CN106199166A - 一种电流测量的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电流测量的方法及装置，包括有霍尔检测元件、放大电路、模数转换单元、存储单元、微处理器、温度检测单元、数据显示单元；通过预先存储的电流‑电压对应关系表及温度－电压漂移之间的对应关系表，反向查表的方式对被测电流进行修正，可以克服系统的非线性问题及温度漂移问题，同时该方式经济便捷，在提高电流检测精度的同时提高检测效率。

Description

一种电流测量的方法及装置
技术领域
本发明涉及信号测量及处理领域，具体涉及一种电流测量的方法。
背景技术
电流传感器是一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出。
开环霍尔电流传感器是基本的电流传感器的一种，由一个磁环和一个霍尔元件构成。当被测电流Ip流过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比。这种开环霍尔电流传感器结构很简单但精度不高，这是因为：1、磁环的导磁率是非线性的，测大电流时精度会减低；2、另外霍尔元件也有非线性；3、霍尔元件零点温漂。
通常在使用霍尔传感器时必须通过信号调理电路对热温度漂移、热灵敏度漂移以及由于工作过程中引起的其它误差进行修正。传统的方法完全在模拟域对信号进行校准与补偿例如采用激光微调薄膜电阻器、电位器等模拟记忆元件，温度补偿一般采用热敏电阻器二极管等温度敏感元件。这种方法存在着以下缺点(1) 补偿影响传感器误差的非线性;(2)补偿元件同样受温度的影响; (3)补偿元件相互影响较大 , 使修正过程十分繁琐;(4)激光微调或其它自动化设备价格昂贵。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一个基于数字处理的电流测量的方法及装置，以消除了这种非线性和漂移。
本发明提供一种电流测量的方法，包括以下步骤：1）预先设置常温下的电流-电压对应关系表； 2）读取输出电压； 3）微处理器根据电流-电压对应关系表，计算得到对应的被测电流； 4）将查表获得的被测电流的值显示在显示器上。
本发明提供一种电流测量的的装置，包括：霍尔检测元件、放大电路、模数转换单元、存储单元、微处理器单元、温度检测单元、数据显示单元；
其中，霍尔检测元件用于检测被测电流；放大电路用于对霍尔检测单元的输出电压进行放大；模数转换单元将霍尔检测单元的输出电压进行模数转换；存储单元，用于存储将电流-电压对应关系表、温度－电压漂移之间的对应关系表；温度检测单元用于测量霍尔元件的工作温度；微处理器单元对转换后的电压数据进行处理及修正，输出被测电流对应的电流值；显示单元用于显示微处理器输出的被测电流对应的电流值。
上述技术方案可以看出，由于本发明实施例基于数字处理的方式对被测电流进行处理和修正，因此可以克服系统的非线性问题及温度漂移问题，同时该方式经济便捷，在提高电流检测精度的同时提高检测效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是采用霍尔传感器进行电流测量的工作原理图；
图2是本发明基于数字处理的处理流程图；
图3是本发明电流测量中电流与电压的实际关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种高精度的测量电流的方法及装置，能够减少因磁环的导磁率的非线性、霍尔元件的非线性引起的误差以及霍尔元件零点温漂引起的误差，以下分别进行详细说明。
如图1所示，其公开了采用霍尔传感器进行电流测量的工作原理图，本发明提供一种电流测量的方法。传统的开环霍尔电流传感器是由一个磁环和一个霍尔元件构成。当被测电流Ip流过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流基本成正比。被测电流Ip产生的磁通被高品质磁环聚集在磁路中，霍尔元件固定在很小的气隙中，对磁通进行线性检测，霍尔器件输出的霍尔电压经过放大电路处理后，输出与被测电流波形一致的跟随输出电压，此电压能够精确反映被测电流的变化。如果不考虑磁环和霍尔元件的非线性，以及霍尔元件的温度漂移， 其输出电压Vs可以和被测电流Ip成精确的线性关系。
Vs=K*Ip，
其中Ip表示被测电流，K为比例系数,Vs为输出电压。
理论上，K为恒定值，被测电流Ip与输出电压Vs为线性关系，这样可以直接通过输出电压和比例系数得到输入电流。但由于一些非线性因素和温度引起的漂移，一般需要对被测电流Ip进一步校准。
本发明提出的基于数字处理的电流测量的方法，就是通过数字处理的方式对输出电压Vs通过反向查表的方式获得准确的被测电流Ip，进一步通过温度检测和查表的方式对温度漂移进行校准。
如同2所示，霍尔电压的输出电压Vs由一个模数转换器进行转换后，送达一个微处理器进行处理，所属微处理器对所述输出电压Vs进行校准和处理，得到相应的被测电流Ip，并把计算好的电流结果Ip在显示器上显示 。
本发明在微处理器的数据处理阶段，对获得的数字信号进行分析处理，得到修正后的电流值。具体方式：
标准参照系建立阶段。在常温T0状态下，输入已知电流值的标准电流Ip1，检测并纪录其对应的输出电压Vs0，调整标准电流Ip1的大小，在设定的电流范围内，纪录对应的输出电压Vs0值组。基于标准电流和输出电压的关系，形成电流-电压对应关系表A1。其中，如图3所示，在实际测量中，通常电流-电压间是非线性的。
进一步，在不同温度T下，检测输出电压存在的温度漂移，形成温度－电压漂移之间的对应关系表A2。
