[发明专利]一种电流与温度测量传感器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种电流与温度测量传感器，它用于测量各种大小不同的交流电流和电缆温度，属于传感器信息技术领域。

背景技术：

传统交流电流测量广泛采用带铁芯的交流电流互感器，它在大电流测量时铁芯的饱和响应电流磁场会带来很大的测量误差，所以市场上的交流互感器都有量程限制，必须在标称的测量电流范围内使用，否则将不能保证测量精度和准确度。在常规计量和过流保护时需使用不同的电流互感器，它的体积大、成本高、随电流容量的增大而增大，电磁感应使铁心电流互感器体积进一步增大，成本剧增。

发明内容：

1)目的：本发明的目的是提供一种电流与温度测量传感器，它克服了现有技术的不足，是一种无铁芯，线性好，不饱和，成本低，体积小，安装方便且灵敏度高的电流与温度测量传感器。

2)技术方案：本发明是一种电流与温度测量传感器，它是由装置箱、电源模块、MCU模块、电流互感器模块、热敏电阻模块、数据传输接口模块等共6部分组成。它们之间的位置连接关系是：电源模块、MCU模块和电流互感器模块置于装置箱内；热敏电阻模块置于装置箱的内环一侧；数据传输接口模块安装在装置箱的正面面板上。各个模块彼此之间通过MCU模块上的信号接口相连。其信号走向关系是：电源模块通过电磁感应取电，并供给MCU模块运行所需电源；电流互感器模块和热敏电阻模块将所感知的模拟信号输送至MCU模块进行后续处理；MCU模块将最终处理所得的数据信息转换为光信号通过数据传输接口模块输送出去。

所述装置箱是由SMC复合材料制作。由一个内空长方塑料箱体、两个两侧带有紧固螺丝的内空半环形条状塑料体和一个紧固电缆用螺栓组合而成。内空长方塑料箱体内部用于放置电源模块的硬件电路部分和MCU模块，其正面面板上还有2个用于光纤通信的接线端子，接线端子最终和MCU模块上面的数据通信接口相连；两个半环形条状塑料体用来放置电流互感器模块和电磁感应线圈；其中一个半环形条状塑料体内环部分还开有一个用来放置热敏电阻的凹槽；两个半环形条状塑料体通过其两边的固定螺丝组合成一个正圆形塑料条状结构。

所述电源模块是为整个装置的运行进行供电。由电磁感应线圈和整流滤波稳压电路两部分组成。电磁感应线圈被置于正圆形条状塑料体内；整流滤波稳压电路部分被置于内空长方塑料箱体内，该部分将电磁感应线圈取得的电能通过整流滤波稳压处理后得到3.3V的稳定电源输出，输送至MCU模块；两部分通过导线进行互相连接。该整流滤波稳压电路是由整流二极管、RC滤波电路和集成稳压电路组成，整流二极管将大小和方向变化的交流电变成直流电；RC滤波电路滤掉变成直流电后的谐波电压；集成稳压电路将不稳定的直流电压转变成稳定的直流电压输出。

所述电流互感器模块是罗氏线圈(Rogowski Coil，全称罗哥夫斯基线圈，由于罗氏线圈不含铁芯，也称空心线圈)制作。它具有不会饱和的特点，且是线性输出，能在大范围电流变化时保证测量电流的精度和准确度。

所述MCU模块是带有内部ADC功能的16位MSP430AFE253单片机。该MCU功能强大：支持3路24位差分输入模拟端口；带有内部PGA，最大增益32；具有内部高稳定度和低温漂的参考电压；带有内部乘法器；具有多达21个IO口；具有硬件USART通信接口；超低功耗，待机模式可以达到0.1uA等。

所述热敏电阻模块是PX-42H NTC负温度系数热敏电阻，该热敏电阻具有精度高、反应速度快、测量范围广等特点。

所述数据传输接口模块是光纤数据传输接入接口，其接口并排分布于空心长方体的正面面板，通过专用的接线端子可以将光纤接入传感器。传感器可通过该接口以及光纤将数据发送至液晶面板进行显示，或发送至通信机进行存储、上传等操作。

本发明原理及工作流程简介如下：

电源模块的电磁感应线圈取得的电流是整个装置正常工作的基础。电流互感器模块和热敏电阻模块将感知的模拟信号传送至MCU模块的输入接口；MCU模块将其转换成适合ADC处理的电压信号；再由集成于MCU模块内的ADC模块将其转换成MCU模块可直接处理的数字信号；MCU模块经过计算还原成电缆电流值及温度值；MCU模块将反映电缆真实电流值及温度值的数据转换成光信号通过数据传输接口模块发送出去。

3)本发明的优点及功效是：

1、电流互感器采用螺丝线圈结构、无铁芯、线性好、不饱和、灵敏度高。

2、装置成本低、功耗低、体积小、安装方便。

3、集温度与电流测量于一体、占用空间小。

4、采用光纤通信方式避免因温湿度、磁场等因素影响，数据安全可靠。