CN112345810A - 一种基于霍尔传感器的电流测量装置及其测量方法 - Google Patents

一种基于霍尔传感器的电流测量装置及其测量方法 Download PDF

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云天嵩
李鑫儒
何海星
蒋航
范玉进
刘彧涵
刘政鹏
刘博�
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Abstract

本发明创造提供一种基于霍尔传感器的电流测量装置及其测量方法，测量装置包括装置外壳、电源转换模块和霍尔传感器，在装置外壳上设有三相电源接口、BNC接口和两个香蕉接口，电源转换模块分别与三相电源接口和霍尔传感器电连接，霍尔传感器分别与BNC接口和两个香蕉接口电连接，待测负载环路电流通过一香蕉插头输入，内部导线穿过霍尔传感器后连接到电流输出接口，经过另一香蕉插头输出，所述BNC接口与信号采集装置电连接。本装置造价成本低，便于携带，可实现高精度电流测量，并将电流信号按照比例量化为电压信号，为后续对电流信息的采集，分析，处理提供了可能。本测量方法根据精度校准函数计算校准值并计算得出校正值，提高测量精度。

Description

一种基于霍尔传感器的电流测量装置及其测量方法
技术领域
本发明创造属于电流测量领域，尤其是涉及一种基于霍尔传感器的电流测量装置及其测量方法。
背景技术
在如今的通信、电子、电气领域，在设备实际使用或者测试工作中，经常会遇到需要测量电流的需求，通常测量电流的方式有万用表测量、电流表测量等，这些测量方式存在着操作复杂、携带不方便等缺点，且在实际应用中，上述测量方式的测量结果只能通过人眼读取，无法将电流的实际信息量化输出，无法满足某些系统的应用需求。霍尔传感器具有成本低、结构牢固、体积小、重量轻、使用寿命长、安装方便、精度高、线性度好等优点。因此，研发一种基于霍尔传感器的电流测量装置及其测量方法是个亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种基于霍尔传感器的电流测量装置及其测量方法，通过穿线式霍尔传感器测量导线上经过的电流，并将电流信息通过电压信号的方式输出，可用示波器等仪器读取。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种基于霍尔传感器的电流测量装置，包括装置外壳、电源转换模块和霍尔传感器，在所述装置外壳上设有三相电源接口、BNC接口和两个香蕉接口，所述电源转换模块分别与三相电源接口和霍尔传感器电连接，电源转换模块将输入AC220V转换为±15V直流电输出，输出电压为霍尔传感器供电，所述霍尔传感器分别与BNC接口和两个香蕉接口电连接，待测负载环路电流通过一香蕉插头输入，内部导线穿过霍尔传感器后连接到电流输出接口，经过另一香蕉插头输出，所述BNC接口与信号采集装置电连接。
进一步的，所述霍尔传感器为穿线式霍尔传感器。
进一步的，所述穿线式霍尔传感器的输出电压与待测电流比例为1：6。
进一步的，所述信号采集装置为示波器。
进一步的，在所述装置壳体内还设有单片机、霍尔传感器测量精度校正模块和温度传感器，所述单片机分别与霍尔传感器、霍尔传感器测量精度校正模块和温度传感器电连接，装置壳体内置的温度传感器采集工作环境温度。
一种基于上述霍尔传感器电流测量装置的测量方法，其过程如下：
1、将装置外壳上的220V三相插头连接通用电源线，给装置上电；
2、将待测负载环路电流通过香蕉插头输入，内部导线穿过霍尔穿线式传感器后连接到电流输出接口，经过香蕉插头输出，单片机通过温度传感器采集工作环境温度，霍尔传感器测量精度校正模块对霍尔传感器采集的数据进行校正；
3、将霍尔传感器输出电压信号接到信号采集设备上，实现电流的测量。
进一步的，对霍尔传感器在其测量范围内从空载到最大测量值分为若干个测试点，记录每个测试点至少25个温度值、电压值以及此时对应的电流值，并对测量的数据进行非线性拟合，得到精度校准函数并存储于霍尔传感器测量精度校正模块中；实际测量时，采集当前实际温度、霍尔传感器的零点偏移值以及霍尔传感器的实际测量值，根据精度校准函数算出此时的校准值，通过实际测量值减去霍尔传感器的零点偏移值并加上校准值，计算得出校正值。
进一步的，所述测试点至少为20个，保证构建的精度校准函数准确。
进一步的，还可以通过单片机产生抑制电流施加于霍尔传感器的线圈上将霍尔传感器中霍尔器件的零点电压调零。
相对于现有技术，本发明创造所述的霍尔传感器电流测量装置及其测量方法具有以下优势：本装置造价成本低，便于携带，可实现高精度电流测量，并将电流信号按照比例量化为电压信号，为后续对电流信息的采集，分析，处理提供了可能；本测量方法根据精度校准函数计算校准值并计算得出校正值，提高测量精度。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明的实物图；
图2为本发明的电路原理图。
附图标记说明：
1-装置外壳；2-电源转换模块；3-霍尔传感器；4-香蕉插头；5-BNC接口；6-待测负载；7-信号采集装置；8-三相电源接口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
