CN112964928A - 无集磁铁芯的钳形电流表及自动平衡调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无集磁铁芯的钳形电流表及自动平衡调整方法，无集磁铁芯的钳形电流表，包括：钳头组件；若干隧道磁电阻组，其具有两两相对地嵌于钳头组件中的第一隧道磁电阻、第二隧道磁电阻，以根据被测电流分别获取多组一正一负的正感应电压、负感应电压；信号处理装置，其与若干隧道磁电阻组连接，用于依次对正感应电压、负感应电压进行差分放大、加法运算及模数转换处理。提供了较大的有效测量区域，消除了外界干扰磁场对测量结果的干扰；其频带可达0～100kHz；并可测量mA级别至1000A以上的电流；再由于两两相对的第一隧道磁电阻、第二隧道磁电阻及平衡调整，避免了测量位置的附加误差，解决了无集磁芯便无法直接测量直流电流的问题。

Description

无集磁铁芯的钳形电流表及自动平衡调整方法

技术领域

本发明涉及钳形电流表技术领域，具体涉及一种无集磁铁芯的钳形电流表及自动平衡调整方法。

背景技术

钳形电流表是理想的非接触式测量电流的工具；目前，市场上的钳形电流表主要有三种方式实现：

一是使用集磁铁芯结合霍尔元件方案，可以测量ACA(交流电流)和DCA(直流电流)；

二是使用带集磁铁芯的线圈方案，基于法拉弟原理测量电流；

三是使用无集磁铁芯的空芯线圈方案。

但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

使用带集磁铁芯的线圈方案，它的最大缺点是不能直接测量DCA；使用无集磁铁芯的空芯线圈方案，由于没有集磁铁芯，致使钳表灵敏度低，同样不能直接测量DCA；

此外，使用集磁铁芯结合霍尔元件方案及使用带集磁铁芯的线圈方案还存在共同的缺点：铁芯的磁饱和和涡流现象成为钳表幅度线性范围和频带线性范围的瓶颈，铁芯的磁饱现象致使更高的测量范围需要更大的铁芯，不利于使用。而涡流现象使得钳表不能准确测量更高频率的电流。同时，这些钳表由于开口漏磁和器件参数不完全一致，造成测量区域内不同位置的测量结果偏差较大，也就是说存在较大测量位置的附加误差；同样的，使用无集磁铁芯的空芯线圈方案，由于开口和线圈绕制不均匀，同样也存在较大测量位置的附加误差。

发明内容

鉴于上述测量位置的附加误差过大、及无集磁芯便无法直接测量直流电流的问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的无集磁铁芯的钳形电流表及自动平衡调整方法。

