CN101718852B - 一种霍尔电流传感器在线检测校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种霍尔电流传感器在线检测校准方法，在电力系统应用中霍尔电流传感器经常受到电网故障电流或雷击的冲击导致传感器偏磁或损坏，本发明在霍尔电流传感器中增加校准线圈，并增加辅助校准霍尔电流传感器及校准电流发生器等辅助元件，实现对霍尔电流传感器的在线检测、较准。本发明的在线校准检测方法一方面可提高霍尔电流传感器的测量精度，解决偏磁误差问题；另一方面可以及时发现故障传感器。

Description

一种霍尔电流传感器在线检测校准方法

技术领域

本发明涉及电气量测量、微处理器控制领域，具体涉及一种霍尔电流传感器在线自动校准方法。

背景技术

在利用霍尔电流传感器测量变压器中性点直流电流应用中，由于变压器中性点经常出现上万安培的冲击电流，电流值是霍尔电流传感器测量范围的数千倍，导致霍尔电流传感器磁偏或损坏。而在实际应用中当霍尔电流传感器磁偏时，测量误差增加；当霍尔电流传感器损坏时，又很难及时被发现，导致测量错误。

中国专利申请200420114935.4提供了一种霍尔电流传感器故障侦测电路，包括霍尔电流传感器；缠绕在霍尔电流传感器上的线圈；电源，与所述线圈相连接，用于为线圈提供电源；监控电路，其用于接收霍尔电流传感器的输出信号，当线圈加上电流时，所述监控电路可侦测该输出信号的变化量并与预设的值进行比较，如不一致，则输出告警信号。从而便于维护人员实时维护，查出问题。

本发明相对于上述专利申请200420114935.4的优点，在于可以自动校准和修正霍尔电流传感器的误差，解决霍尔电流传感器超差和偏磁问题，从而保证测量用霍尔电流传感器的测量精度和可靠性。而专利申请200420114935.4只能侦测霍尔电流传感器是否工作正常并告警。

发明内容

本发明提出一种霍尔电流传感器在线检测和校准的方法，目的在于解决霍尔电流传感器直流偏磁和超差问题。在本发明的以下描述中涉及到两个霍尔电流传感器，一个是被检测和被校准的霍尔电流传感器，其被称为测量用霍尔电流传感器1，另一个是为实现对测量用霍尔电流传感器的校准、检测增加了一个辅助校准霍尔电流传感器3。

本发明的技术方案是：一种霍尔电流传感器在线检测校准方法，其特征在于在测量用霍尔电流传感器上增加一个辅助校准线圈，并且辅助校准线圈中的电流Ij与测量输出电流Iout1具有一个固定的比例关系；

测量用霍尔电流传感器的校准线圈与可控电流源的输出及辅助校准霍尔电流传感器的输入回路相串联；

可控电流源的控制信号连接到测控单元的控制输出端，测控单元可以根据控制逻辑启动或停止可控电流源工作；

辅助校准霍尔电流传感器的输出Iout2和测量用霍尔电流传感器的输出Iout1分别连接到测控单元，测控单元获得两者的测量输出结果，可以根据测量或检测逻辑对两者进行比对，从而校准测量用霍尔电流传感器；

在被测量回路上有开关K1，当K1断开时测量回路被断开，测量回路的电流Ia＝0，开关K2为开关K1的一个联动触点，当开关K1闭合时K2同时闭合，当开关K1打开时K2也同时打开，开关K2的开关量信号连接到测控单元上，使测控单元可以感知被测量回路当前的连接、断开状态；

测控单元为一个电子智能装置，包括CPU及外围辅助电路，具有模拟量信号输入，开关量信号输入和控制输出功能，通过软件编程实现对测量用霍尔传感器自动校准逻辑功能。

本发明的有益效果是：利用本发明的在线检测和校准方法一方面可提高霍尔电流传感器的测量精度，解决偏磁误差问题；另一方面可以及时发现测量用霍尔电流传感器的故障，避免造成不必要的损失。

附图说明

为了使本发明的内容被更清楚的理解，并便于具体实施方式的描述，下面给出与本发明相关的附图说明如下：

图1是传统霍尔电流传感器测量电流的接线原理图；

图2是依据本发明的霍尔电流传感器在线检测接线原理图。

具体实施方式

图1所示为传统霍尔电流传感器测量方法的框图，图中(1)为测量用霍尔电流传感器，Ia是被测量电流，(2)为测量电流回路的开关，(3)为测控单元，用于接收测量传感器的输出电流信号。

