CN105021867A - 一种测量电网电压的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电网电压测量系统，其特征在于，包括巨磁阻电压传感器(1)、可调交流电源(2)、恒定电源(3)、耐高压线圈U1、电压表(4)、开关K1、开关K2、开关K3、第一熔断器(5)和第二熔断器(6)；所述的巨磁阻电压传感器(1)输入端和恒定电源(3)通过开关K1连接，输出端连接电压表(4)；所述巨磁阻电压传感器(1)放置在耐高压线圈U1内，耐高压线圈U1两端分别连接第一熔断器(5)和第二熔断器(6)，第一熔断器(5)和第二熔断器(6)分别连接可调交流电源(2)两端，组成第一回路。闭合开关K1后调节可调交流电源(2)输入电压大小，记录巨磁阻电压传感器(1)输出电压值，用于模拟巨磁阻电压传感器(1)输入输出的线性关系。

Description

一种测量电网电压的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种利用巨磁阻电压传感器测量电压的系统和方法，尤其是测量电网电压的系统和方法。
背景技术
传统的测量电网电压的方法是采用电容式电压互感器和电磁式电压互感器。电容式电压互感器测量线性度较差、瞬变响应速度较慢；电磁式电压互感器重量大、体积大、绝缘要求高。
发明内容
本发明是为了克服传统利用电压互感器测电网电压所存在的缺点，提供了一种巨磁阻电压传感器及利用该传感器测量电网电压的方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种巨磁阻电压传感器(1)由四个阻值相等的巨磁电阻R1、R2、R3和R4依次收尾相连组成，四个电阻构成电桥电路，其中，R1、R3阻值随外界磁场变化而变化，R2、R4外有磁屏蔽层，阻值不随磁场变化而变化。
一种电网电压测量系统，包括所述巨磁阻电压传感器(1)、可调交流电源(2)、恒定电源(3)、耐高压线圈U1、电压表(4)、开关K1、开关K2、开关K3、第一熔断器(5)和第二熔断器(6)；
所述的巨磁阻电压传感器(1)输入端和恒定电源(3)通过开关K1连接，输出端连接电压表(4)；
所述巨磁阻电压传感器(1)放置在耐高压线圈U1内，耐高压线圈U1两端分别连接第一熔断器(5)和第二熔断器(6)，第一熔断器(5)和第二熔断器(6)分别连接可调交流电源(2)两端，组成第一回路，闭合开关K1后调节可调交流电源(2)输入电压大小，记录巨磁阻电压传感器(1)输出电压值，用于 模拟巨磁阻电压传感器(1)输入输出的线性关系；
将第一熔断器(5)和第二熔断器(6)与可调交流电源(2)断开，第一熔断器(5)连接开关K2，第二熔断器(6)连接开关K3，开关K2和开关K3连接电网(10)，组成第二回路，闭合开关K1、K2和K3后记录巨磁阻电压传感器(1)输出电压值，用于计算电网电压值。
一种利用上述电网电压测量系统a测量电网电压的方法a，包括：
步骤a1、闭合第一回路中的开关K1，调节可调交流电源(2)大小，电压表(4)测得巨磁阻电压传感器(1)输出的电压值，记录下输入不同电压值时巨磁阻电压传感器(1)对应的输出电压值，模拟出巨磁阻电压传感器(1)输入输出的线性关系；
步骤a2、闭合第二回路中的开关K1、开关K2和开关K3，电压表(4)测出巨磁阻电压传感器(1)输出电压值，由线圈电流与磁场关系B＝unI,而磁场与巨磁阻电压传感器输出电压成正比，故电网电压与传感器输出电压成正比，利用此原理，将此值与步骤a1预先模拟好的输入输出关系对比，计算出电网电压。
一种电网电压测量系统b，其特征在于，包括所述巨磁阻电压传感器(1)、可调交流电源(2)、恒定电源(3)、耐高压线圈U1、耐高压线圈U2、线圈U3、电压表(4)、开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、第一熔断器(5)、第二熔断器(6)、第三熔断器(7)、整流器(8)和限流电阻(9)；
所述的巨磁阻电压传感器(1)输入端和恒定电源(3)通过开关K1连接，巨磁阻电压传感器(1)输出端连接电压表(4)；
