一種開環霍爾傳感器測量準確度校驗裝置及其校驗方法
【專利摘要】本發明提供一種開環霍爾傳感器測量準確度校驗裝置，所述裝置包括：電源，其輸出端通過功率開關與均勻繞制在開環霍爾傳感器上的電流導線相連，用于提供測試電流給所述開環霍爾傳感器；回路電流檢測裝置，串聯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，分別與所述開環霍爾傳感器的輸出端和所述功率開關的控制端相連，用于采集所述開環霍爾傳感器的輸出數據，并根據所述輸出數據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的開斷。本發明提供的上述方案能夠使用相對廉價的開環霍爾傳感器到達閉環技術霍爾的性能指標，為開環霍爾傳感器的高精度測量提供了良好參照。
【專利說明】
一種開環霍爾傳感器測量準確度校驗裝置及其校驗方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種校驗裝置和校驗方法，具體講涉及一種開環霍爾傳感器測量準確度校驗裝置及其校驗方法。
【背景技術】
[0002]在直流系統的大電流測試中，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。采用霍爾技術測量直流系統大電流是近些年最常用的方法，其中閉環技術的霍爾傳感器可以達到0.5級的技術水平。但閉環技術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試。
[0003]開環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，但基本物理結構、原理是一樣的。相對于閉環技術的霍爾傳感器，開環技術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構(如直流鉗形表)非常方便現場測量。但一個嚴重不足是測量準確度較低，一般測量誤差為3 %-5%o市場上最好的測量準確度也只能在1.5 %左右。
[0004]現狀是: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、儲能等新能源逆變設備的大量投入，需要高精度測量直流電流。例如，在大功率儲能、逆變的電力設備中，對轉換效率的測量，就需要高精度測量直流電流，計算直流總功率。作為第三方對設備的檢測、評估，必須外接直流電流傳感器測量電流。閉環技術霍爾傳感器固然好，但現場條件下安裝過于復雜。因此，如果能夠把帶鐵芯開口的開環霍爾傳感器測量準確度，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。
【發明內容】
[0005]為了解決現有技術中所存在的上述不足，本發明提供一種霍爾傳感器測量準備度校驗裝置和校驗方法，通過對開環霍爾傳感器進行校準標定，使之能夠大幅度提高測量準確度，并具備良好的穩定性。
[0006]本發明提供的技術方案是:一種開環霍爾傳感器測量準確度校驗裝置，其改進之處在于:所述裝置包括:
[0007]電源，其輸出端通過功率開關與均勻繞制在開環霍爾傳感器上的電流導線相連，用于提供測試電流給所述開環霍爾傳感器；
[0008]回路電流檢測裝置，串聯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，分別與所述開環霍爾傳感器的輸出端和所述功率開關的控制端相連，用于采集所述開環霍爾傳感器的輸出數據，并根據所述輸出數據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的開斷。
[0010]優選的，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]優選的，所述功率開關包括并聯的MOS管，所述MOS管并聯后其漏極與所述電流導線的一端相連，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]優選的，所述回路電流檢測裝置包括分流器和數字mV表，所述分流器串聯在所述電源的輸出回路上，并與所述數字mV表相連，用于將輸出回路上的大電流轉換為小電流后供所述數字HlV表測量。
[0013]優選的，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，用于采集所述開環霍爾傳感器的輸出數據，并將采集到的數據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霍爾傳感器的輸出數據、以及所述回路電流檢測裝置檢測的回路電流，并根據所述開環霍爾傳感器的輸出數據以及所述回路電流控制所述功率開關的開斷。
[0014]進一步，所述檢測工裝還根據所述開環霍爾傳感器的輸出數據以及所述回路電流計算所述開環霍爾傳感器在不同測量區間段的線性函數，所述不同測量區間段的線性函數的線性系數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行存儲。
[0015]本發明的另一目的在于提供一種用開環霍爾傳感器測量準確度校驗裝置實現的校驗方法，所述方法包括:
[0016]I)測量當回路電流檢測裝置檢測的回路電流為零時，所述開環霍爾傳感器的輸出數據；
[0017]2)調整回路電阻，并根據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管短時導通，并讀取所述MOS管導通時開環霍爾傳感器的輸出數據以及所述回路電流檢測裝置測量的標準回路電流，確定散點后關閉MOS管；
[0019]4)改變流經所述開環霍爾傳感器的電流極性或改變回路電阻，重復步驟3);
[0020]5)根據確定的所有散點得到不同區間段的線性方程；
