磁势自平衡回馈补偿式直流传感器

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1、万方数据第25卷第4期2004年lO月计量学报ACTAMETROLOGICASINICAV01．25．№4October．2004磁势自平衡回馈补偿式直流传感器任士焱，马爱清(华中科技大学电气与电子工程学院，湖北武汉430074)摘要：研究了一种新型磁势自平衡回馈补偿式直流传感器，介绍了这种传感器的工作原理与设计方案，给出了该系统的稳定性分析、误差分析、暂态性能指标。该传感器将开环原理与闭环原理的优点有机地结合起来，使其既具有准确度高(从传统直流传感器0．5％的测量准确度提高到0．1％)、线性度好、

2、抗干扰能力强的优点，也不存在系统振荡及大功率驱动问题的弱点，且电路结构简单、稳定性好、可靠性高、自动跟踪补偿和响应速度快。关键词：计量学；直流传感器；磁势白平衡；回馈补偿中图分类号：TB971文献标识码：A文章编号：1000—1158(2004)04．0349—04MagneticPotentialSelf--BalanceandFeed--BackCompensationDCSensorRENShi—yan，MAAi-qing(HuazhongUniversityofScienceandTechn

3、ology，Wuhan，Hubei430074，China)Abstract：ThetheoryanddesignmethodofmagneticpotentialseE-balanceandfeed—hackcompensationDCsensorhavebeendeveloped．Theoperatingprincipleanddesignofthetransduceraledescribed．Thesystemstabilityanderroranalysesarediscussedandth

4、eperformanceofthetransducerintransientstatesisgiven．Theopenlooptheoryandtheclosedlooptheoryofdirectcurrentmeasurementalecombinedavailably．Themeritsofthesystemaresimpleconstruction，highprecision(theerrorislessthan0．1％anditis0．5％intraditionalDCsensors)，g

5、oodstabilityandreliability，goodcompensationperformanceandquickresponsetime．Keywords：Metrology；DCsensor；Magneticpotendalself-balance；Feed—backcompensation1引言国内、国外的研究现状表明，直流电流传感器按其检测控制原理可分为开环和闭环测量控制两类[I。]。直流分流器、直流电流互感器、霍尔检测式传感器等属开环原理；霍尔零磁通传感器、磁调制比较仪、磁放大比

6、较仪、双重磁检测式比较仪等属闭环原理。这些传感器各有优点，但也难免存在局限性。开环原理具有电路结构简单、体积小、重量轻、且不存在系统振荡问题等优点，但存在测量数据准确性、稳定性、线性度不高、抗干扰能力差的弱点。闭环原理具有测量准确度高、线性度好、抗于扰能力强的优点，但存在因开环放大倍数高而带来的稳定性差，以及电路结构和调试复杂、需大功率驱动等棘手问题。本文所研究的磁势自平衡回馈补偿式直流传感器，就是将一般的开环与闭环的优点结合起来，剔除其缺点，使其既具有准确度高、线性度好、抗干扰能力强的优点，又不存

7、在系统可能振荡和需大功率驱动等问题，同时还具有高稳定、高可靠、电路结构和调试也较简单等优点。收稿日期：2003—1I～28：修回日期：2003一12—28基金项目：国家自然科学基金(50277018)作者简介：任士焱(1945一)，男，湖北武汉人，华中科技大学教授，博士生导师，主要从事电磁测量及传感器方面的研究。万方数据350计量学报2004年10月2磁势自平衡回馈补偿式直流传感器原理磁势自平衡回馈补偿式直流传感器的工作原理如图1所示。由激励电压源、一次绕组1、铁芯2、二次绕组3、整流二极管D和滤波

8、电感9等组成磁势自平衡回路，用于对一次被测直流磁势的自动平衡。由直流互感器原理可知，该回路的磁势平衡是由铁芯的近似矩形磁化曲线的特性决定的M-，即在半个周期内，由一个电抗器铁芯和线圈构成的一个电抗器就可以建立磁势平衡，即此时一、二次之间的直流磁势平衡，，．W。一12。W2(W．、形：分别为一次和二次绕组匝数)。它不同于一般闭环原理传感器含有高的开环电压放大倍数、及大功率驱动环节所构成的闭环直流磁势平衡，因而不存在系统的振荡和大功率驱动问题。由检测铁芯4和5、补偿绕组6