一种空芯线圈感测互补装置、钳形万用表及其制备方法
阅读说明：本技术 一种空芯线圈感测互补装置、钳形万用表及其制备方法 (Hollow coil sensing complementary device, pincerlike multimeter and preparation method thereof ) 是由 薛运林 黄雕 薛淦文 杨志凌 于 2021-06-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种空芯线圈感测互补装置,其包括两组并联的绕组线圈,绕组线圈包括异形空芯骨架及空芯线圈；异形空芯骨架包括第一骨架加粗部、中间骨架及第二骨架加粗部,第一骨架加粗部、第二骨架加粗部的截面直径均大于中间骨架的截面直径；空芯线圈包括第一区间、第二区间及第三区间,第一区间、第三区间的感测电流信号均大于第二区间的感测电流信号；还公开一种具有空芯线圈感测互补装置的钳形万用表及其制备方法。本发明将异形空芯骨架两端部的结构改良设计加粗,进而获取具有相应结构的空芯线圈,提升两端部互感信号的电压强度,弥补了空芯线圈因无铁芯的导磁作用而存在“漏磁切面口”,以导致在实际测量时内部各处存在较大的位置误差的问题。(The invention discloses a hollow coil sensing complementation device, which comprises two groups of winding coils connected in parallel, wherein each winding coil comprises a special-shaped hollow framework and a hollow coil; the special-shaped hollow framework comprises a first framework thickening part, a middle framework and a second framework thickening part, and the cross section diameters of the first framework thickening part and the second framework thickening part are larger than that of the middle framework; the air-core coil comprises a first interval, a second interval and a third interval, and sensing current signals of the first interval and the third interval are all larger than that of the second interval; also discloses a pincerlike multimeter with an air-core coil sensing complementary device and a preparation method thereof. According to the invention, the structures of the two end parts of the special-shaped hollow framework are improved and designed to be thickened, so that the hollow coil with the corresponding structure is obtained, the voltage intensity of mutual inductance signals of the two end parts is improved, and the problem that the magnetic leakage tangent plane mouth exists in the hollow coil due to the magnetic conduction effect of no iron core, so that a large position error exists at each position in the hollow coil during actual measurement is solved.)
