摘 要：介绍di/dt电流传感器的结构、工作原理和应用。
关键词：传感器；电能表；微分
电能表的容量正在向大电流需求方向发展，如美国家用电能表的电流检测范围从几个ma到200a，南美发展中国家巴西也要求电能表的电流检测范围从几个ma到100a。现有的电能表电流传感器——低阻锰铜分流器、电流互感器和霍尔效应传感器已经不能满足这样大跨度范围采集的需要，一个体积小巧而对大小电流参数都能及时采集的新型电流传感器di/dt微分电流传感器应运而生。这种电流传感器与adi最新推出的带有片内数字积分器、功能先进的数字电能表芯片ade7753、ade7759十分匹配。di/dt微分电流传感器具有较宽的动态检测范围，能处理电流波形中丰富的谐波成分。ade7753、ade7759的片内数字积分器能直接接收di/dt微分电流传感器信号。
di/dt微分电流传感器基于rogowski线圈原理，这是一个与传输初级电流的导线发生互感的电感器。rogowski线圈通常由空芯线圈构成，因而在理论上不存在磁滞、饱和或非线性问题。rogowski线圈电流传感器由环绕一根长直导线排列的、匝数为n的矩形空心线圈组成，并且线圈与该导线中的电流所产生的磁场垂直(图1)。它的实际应用产品是一直径约25mm的圆环形pcb线圈基座上向心排列的数个矩形pcb线圈(图2)；被测电流导线从图示的圆环形线圈中间穿过。当导线上有电流通过时，di/dt微分电流传感器即可自动采集电流数据。
按照这种排列，磁场在rogowski线圈中产生的电动势e为
其中m表示该rogowski线圈的互感，单位为亨(h)。互感值的大小显示出每单位di/dt线圈输出的信号幅度。该线圈的输出电压仅依赖于初级电流对时间的微分(di/dt)。由于只有当磁场发生变化时才会产生e，所以rogowski线圈不能检测电流中的直流分量。但是，这种类型的传感器能很方便地检测高达数千安培(ka)的交流电流。这就是为什么它常用于大电流检测场合的原因。由于它没有铁芯，所以在很宽的检测范围内(从几毫安培到几百安培)不存在非线性问题。
rogowski线圈的输出正比于电流对时间的导数，所以，为了作进一步处理。需要使用一个积分器将di/dt信号还原成i(t)形式。在频域内，积分作用可以看作是-20db/10倍频程衰减和一种固定的-90°相移的作用。ade7759、ade7753的数字积分器能以优良的精度实现。数字积分器的相频响应和幅频响应非常接近于理想情况。利用rogowskidi/dt微分电流传感器和ade7753、ade7759芯片构成的家用电能表，其最大检测电流可达200a；在1000∶1(60db)如此宽的动态范围内其线性误差小于0.1%。
