一種開環(huán)霍爾傳感器測量準(zhǔn)確度校驗裝置及其校驗方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種開環(huán)霍爾傳感器測量準(zhǔn)確度校驗裝置，所述裝置包括：電源，其輸出端通過功率開關(guān)與均勻繞制在開環(huán)霍爾傳感器上的電流導(dǎo)線相連，用于提供測試電流給所述開環(huán)霍爾傳感器；回路電流檢測裝置，串聯(lián)在所述電源的輸出回路上，用于檢測所述電源輸出的回路電流；配套檢測裝置，分別與所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出端和所述功率開關(guān)的控制端相連，用于采集所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述輸出數(shù)據(jù)以及所述回路電流檢測裝置檢測的回路電流控制所述功率開關(guān)的開斷。本發(fā)明提供的上述方案能夠使用相對廉價的開環(huán)霍爾傳感器到達(dá)閉環(huán)技術(shù)霍爾的性能指標(biāo)，為開環(huán)霍爾傳感器的高精度測量提供了良好參照。
【專利說明】
一種開環(huán)霍爾傳感器測量準(zhǔn)確度校驗裝置及其校驗方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種校驗裝置和校驗方法，具體講涉及一種開環(huán)霍爾傳感器測量準(zhǔn)確度校驗裝置及其校驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在直流系統(tǒng)的大電流測試中，普遍使用直流分流器和霍爾傳感器來測量電流。直流分流器精度相對較高，一般為0.5-0.2級;直流分流器串聯(lián)于一次回路中，功耗較大(例如1000A，75mV，功耗75W)，測量與二次不隔離。采用霍爾技術(shù)測量直流系統(tǒng)大電流是近些年最常用的方法，其中閉環(huán)技術(shù)的霍爾傳感器可以達(dá)到0.5級的技術(shù)水平。但閉環(huán)技術(shù)的霍爾傳感器體積相對較大，有線圈，需外部激勵電源，沒有開口，只能隨所測電流回路一次安裝調(diào)試。
[0003]開環(huán)霍爾傳感器由一個帶開口磁隙的鐵芯和夾在開口處的霍爾元件及整個密封體組成，因測量電流范圍不同，其物理尺寸相差很大，但基本物理結(jié)構(gòu)、原理是一樣的。相對于閉環(huán)技術(shù)的霍爾傳感器，開環(huán)技術(shù)的霍爾傳感器體積小，不需大功率電源激勵，尤其是可以做成鐵芯開口的結(jié)構(gòu)(如直流鉗形表)非常方便現(xiàn)場測量。但一個嚴(yán)重不足是測量準(zhǔn)確度較低，一般測量誤差為3 %-5%o市場上最好的測量準(zhǔn)確度也只能在1.5 %左右。
[0004]現(xiàn)狀是:以往一般情況下不需要高精度地測量直流電流，但隨著微網(wǎng)、儲能等新能源逆變設(shè)備的大量投入，需要高精度測量直流電流。例如，在大功率儲能、逆變的電力設(shè)備中，對轉(zhuǎn)換效率的測量，就需要高精度測量直流電流，計算直流總功率。作為第三方對設(shè)備的檢測、評估，必須外接直流電流傳感器測量電流。閉環(huán)技術(shù)霍爾傳感器固然好，但現(xiàn)場條件下安裝過于復(fù)雜。因此，如果能夠把帶鐵芯開口的開環(huán)霍爾傳感器測量準(zhǔn)確度，通過某種方法提高到一個可接受的水平將具有非常大的實用意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，本發(fā)明提供一種霍爾傳感器測量準(zhǔn)備度校驗裝置和校驗方法，通過對開環(huán)霍爾傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定，使之能夠大幅度提高測量準(zhǔn)確度，并具備良好的穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種開環(huán)霍爾傳感器測量準(zhǔn)確度校驗裝置，其改進(jìn)之處在于:所述裝置包括:
[0007]電源，其輸出端通過功率開關(guān)與均勻繞制在開環(huán)霍爾傳感器上的電流導(dǎo)線相連，用于提供測試電流給所述開環(huán)霍爾傳感器；
[0008]回路電流檢測裝置，串聯(lián)在所述電源的輸出回路上，用于檢測所述電源輸出的回路電流；
[0009]配套檢測裝置，分別與所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出端和所述功率開關(guān)的控制端相連，用于采集所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述輸出數(shù)據(jù)以及所述回路電流檢測裝置檢測的回路電流控制所述功率開關(guān)的開斷。