进一步，可以测量并设置一常温温度漂移参数E。
数据存储阶段。将电流-电压对应关系表A1、温度－电压漂移之间的对应关系表A2的数据进行存储在存储器件中，该存储器件可以是处理器内部的，也可以是处理器外部的。
实际测量阶段。在实际测量过程中，从读到的霍尔电压值，通过查找表的方式反推出真实的输入电流，其准确程度高于一般基于线性比例系数K来进行计算的结果，从而大大提高测量精度。
此外，基于检测到的工作温度T以及温度－电压漂移之间的对应关系表A2，可以准确的对出霍尔电压温度漂移进行补偿和修正，从而消除霍尔电压温度漂移，大大提高测量精度。
在常温使用时，可以直接通过设置的常温温度漂移参数进行校准，提高修正效率。
实际测量的具体步骤为：
（1）读取输出电压Vs；
（2）根据电流-电压对应关系表A1，计算得到对应的被测电流Ip。
（3）将查表获得的被测电流Ip的值显示在显示器上。
进一步，在步骤（2）前，可以通过常温温度漂移修正参数E1对输出电压Vs进行修正，得到修正后的输出电压Vs1。基于修正后的输出电压Vs1，根据电流-电压对应关系表A1，计算得到对应的被测电流Ip1。
进一步，在步骤（2）前，可通过温度传感器读取霍尔器件的工作温度，通过当前温度值，及温度－电压漂移之间的对应关系表A2，查到对应温度下的温度漂移电压，并依据该温度漂移电压与Ｔ0温度下的温度漂移电压的差值关系，得到温度漂移电压修正参数E2。依据修正参数E2对输出的霍尔电压进行修正，根据电流-电压对应关系表A1，计算得到对应的被测电流Ip2。
本发明进一步公开了一种高精度的电流检测的装置，该装置至少包括：霍尔检测元件、放大电路、模数转换单元、存储单元、微处理器单元、温度检测单元、数据显示单元。
其中，霍尔检测元件用于检测被测电流；
放大电路用于对霍尔检测单元的输出电压进行放大；
模数转换单元将霍尔检测单元的输出电压进行模数转换；
存储单元，用于存储将电流-电压对应关系表A1、温度－电压漂移之间的对应关系表A2；进一步可以存储常温温度漂移参数E；
温度检测单元用于测量霍尔元件的工作温度；
微处理器单元对转换后的电压数据进行处理及修正，输出被测电流对应的电流值；
显示单元用于显示微处理器输出的被测电流对应的电流值。
需要说明的是，上述装置和系统内的各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器（ROM，Read Only Memory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccess Memory）、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的一种电流测量的方法及装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种电流测量的方法，其特征在包括以下步骤：
1）预先设置常温下的电流-电压对应关系表；
2）读取输出电压；
3）微处理器根据电流-电压对应关系表，计算得到对应的被测电流；
4）将查表获得的被测电流的值显示在显示器上。
2.如权利要求1所述的一种电流测量的方法，其特征是：包括以下步骤：
在步骤2）前，可以通过常温温度漂移修正参数对输出电压进行修正，得到修正后的输出电压。基于修正后的输出电压，根据电流-电压对应关系表，计算得到对应的被测电流。
3.如权利要求1所述的一种电流测量的方法，其特征是：进一步包括以下步骤：
预先设置温度－电压漂移之间的对应关系表。
4.如权利要求3所述的一种电流测量的方法，其特征是：进一步包括以下步骤：
在步骤2）前，可通过温度传感器读取霍尔器件的工作温度，通过当前温度值，及温度－电压漂移之间的对应关系表，查到对应温度下的温度漂移电压，并依据该温度漂移电压与常温下的温度漂移电压的差值关系，得到温度漂移电压修正参数E2；
依据修正参数E2对输出的霍尔电压进行修正。
5.一种电流测量的装置，其特征是：包括霍尔检测元件、放大电路、模数转换单元、存储单元、微处理器单元、温度检测单元、数据显示单元；
其中，霍尔检测元件用于检测被测电流；
放大电路用于对霍尔检测单元的输出电压进行放大；
模数转换单元将霍尔检测单元的输出电压进行模数转换；
存储单元，用于存储将电流-电压对应关系表、温度－电压漂移之间的对应关系表；
温度检测单元用于测量霍尔元件的工作温度；
微处理器单元对转换后的电压数据进行处理及修正，输出被测电流对应的电流值；
显示单元用于显示微处理器输出的被测电流对应的电流值。
6.如权利要求5所述的一种电流测量的装置，其特征是：所述微处理器进一步执行下述步骤：
1）预先设置常温下的电流-电压对应关系表；
2）读取输出电压；
3）微处理器根据电流-电压对应关系表，计算得到对应的被测电流；
4）将查表获得的被测电流的值显示在显示器上。
7.如权利要求6所述的一种电流测量的装置，其特征是：进一步包括以下步骤：
在步骤2）前，可以通过常温温度漂移修正参数对输出电压进行修正，得到修正后的输出电压。基于修正后的输出电压，根据电流-电压对应关系表，计算得到对应的被测电流。
8.如权利要求7所述的一种电流测量的装置，其特征是：进一步包括以下步骤：
在步骤2）前，可通过温度传感器读取霍尔器件的工作温度，通过当前温度值，及温度－电压漂移之间的对应关系表，查到对应温度下的温度漂移电压，并依据该温度漂移电压与常温下的温度漂移电压的差值关系，得到即时温度漂移电压修正参数； 依据即时修正参数对输出的霍尔电压进行修正。
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