依据本发明的一个方面，提供一种无集磁铁芯的钳形电流表，包括：

钳头组件；

若干隧道磁电阻组，其具有两两相对地嵌于所述钳头组件中的第一隧道磁电阻、第二隧道磁电阻，以根据被测电流分别获取多组一正一负的正感应电压、负感应电压；

信号处理装置，其与若干所述隧道磁电阻组连接，用于依次对所述正感应电压、负感应电压进行差分放大、加法运算及模数转换处理。

优选的，所述信号处理装置包括：

差分放大电路，其与所述隧道磁电阻组连接，用于对所述正感应电压、负感应电压进行差分放大处理，使所述正感应电压、负感应电压转化为第一对地电压、第二对地电压；

加法电路，其与所述差分放大电路连接，用于对所述第一对地电压、第二对地电压执行加法运算，以获得结果电压；

A/D转换电路，其与所述加法电路连接，用于将所述结果电压转换为结果信息输出，所述结果信息为数字信号。

优选的，所述信号处理装置还包括平衡调节电路，该平衡调节电路包括：

第一差分放大器，其与所述差分放大电路连接，用于放大处理所述第一对地电压、第二对地电压；

若干电压调节组件，其输入端与所述差分放大电路连接，其输出端与所述加法电路连接；

若干模拟开关，其连接所述差分放大电路及所述第一差分放大器；

微控制器，其与所述第一差分放大器及若干所述电压调节组件、模拟开关连通。

优选的，所述差分放大电路，包括：

第二差分放大器，其正输入端与所述第一隧道磁电阻的负连接端连接，其负输入端与所述第一隧道磁电阻的正连接端连接，其输出端与一所述电压调节组件、模拟开关连接；

第三差分放大器，其正输入端与所述第二隧道磁电阻的正连接端连接，其负输入端与所述第二隧道磁电阻的负连接端连接，其输出端与另一所述电压调节组件、模拟开关连接。

优选的，所述加法电路，包括：

加法器，所述加法器的负输入端与若干所述电压调节组件的输出端连接，所述加法器的正输入端接地，所述加法器的输出端与所述A/D转换电路连接。

优选的，所述电压调节组件，包括：

第一数字电位器，其输入端与所述第二差分放大器的输出端连接，其输出端与所述加法器的负输入端连接；

第二数字电位器，其输入端与所述第三差分放大器的输出端连接，其输出端与所述加法器的负输入端连接。

优选的，所述钳头组件，包括：

第一活动钳臂；

第二活动钳臂，其首端与所述第一活动钳臂的首端铰接，其末端与所述第一活动钳臂的末端扣合；

其中，所述第一活动钳臂朝向所述第二活动钳臂的一侧设有第一弧形槽，所述第二活动钳臂朝向所述第一活动钳臂的一侧设有第二弧形槽；

所述第一弧形槽、第二弧形槽共同构成测量区域。

依据本发明的另一个方面，提供一种无集磁铁芯的钳形电流表的平衡调整方法，包括：

使带电导体在测量区域的边缘移动至少一周；

获取最大测量数组，所述最大测量数组包含每一第一隧道磁电阻、第二隧道磁电阻各自测量所述带电导体所得的最大测量得值；

筛选出调整基准，所述调整基准为所述最大测量数组中数值最小的所述最大测量得值；

将与所述调整基准对应的所述第一隧道磁电阻/第二隧道磁电阻连接的第一数字电位器/第二数字电位器的电阻值调至基准阻值；

计算出调整参数，所述调准参数为与待调整的所述第一隧道磁电阻/第二隧道磁电阻连接的所述第一数字电位器/第二数字电位器的目标电阻值；

根据所述调整参数将与所述待调整的所述第一隧道磁电阻/第二隧道磁电阻连接的所述第一数字电位器/第二数字电位器的电阻值调至所述目标电阻值。

优选的，在计算出调整参数时，还包括：

根据所述最大测量数组获取调整变量，所述调整变量为所述待调整的所述第一隧道磁电阻/第二隧道磁电阻测量所述带电导体所得的所述最大测量得值；

根据公式Va_2MAX÷Va_1MAX＝VR₂÷VR₁，计算出所述调整参数；

其中，所述Va_1MAX为所述调整基准，所述Va_2MAX为所述调整变量，所述VR₁为所述基准阻值，所示VR₂为所述调整参数。

优选的，在获取最大测量数组时，还包括：

微控制器依次控制不同的模拟开关导通，记录每一所述第一隧道磁电阻、第二隧道磁电阻各自测量所述带电导体所得的所述最大测量值；

循环上述过程，持续刷新记录所述最大测量值。

本发明的有益效果为：本发明结构设计合理巧妙，提供了一种无集磁铁芯的钳形电流表，提供了较大的有效测量区域，消除了外界干扰磁场对测量结果的干扰；由于摒弃了对频率敏感的集磁铁芯，整个测量系统没有明显的频带瓶颈，隧道磁电阻对静态磁通和交变磁通均敏感，隧道磁电阻本身的频带可达10MHz以上，选用高带宽的差分放大器做信号处理，即可轻松地将频带做到0～100kHz；另外，隧道磁电阻的的灵敏度高，可测量mA级别的电流，同时，由于摒弃了容易磁饱和的集磁铁芯，除了去除了最大的磁饱和瓶颈外，并且不再进行集磁处理，使得磁通不再集中，所以同样大的电流其产生的磁通明显降低，结合隧道磁电阻即可轻易地实现测量1000A以上的电流。再由于两两相对的第一隧道磁电阻、第二隧道磁电阻及平衡调整，避免了测量位置的附加误差，解决了无集磁芯便无法直接测量直流电流的问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

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他的附图。

图1是本发明实施例中一种无集磁铁芯的钳形电流表的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种无集磁铁芯的钳形电流表的电路图；