[0010]優(yōu)選的，所述電源為其輸出電流中無高頻脈動含量的功率蓄電池。
[0011]優(yōu)選的，所述功率開關(guān)包括并聯(lián)的MOS管，所述MOS管并聯(lián)后其漏極與所述電流導(dǎo)線的一端相連，其源極與所述電源的一輸出端相連，其柵極與所述配套檢測裝置相連。
[0012]優(yōu)選的，所述回路電流檢測裝置包括分流器和數(shù)字mV表，所述分流器串聯(lián)在所述電源的輸出回路上，并與所述數(shù)字mV表相連，用于將輸出回路上的大電流轉(zhuǎn)換為小電流后供所述數(shù)字HlV表測量。
[0013]優(yōu)選的，所述配套檢測裝置包括功率分析儀和檢測工裝，所述功率分析儀的輸入端與所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出端相連，其輸出端與所述檢測工裝的輸入端相連，用于采集所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給所述檢測工裝，所述檢測工裝讀取所述功率分析儀采集的開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)、以及所述回路電流檢測裝置檢測的回路電流，并根據(jù)所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)以及所述回路電流控制所述功率開關(guān)的開斷。
[0014]進(jìn)一步，所述檢測工裝還根據(jù)所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)以及所述回路電流計算所述開環(huán)霍爾傳感器在不同測量區(qū)間段的線性函數(shù)，所述不同測量區(qū)間段的線性函數(shù)的線性系數(shù)由所述檢測工裝計算完成后傳輸至所述功率分析儀，由所述功率分析儀進(jìn)行存儲。
[0015]本發(fā)明的另一目的在于提供一種用開環(huán)霍爾傳感器測量準(zhǔn)確度校驗裝置實現(xiàn)的校驗方法，所述方法包括:
[0016]I)測量當(dāng)回路電流檢測裝置檢測的回路電流為零時，所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)；
[0017]2)調(diào)整回路電阻，并根據(jù)所述回路電阻估算回路電流，以確保所述回路電流不超過開環(huán)霍爾傳感器的最大允許電流，并保證所述回路電流不超過電源的短時極限電流；
[0018]3)控制MOS管短時導(dǎo)通，并讀取所述MOS管導(dǎo)通時開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)以及所述回路電流檢測裝置測量的標(biāo)準(zhǔn)回路電流，確定散點后關(guān)閉MOS管；
[0019]4)改變流經(jīng)所述開環(huán)霍爾傳感器的電流極性或改變回路電阻，重復(fù)步驟3);
[0020]5)根據(jù)確定的所有散點得到不同區(qū)間段的線性方程；
[0021]6)根據(jù)不同區(qū)間段的線性方程，通過線性插值計算標(biāo)定與開環(huán)霍爾傳感器輸出數(shù)據(jù)相對應(yīng)的實際電流值。
[0022]進(jìn)一步，所述步驟3)中的回路電流檢測裝置測量的標(biāo)準(zhǔn)回路電流由人工輸入至檢測工裝。
[0023]優(yōu)選的，所述步驟3)中的散點為由標(biāo)準(zhǔn)回路電流值和對應(yīng)開環(huán)霍爾傳感器采樣值所形成的參數(shù)坐標(biāo)點。
[0024]優(yōu)選的，所述步驟4)中通過改變纏繞在開環(huán)霍爾傳感器上的繞線匝數(shù)或串聯(lián)不同阻值的功率電阻來改變回路電阻。
[0025]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著進(jìn)步:
[0026]I，消除了帶微調(diào)電位器的霍爾傳感器因震動等人為因素造成的傳感器輸出數(shù)據(jù)失真的缺陷。
[0027]2，在開環(huán)霍爾傳感器上均勻纏繞電流導(dǎo)線，可采用電子開關(guān)控制下的小電流模擬儲能設(shè)備的近千安的大電流，實現(xiàn)可控的真實電流場景下的校驗與測量。
[0028]3，直接由“源”到“目標(biāo)”值，消除了開環(huán)霍爾傳感器因制造工藝造成的分散性誤差;消除了配套檢測設(shè)備內(nèi)部參考基準(zhǔn)的分散誤差。
[0029]4，可用廉價的開環(huán)霍爾傳感器達(dá)到相對貴重的閉環(huán)霍爾能夠達(dá)到的測量效果。
