴(yán)格審查施工單位申報(bào)的月、季度計(jì)量報(bào)表,認(rèn)真按施工合同核對(duì)其工程數(shù)量,不超計(jì)、不漏計(jì),嚴(yán)格按合同規(guī)定進(jìn)行計(jì)量支付簽證;1、保證支付簽證的各項(xiàng)工程質(zhì)量合格、數(shù)量準(zhǔn)確;2、建立計(jì)量支付簽證臺(tái)帳,定期與施工單位核對(duì)清算;3、按業(yè)主授權(quán)和施工合同的規(guī)定審核變更設(shè)計(jì)。4、收集、整理有關(guān)的施工和監(jiān)理資料,為處理費(fèi)用索賠提供證據(jù)。往往監(jiān)理對(duì)施工階段的投

13、資控制效率不大,達(dá)到預(yù)期效果永不及設(shè)計(jì)階段。A2/O生物池、終沉池標(biāo)段均超預(yù)算投資。生物池基礎(chǔ)開(kāi)挖前明知為石方,可招標(biāo)時(shí)規(guī)定為土方;終沉池共404棵孔樁招標(biāo)時(shí)不切實(shí)際規(guī)定孔深按8米計(jì)算,實(shí)際施工深度平均達(dá)17米。象這樣的超預(yù)算投資監(jiān)理單位不能不保證工程質(zhì)量而按投標(biāo)預(yù)算文件控制。近年來(lái),國(guó)家出臺(tái)了建筑法、招投標(biāo)法、建設(shè)工程質(zhì)量管理?xiàng)l例、材料清單規(guī)范計(jì)價(jià)辦法和建設(shè)工程監(jiān)理規(guī)范等法律法規(guī),使工程建設(shè)有章可循、有法可依。但有些業(yè)主法律意識(shí)淡薄,或?qū)ΡO(jiān)理程序不熟悉,使得工程中存在一些揮手工程、政績(jī)工程。國(guó)家投資項(xiàng)目業(yè)主違規(guī)現(xiàn)象交普遍,建立科學(xué)合理指引有效管理業(yè)主行為十分重要,理順建筑市場(chǎng)應(yīng)著重抓項(xiàng)目法人

14、制,建立監(jiān)管力度。四、質(zhì)量控制作為工程建設(shè)市場(chǎng)三大主體之一,監(jiān)理理應(yīng)發(fā)揮重要作用。但在工程建設(shè)中,重設(shè)計(jì)、重施工、經(jīng)監(jiān)理的觀念仍然普遍,有些業(yè)主及施工單位對(duì)監(jiān)理單位職責(zé)沒(méi)有正確的認(rèn)識(shí),令監(jiān)理工作正常開(kāi)展受到一定困擾,構(gòu)筑物砼澆筑過(guò)程中施工人員操作不當(dāng)漏振,出現(xiàn)滲漏,業(yè)主公然在承包商面前指責(zé)監(jiān)理單位監(jiān)理力度不夠,而不追究施工單位;且監(jiān)理在施工工程中以口頭、書(shū)面、議會(huì)上多次通知施工單位嚴(yán)格控制并以不支付進(jìn)度來(lái)嚴(yán)控,施工單位和業(yè)主視而不見(jiàn),業(yè)主還為施工單位說(shuō)情以工程抓進(jìn)度為由要求撥付工程進(jìn)度款,這樣監(jiān)理工程師下發(fā)的停工通知單,施工單位對(duì)監(jiān)理工程師指令置若罔聞、拒不執(zhí)行。監(jiān)理對(duì)什么承擔(dān)責(zé)任,建設(shè)部頒發(fā)的工程監(jiān)理合同(范本、建筑法以及相關(guān)法規(guī)均有界定,出現(xiàn)上述情況說(shuō)明業(yè)主對(duì)合同及法律法規(guī)了解不夠,但這種現(xiàn)象影響及壞,對(duì)規(guī)范建筑市場(chǎng)十分不利。監(jiān)理單位必須“公正、獨(dú)立、自主”地開(kāi)展工程建設(shè)監(jiān)理工作,為業(yè)主提供優(yōu)質(zhì)、高效的技術(shù)服務(wù),公平地維護(hù)建設(shè)單位和被監(jiān)理單位的合法權(quán)益,各監(jiān)理人員按“守法、誠(chéng)信、公正、科學(xué)”的愿則,盡職盡責(zé)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)理,做到堅(jiān)持原則,貫徹法規(guī),鉆研業(yè)務(wù)、實(shí)事求是,重視數(shù)據(jù),公平公正,熱情服務(wù)。監(jiān)理機(jī)構(gòu)實(shí)行總監(jiān)理工程師負(fù)責(zé)制,根據(jù)工程特點(diǎn),分別由土建監(jiān)理工程師、水電監(jiān)理工程師、設(shè)備安裝監(jiān)理工程師、投資控制監(jiān)理工程師等負(fù)責(zé)本專業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量、進(jìn)度、安全、