图3是本发明实施例中测量区域内的被测电流产生的磁场示意图；

图4是本发明实施例中测量区域外的干挠磁场示意图；

图5是本发明实施例中不进行平衡调整时，隧道磁电阻灵敏度不一致对测量造成的影响示意图；

图6是本发明实施例中平衡调整后，隧道磁电阻灵敏度不一致对测量造成的影响；

图7是本发明实施例中平衡调整过程示意图。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1至图7，依据本发明的另一个方面，本发明实施例提供一种无集磁铁芯的钳形电流表，包括：

钳头组件；

若干隧道磁电阻组，其具有两两相对地嵌于所述钳头组件中的第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2，以根据被测电流分别获取多组一正一负的正感应电压、负感应电压；

信号处理装置，其与若干所述隧道磁电阻组连接，用于依次对所述正感应电压、负感应电压进行差分放大、加法运算及模数转换处理。

具体地，通过第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2分别感应被测电流获取一正一负的正感应电压、负感应电压，再通过信号处理装置对正感应电压进行差分放大处理、对负感应电压进行反极性的差分放大处理后获得第一对地电压、第二对地电压，并将第一对地电压、第二对地电压相加后获得与被测电流成正比的电压，最后对这个电压进行模数转换后输出显示电流大小，便实现了对被测电流的测量。即本发明在不采用集磁铁芯的前提下，实现了对直流电流的直接测量。

优选的，所述信号处理装置包括：

差分放大电路，其与所述隧道磁电阻组连接，用于对所述正感应电压、负感应电压进行差分放大处理，使所述正感应电压、负感应电压转化为第一对地电压、第二对地电压；

加法电路，其与所述差分放大电路连接，用于对所述第一对地电压、第二对地电压执行加法运算，以获得结果电压；

A/D转换电路，其与所述加法电路连接，用于将所述结果电压转换为结果信息输出，所述结果信息为数字信号。

具体地，所述结果信息是数字信号，该数字信号用于标称被测电流的电流大小，例如1mA、100mA等。

优选的，所述信号处理装置还包括平衡调节电路，该平衡调节电路包括：

第一差分放大器V2，其与所述差分放大电路连接，用于放大处理所述第一对地电压、第二对地电压；

若干电压调节组件，其输入端与所述差分放大电路连接，其输出端与所述加法电路连接；

若干模拟开关，其连接所述差分放大电路及所述第一差分放大器V2；

微控制器MCU，其与所述第一差分放大器V2及若干所述电压调节组件、模拟开关连通。

具体地，若干模拟开关包括与所述第二差分放大器连接的第一模拟开关K1、与所述第三差分放大器连接的第二模拟开关K2；所述第一模拟开关K1、第二模拟开关K2均与所述第一差分放大器V2的正输入端连接。

进一步地，由不同的隧道磁电阻阵列组成的不同的钳形电流表对于同一个电流感应到的电压是不同的，但感应电压总与被测电流成比例，所以，在出厂前需要对每台钳形电流表进行校准才能让机子准确测量。

故本发明还通过微控制器MCU实现了对不同钳形电流表的校准，校准的原理过程如下：微控制器MCU设置电压与显示电流大小的对应关系，如1mV对应1.0A，也就是微控制器MCU收到1mV时，将会在LCD等显示单元上显示1.0A；正常测量时，MCU对已经做加法运算处理的隧道磁电阻阵列的感应电压Vout做运算：Vout×a得到校准电压，这个校准电压再按照1mV对应1.0A，显示出来；校准的过程就是确定系数a的过程；应用中，可以选取量程的中点如300.0A作为校准点，由于1mV对应1.0A，所以300mV对应300.0A，校准时，标准源输出300.0A的电流，TMR磁阻阵列感应到的对应电压VoutmV，MCU作运算：a＝300mV÷VoutmV，并把a的值记录并保存下来以供正常测量时使用。

优选的，所述差分放大电路，包括：

第二差分放大器V1，其正输入端与所述第一隧道磁电阻A1的负连接端连接，其负输入端与所述第一隧道磁电阻A1的正连接端连接，其输出端与一所述电压调节组件、模拟开关连接；

第三差分放大器V2，其正输入端与所述第二隧道磁电阻A2的正连接端连接，其负输入端与所述第二隧道磁电阻A2的负连接端连接，其输出端与另一所述电压调节组件、模拟开关连接。