[0030]5，開環(huán)霍爾傳感器采用開口鐵芯，方便安裝；電壓量輸出，可大幅減輕供電電源容量需求。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明提供的開環(huán)霍爾傳感器校驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0033]為了徹底了解本發(fā)明實施例，將在下列的描述中提出詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。顯然，本發(fā)明實施例的施行并不限定于本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。
[0034]本發(fā)明提供一種開環(huán)霍爾傳感器測量準(zhǔn)確度校驗裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示:所述裝置包括:
[0035]電源，其輸出端通過功率開關(guān)與均勻繞制在開環(huán)霍爾傳感器上的電流導(dǎo)線相連，用于提供測試電流給所述開環(huán)霍爾傳感器；
[0036]回路電流檢測裝置，串聯(lián)在所述電源的輸出回路上，用于檢測所述電源輸出的回路電流；
[0037]配套檢測裝置，分別與所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出端和所述功率開關(guān)的控制端相連，用于采集所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述輸出數(shù)據(jù)以及所述回路電流檢測裝置檢測的回路電流控制所述功率開關(guān)的開斷。
[0038]所述電源為其輸出電流中無高頻脈動含量的功率蓄電池。
[0039]所述電流導(dǎo)線為低阻導(dǎo)線，當(dāng)采用低阻導(dǎo)線在被校準(zhǔn)開環(huán)霍爾傳感器上均勻纏繞10圈時，被校準(zhǔn)霍爾傳感器的實際電流為電源輸出回路電流的10倍。
[0040]所述功率開關(guān)包括并聯(lián)的MOS管，為使回路電流達(dá)到一個期望的范圍，要求回路總電阻小于0.2歐姆；圖1中使用三個大功率MOS管(Q1、Q2、Q3)并聯(lián)，也是為了降低導(dǎo)通電阻。所述MOS管并聯(lián)后其漏極與所述電流導(dǎo)線的一端相連，其源極與所述電源的一輸出端相連，其柵極與所述配套檢測裝置相連。
[0041]所述回路電流檢測裝置包括分流器和數(shù)字mV表，所述分流器串聯(lián)在所述電源的輸出回路上，并與所述數(shù)字mV表相連，用于將輸出回路上的大電流轉(zhuǎn)換為小電流后供所述數(shù)字mV表測量。所述分流器為高精度直流分流器，所述數(shù)字mV表為高精度數(shù)字mV表。例如:采用500/75mV，0.1級分流器;配置0.05級精度的數(shù)字mV表。
[0042]所述配套檢測裝置包括功率分析儀和檢測工裝，所述功率分析儀的輸入端與所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出端相連，其輸出端與所述檢測工裝的輸入端相連，用于采集所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給所述檢測工裝，所述檢測工裝讀取所述功率分析儀采集的開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)、以及所述回路電流檢測裝置檢測的回路電流，并根據(jù)所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)以及所述回路電流控制所述功率開關(guān)的開斷。
[0043]所述檢測工裝還根據(jù)所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)以及所述回路電流計算所述開環(huán)霍爾傳感器在不同測量區(qū)間段的線性函數(shù)，所述不同測量區(qū)間段的線性函數(shù)的線性系數(shù)由所述檢測工裝計算完成后傳輸至所述功率分析儀，由所述功率分析儀進(jìn)行存儲。
[0044]通過高精度數(shù)字mV表測量的多組標(biāo)準(zhǔn)回路電流值和開環(huán)霍爾傳感器的采集電流值確定散點，再根據(jù)散點確定不同測量區(qū)間段的線性函數(shù)，標(biāo)定開環(huán)霍爾傳感器的在典型電流下的采樣值。根據(jù)散點計算典型電流下的開環(huán)霍爾傳感器對應(yīng)采樣值在校驗過程中所起的作用是:形成程序能夠識別的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)。我們實測多組電流采樣散點，例如，其中有兩點為36A和103A，所謂計算“典型電流”是對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)回路電流為100A時開環(huán)霍爾傳感器的采樣值是多少，是為了便于配套檢測裝置簡化內(nèi)部計算的一種計算途徑。配套檢測裝置內(nèi)部只存儲與標(biāo)準(zhǔn)回路電流為100A、200A、300A500A所對應(yīng)的計算采樣值即可。應(yīng)用中，形成不同區(qū)間的線性方程，根據(jù)采樣值確定電流區(qū)間，執(zhí)行不同的線性方程計算出與開環(huán)霍爾傳感器輸出數(shù)據(jù)相對應(yīng)的真實電流。
