CN108020706A - 一种电流测量装置及电流钳表 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电流测量装置及电流钳表，所述装置包括：线圈，运算放大器，加法器，霍尔传感器以及铁芯；所述线圈连接所述运算放大器的输出端以及所述加法器的输入端；所述运算放大器的输入端连接所述霍尔传感器，用于采集所述霍尔传感器的信号并进行放大。通过本发明的电流测量装置，既可以测量交流电流，又可以测量直流电流，同时测量交流电流的精度也大大的提高了。采用本发明实施例所述的电流测量装置的电流钳表，即使为不闭合的钳头也能够测量交流电流和直流电流，方便用户操作使用。
Description
技术领域
本发明属于电流表领域，具体涉及一种电流测量装置及电流钳表。
背景技术
电流钳表的钳头有两种形式，开口式跟闭口式。相对闭口式的钳头，开口式的钳头具有操作更简单、方便的优点。而目前利用开口式钳头的电流钳表测量电流主要有以下两种方式：
第一种方式为使用铁芯和霍尔传感器，即将霍尔传感器芯片焊接在柔性电路板(FPC)上面，然后连带霍尔传感器芯片一起贴在铁芯的侧面，利用霍尔传感器的原理来测量电流；
第二种方式为使用铁芯和线圈来进行测量，具体为：利用电磁感应的原理，使得传感器感应待测电流的磁场变化并转换成感应电压，并对此进行采样测量。
但是，开口式的钳头测量电流时存在一个很大的缺陷：钳头无法形成闭环，因此不管采用上述任何一种测试方案，都很容易受外界的干扰，给测量电流的精度带来很大的误差。而且如果采用第二种方式来测量电流，因受其原理影响，只能测量交流电流，不能测量直流电流。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种电流测量装置及电流钳表，用于解决现有技术中开口式钳头测量电流所具有的精度误差以及无法同时测量直流电流的问题。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明中的一种电流测量装置，包括：线圈，运算放大器，加法器，霍尔传感器以及铁芯；所述线圈连接所述运算放大器的输出端以及所述加法器的输入端；所述运算放大器的输入端连接所述霍尔传感器，用于采集所述霍尔传感器的信号并进行放大。
上述电流测量装置中，优选的，所述装置包括两个串联的线圈，两个所述线圈分别绕设在圆形支架上且绕线方向一致。
上述电流测量装置中，优选的，所述线圈为中空线圈。
上述电流测量装置中，优选的，所述装置包括两个霍尔传感器。
上述电流测量装置中，优选的，所述装置还包括：热敏电阻，用于对所述霍尔传感器进行温度补偿。
上述电流测量装置中，优选的，所述装置还包括：RC滤波电路，连接所述线圈。
上述电流测量装置中，优选的，所述装置还包括：多个可调节电阻，用于分别对所述线圈以及霍尔传感器的放大倍数进行调节。
本发明中的一种电流钳表，包括：如上所述的任意一种电流测量装置。
上述电流钳表中，优选的，所述电流钳表的钳头为U型，两个所述线圈分别位于U型钳头的端部。
上述电流钳表中，优选的，所述运算放大器设于柔性电路板上，所述铁芯置于所述柔性电路板下面，所述霍尔传感器位于所述铁芯的侧面，所述铁芯位于所述线圈的下方。
本发明中的电流测量装置及电流钳表不但可以测量交流电流，又可以测量直流电流，同时测量交流电流的精度也大幅度的提高了。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的一种电流测量装置的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明实施例提供一种电流测量装置，如图1所示，所述装置包括：线圈101，运算放大器102，加法器103，霍尔传感器104以及铁芯(图未示)；所述线圈101连接所述运算放大器102的输出端VOUT以及所述加法器的输入端；所述运算放大器的输入端VIN-及VIN+连接所述霍尔传感器104，用于采集所述霍尔传感器104的信号并进行放大。
具体的，本发明实施例所述的电流测量装置的工作原理为：当在测试交流电流的过程中，由于受到外界磁场干扰会影响电流的测量精度，所以现有技术中会有如下两种情况发生：霍尔传感器的信号被消减或者被叠加。但是本发明实施例所述的装置在适当位置增设线圈后，当霍尔传感器的信号被消减时，线圈部分的信号会增加；当霍尔传感器的信号被叠加时，线圈部分信号又被消减；可以看出，不管上述何种情况发生，线圈均能够补偿霍尔传感器的信号的叠加或消减，这样可以使得电流的测量精度不被影响，也就是说线圈在此起到了补偿霍尔传感器的信号的作用，因此在本发明实施例中，线圈也可简称为补偿线圈。
本发明一较佳的实施例中，所述的装置还包括运算放大器。具体的，由于铁芯有吸收磁场的作用，当在所述装置中设置铁芯后，经过线圈的磁场是没有铁芯时经过线圈磁场的70％左右。为了弥补这一缺陷，本发明实施例借由运算放大器来放大线圈所感应的电压信号，使得经过线圈的磁场不被削减。
本发明实施例采用铁芯、线圈以及霍尔传感器共同构成测量电流的装置，当有磁场穿过霍尔传感器时，会产生一个信号电压，这就是霍尔测试电流的原理；通过线圈感应到磁场变化产生一个交流电压的信号。根据本发明实施例所述的方法，既可以测量交流电流，又可以测量直流电流，同时测量交流电流的精度也大大的提高了。