所述巨磁阻电压传感器(1)放置在耐高压线圈U1内，耐高压线圈U1两端分别连接第一熔断器(5)和第二熔断器(6)，第一熔断器(5)和第二熔断器(6)分别连接可调交流电源(2)两端，组成第一回路，闭合开关K1后调节可调交流电源(2)输入电压大小，记录巨磁阻电压传感器(1)输出电压值，用于模拟巨磁阻电压传感器(1)输入输出的线性关系；
将第一熔断器(5)和第二熔断器(6)与可调交流电源(2)断开，第一熔断器(5)连接开关K2，第二熔断器(6)连接开关K3，耐高压线圈U2一端连接耐高压线圈U1和第一熔断器(5)，另一端连接第三熔断器(7)，第三熔断器(7)连接开关K4，开关K2、开关K3和开关K4连接电网(10)，组成第二回路；将耐高压线圈U1内的巨磁阻电压传感器(1)的输入端与恒定电源(3)断开连接，再将巨磁阻电压传感器(1)与开关K1、线圈U3、整流器(8)、限流电阻(9)串联组成闭合回路，线圈U3和耐高压线圈U2组成变压器，用于给巨磁阻电压传感器(1)供电；闭合开关K1、K2和K3后记录巨磁阻电压传感器(1)输出电压值，用于计算电网电压值。
一种利用上述电网电压测量系统b测量电网电压的方法b，包括：
步骤b1、闭合第一回路中的开关K1，调节可调交流电源(2)大小，电压表(4)测得巨磁阻电压传感器(1)输出的电压值，记录下输入不同电压值时巨磁阻电压传感器(1)对应的输出电压值，模拟出输入输出的线性关系；
步骤b2、闭合第二回路中的开关K1、开关K2、开关K3和开关K4，将耐高压线圈U1内的巨磁阻电压传感器(1)的输入端与恒定电源(3)断开连接，再将巨磁阻电压传感器(1)与开关K1、线圈U3、整流器(8)、限流电阻(9)串联组成闭合回路，线圈U3和耐高压线圈U2组成变压器； 
耐高压线圈U2通电后和线圈U3互感，线圈U3产生感应交流电压，再通过整流器变为恒定直流电压，用来给巨磁阻电压传感器供电，无需外接电源供电；
耐高压线圈U1、U2通电后，在线圈内部产生匀强磁场。由线圈电流与磁场关系B＝un1I和电压电流的关系系U1＝Iwl1、可知 电网电压和线圈内磁场成正比，而巨磁阻电压传感器(1)的输出电压和磁场成正比，所以输出电压与电网电压是线性关系。电 压表(4)测出传感器输出值，将此值与步骤b1预先模拟好的输入输出关系对比，即可计算出电网电压。
本发明的有益效果：
本发明的巨磁阻电压传感器频率特性好，灵敏度高，测量范围广。利用巨磁阻电压传感器通过测量电流周围磁场，可以计算出获得传感器无法直接测量的电压值。
利用该巨磁阻电压传感器测量磁场间接测量电网电压，系统a和方法a可利用太阳能电池给巨磁阻电压传感器供电，灵敏度高、安全可靠。系统b和方法b利用电网电压产生感应电压，给巨磁阻传感器供电，装置较系统a和方法a复杂，但具有安全、灵敏度高、方便等优点，特别适用于测量或监控输电线高压。
附图说明
图1为巨磁阻电压传感器结构原理图；
图2为巨磁阻电压传感器在恒定电压下用来模拟输入电压与输出电压关系的原理图；
图3为方法1利用巨磁阻电压传感器测量电网电压的原理图；
图4为方法2利用巨磁阻电压传感器测量电网电压的原理图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、巨磁阻电压传感器；2、可调交流电源；3、恒定电源；4、电压表；5、第一熔断器；6、第二熔断器；7、第三熔断器；8、整流器；9、限流电阻；10、电网；
Vcc和GND为外接电源端，out+和out-为电压输出端。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种巨磁阻电压传感器1，由四个阻值相等的巨磁电阻R1、R2、R3和R4依次收尾相连组成，四个电阻构成电桥电路，其中，R1、R3阻值随外界磁场变化而变化，R2、R4外有磁屏蔽层，阻值不随磁场变化而变化。给该巨磁阻传感器1输入端输入一电压值，输出电压与外磁场成线性关系，且输出电压随外磁场变化而线性变化。
一种电网电压测量系统，包括巨磁阻电压传感器1、可调交流电源2、恒定电源3、耐高压线圈U1、电压表4、开关K1、开关K2、开关K3、第一熔断器5和第二熔断器6。
如图2所示，所述的巨磁阻电压传感器1输入端和恒定电源3通过开关K1连接，输出端连接电压表4；
所述巨磁阻电压传感器1放置在耐高压线圈U1内，耐高压线圈U1两端分别连接第一熔断器5和第二熔断器6，第一熔断器5和第二熔断器6分别连接可调交流电源2两端，组成第一回路，闭合开关K1后调节可调交流电源2输入电压大小，记录巨磁阻电压传感器1输出电压值，用于模拟巨磁阻电压传感器1输入输出的线性关系。