一种基于霍尔传感器的电流测量装置，包括装置外壳、电源转换模块和霍尔传感器，在所述装置外壳上设有三相电源接口、BNC接口和两个香蕉接口，所述电源转换模块分别与三相电源接口和霍尔传感器电连接，电源转换模块将输入AC220V转换为±15V直流电输出，输出电压为霍尔传感器供电，所述霍尔传感器分别与BNC接口和两个香蕉接口电连接，待测负载环路电流通过一香蕉插头输入，内部导线穿过霍尔传感器后连接到电流输出接口，经过另一香蕉插头输出，所述BNC接口与信号采集装置电连接。所述霍尔传感器为穿线式霍尔传感器。所述穿线式霍尔传感器的输出电压与待测电流比例为1：6。所述信号采集装置为示波器。
本实施例工作过程为：装置外壳上具备220V三相插头，用于连接通用电源线。在装置内部，电源转换模块将输入AC220V转换为±15V直流电输出，输出电压为霍尔传感器供电。待测负载环路电流通过香蕉插头输入，内部导线穿过霍尔穿线式传感器后连接到电流输出接口，经过香蕉插头输出。当待测负载的导线上产生电流时，由于霍尔效应，霍尔传感器的信号输出端会产生电压信号，与电流成比例，在本实施例中，输出电压与待测电流比例为1：6，即1V电压对应6A电流。通过将输出电压信号接到示波器等信号采集设备上，可以实现电流的测量。
在上述实施例的基础上还可以扩展为：在所述装置壳体内还设有单片机、霍尔传感器测量精度校正模块和温度传感器，所述单片机分别与霍尔传感器、霍尔传感器测量精度校正模块和温度传感器电连接，装置壳体内置的温度传感器采集工作环境温度。
一种采用上述霍尔传感器电流测量装置的测量方法，其过程如下：
1、将装置外壳上的220V三相插头连接通用电源线，电源转换模块实现交流220V到±15V直流电的转换，给装置上电；
2、将待测负载环路电流通过香蕉插头输入，内部导线穿过霍尔穿线式传感器后连接到电流输出接口，经过香蕉插头输出，单片机通过温度传感器采集工作环境温度，霍尔传感器测量精度校正模块对霍尔传感器采集的数据进行校正；
3、将霍尔传感器输出电压信号接到信号采集设备上，实现电流的测量。
霍尔传感器测量精度校正模块通过以下方式产生：对霍尔传感器在其测量范围从空载到最大测量值分为若干个测试点，记录每个测试点至少25个温度值、电压值以及此时对应的电流值，并对测量的数据进行非线性拟合，得到精度校准函数并存储于霍尔传感器测量精度校正模块中；实际测量时，通过单片机采集当前实际温度、霍尔传感器的零点偏移值以及霍尔传感器的实际测量值，根据精度校准函数算出此时的校准值，通过实际测量值减去霍尔传感器的零点偏移值并加上校准值，计算得出校正值。
采用本方法时还可以通过单片机产生抑制电流施加于霍尔传感器的线圈上将霍尔传感器中霍尔器件的零点电压调零，此时在计算校正值时不需要减去霍尔传感器的零点偏移值。
本测量方法通过对实验中测量的数据进行非线性数据拟合，得到精度校准函数，在实际测量时，采集当前实际温度、霍尔传感器的零点偏移值以及霍尔传感器的实际测量值，根据精度校准函数计算校准值并计算得出校正值。减小环境温度和工作电压对霍尔电流传感器的输出值造成的影响，提高测量精度，校正后的结果非常的精确。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于霍尔传感器的电流测量装置，其特征在于：包括装置外壳、电源转换模块和霍尔传感器，在所述装置外壳上设有三相电源接口、BNC接口和两个香蕉接口，所述电源转换模块分别与三相电源接口和霍尔传感器电连接，所述霍尔传感器分别与BNC接口和两个香蕉接口电连接，待测负载环路电流通过一香蕉插头输入，内部导线穿过霍尔传感器后连接到电流输出接口，经过另一香蕉插头输出，所述BNC接口与信号采集装置电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于霍尔传感器的电流测量装置，其特征在于：所述信号采集装置为示波器。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于霍尔传感器的电流测量装置，其特征在于：所述霍尔传感器为穿线式霍尔传感器。
4.根据权利要求3所述的一种基于霍尔传感器的电流测量装置，其特征在于：所述穿线式霍尔传感器的输出电压与待测电流比例为1：6。
5.根据权利要求1所述的一种基于霍尔传感器的电流测量装置，其特征在于：在所述装置壳体内还设有单片机、霍尔传感器测量精度校正模块和温度传感器，所述单片机分别与霍尔传感器、霍尔传感器测量精度校正模块和温度传感器电连接。
6.一种采用上述权利要求5所述的霍尔传感器电流测量装置的测量方法，其特征在于，其过程如下：
1)将装置外壳上的220V三相插头连接通用电源线，给装置上电；
2)将待测负载环路电流通过香蕉插头输入，内部导线穿过霍尔穿线式传感器后连接到电流输出接口，经过香蕉插头输出，单片机通过温度传感器采集工作环境温度，霍尔传感器测量精度校正模块对霍尔传感器采集的数据进行校正；
3)将霍尔传感器输出电压信号接到信号采集设备上，实现电流的测量。
7.根据权利要求6所述的霍尔传感器电流测量装置的测量方法，其特征在于：对霍尔传感器在其测量范围内从空载到最大测量值分为若干个测试点，记录每个测试点至少25个温度值、电压值以及此时对应的电流值，并对测量的数据进行非线性拟合，得到精度校准函数并存储于霍尔传感器测量精度校正模块中；实际测量时，采集当前实际温度、霍尔传感器的零点偏移值以及霍尔传感器的实际测量值，根据精度校准函数算出此时的校准值，通过实际测量值减去霍尔传感器的零点偏移值并加上校准值，计算得出校正值。
8.根据权利要求6或7所述的霍尔传感器电流测量装置的测量方法，其特征在于：所述测试点至少为20个。
9.根据权利要求6所述的霍尔传感器电流测量装置的测量方法，其特征在于：通过单片机产生抑制电流施加于霍尔传感器的线圈上将霍尔传感器中霍尔器件的零点电压调零。
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