[0045]本發(fā)明還提供一種用上述開環(huán)霍爾傳感器測量準(zhǔn)確度校驗裝置實現(xiàn)的校驗方法，所述方法包括:
[0046]I)測量當(dāng)回路電流檢測裝置檢測的回路電流為零時，所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)；
[0047]2)調(diào)整回路電阻，并根據(jù)所述回路電阻估算回路電流，以確保所述回路電流不超過開環(huán)霍爾傳感器的最大允許電流，并保證所述回路電流不超過電源的短時極限電流；
[0048]功率MOS管的導(dǎo)通電阻可查詢相關(guān)數(shù)據(jù)手冊，導(dǎo)線電阻用雙臂電橋或微歐計測量，由導(dǎo)線電阻與MOS管的導(dǎo)通電阻構(gòu)成回路電阻。由回路電阻和電池估算回路電流值。
[0049]3)控制MOS管短時導(dǎo)通，并讀取所述MOS管導(dǎo)通時開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)以及所述回路電流檢測裝置測量的標(biāo)準(zhǔn)回路電流，確定散點后關(guān)閉MOS管;MOS管的導(dǎo)通時間一般以3?5秒為好；
[0050]4)改變流經(jīng)所述開環(huán)霍爾傳感器的電流極性或改變回路電阻，重復(fù)步驟3)，直到確定的散點達(dá)到試驗需要的數(shù)量和大?。?br>[0051]5)根據(jù)確定的所有散點得到不同區(qū)間段的線性方程；
[0052]6)根據(jù)不同區(qū)間段的線性方程，通過線性插值計算標(biāo)定與開環(huán)霍爾傳感器輸出數(shù)據(jù)相對應(yīng)的實際電流值。
[0053]所述步驟3)中的回路電流檢測裝置測量的標(biāo)準(zhǔn)回路電流由人工輸入至檢測工裝。也可改進(jìn)后通過通訊的方式輸入，輸入的目的是讓檢測工裝獲取當(dāng)前實時電流測量“標(biāo)準(zhǔn)值”(電流參考的真值)。
[0054]所述步驟3)中的“散點”指的是在上述電流測量過程中，某一電流對應(yīng)的數(shù)字mV表測量的標(biāo)準(zhǔn)回路電流值和開環(huán)霍爾傳感器采樣值，形成一個參數(shù)坐標(biāo)點。這樣的多個“散點”可構(gòu)成不同區(qū)間段的線性方程?？梢赃M(jìn)行線性插值計算確定開環(huán)霍爾傳感器輸出數(shù)據(jù)所對應(yīng)的實際電流值，對開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)與實際電流值進(jìn)行一一標(biāo)定，通過這種方式，可提高開環(huán)霍爾傳感器的測量精度。
[0055]所述步驟4)中通過改變纏繞在開環(huán)霍爾傳感器上的繞線匝數(shù)或串聯(lián)不同阻值的功率電阻來改變回路電阻。
[0056]實測表明，可將3%誤差(分散性誤差)開環(huán)霍爾傳感器，通過上述方法和裝置可標(biāo)定出達(dá)到0.5 %的測量準(zhǔn)確度(5-25環(huán)境溫度下)。
[0057]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種開環(huán)霍爾傳感器測量準(zhǔn)確度校驗裝置，其特征在于:所述裝置包括: 電源，其輸出端通過功率開關(guān)與均勻繞制在開環(huán)霍爾傳感器上的電流導(dǎo)線相連，用于提供測試電流給所述開環(huán)霍爾傳感器； 回路電流檢測裝置，串聯(lián)在所述電源的輸出回路上，用于檢測所述電源輸出的回路電流； 配套檢測裝置，分別與所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出端和所述功率開關(guān)的控制端相連，用于采集所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述輸出數(shù)據(jù)以及所述回路電流檢測裝置檢測的回路電流控制所述功率開關(guān)的開斷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開環(huán)霍爾傳感器測量準(zhǔn)確度校驗裝置，其特征在于: 所述電源為其輸出電流中無高頻脈動含量的功率蓄電池。