技术领域
本发明涉及钳形万用表
技术领域
，具体涉及一种空芯线圈感测互补装置、钳形万用表及其制备方法。背景技术
由于空芯线圈不含磁饱和元件，故其没有磁性，即没有磁芯损耗，电感值也不受流过电流的影响，所以其响应频带宽比较传统带铁芯的互感器更高(一般为0.1Hz-1MHz)，且在磁场互感的曲线是线性的，具有低失真、不会饱和的特性。基于此，近年来分别将空芯线圈、罗氏线圈、韩氏线圈等相继引入测量仪器产品中，而不同种类的线圈各自有不同的优势和缺点：
1)空芯线圈，由漆包线在空芯管平绕而成，制作工艺简单，成本低；但缺点是存在测量位置差，指标上需通过增加附件误差来引导客户的使用提示。
2)罗氏线圈，第一工序先将漆包线在绝缘电线管均匀平绕，第二工序再绕屏蔽层，第三工序包装固定透明胶纸，第四工序再增加纤维带包绕，第五工序包封软性外套，制成闭合环路线圈；其制作工艺复杂，成本太高(是空芯线圈的10多倍)，且结构上不适用于扳合式的钳表产品
3)韩氏线圈，第一工序先将漆包线制成多个单体的空芯绕组，第二工序采用软磁粉末和聚合物等混合胶体固化单体绕组，第三工序再将多个相同的绕组连接起来，第四工序通过柔性PCB的导接，第五工序包封软性外套，形成闭合环路线圈；其制作工艺复杂，成本太高(是罗氏线圈的5倍)，且结构上不适用于扳合式的钳表产品
在电子电工应用领域中，扳合式钳头结构的钳形万用表更便利于实地操作，方便移动和灵活应用于任何测量场景，更切合用户轻便易携带的需求；而类似于罗氏线圈或韩氏线圈均为闭合环路线圈结构，操作上并不适用于扳合式钳表，最适合安装在固定的场景监测使用；
以上无论是空芯线圈、罗氏线圈或韩氏线圈，它们的特出点对比电磁式或霍尔式线圈的区别就是没有铁芯的设计；但由于没有铁芯作为磁传导体，导致切面位置漏磁明显，以致电流互感器的位置偏差大，不能满足互感器在整个截面磁场均匀分布的需求。环形式结构的线圈绕组只有一个漏磁切面口，而扳合式的钳形表的线圈绕组则有2个漏磁切面口，故其漏磁比较前者更大；目前市场应用方案中并没有针对解决这个问题的有效对策，只能在产品说明书上提示，测量电流时的准确度以中心为准，如被测电流导体偏离钳头中心时，需附加2％(或更大的百分比值)的位置误差指标。
参见图4，针对传统的空芯线圈感测互补装置，当在绕组线圈中通过交流电流时，其周围将呈现出随时间而变化的磁力线，该变化的磁力线在绕组线圈的两端会产生感应电势，此感应电势幅度会随着电流导体与绕组线圈之间距离的不同而不同；根据电感线圈的感测原理，当电流导体近距离接近绕组线圈时，其感应电势幅度最强，反之距离远时的感应电势弱；目前所有钳表产品的校准点都以轴中心(如图4中的A区)作基础数据进行校准的，而B区则通过加法器输入电路的VR1调整，以调节左右输入信号进入积分器的平衡度，但钳头顶部C区和底部C区是无法校准的，此类装置的切面口磁路漏失，二次感测到的电压信号最弱，导致传送给积分器电路的信号大小不一，因此无法避免测量位置差。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明公开了一种空芯线圈感测互补装置；还公开了一种具有空芯线圈感测互补装置的钳形万用表；以及公开了一种具有空芯线圈感测互补装置的钳形万用表的制备方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种空芯线圈感测互补装置，其包括两组并联的绕组线圈，所述绕组线圈包括异形空芯骨架、及缠绕于所述异形空芯骨架上的空芯线圈；