具体地，通过微控制器MCU控制若干模拟开关的导通与否，择其一为例：若干第一隧道磁电阻A1获取正感应电压后，经第三差分放大器V2差分放大处理后获得第一对地电压，当微控制器MCU控制与该第三差分放大器V2连接的模拟开关导通时，可视为第三差分放大器V2的输出端直接连接第一差分放大器V2的正输入端，进一步放大该第一对地电压再输送至微控制器MCU。

优选的，所述加法电路，包括：

加法器V3，所述加法器V3的负输入端与若干所述电压调节组件的输出端连接，所述加法器V3的正输入端接地，所述加法器V3的输出端与所述A/D转换电路连接。

优选的，所述电压调节组件，包括：

第一数字电位器VR1，其输入端与所述第二差分放大器V1的输出端连接，其输出端与所述加法器V3的负输入端连接；

第二数字电位器VR2，其输入端与所述第三差分放大器V2的输出端连接，其输出端与所述加法器V3的负输入端连接。

进一步地，本发明第一隧道磁电阻A1的数量与若干隧道磁电阻组的数量相同，第二隧道磁电阻A2的数量与若干隧道磁电阻组的数量相同；第二差分放大器V1的数量与第一隧道磁电阻A1的数量相同，第三差分放大器V2的数量与第二隧道磁电阻A2的数量相同；而第一差分放大器V2的数量仅为一个，所有第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2共用一个第一差分放大器V2，即在增加平衡调整功能后也保持了良好的产品经济性。另外，加法器V3的数量也仅为一个，用于对所有的第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2感应所得的电压做加法处理。

优选的，所述钳头组件，包括：

第一活动钳臂11；

第二活动钳臂12，其首端与所述第一活动钳臂11的首端铰接，其末端与所述第一活动钳臂11的末端扣合；

其中，所述第一活动钳臂11朝向所述第二活动钳臂12的一侧设有第一弧形槽，所述第二活动钳臂12朝向所述第一活动钳臂11的一侧设有第二弧形槽；

所述第一弧形槽、第二弧形槽共同构成测量区域13。

进一步地，若干第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2中心对称放置在第一活动钳臂11、第二活动钳臂12上，即第一隧道磁电阻A1到测量区域13中心的距离月第二隧道磁电阻A2到测量区域13中心的距离相等，进一步提高本钳形电流表的测量稳定性。

进一步地，还可以设置成各第一隧道磁电阻A1/第二隧道磁电阻A2到测量区域13中心的距离相等，进一步提高本钳形电流表的测量稳定性；并且，所述测量区域13实际上是若干第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2所围绕的区域，只不过第一活动钳臂11、第二活动钳臂12存在壳体，所以本实施例中，测量区域13由所述第一弧形槽、第二弧形槽共同构成。

另外，第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2两两相对设置，还使得本发明具有良好的抗干扰作用，如图3所示，图中G1指的是被测电流产生的磁通方向，由于每一组隧道磁电阻组中的第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2以中心对称放置，测量区域13内被测电流产生的磁通一正一反地通过第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2，所以被测电流产生的磁通令第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2产生的感应电压一正一负，而两第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2的信号是被反极性地接入差分放大器故将得到两路同极性的第一对地电压、第二对地电压(即图5、图6中的Va1和Va2，图5包含平衡调整前的第一对地电压、第二对地电压与被测电流位置的关系图，图6包含平衡调整后的第一对地电压、第二对地电压与被测电流位置的关系图)；这两个电压经过后级加法器V3后幅度加倍得到测量取样电压Va，并且这个测量取样电压与被测电流正比；而对于外界的干扰磁场，如图4所示，外界的干扰磁场G2同方向地通过第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2，所以外界的干扰磁场产生的感应电压是同极性的，这两个电压经反极性地做差分放大后，得到互为反极性的电压，再经后级加法器V3后将产生抵消，达到抗干扰的目的。

依据本发明的另一个方面，提供一种无集磁铁芯的钳形电流表的平衡调整方法，包括：

使带电导体I在测量区域13的边缘移动至少一周；

获取最大测量数组，所述最大测量数组包含每一第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2各自测量所述带电导体I所得的最大测量得值；

