CN106443121A - 一种基于霍尔效应原理的直流大电流测量方法 - Google Patents

一种基于霍尔效应原理的直流大电流测量方法 Download PDF

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郭晓丹
邹琪
刘洋洋
李磊
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State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only

Abstract

本发明涉及一种基于霍尔效应原理的直流大电流测量方法，被检测电路穿过铁心中心；在测量装置的铁心包括多个间距相等的气隙，在每个气隙之间均安装有一霍尔变换器，霍尔变换器的磁轴方向与气隙中磁感应强度方向一致；每个霍尔变换器对应的铁心上均安装有平衡绕组并且安装有一放大器；多个平衡绕组均连接到一总线，总线安装有一安培表，各平衡绕组的电流总和正比于被测电流,根据安培表的读数便判断被测电流的大小。本发明可有效测量直流电流的大小与方向，基于此方法设计研发直流电流比较源，从而解决生产实际中需要解决的直流电流测量、检定、溯源等问题。

Description

一种基于霍尔效应原理的直流大电流测量方法
技术领域
本发明属于直流大电流测量领域，尤其是一种基于霍尔效应原理的直流大电流测量方法。
背景技术
直流大电流测量技术在工业生产和科研实验中有着较广泛的应用，如:非车载直流充电机电能计量单元的检测，地铁和电气化铁道等直流牵引系统；电力工业中的高压直流输电系统也有直流大电流的测量问题；在核物理、大功率电子学等科研实验中常常涉及到大电流测量问题。对于测量到的大电流，也有计量、监视、控制及保护等不同的用途，它们对测量准确度指标的要求也不完全一致。对于计量用的测量互感器的准确度要求最高，对保护和控制用的互感器要求次之，对监视用的互感器要求最低。直流大电流的测量，已成为电磁测量技术领域中不可缺少的独立部分。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构合理、使用方便、安全可靠、提高效率的基于霍尔效应原理的直流大电流测量方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于霍尔效应原理的直流大电流测量方法，其特征在于：被检测电路穿过铁心中心；在测量装置的铁心包括多个间距相等的气隙，在每个气隙之间均安装有一霍尔变换器，霍尔变换器的磁轴方向与气隙中磁感应强度方向一致；每个霍尔变换器对应的铁心上均安装有平衡绕组并且安装有一放大器；多个平衡绕组均连接到一总线，总线安装有一安培表，各平衡绕组的电流总和正比于被测电流,根据安培表的读数便判断被测电流的大小。
而且，当被检测电路有电流流过时,气隙内的霍尔变换器的霍尔元件均有霍尔电势输出,此信号经过放大和电压-电流变换处理后输入到反馈绕组,形成反馈电流；利用反馈绕组产生与被测电路产生的磁场方向相反的磁场,使霍尔变换器输出的霍尔电势逐渐减少,直到霍尔变换器件达到零磁通状态。
而且，在测量装置的铁心中包括两个间距相等的气隙，在两个气隙之间均安装有一霍尔变换器，两个霍尔变换器的磁轴方向与气隙中磁感应强度方向一致，两个霍尔变换器的输出电压就正比于气隙中磁感应强度和磁场强度；两个霍尔变换器的输出电压也正比于气隙中的磁位降。
本发明的优点和积极效果是：
本发明可有效测量直流电流的大小与方向，基于此方法设计研发直流电流比较源，从而解决生产实际中需要解决的直流电流测量、检定、溯源等问题。
附图说明
图1为带有两个霍尔变换器的千安表的铁磁变换器和测量电路图；
图2为四通道霍尔检零式直流比较仪原理图。
W2-平衡绕组匝数；Ii-被测直流电流；K-放大器。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种基于霍尔效应原理的直流大电流测量方法，
霍尔效应原理传感器有磁平衡式(闭环)和直放式(开环)两种，其中，闭环霍尔传感器的准确度较高,温漂较小,但相对开环霍尔传感器来说,成本较高,耗电量大,体积也大。开环霍尔传感器通过特殊设计,它的输出可以任意调整比例和零点,波形质量好,是计算机等数据采集系统与一次系统理想的接口设备。
图1表示带有两个霍尔变换器的测量装置的一次铁磁变换器和测量电路图，在此测量装置的铁心中包括两个间距相等的气隙,霍尔变换器则放在两个气隙之间；
如果这两个霍尔变换器的磁轴方向与气隙中磁感应强度方向一致,则两个霍尔变换器的输出电压就正比于气隙中磁感应强度和磁场强度；在气隙较小而又均匀的情况下,两个霍尔变换器的输出电压也正比于气隙中的磁位降；
如果两个分段铁心的磁阻远小于气隙的磁阻,则在铁心参数的合理选择下,这两个霍尔变换器的输出电压的总和就正比于被测电流；
霍尔直流比较仪的工作原理是:当被检测电路有电流流过时,气隙内的霍尔元件将有霍尔电势输出,此信号经过放大和电压-电流变换处理后输入到反馈绕组,形成反馈电流,利用反馈绕组产生与被测电路产生的磁场方向相反的磁场,使霍尔元件输出的霍尔电势逐渐减少,直到霍尔元件达到“零磁通”检测状态。
霍尔直流比较仪的铁心有一平衡绕组,铁心气隙中的霍尔变换器仅仅作为检零装置,用来检测被测电流和平衡绕组中电流在铁心中所产生的磁势平衡状态；
为了减小外磁场的影响以及被测电流不对称对磁化铁心的影响,铁心包括多个对称分布的气隙,而且每个气隙安装有各自的霍尔变换器、反馈系统以及相应的分段平衡绕组,构成各自的反馈平衡系统,以保证各个铁心分段磁位降为零；这些平衡绕组的电流相互总加,由仪表指示出被测电流。
如图2所示为四通道霍尔检零式直流比较仪，各平衡绕组的电流总和正比于被测电流,根据安培表的读数便可以判断被测电流的大小。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (3)

1.一种基于霍尔效应原理的直流大电流测量方法，其特征在于：被检测电路穿过铁心中心；在测量装置的铁心包括多个间距相等的气隙，在每个气隙之间均安装有一霍尔变换器，霍尔变换器的磁轴方向与气隙中磁感应强度方向一致；每个霍尔变换器对应的铁心上均安装有平衡绕组并且安装有一放大器；多个平衡绕组均连接到一总线，总线安装有一安培表，各平衡绕组的电流总和正比于被测电流,根据安培表的读数便判断被测电流的大小。
2.根据权利要求1所述基于霍尔效应原理的直流大电流测量方法，其特征在于：当被检测电路有电流流过时,气隙内的霍尔变换器的霍尔元件均有霍尔电势输出,此信号经过放大和电压-电流变换处理后输入到反馈绕组,形成反馈电流；利用反馈绕组产生与被测电路产生的磁场方向相反的磁场,使霍尔变换器输出的霍尔电势逐渐减少,直到霍尔变换器件达到零磁通状态。
3.根据权利要求1所述基于霍尔效应原理的直流大电流测量方法，其特征在于：在测量装置的铁心中包括两个间距相等的气隙，在两个气隙之间均安装有一霍尔变换器，两个霍尔变换器的磁轴方向与气隙中磁感应强度方向一致，两个霍尔变换器的输出电压就正比于气隙中磁感应强度和磁场强度；两个霍尔变换器的输出电压也正比于气隙中的磁位降。
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