在這里先簡單說明一下Rogowski線圈的原理(“Die Messung der magnetischen Spannung”,Archiv für Elektrotechnik,1912)。Rogowski線圈是一種自閉式線圈繞組,和任何螺旋形電流強度互感器一樣纏繞在待測導(dǎo)體上,重要的區(qū)別是它沒有磁芯。這種線圈仍然采用了安培定律,不過方程式略有不同,因為我們發(fā)現(xiàn)傳感器輸出端的電壓并不是與初級電流成正比,而是與它的導(dǎo)數(shù)成正比:U= M*di/dt。M是初級導(dǎo)體與線圈之間的互感系數(shù),在某種程度上體現(xiàn)了初級和次級環(huán)路之間的耦合情況。基于這個原理獲取良好精度的難度在于,該方程式的簡化解析表達式假定線圈絕對對稱(M必須恒定)。而實際上這種情況絕無可能,我們將通過分析導(dǎo)致M成為變量的3個關(guān)鍵因素來進行說明。
·匝數(shù)密度:線圈繞組必須絕對均勻以確保繞組密度完全一致。匝數(shù)不等距導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不對稱,即導(dǎo)致互感系數(shù)M隨初級導(dǎo)體位置的變化而變化。這樣就產(chǎn)生了源于待測電纜或母線位置的實際誤差,對于匝數(shù)密度不同于平均分布值的線圈段,導(dǎo)體與其距離越小,這種誤差就越大。
·線圈橫截面:與匝數(shù)密度一樣,如果纏繞在導(dǎo)體上的整個線圈的橫截面不一致,則互感系數(shù)M也將不恒定,導(dǎo)體位置變化同樣會產(chǎn)生誤差。同樣,在這種情況下,對于橫截面明顯不同于平均分布值的線圈段,導(dǎo)體與其距離越小,這種誤差就越大。
線圈卡環(huán):柔性Rogowski線圈的主要優(yōu)勢是,它能提供無需電氣連接的末端,反饋信號通過線圈內(nèi)回繞的金屬絲傳回。而這正是線圈繞組內(nèi)不連續(xù)所致的不對稱的主要原因,進而影響匝數(shù)密度,因為理論上需要線圈絕對連續(xù)和均質(zhì)。這是尤為關(guān)鍵的因素,產(chǎn)生的誤差也最大。