筛选出调整基准，所述调整基准为所述最大测量数组中数值最小的所述最大测量得值；

将与所述调整基准对应的所述第一隧道磁电阻A1/第二隧道磁电阻A2连接的第一数字电位器VR1/第二数字电位器VR2的电阻值调至基准阻值；

计算出调整参数，所述调准参数为与待调整的所述第一隧道磁电阻A1/第二隧道磁电阻A2连接的所述第一数字电位器VR1/第二数字电位器VR2的目标电阻值；

根据所述调整参数将与所述待调整的所述第一隧道磁电阻A1/第二隧道磁电阻A2连接的所述第一数字电位器VR1/第二数字电位器VR2的电阻值调至所述目标电阻值。

具体地，带点导体I内流通有被测电流，其原理是：如图7所示，当带电导体I在测量区域13边缘移动时，最靠近的第一隧道磁电阻A1/第二隧道磁电阻A2将感应到最大的电压信号，带电导体I移动一周后，各个第一隧道磁电阻A1/第二隧道磁电阻A2(第一隧道磁电阻B1/第二隧道磁电阻B2、第一隧道磁电阻C1/第二隧道磁电阻C2……)均会感应到一个电压的最大值(Va_1MAX、Va_2MAX、Vb_1MAX、Vb_2MAX……)，这些电压值与第一隧道磁电阻A1/第二隧道磁电阻A2的灵敏度成正比，所以只要记录这些电压值就可以得到各支路第一隧道磁电阻A1/第二隧道磁电阻A2的灵敏度比例，再根据这个比例相反地调整后级加法器V3的输入电阻(即第一数字电位器VR1/第二数字电位器VR2)，就可以最终抵消灵敏度的差异。

需要注意的是，所述测量得值为第一对地电压或第二对地电压，经过第一差分放大器V2放大的值。

具体地，循环上述过程，对最大测量得值大于调整基准的所有第一隧道磁电阻A1/第二隧道磁电阻A2测量均进行平衡调整，最终抵消灵敏度的差异。

优选的，在计算出调整参数时，还包括：

根据所述最大测量数组获取调整变量，所述调整变量为所述待调整的所述第一隧道磁电阻A1/第二隧道磁电阻A2测量所述带电导体I所得的所述最大测量得值；

根据公式Va_2MAX÷Va_1MAX＝VR₂÷VR₁，计算出所述调整参数；

其中，所述Va_1MAX为所述调整基准，所述Va_2MAX为所述调整变量，所述VR₁为所述基准阻值，所示VR₂为所述调整参数。

需要注意的是，所述基准阻值不为0，并且所述基准阻值是所述第一数字电位器VR1/第二数字电位器VR2可调节的最低阻值。它的原理是，数字电位器只要选取同一规格，那么它的电阻调节范围是确定的，所以他的最低阻值可作为基准阻值。

优选的，在获取最大测量数组时，还包括：

微控制器MCU依次控制不同的模拟开关导通，记录每一所述第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2各自测量所述带电导体I所得的所述最大测量值；

循环上述过程，持续刷新记录所述最大测量值。

需要注意的是，微控制器MCU依次控制不同的模拟开关导通的循环周期，需控制在当所述带电导体I在测量区域13的边缘发生移动前，便已循环导通一周。

实际应用中，由于即使是同一批次的隧道磁电阻，它们的灵敏度也会有些差异，若不进行平衡调整，以一组第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2为例，如图5、图6所示，假设被测电流在接近第一隧道磁电阻A1的一端向接近第二隧道磁电阻A2的一端移动时，不同位置的总感应电压Va将产生差异(其中Va1是第一隧道磁电阻A1的感应电压、Va2是第二隧道磁电阻A2的感应电压)，这些差异会使得被测电流在测量区域13内的不同位置测量时，结果不一致，产生位置附加误差；通过上述平衡调节后，相当于每个第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2的灵敏度都一样，如图5、图6所示，被测电流在测量区域13内移动时，由于一路电压Va1增大另一路电压Va2减小，增大和减小的量相等，相互抵消，所以测量结果不会明显变化，也就是说，对每个隧道磁电阻组进行平衡调节是为了补偿各第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2的灵敏度差异，使得被测电流在较大的测量区域13内仍可以具备极高的准确度，扩大了有效测量区域13。