测量用霍尔电流传感器(1)的输入测量回路为Ia，输出回路与测控单元(3)连接。其主要特点是完成单一的测量功能，当被测量回路有电流Ia通过时，在传感器输出信号回路将得到按照固定比率输出的Iout1电流信号，此信号经过测控单元处理将得到被测量值。如果霍尔电流传感器偏差或损坏，传感器输出信号回路将得不到按照固定比率输出的电流信号，这将倒置测量错误。而测量系统自身无法及时发现错误。

图2是依据本发明的一种霍尔电流传感器在线检测校准方法原理框图，测量用霍尔电流传感器(1)上增加一个辅助校准线圈(2)，并且辅助校准线圈中的电流Ij与测量输出电流Iout1具有一个固定的比例关系。

可控电流源(4)的输出与辅助校准霍尔电流传感器(3)的输入回路和测量用霍尔电流传感器的校准线圈(2)相串联。

可控电流源(4)的控制信号连接到测控单元(8)的控制输出端，测控单元可以根据控制逻辑启动或停止可控电流源工作。

辅助校准霍尔电流传感器(3)的输出Iout2和测量用霍尔电流传感器(1)的输出端Iout1分别连接到测控单元(8)。测控单元获得测量输出结果，可以根据测量或检测逻辑对两者进行比对，从而校准测量用霍尔电流传感器。

在测量回路(5)上有开关K1(6)，当K1断开时测量回路被断开，测量回路的电流Ia＝0。开关K2(7)为开关K1的一个联动触点，当K1闭合时K2同时闭合，当开关K1打开时K2也同时打开。K2开关信号连接到测控单元上，使测控单元可以感知到被测量回路当前的通短状态。

霍尔电流传感器检测校准过程如下：

定性检测过程：

在测量用霍尔电流传感器正常工作状态下，测控单元定时启动校准电流发生器工作，使其输出一个电流Ij。Ij流过(1)(3)两个霍尔电流传感器，此时测控单元接收到两个传感器的输出Iout1、Iout2满足以下条件：

ΔIout1＝Iout2

ΔIout1为测量用霍尔电流传感器加入校准电流Ij前与加入校准电流Ij后的测量电流变化量；

Iout2为校准传感器的测量电流。

由于被测量量——变压器中性点的直流电流是一个缓慢的变化量，在数秒钟内不会有很大的变化。而检测过程数秒完成，所以不会因为被测量量的变化影响检测结果。

检测过程中，如果ΔIout1≠Iout2±10％，其中±10％为检测过程允许的误差范围。表明测量用霍尔电流传感器偏磁严重或损坏。

偏磁校正过程：

当测控单元检测到开关K1处于断开位置时，表明测量电流回路已经断开，电流Ia＝0。此时测控单元软件逻辑启动一次测量用霍尔电流传感器偏磁校准过程。即如果测量用霍尔电流传感器的输出：

Iout1＝m；(m≠0)

就在当前测量值的基础上加一个大小相等方向相反的测量值，使测量传感器的输出为“0”。

Iout1＝m+(-m)＝0；

其中-m为本次校准的修正系数。

测控单元将-m数据保存到内存中，并在以后的测量计算中作为偏移修正系数使用。

精度校准过程：

当测量单元检测到开关K1处于断开位置时，表明测量电流回路已经断开，电流Ia＝0。此时在完成一次偏磁校正过程之后，测控单元控制输出使校准电流发生器输出一个电流Ij，此时测量用霍尔电流传感器和校准霍尔电流传感器同时测量到Ij电流并相应向测量单元输出测量结果Iout1、Iout2。测量单元应该检测到两个传感器的输出应满足以下条件：

Iout1＝Iout2×K；(其中K为两者之间的匝数比)

Iout2为辅助校准霍尔电流传感器测量到的电流；

Iout1为测量用霍尔电流传感器测量到的电流。

如果测量结果不满足上述关系，测量单元软件逻辑对Iout1进行系数修正，修正公式为：

Iout1’＝Iout1×p＝Iout2×K

Iout1’为校准修正后的测量结果；

p为测量单元的修正系数。

测控单元将p数据保存到内存中，并在以后的测量计算中作为精度修正系数使用。

每次测控单元完成偏移和精度修正过程之后，在以后的测量中测量结果修正计算如下：

Iout1’＝(Iout1+(-m))×p；

其中-m、p为测量结果修正系数；

Iout1为测量用霍尔电流传感器的测量输出；

Iout1’为经过修正的测量结果。

上面通过特别的实施例内容描述了本发明，但是本领域技术人员还可意识到变型和可选的实施例的多种可能性，例如，通过组合和/或改变单个实施例的特征。因此，可以理解的是这些变型和可选的实施例将被认为是包括在本发明中，本发明的范围仅仅被附上的专利权利要求书及其同等物限制。