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開環(huán)霍爾傳感器測量準(zhǔn)確度校驗裝置，其特征在于: 所述功率開關(guān)包括并聯(lián)的MOS管，所述MOS管并聯(lián)后其漏極與所述電流導(dǎo)線的一端相連，其源極與所述電源的一輸出端相連，其柵極與所述配套檢測裝置相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開環(huán)霍爾傳感器測量準(zhǔn)確度校驗裝置，其特征在于: 所述回路電流檢測裝置包括分流器和數(shù)字mV表，所述分流器串聯(lián)在所述電源的輸出回路上，并與所述數(shù)字mV表相連，用于將輸出回路上的大電流轉(zhuǎn)換為小電流后供所述數(shù)字mV表測量。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開環(huán)霍爾傳感器測量準(zhǔn)確度校驗裝置，其特征在于: 所述配套檢測裝置包括功率分析儀和檢測工裝，所述功率分析儀的輸入端與所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出端相連，其輸出端與所述檢測工裝的輸入端相連，用于采集所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給所述檢測工裝，所述檢測工裝讀取所述功率分析儀采集的開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)、以及所述回路電流檢測裝置檢測的回路電流，并根據(jù)所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)以及所述回路電流控制所述功率開關(guān)的開斷。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種開環(huán)霍爾傳感器測量準(zhǔn)確度校驗裝置，其特征在于: 所述檢測工裝還根據(jù)所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)以及所述回路電流計算所述開環(huán)霍爾傳感器在不同測量區(qū)間段的線性函數(shù)，所述不同測量區(qū)間段的線性函數(shù)的線性系數(shù)由所述檢測工裝計算完成后傳輸至所述功率分析儀，由所述功率分析儀進(jìn)行存儲。7.—種用權(quán)利要求1所述的開環(huán)霍爾傳感器測量準(zhǔn)確度校驗裝置實現(xiàn)的校驗方法，其特征在于:所述方法包括: 1)測量當(dāng)回路電流檢測裝置檢測的回路電流為零時，所述開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)； 2)調(diào)整回路電阻，并根據(jù)所述回路電阻估算回路電流，以確保所述回路電流不超過開環(huán)霍爾傳感器的最大允許電流，并保證所述回路電流不超過電源的短時極限電流； 3)控制MOS管短時導(dǎo)通，并讀取所述MOS管導(dǎo)通時開環(huán)霍爾傳感器的輸出數(shù)據(jù)以及所述回路電流檢測裝置測量的標(biāo)準(zhǔn)回路電流，確定散點后關(guān)閉MOS管； 4)改變流經(jīng)所述開環(huán)霍爾傳感器的電流極性或改變回路電阻，重復(fù)步驟3); 5)根據(jù)確定的所有散點得到不同區(qū)間段的線性方程； 6)根據(jù)不同區(qū)間段的線性方程，通過線性插值計算標(biāo)定與開環(huán)霍爾傳感器輸出數(shù)據(jù)相對應(yīng)的實際電流值。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的校驗方法，其特征在于: 所述步驟3)中的回路電流檢測裝置測量的標(biāo)準(zhǔn)回路電流由人工輸入至檢測工裝。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的校驗方法，其特征在于: 所述步驟3)中的散點為由標(biāo)準(zhǔn)回路電流值和對應(yīng)開環(huán)霍爾傳感器采樣值所形成的參數(shù)坐標(biāo)點。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的校驗方法，其特征在于: 所述步驟4)中通過改變纏繞在開環(huán)霍爾傳感器上的繞線匝數(shù)或串聯(lián)不同阻值的功率電阻來改變回路電阻。
【文檔編號】G01R35/00GK105891757SQ201610200617
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】李相俊, 任景龍, 李蓓, 賈學(xué)翠, 惠東, 唐躍中
【申請人】中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)上海市電力公司