综上，本发明提供的无集磁铁芯的钳形电流表，提供了较大的有效测量区域13，消除了外界干扰磁场对测量结果的干扰；由于摒弃了对频率敏感的集磁铁芯，整个测量系统没有明显的频带瓶颈，隧道磁电阻对静态磁通和交变磁通均敏感，隧道磁电阻本身的频带可达10MHz以上，选用高带宽的差分放大器做信号处理，即可轻松地将频带做到0～100kHz；另外，隧道磁电阻的的灵敏度高，可测量mA级别的电流，同时，由于摒弃了容易磁饱和的集磁铁芯，除了去除了最大的磁饱和瓶颈外，并且不再进行集磁处理，使得磁通不再集中，所以同样大的电流其产生的磁通明显降低，结合隧道磁电阻即可轻易地实现测量1000A以上的电流。再由于两两相对的第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2及平衡调整，避免了测量位置的附加误差，解决了无集磁芯便无法直接测量直流电流的问题。

在使用时，手持本钳形电流表，使带电导体I在测量区域13的边缘移动至少一周；

同时，微控制器MCU依次控制不同的模拟开关导通，记录每一所述第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2各自测量所述带电导体I所得的所述最大测量值；

循环上述过程，持续刷新记录所述最大测量值；

筛选出调整基准，即所述最大测量数组中数值最小的所述最大测量得值；

将与所述调整基准对应的所述第一隧道磁电阻A1/第二隧道磁电阻A2连接的第一数字电位器VR1/第二数字电位器VR2的电阻值调至基准阻值。

根据公式Va_2MAX÷Va_1MAX＝VR₂÷VR₁，计算出调整参数，即与待调整的所述第一隧道磁电阻A1/第二隧道磁电阻A2连接的所述第一数字电位器VR1/第二数字电位器VR2的目标电阻值；

最后根据调整参数将与所述待调整的所述第一隧道磁电阻A1/第二隧道磁电阻A2连接的所述第一数字电位器VR1/第二数字电位器VR2的电阻值调至上述目标电阻值。

循环上述过程，对最大测量得值大于调整基准的所有第一隧道磁电阻A1/第二隧道磁电阻A2测量均进行平衡调整，最终抵消灵敏度的差异。

本发明结构设计合理巧妙，提供了一种无集磁铁芯的钳形电流表，提供了较大的有效测量区域13，消除了外界干扰磁场对测量结果的干扰；由于摒弃了对频率敏感的集磁铁芯，整个测量系统没有明显的频带瓶颈，隧道磁电阻对静态磁通和交变磁通均敏感，隧道磁电阻本身的频带可达10MHz以上，选用高带宽的差分放大器做信号处理，即可轻松地将频带做到0～100kHz；另外，隧道磁电阻的的灵敏度高，可测量mA级别的电流，同时，由于摒弃了容易磁饱和的集磁铁芯，除了去除了最大的磁饱和瓶颈外，并且不再进行集磁处理，使得磁通不再集中，所以同样大的电流其产生的磁通明显降低，结合隧道磁电阻即可轻易地实现测量1000A以上的电流。再由于两两相对的第一隧道磁电阻A1、第二隧道磁电阻A2及平衡调整，避免了测量位置的附加误差，解决了无集磁芯便无法直接测量直流电流的问题。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

本发明中应用了具体实施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 (10)