所述异形空芯骨架包括一体成型的第一骨架加粗部、中间骨架、及第二骨架加粗部，所述第一骨架加粗部、第二骨架加粗部的截面直径均大于所述中间骨架的截面直径；
所述空芯线圈包括根据所述第一骨架加粗部、中间骨架、及第二骨架加粗部的形状分别延伸形成的第一区间、第二区间、及第三区间，所述第一区间、第三区间的感测电流信号均大于所述第二区间的感测电流信号。
上述的空芯线圈感测互补装置，其中所述空芯线圈包括依次设置于所述第一区间、第二区间、及第三区间中的第一线圈部、第二线圈部、及第三线圈部，所述第一线圈部、第三线圈部的截面直径均大于所述第二线圈部的截面直径。
上述的空芯线圈感测互补装置，其中两组所述空芯线圈的第一区间、第二区间、及第三区间分别连通形成第一感应区域、第二感应区域、及第三感应区域，所述第一感应区域、第二感应区域、及第三感应区域的感应电动势相同。
上述的空芯线圈感测互补装置，其中所述第一骨架加粗部、第二骨架加粗部的总长度与所述中间骨架的长度的比例为17.7％：82.3％。
上述的空芯线圈感测互补装置，其中所述第一线圈部、第二线圈部、及第三线圈部依次首尾连接且均为顺时针绕制。
上述的空芯线圈感测互补装置，其中所述空芯线圈采用单层绕线、双层绕线或N层绕线。
上述的空芯线圈感测互补装置，其中所述第一骨架加粗部平行于所述第二骨架加粗部。
一种具有空芯线圈感测互补装置的钳形万用表，其包括所述的空芯线圈感测互补装置；
所述钳形万用表还包括左钳头和右钳头，两组所述绕组线圈分别采用定位盖固定设置于所述左钳头和右钳头中。
上述的具有空芯线圈感测互补装置的钳形万用表，其中所述钳形万用表还包括积分电路和可调电阻，两组所述绕组线圈并联连接于所述积分电路，所述积分电路与任一组所述绕组线圈之间连接有可调电阻。
一种具有空芯线圈感测互补装置的钳形万用表的制备方法，其制备方法用于制备所述的具有空芯线圈感测互补装置的钳形万用表；
其制备方法包括以下步骤：
步骤1，限定所述第一骨架加粗部、中间骨架、及第二骨架加粗部的结构和尺寸，制得所述异形空芯骨架；
步骤2，将漆包线由所述第二骨架加粗部至所述第一骨架加粗部按顺时针依次缠绕于所述异形空芯骨架上，制得结构为两头大-中间小的所述绕组线圈；
步骤3，将两组所述绕组线圈按照所述左钳头、右钳头的结构弯折成型，以使所述第一骨架加粗部平行于所述第二骨架加粗部，并采用所述定位盖分别固定于所述左钳头、右钳头中；
步骤4，将两组所述绕组线圈并联接入所述积分电路，并于所述积分电路与任一组所述绕组线圈之间连接可调电阻，即得具有空芯线圈感测互补装置的钳形万用表。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明根据空芯线圈的感测灵敏度分布的特性，通过改变空芯线圈的结构和截面直径，采取针对顶端和底端切面部位的补偿方式，进而调整了磁感应信号强度的分布，实现了所述装置的密集区间内的磁感应强度互补，有效改善电流测量的位置差缺陷；同时兼顾实际生产的考量，满足骨架绕线的生产工艺要求，实现批量生产的高效产能；
(2)基于传统式骨架的结构，将其两端部的结构改良设计加粗构成所述第一骨架加粗部和第二骨架加粗部，形成两头大-中间小的所述异形空芯骨架，进而获取具有相应结构的所述空芯线圈，提升两端部互感信号的电压强度，弥补了所述空芯线圈因无铁芯的导磁作用而存在“漏磁切面口”，以导致在实际测量时内部各处存在较大的位置误差的问题；
(3)本发明采用特殊的绕线方式，将所述空芯线圈具体划分设置有所述第一线圈部、第二线圈部、及第三线圈部，即该空芯线圈上形成三个串联的电感；由于所述第一线圈部、第三线圈部的截面直径均大于所述第二线圈部的截面直径，相当于缩短了所述第一线圈部、第三线圈部分别与待测电流导体之间的距离，即比较于传统式空芯线圈，增强了所述第一区间、第三区间的感测电流信号；其次，基于两组所述绕组线圈采用并联的方式，增大了所述第一感应区域、第三感应区域的感测电流信号补偿量，以使所述第一感应区域、第二感应区域、及第三感应区域的感应电动势相同，从而确保所述装置内部各处电流感测读数接近一致性；