[0021]6)根據不同區間段的線性方程，通過線性插值計算標定與開環霍爾傳感器輸出數據相對應的實際電流值。
[0022]進一步，所述步驟3)中的回路電流檢測裝置測量的標準回路電流由人工輸入至檢測工裝。
[0023]優選的，所述步驟3)中的散點為由標準回路電流值和對應開環霍爾傳感器采樣值所形成的參數坐標點。
[0024]優選的，所述步驟4)中通過改變纏繞在開環霍爾傳感器上的繞線匝數或串聯不同阻值的功率電阻來改變回路電阻。
[0025]與最接近的現有技術相比，本發明具有如下顯著進步:
[0026]I，消除了帶微調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據失真的缺陷。
[0027]2，在開環霍爾傳感器上均勻纏繞電流導線，可采用電子開關控制下的小電流模擬儲能設備的近千安的大電流，實現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”值，消除了開環霍爾傳感器因制造工藝造成的分散性誤差;消除了配套檢測設備內部參考基準的分散誤差。
[0029]4，可用廉價的開環霍爾傳感器達到相對貴重的閉環霍爾能夠達到的測量效果。
[0030]5，開環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為本發明提供的開環霍爾傳感器校驗裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0033]為了徹底了解本發明實施例，將在下列的描述中提出詳細的結構。顯然，本發明實施例的施行并不限定于本領域的技術人員所熟習的特殊細節。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。
[0034]本發明提供一種開環霍爾傳感器測量準確度校驗裝置，其結構如圖1所示:所述裝置包括:
[0035]電源，其輸出端通過功率開關與均勻繞制在開環霍爾傳感器上的電流導線相連，用于提供測試電流給所述開環霍爾傳感器；
[0036]回路電流檢測裝置，串聯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，分別與所述開環霍爾傳感器的輸出端和所述功率開關的控制端相連，用于采集所述開環霍爾傳感器的輸出數據，并根據所述輸出數據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]所述電流導線為低阻導線，當采用低阻導線在被校準開環霍爾傳感器上均勻纏繞10圈時，被校準霍爾傳感器的實際電流為電源輸出回路電流的10倍。
[0040]所述功率開關包括并聯的MOS管，為使回路電流達到一個期望的范圍，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，也是為了降低導通電阻。所述MOS管并聯后其漏極與所述電流導線的一端相連，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字mV表，所述分流器串聯在所述電源的輸出回路上，并與所述數字mV表相連，用于將輸出回路上的大電流轉換為小電流后供所述數字mV表測量。所述分流器為高精度直流分流器，所述數字mV表為高精度數字mV表。例如:采用500/75mV，0.1級分流器;配置0.05級精度的數字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，用于采集所述開環霍爾傳感器的輸出數據，并將采集到的數據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霍爾傳感器的輸出數據、以及所述回路電流檢測裝置檢測的回路電流，并根據所述開環霍爾傳感器的輸出數據以及所述回路電流控制所述功率開關的開斷。
[0043]所述檢測工裝還根據所述開環霍爾傳感器的輸出數據以及所述回路電流計算所述開環霍爾傳感器在不同測量區間段的線性函數，所述不同測量區間段的線性函數的線性系數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行存儲。
[0044]通過高精度數字mV表測量的多組標準回路電流值和開環霍爾傳感器的采集電流值確定散點，再根據散點確定不同測量區間段的線性函數，標定開環霍爾傳感器的在典型電流下的采樣值。根據散點計算典型電流下的開環霍爾傳感器對應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準系數。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”是對應標準回路電流為100A時開環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部計算的一種計算途徑。配套檢測裝置內部只存儲與標準回路電流為100A、200A、300A500A所對應的計算采樣值即可。應用中，形成不同區間的線性方程，根據采樣值確定電流區間，執行不同的線性方程計算出與開環霍爾傳感器輸出數據相對應的真實電流。
[0045]本發明還提供一種用上述開環霍爾傳感器測量準確度校驗裝置實現的校驗方法，所述方法包括:
[0046]I)測量當回路電流檢測裝置檢測的回路電流為零時，所述開環霍爾傳感器的輸出數據；
[0047]2)調整回路電阻，并根據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管的導通電阻可查詢相關數據手冊，導線電阻用雙臂電橋或微歐計測量，由導線電阻與MOS管的導通電阻構成回路電阻。由回路電阻和電池估算回路電流值。
[0049]3)控制MOS管短時導通，并讀取所述MOS管導通時開環霍爾傳感器的輸出數據以及所述回路電流檢測裝置測量的標準回路電流，確定散點后關閉MOS管;MOS管的導通時間一般以3?5秒為好；