如图3所示，将第一熔断器5和第二熔断器6与可调交流电源2断开，第一熔断器5连接开关K2，第二熔断器6连接开关K3，开关K2和开关K3连接电网10，组成第二回路，闭合开关K1、K2和K3后记录巨磁阻电压传感器1输出电压值，用于计算电网电压值。
一种利用上述电网电压测量系统a测量电网电压的方法a，包括：
步骤a1、闭合第一回路中的开关K1，调节可调交流电源2大小，电压表4测得巨磁阻电压传感器1输出的电压值，记录下输入不同电压值时巨磁阻电压传感器1对应的输出电压值，模拟出巨磁阻电压传感器1输入输出的线性关系；
步骤a2、闭合第二回路中的开关K1、开关K2和开关K3，电压表4测出巨磁阻电压传感器1输出电压值，由线圈电流与磁场关系B＝unI,而磁场 与巨磁阻电压传感器输出电压成正比，故电网电压与传感器输出电压成正比，利用此原理，将此值与步骤a1预先模拟好的输入输出关系对比，计算出电网电压。
一种电网电压测量系统b，包括巨磁阻电压传感器1、可调交流电源2、恒定电源3、耐高压线圈U1、耐高压线圈U2、线圈U3、电压表4、开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、第一熔断器5、第二熔断器6、第三熔断器7、整流器8和限流电阻9。
如图2所示，所述的巨磁阻电压传感器1输入端和恒定电源3通过开关K1连接，巨磁阻电压传感器1输出端连接电压表4；
所述巨磁阻电压传感器1放置在耐高压线圈U1内，耐高压线圈U1两端分别连接第一熔断器5和第二熔断器6，第一熔断器5和第二熔断器6分别连接可调交流电源2两端，组成第一回路，闭合开关K1后调节可调交流电源2输入电压大小，记录巨磁阻电压传感器1输出电压值，用于模拟巨磁阻电压传感器1输入输出的线性关系。
如图4所示，将第一熔断器5和第二熔断器6与可调交流电源2断开，第一熔断器5连接开关K2，第二熔断器6连接开关K3，耐高压线圈U2一端连接耐高压线圈U1和第一熔断器5，另一端连接第三熔断器7，第三熔断器7连接开关K4，开关K2、开关K3和开关K4连接电网10，组成第二回路；将耐高压线圈U1内的巨磁阻电压传感器1的输入端与恒定电源3断开连接，再将巨磁阻电压传感器1与开关K1、线圈U3、整流器8、限流电阻9串联组成闭合回路，线圈U3和耐高压线圈U2组成变压器，用于给巨磁阻电压传感器1供电；闭合开关K1、K2和K3后记录巨磁阻电压传感器(1)输出电压值，用于计算电网电压值。
一种利用上述电网电压测量系统b测量电网电压的方法b，包括：
步骤b1、闭合第一回路中的开关K1，调节可调交流电源2大小，电压表4测得巨磁阻电压传感器1输出的电压值，记录下输入不同电压值时巨磁 阻电压传感器1对应的输出电压值，模拟出输入输出的线性关系。
步骤b2、闭合第二回路中的开关K1、开关K2、开关K3和开关K4，将耐高压线圈U1内的巨磁阻电压传感器1的输入端与恒定电源3断开连接，再将巨磁阻电压传感器1与开关K1、线圈U3、整流器8、限流电阻9串联组成闭合回路，线圈U3和耐高压线圈U2组成变压器； 
耐高压线圈U2通电后和线圈U3互感，线圈U3产生感应交流电压，再通过整流器变为恒定直流电压，用来给巨磁阻电压传感器供电，无需外接电源供电；
耐高压线圈U1、U2通电后，在线圈内部产生匀强磁场。由线圈电流与磁场关系B＝un1I和电压电流的关系系U1＝Iwl1、可知 电网电压和线圈内磁场成正比，而巨磁阻电压传感器1的输出电压和磁场成正比，所以输出电压与电网电压是线性关系。电压表4测出传感器输出值，将此值与步骤b1预先模拟好的输入输出关系对比，即可计算出电网电压。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电网电压测量系统，其特征在于，包括巨磁阻电压传感器(1)、可调交流电源(2)、恒定电源(3)、耐高压线圈U1、电压表(4)、开关K1、开关K2、开关K3、第一熔断器(5)和第二熔断器(6)；
所述的巨磁阻电压传感器(1)输入端和恒定电源(3)通过开关K1连接，输出端连接电压表(4)；