(4)由于所述空芯线圈的总电感量不变，本发明仅通过所述空芯线圈两端部的截面面积的变化，以互补其感测灵敏度和精准度，可改善钳形万用表电流钳在不同位置A、B、C区的电流感测读数接近一致性，无需另外增加误差调整附件装置，以对钳头测量位置差附加相关的精度误差，减免用户测量计算的烦恼；
(5)本发明的空芯线圈感测互补装置可兼顾0.1A～1000A范围电流和40Hz-1KHz频响的测量，属于结构轻便型的电流测量工具，并且有效地突破对称式或不对称式扳合型结构电流钳表的“漏磁切面口”测量存在位置误差的技术难点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明中异形空芯骨架的正视示意图；
图2为本发明中具有空芯线圈感测互补装置的钳形万用表的剖视示意图；
图3为本发明中具有空芯线圈感测互补装置的钳形万用表的电路原理示意图；
图4为传统的空芯线圈感测互补装置的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，而非对本发明进行限制。
实施例：参见图1，本实施例提供的一种空芯线圈感测互补装置，其包括两组并联的绕组线圈，所述绕组线圈包括异形空芯骨架1、及缠绕于所述异形空芯骨架1上的空芯线圈；
所述异形空芯骨架1包括一体成型的第一骨架加粗部11、中间骨架12、及第二骨架加粗部13，所述第一骨架加粗部11、第二骨架加粗部13的截面直径均大于所述中间骨架12的截面直径；具体地，所述异形空芯骨架1为塑料骨架，以防止磁饱和现象；
所述空芯线圈包括根据所述第一骨架加粗部11、中间骨架12、及第二骨架加粗部13的形状分别延伸形成的第一区间、第二区间、及第三区间，所述第一区间、第三区间的感测电流信号均大于所述第二区间的感测电流信号。
较佳地，所述空芯线圈包括依次设置于所述第一区间、第二区间、及第三区间中的第一线圈部、第二线圈部、及第三线圈部，所述第一线圈部、第三线圈部的截面直径均大于所述第二线圈部的截面直径，有效地缩短了所述第一线圈部、第三线圈部分别与待测电流导体之间的距离，即比较于传统式空芯线圈，增强了所述第一区间、第三区间的感测电流信号。
进一步地，两组所述空芯线圈的第一区间、第二区间、及第三区间分别连通形成第一感应区域、第二感应区域、及第三感应区域，所述第一感应区域、第二感应区域、及第三感应区域的感应电动势相同；基于两组所述绕组线圈采用并联的方式，增大了所述第一感应区域、第三感应区域的感测电流信号补偿量，从而确保所述装置内部各处电流感测读数接近一致性。
在较佳的实施例中，所述第一骨架加粗部11平行于所述第二骨架加粗部13；所述第一骨架加粗部11、第二骨架加粗部13的总长度与所述中间骨架12的长度的比例为17.7％：82.3％，此比例有助于构成的所述第一区间、第三区间的感测电流信号达到最佳；具体地，所述第一骨架加粗部11和第二骨架加粗部13的长度均为10mm、截面直径均为4.6～4.8mm；所述中间骨架12的长度为93.2mm、截面直径为4.0mm。
进一步地，所述空芯线圈采用单层绕线、双层绕线或N层绕线；其中，所述第一线圈部、第二线圈部、及第三线圈部依次首尾连接且均为顺时针绕制。
参见图2，本实施例还公开一种具有空芯线圈感测互补装置的钳形万用表，其包括所述的空芯线圈感测互补装置；
所述钳形万用表还包括左钳头2和右钳头3，两组所述绕组线圈分别采用定位盖固定设置于所述左钳头2和右钳头3中，以避免所述绕组线圈在钳头内部串动；具体地，两组所述绕组线圈根据所述左钳头2和右钳头3的结构弯折成型，以使所述第一骨架加粗部11平行于所述第二骨架加粗部13，进而增大了所述第一感应区域、第三感应区域的感测电流信号补偿量，确保所述第一感应区域、第二感应区域、及第三感应区域的感应电动势相同。