1.一种无集磁铁芯的钳形电流表，其特征在于，包括：

钳头组件；

若干隧道磁电阻组，其具有两两相对地嵌于所述钳头组件中的第一隧道磁电阻、第二隧道磁电阻，以根据被测电流分别获取多组一正一负的正感应电压、负感应电压；

信号处理装置，其与若干所述隧道磁电阻组连接，用于依次对所述正感应电压、负感应电压进行差分放大、加法运算及模数转换处理。

2.根据权利要求1所述无集磁铁芯的钳形电流表，其特征在于，所述信号处理装置包括：

差分放大电路，其与所述隧道磁电阻组连接，用于对所述正感应电压、负感应电压进行差分放大处理，使所述正感应电压、负感应电压转化为第一对地电压、第二对地电压；

加法电路，其与所述差分放大电路连接，用于对所述第一对地电压、第二对地电压执行加法运算，以获得结果电压；

A/D转换电路，其与所述加法电路连接，用于将所述结果电压转换为结果信息输出，所述结果信息为数字信号。

3.根据权利要求2所述无集磁铁芯的钳形电流表，其特征在于，所述信号处理装置还包括平衡调节电路，该平衡调节电路包括：

第一差分放大器，其与所述差分放大电路连接，用于放大处理所述第一对地电压、第二对地电压；

若干电压调节组件，其输入端与所述差分放大电路连接，其输出端与所述加法电路连接；

若干模拟开关，其连接所述差分放大电路及所述第一差分放大器；

微控制器，其与所述第一差分放大器及若干所述电压调节组件、模拟开关连通。

4.根据权利要求3所述无集磁铁芯的钳形电流表，其特征在于，所述差分放大电路，包括：

第二差分放大器，其正输入端与所述第一隧道磁电阻的负连接端连接，其负输入端与所述第一隧道磁电阻的正连接端连接，其输出端与一所述电压调节组件、模拟开关连接；

第三差分放大器，其正输入端与所述第二隧道磁电阻的正连接端连接，其负输入端与所述第二隧道磁电阻的负连接端连接，其输出端与另一所述电压调节组件、模拟开关连接。

5.根据权利要求4所述无集磁铁芯的钳形电流表，其特征在于，所述加法电路，包括：

加法器，所述加法器的负输入端与若干所述电压调节组件的输出端连接，所述加法器的正输入端接地，所述加法器的输出端与所述A/D转换电路连接。

6.根据权利要求4所述无集磁铁芯的钳形电流表，其特征在于，所述电压调节组件，包括：

第一数字电位器，其输入端与所述第二差分放大器的输出端连接，其输出端与所述加法器的负输入端连接；

第二数字电位器，其输入端与所述第三差分放大器的输出端连接，其输出端与所述加法器的负输入端连接。

7.根据权利要求1所述无集磁铁芯的钳形电流表，其特征在于，所述钳头组件，包括：

第一活动钳臂；

第二活动钳臂，其首端与所述第一活动钳臂的首端铰接，其末端与所述第一活动钳臂的末端扣合；

其中，所述第一活动钳臂朝向所述第二活动钳臂的一侧设有第一弧形槽，所述第二活动钳臂朝向所述第一活动钳臂的一侧设有第二弧形槽；

所述第一弧形槽、第二弧形槽共同构成测量区域。

8.一种无集磁铁芯的钳形电流表的平衡调整方法，其特征在于，包括：

使带电导体在测量区域的边缘移动至少一周；

获取最大测量数组，所述最大测量数组包含每一第一隧道磁电阻、第二隧道磁电阻各自测量所述带电导体所得的最大测量得值；

筛选出调整基准，所述调整基准为所述最大测量数组中数值最小的所述最大测量得值；

将与所述调整基准对应的所述第一隧道磁电阻/第二隧道磁电阻连接的第一数字电位器/第二数字电位器的电阻值调至基准阻值；

计算出调整参数，所述调准参数为与待调整的所述第一隧道磁电阻/第二隧道磁电阻连接的所述第一数字电位器/第二数字电位器的目标电阻值；

根据所述调整参数将与所述待调整的所述第一隧道磁电阻/第二隧道磁电阻连接的所述第一数字电位器/第二数字电位器的电阻值调至所述目标电阻值。

9.根据权利要求8所述无集磁铁芯的钳形电流表的平衡调整方法，其特征在于，在计算出调整参数时，还包括：

根据所述最大测量数组获取调整变量，所述调整变量为所述待调整的所述第一隧道磁电阻/第二隧道磁电阻测量所述带电导体所得的所述最大测量得值；

根据公式Va_2MAX÷Va_1MAX＝VR₂÷VR₁，计算出所述调整参数；

其中，所述Va_1MAX为所述调整基准，所述Va_2MAX为所述调整变量，所述VR₁为所述基准阻值，所示VR₂为所述调整参数。

10.根据权利要求8所述无集磁铁芯的钳形电流表的平衡调整方法，其特征在于，在获取最大测量数组时，还包括：

微控制器依次控制不同的模拟开关导通，记录每一所述第一隧道磁电阻、第二隧道磁电阻各自测量所述带电导体所得的所述最大测量值；

循环上述过程，持续刷新记录所述最大测量值。

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