Claims (1)

1.一种霍尔电流传感器在线检测校准方法，其特征在于在测量用霍尔电流传感器(1)上增加一个辅助校准线圈(2)，并且辅助校准线圈中的电流Ij与测量输出电流Iout1具有一个固定的比例关系；

测量用霍尔电流传感器的校准线圈(2)与可控电流源(4)的输出及辅助校准霍尔电流传感器(3)的输入回路相串联；

可控电流源(4)的控制信号连接到测控单元(8)的控制输出端，测控单元可以根据控制逻辑启动或停止可控电流源工作；

辅助校准霍尔电流传感器(3)的输出Iout2和测量用霍尔电流传感器(1)的输出Iout1分别连接到测控单元，测控单元获得两者的测量输出结果，根据测量或检测逻辑对两者进行比对，从而校准测量用霍尔电流传感器；

在被测量回路(5)上有开关K1(6)，当K1断开时测量回路被断开，测量回路的电流Ia＝0，开关K2(7)为开关K1的一个联动触点，当开关K1闭合时K2同时闭合，当开关K1打开时K2也同时打开，开关K2的开关量信号连接到测控单元上，使测控单元可以感知被测量回路当前的连接、断开状态；

测控单元为一个电子智能装置，包括CPU及外围辅助电路，具有模拟量信号输入，开关量信号输入和控制输出功能，通过软件编程实现对测量用霍尔传感器自动校准逻辑功能;

霍尔电流传感器检测校准过程如下：

定性检测过程：

在测量用霍尔电流传感器正常工作状态下，测控单元定时启动校准电流发生器工作，使其输出一个电流Ij;Ij流过(1)(3)两个霍尔电流传感器，此时测控单元接收到两个传感器的输出Iout1、Iout2满足以下条件：

ΔIout 1＝Iout2

ΔIout1为测量用霍尔电流传感器加入校准电流Ij前与加入校准电流Ij后的测量电流变化量；

Iout2为校准传感器的测量电流;

由于被测量量——变压器中性点的直流电流是一个缓慢的变化量，在数秒钟内不会有很大的变化;而检测过程数秒完成，所以不会因为被测量量的变化影响检测结果;

检测过程中，如果ΔIout1≠Iout2±10％，其中±10％为检测过程允许的误差范围;表明测量用霍尔电流传感器偏磁严重或损坏;

偏磁校正过程： 

当测控单元检测到开关K1处于断开位置时，表明测量电流回路已经断开，电流Ia＝0;此时测控单元软件逻辑启动一次测量用霍尔电流传感器偏磁校准过程;即如果测量用霍尔电流传感器的输出：

Iout1＝m；其中m≠0

就在当前测量值的基础上加一个大小相等方向相反的测量值，使测量传感器的输出为“0”;

Iout1＝m+(-m)＝0；

其中-m为本次校准的修正系数;

测控单元将-m数据保存到内存中，并在以后的测量计算中作为偏移修正系数使用;

精度校准过程：

当测量单元检测到开关K1处于断开位置时，表明测量电流回路已经断开，电流Ia＝0;此时在完成一次偏磁校正过程之后，测控单元控制输出使校准电流发生器输出一个电流Ij，此时测量用霍尔电流传感器和校准霍尔电流传感器同时测量到Ij电流并相应向测量单元输出测量结果Iout1、Iout2;测量单元应该检测到两个传感器的输出应满足以下条件：

Iout1＝Iout2×K；其中K为两者之间的匝数比

Iout2为辅助校准霍尔电流传感器测量到的电流；

Iout1为测量用霍尔电流传感器测量到的电流;

如果测量结果不满足上述关系，测量单元软件逻辑对Iout1进行系数修正，修正公式为：

Iout1’＝Iout1×p＝Iout2×K

Iout1’为校准修正后的测量结果；

p为测量单元的修正系数;

测控单元将p数据保存到内存中，并在以后的测量计算中作为精度修正系数使用;

每次测控单元完成偏移和精度修正过程之后，在以后的测量中测量结果修正计算如下：

Iout1’＝(Iout1+(-m))×p；

其中-m、p为测量结果修正系数；

Iout1为测量用霍尔电流传感器的测量输出；

Iout1’为经过修正的测量结果。 

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