罗哥夫斯基线圈(Rogowski Coil)又称罗柯夫斯基线圈、罗氏线圈或空心线圈。
罗氏线圈是一种交流电流传感器,是一个空心环形的线圈,有柔性和硬性两种,可以直接套在被测量的导体上来测量交流电流。
罗氏线圈适用于较宽频率范围内的交流电流的测量,对导体、尺寸都无特殊要求,具有较快的瞬间反应能力,广泛应用在传统的电流测量装置如电流互感器无法使用的场合,用于电流测量,尤其是高频、大电流测量。
中文名:罗哥夫斯基线圈
外文名:Rogowski Coil
组 成:线圈、积分器
别 名:罗氏线圈、空心线圈等
罗氏线圈是一种空心环形的线圈,可以直接套在被测量的导体上。导体中流过的交流电流会在导体周围产生一个交替变化的磁场,从而在线圈中感应出一个与电流变比成比例的交流电压信号。线圈的输出电压Uout=Mdi/dt,这里的M为线圈的互感系数,而di/dt则为电流对时间的变化率。
罗氏线圈通过积分器将线圈输出的电压信号进行积分后得到一个交流电压信号,这个电压信号可以准确地再现被测量电流信号的波形。
罗氏线圈及配套积分器是一种通用的电流测量系统,应用的场合很广泛,它对被测电流的频率、电流大小、导体尺寸都无特殊要求。系统的输出信号与被测电流波形相位差小于0.1°,可测量波形复杂的电流信号,如瞬态冲击电流。
罗氏线圈电流测量系统一个突出的特点就是线性度好。线圈不含磁饱和元件,在量程范闱内,系统的输出信号与待测电流信号一直是线性的。而系统的量程大小不是由线性度决定的,而是取决于最大击穿电压。积分器也是线性的,量程取决于本身的电气特性。线性度好使得罗氏线圈非常容易标定,因为系统可以使用常见的基准信号进行标定,标定后的系统在整个量程范围内都是线性的,测量结果都是准确的。同时由于线性度好,系统的量程可以随意确定,瞬态反应能力突出。
罗氏线圈测量电流的理论依据是法拉第电磁感应定律和安培环路定律,当被测电流沿轴线通过罗氏线圈中心时,在环形绕组所包围的体积内产生相应变化的磁场,强度为H,由安培环路定律得:
∮H·dl=I(t)
由B=μH,e(t)=dΦ/dt,Ф=N∫B·dS,e(t)=M·di/dt,得:
其截面为矩形时,互感系数M和自感系数L分别为:
M=μ0Nhln(b/a)/2π
L=μ0N^2hln(b/a)/2π
上式中,H为线圈内部的磁场强度,B为线圈内部的磁感应强度,μ0为真空磁导率,N为线圈匝数,e(t)为线圈两端的感应电压,a, b分别为线圈横截面的内外径,h为截面高度。
由此可见,线圈一定时,M为定值,线圈的输出电压与di/dt成正比。也就是说,罗氏线圈的输出电压与被测电流的微分成正比,只要将其输出经过的积分器,即可得到与一次电流成正比的输出电压。
产品特点
对于高频、大电流测量有独特的优势;
线性度好,标定容易,但是,用于测量非正弦电流或未知频率电流时,需要配置积分器使用;
可测量不规则导体;
安装方便,无须破坏导体;
适用频率从0.1Hz到1MHz;
高频角差小,低频角差较大;
无二次开路危险;
维修简单方便;
产品配件
积分器及二次仪表
除了固定且已知频率的标准正弦波之外,测量时,罗哥夫斯基线圈需要与积分器配套使用。由于罗哥夫斯基线圈通常用于测量高频电流或大电流,测量环境具有较大的电磁干扰,测量时需要特别注意。为了减小干扰的影响,优先选用数字量输出的积分器。
数字量输出积分器在积分器内部即完成了罗哥夫斯基线圈输出电压信号的积分及AD采样,并将AD采样结果以光纤为介质上传至二次仪表或上位机。可以有效避免传输过程中的损耗及干扰。使用时注意积分器与罗哥夫斯基线圈的模拟量连线尽可能短,并尽量采用屏蔽线。