[0050]4)改變流經所述開環霍爾傳感器的電流極性或改變回路電阻，重復步驟3)，直到確定的散點達到試驗需要的數量和大小；
[0051]5)根據確定的所有散點得到不同區間段的線性方程；
[0052]6)根據不同區間段的線性方程，通過線性插值計算標定與開環霍爾傳感器輸出數據相對應的實際電流值。
[0053]所述步驟3)中的回路電流檢測裝置測量的標準回路電流由人工輸入至檢測工裝。也可改進后通過通訊的方式輸入，輸入的目的是讓檢測工裝獲取當前實時電流測量“標準值”(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，某一電流對應的數字mV表測量的標準回路電流值和開環霍爾傳感器采樣值，形成一個參數坐標點。這樣的多個“散點”可構成不同區間段的線性方程。可以進行線性插值計算確定開環霍爾傳感器輸出數據所對應的實際電流值，對開環霍爾傳感器的輸出數據與實際電流值進行一一標定，通過這種方式，可提高開環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霍爾傳感器上的繞線匝數或串聯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)開環霍爾傳感器，通過上述方法和裝置可標定出達到0.5 %的測量準確度(5-25環境溫度下)。
[0057]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員依然可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，這些未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的權利要求保護范圍之內。
【主權項】
1.一種開環霍爾傳感器測量準確度校驗裝置，其特征在于:所述裝置包括: 電源，其輸出端通過功率開關與均勻繞制在開環霍爾傳感器上的電流導線相連，用于提供測試電流給所述開環霍爾傳感器； 回路電流檢測裝置，串聯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，分別與所述開環霍爾傳感器的輸出端和所述功率開關的控制端相連，用于采集所述開環霍爾傳感器的輸出數據，并根據所述輸出數據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的開斷。2.根據權利要求1所述的一種開環霍爾傳感器測量準確度校驗裝置，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.根據權利要求1所述的一種開環霍爾傳感器測量準確度校驗裝置，其特征在于: 所述功率開關包括并聯的MOS管，所述MOS管并聯后其漏極與所述電流導線的一端相連，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.根據權利要求1所述的一種開環霍爾傳感器測量準確度校驗裝置，其特征在于: 所述回路電流檢測裝置包括分流器和數字mV表，所述分流器串聯在所述電源的輸出回路上，并與所述數字mV表相連，用于將輸出回路上的大電流轉換為小電流后供所述數字mV表測量。5.根據權利要求1所述的一種開環霍爾傳感器測量準確度校驗裝置，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，用于采集所述開環霍爾傳感器的輸出數據，并將采集到的數據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霍爾傳感器的輸出數據、以及所述回路電流檢測裝置檢測的回路電流，并根據所述開環霍爾傳感器的輸出數據以及所述回路電流控制所述功率開關的開斷。6.根據權利要求5所述的一種開環霍爾傳感器測量準確度校驗裝置，其特征在于: 所述檢測工裝還根據所述開環霍爾傳感器的輸出數據以及所述回路電流計算所述開環霍爾傳感器在不同測量區間段的線性函數，所述不同測量區間段的線性函數的線性系數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行存儲。7.—種用權利要求1所述的開環霍爾傳感器測量準確度校驗裝置實現的校驗方法，其特征在于:所述方法包括: 1)測量當回路電流檢測裝置檢測的回路電流為零時，所述開環霍爾傳感器的輸出數據； 2)調整回路電阻，并根據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管短時導通，并讀取所述MOS管導通時開環霍爾傳感器的輸出數據以及所述回路電流檢測裝置測量的標準回路電流，確定散點后關閉MOS管； 4)改變流經所述開環霍爾傳感器的電流極性或改變回路電阻，重復步驟3); 5)根據確定的所有散點得到不同區間段的線性方程； 6)根據不同區間段的線性方程，通過線性插值計算標定與開環霍爾傳感器輸出數據相對應的實際電流值。8.根據權利要求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準回路電流由人工輸入至檢測工裝。9.根據權利要求7所述的校驗方法，其特征在于: 所述步驟3)中的散點為由標準回路電流值和對應開環霍爾傳感器采樣值所形成的參數坐標點。10.根據權利要求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霍爾傳感器上的繞線匝數或串聯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
【發明人】李相俊, 任景龍, 李蓓, 賈學翠, 惠東, 唐躍中
【申請人】中國電力科學研究院, 國家電網公司, 國網上海市電力公司