参见图3，较佳地，所述钳形万用表还包括积分电路和可调电阻，两组所述绕组线圈并联连接于所述积分电路，所述积分电路与任一组所述绕组线圈之间连接有可调电阻；具体地，两组所述绕组线圈均按头尾-头尾的方式并联连接于所述积分电路，所述可调电阻(VR1)用于调整B区感测电流的平衡度，确保钳形万用表钳头左右偏移位置误差在0.5％范围内，即完成前工序的钳头信号的校准，进一步提高感测精准度，以克服“漏磁切面口”测量存在位置误差的缺陷。
以及本实施例公开了一种具有空芯线圈感测互补装置的钳形万用表的制备方法，其制备方法用于制备所述的具有空芯线圈感测互补装置的钳形万用表；
其制备方法包括以下步骤：
步骤1，限定所述第一骨架加粗部11、中间骨架12、及第二骨架加粗部13的结构和尺寸，制得所述异形空芯骨架1；其中，于所述中间骨架12的顶端和底端分别针对截面直径加粗形成所述第一骨架加粗部11和第二骨架加粗部13；
步骤2，将漆包线由所述第二骨架加粗部13至所述第一骨架加粗部11按顺时针依次缠绕于所述异形空芯骨架1上，制得结构为两头大-中间小的所述绕组线圈；其中，可根据实际生产需要，自行设定所述绕组线圈采用单层绕线、双层绕线或N层绕线；
步骤3，将两组所述绕组线圈按照所述左钳头2、右钳头3的结构弯折成型，以使所述第一骨架加粗部11平行于所述第二骨架加粗部13，并采用所述定位盖分别组装固定于所述左钳头2、右钳头3中；
步骤4，将两组所述绕组线圈并联接入所述积分电路，并于所述积分电路与任一组所述绕组线圈之间连接可调电阻，即得具有空芯线圈感测互补装置的钳形万用表。
针对本实施例的具有空芯线圈感测互补装置的钳形万用表进行互补技术的测评，其测评结果如下：
注：1)仪器电流源的局限，1kHz的频响未做测试。
2)实测电流频响线性和位置差读数，精度均在0.5％范围内。
本实施例具有以下优点：
(1)本发明根据空芯线圈的感测灵敏度分布的特性，通过改变空芯线圈的结构和截面直径，采取针对顶端和底端切面部位的补偿方式，进而调整了磁感应信号强度的分布，实现了所述装置的密集区间内的磁感应强度互补，有效改善电流测量的位置差缺陷；同时兼顾实际生产的考量，满足骨架绕线的生产工艺要求，实现批量生产的高效产能；
(2)基于传统式骨架的结构，将其两端部的结构改良设计加粗构成所述第一骨架加粗部和第二骨架加粗部，形成两头大-中间小的所述异形空芯骨架，进而获取具有相应结构的所述空芯线圈，提升两端部互感信号的电压强度，弥补了所述空芯线圈因无铁芯的导磁作用而存在“漏磁切面口”，以导致在实际测量时内部各处存在较大的位置误差的问题；
(3)本发明采用特殊的绕线方式，将所述空芯线圈具体划分设置有所述第一线圈部、第二线圈部、及第三线圈部，即该空芯线圈上形成三个串联的电感；由于所述第一线圈部、第三线圈部的截面直径均大于所述第二线圈部的截面直径，相当于缩短了所述第一线圈部、第三线圈部分别与待测电流导体之间的距离，即比较于传统式空芯线圈，增强了所述第一区间、第三区间的感测电流信号；其次，基于两组所述绕组线圈采用并联的方式，增大了所述第一感应区域、第三感应区域的感测电流信号补偿量，以使所述第一感应区域、第二感应区域、及第三感应区域的感应电动势相同，从而确保所述装置内部各处电流感测读数接近一致性；
(4)由于所述空芯线圈的总电感量不变，本发明仅通过所述空芯线圈两端部的截面面积的变化，以互补其感测灵敏度和精准度，可改善钳形万用表电流钳在不同位置A、B、C区的电流感测读数接近一致性，无需另外增加误差调整附件装置，以对钳头测量位置差附加相关的精度误差，减免用户测量计算的烦恼；
(5)本发明的空芯线圈感测互补装置可兼顾0.1A～1000A范围电流和40Hz-1KHz频响的测量，属于结构轻便型的电流测量工具，并且有效地突破对称式或不对称式扳合型结构电流钳表的“漏磁切面口”测量存在位置误差的技术难点。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术手段和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围。
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