本发明实施例所述的电流测量装置，较佳的，如图1所示，所述装置包括两个串联的线圈L1和L2，两个所述线圈L1和L2分别绕设在两个圆形支架上，且绕线方向一致。具体的，本发明所述的实施例中具有两个同样的线圈，且两个线圈串联在一起。较佳的，两个线圈的绕线方向一致。
本发明实施例所述的电流测量装置，较佳的，所述线圈为中空线圈。具体的，两个所述线圈采用的是中间为空心的，且空心部分的直径约为5mm，以便磁场穿过线圈。且根据本发明实施例中的钳头大小，线圈的绕线厚度在1.5mm以上，大概绕300圈左右。当然可以知道，上述关于线圈绕设的参数可以根据钳头结构和大小来变动，并不以本发明上述实施例所述的数据作为唯一标准。
本发明实施例所述的电流测量装置，较佳的，所述装置包括两个霍尔传感器A和B。具体的，两个霍尔传感器可采用相同的型号，如图1所示，两个霍尔传感器的引脚1和7为电源，引脚2和5接地，其他引脚为信号线。
本发明实施例所述的电流测量装置，较佳的，所述装置还包括：热敏电阻NTC，用于对所述霍尔传感器进行温度补偿。具体的，由于霍尔传感器容易受温度影响，所以在霍尔传感器的供电电路里面增加一个热敏电阻NTC来做温度补偿，以保证在不同温度下霍尔传感器的参数一致。
本发明实施例所述的电流测量装置，较佳的，所述装置还包括：RC滤波电路105，所述RC滤波电路105连接所述线圈L1和L2。具体的，由于线圈L1、L2受频率影响比较严重，因此本发明实施例中增设一个2M的电阻与一个10nF的单片陶瓷电容(NPO)来解决线圈的频响问题。
上述实施例所述的电流测量装置，较佳的，所述装置还包括：多个可调节电阻，用于对所述线圈以及霍尔传感器的放大倍数进行调节。具体的，如图1所示，可调电阻R3，R4以及R40的阻值使得测量信号受外界电磁的干扰达到最佳效果。较佳的实施例中，电阻R3用来调试补偿线圈L1和L2的放大倍数，R4、R40用来调试霍尔传感器A和B的信号放大倍数。
在下述具体的实施例中，可调节电阻具体的调试方法可以采用一个外部干扰法：通过一个直接100mm的闭环线圈给所述线圈L1和L2一个准确的电流I，该线圈的绕线圈数是电流I的放大倍数。此时钳头里面的就是被测的电流，外界就相当于干扰信号(磁场干扰)，假设被测电流经过线圈放大后为100A，因为存在外部干扰，钳头在0°与180°会有很大的误差，可调节电阻R3、R4可以使得钳头在0°与180°方向测试的值均在100A。较佳的，本发明实施例中调试可调节电阻的数据通过LCD屏的读数来观察，以达到测试理想的精度。
本发明实施例还提供一种电流钳表，所述电流钳表包括如上述实施例任意一项所述的电流测量装置。通过本发明实施例所述的电流钳表来测量电流，不仅能够测量交流电流，还能够测量直流电流，且具有较高的测量精度。
本发明实施例提供的一种电流钳表，较佳的，所述电流钳表的钳头为U型，两个所述线圈分别位于U型钳头的端部。
本发明实施例还提供一种电流钳表，较佳的，所述运算放大器设于柔性电路板上，所述铁芯置于所述柔性电路板下面，所述霍尔传感器位于所述铁芯的侧面，所述铁芯位于所述线圈的下方。
本发明实施例采用铁芯、线圈以及霍尔传感器共同构成测量电流的装置，当有磁场穿过霍尔传感器时，会产生一个信号电压，这就是霍尔测试电流的原理；通过线圈感应到磁场变化会产生一个交流电压的信号。根据本发明实施例所述的方法，既可以测量交流电流，又可以测量直流电流，同时测量交流电流的精度也大大的提高了。采用本发明实施例所述的电流测量装置的电流钳表，即使为不闭合的钳头也能够测量交流电流和直流电流，方便用户操作使用。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电流测量装置，其特征在于，所述装置包括：线圈，运算放大器，加法器，霍尔传感器以及铁芯；所述线圈连接所述运算放大器的输出端以及所述加法器的输入端；所述运算放大器的输入端连接所述霍尔传感器，用于采集所述霍尔传感器的信号并进行放大。
2.根据权利要求1所述的一种电流测量装置，其特征在于，所述装置包括两个串联的线圈，两个所述线圈分别绕设在圆形支架上且绕线方向一致。
3.根据权利要求2所述的一种电流测量装置，其特征在于，所述线圈为中空线圈。
4.根据权利要求1所述的一种电流测量装置，其特征在于，所述装置包括两个霍尔传感器。
5.根据权利要求1所述的一种电流测量装置，其特征在于，所述装置还包括：热敏电阻，用于对所述霍尔传感器进行温度补偿。
6.根据权利要求1所述的一种电流测量装置，其特征在于，所述装置还包括：RC滤波电路，连接所述线圈。
7.根据权利要求1所述的一种电流测量装置，其特征在于，所述装置还包括：多个可调节电阻，用于分别对所述线圈以及霍尔传感器的放大倍数进行调节。
8.一种电流钳表，其特征在于，所述电流钳表包括如权利要求1-7任意一项所述的电流测量装置。
9.根据权利要求8所述的一种电流钳表，其特征在于，所述电流钳表的钳头为U型，两个所述线圈分别位于U型钳头的端部。
10.根据权利要求8所述的一种电流钳表，其特征在于，所述运算放大器设于柔性电路板上，所述铁芯置于所述柔性电路板下面，所述霍尔传感器位于所述铁芯的侧面，所述铁芯位于所述线圈的下方。
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