所述巨磁阻电压传感器(1)放置在耐高压线圈U1内，耐高压线圈U1两端分别连接第一熔断器(5)和第二熔断器(6)，第一熔断器(5)和第二熔断器(6)分别连接可调交流电源(2)两端，组成第一回路，闭合开关K1后调节可调交流电源(2)输入电压大小，记录巨磁阻电压传感器(1)输出电压值，用于模拟巨磁阻电压传感器(1)输入输出的线性关系；
将第一熔断器(5)和第二熔断器(6)与可调交流电源(2)断开，第一熔断器(5)连接开关K2，第二熔断器(6)连接开关K3，开关K2和开关K3连接电网(10)，组成第二回路，闭合开关K1、K2和K3后记录巨磁阻电压传感器(1)输出电压值，用于计算电网电压值。
2.根据权利要求1所述的电网电压测量系统，其特征在于，所述的巨磁阻电压传感器(1)由四个阻值相等的巨磁电阻R1、R2、R3和R4依次收尾相连组成，四个电阻构成电桥电路，其中，R1、R3阻值随外界磁场变化而变化，R2、R4外有磁屏蔽层，阻值不随磁场变化而变化而变化。
3.一种利用如权利要求1或2任一项所述电网电压测量系统测量电网电压的方法，其特征在于，包括：
步骤a1、闭合第一回路中的开关K1，调节可调交流电源(2)大小，电压表(4)测得巨磁阻电压传感器(1)输出的电压值，记录下输入不同电压值时巨磁阻电压传感器(1)对应的输出电压值，模拟出巨磁阻电压传感器(1)输入输出的线性关系；
步骤a2、闭合第二回路中的开关K1、开关K2和开关K3，电压表(4)测出巨磁阻电压传感器(1)输出电压值，将此值与步骤a1模拟好的输入输出关系对比，计算出电网电压值。
4.一种电网电压测量系统，其特征在于，包括巨磁阻电压传感器(1)、可调交流电源(2)、恒定电源(3)、耐高压线圈U1、耐高压线圈U2、线圈U3、电压表(4)、开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、第一熔断器(5)、第二熔断器(6)、第三熔断器(7)、整流器(8)和限流电阻(9)；
所述的巨磁阻电压传感器(1)输入端和恒定电源(3)通过开关K1连接，输出端连接电压表(4)；
所述巨磁阻电压传感器(1)放置在耐高压线圈U1内，耐高压线圈U1两端分别连接第一熔断器(5)和第二熔断器(6)，第一熔断器(5)和第二熔断器(6)分别连接可调交流电源(2)两端，组成第一回路，闭合开关K1后调节可调交流电源(2)输入电压大小，记录巨磁阻电压传感器(1)输出电压值，用于模拟巨磁阻电压传感器(1)输入输出的线性关系；
将第一熔断器(5)和第二熔断器(6)与可调交流电源(2)断开，第一熔断器(5)连接开关K2，第二熔断器(6)连接开关K3，耐高压线圈U2一端连接耐高压线圈U1和第一熔断器(5)，另一端连接第三熔断器(7)，第三熔断器(7)连接开关K4，开关K2、开关K3和开关K4连接电网(10)，组成第二回路；将耐高压线圈U1内的巨磁阻电压传感器(1)的输入端与恒定电源(3)断开连接，再将巨磁阻电压传感器(1)与开关K1、线圈U3、整流器(8)、限流电阻(9)串联组成闭合回路，线圈U3和耐高压线圈U2组成变压器，用于给巨磁阻电压传感器(1)供电；闭合开关K1、K2和K3后记录巨磁阻电压传感器(1)输出电压值，用于计算电网电压值。
5.根据权利要求4所述的电网电压测量系统，其特征在于，所述的巨磁阻电压传感器(1)由四个阻值相等的巨磁电阻R1、R2、R3和R4依次收尾相连组成，四个电阻构成电桥电路，其中，R1、R3阻值随外界磁场变化而变化，R2、R4外有磁屏蔽层，阻值不随磁场变化而变化。
6.一种利用如权利要求4或5任一项所述电网电压测量系统测量电网电压的方法，其特征在于，包括：
步骤b1、闭合第一回路中的开关K1，调节可调交流电源(2)大小，电压表(4)测得巨磁阻电压传感器(1)输出的电压值，记录下输入不同电压值时巨磁阻电压传感器(1)对应的输出电压值，模拟出输入输出的线性关系；
步骤b2、闭合第二回路中的开关K1、开关K2、开关K3和开关K4，将耐高压线圈U1内的巨磁阻电压传感器(1)的输入端与恒定电源(3)断开连接，再将巨磁阻电压传感器(1)与开关K1、线圈U3、整流器(8)、限流电阻(9)串联组成闭合回路，线圈U3和耐高压线圈U2组成变压器；闭合开关K1、开关K2、开关K3和开关K4，电压表(4)测出传感器输出值，将此值与步骤b1模拟好的输入输出关系对比，计算出电网电压值。
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