CN105891757A - 一种开环霍尔传感器测量准确度校验装置及其校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开环霍尔传感器测量准确度校验装置，所述装置包括：电源，其输出端通过功率开关与均匀绕制在开环霍尔传感器上的电流导线相连，用于提供测试电流给所述开环霍尔传感器；回路电流检测装置，串联在所述电源的输出回路上，用于检测所述电源输出的回路电流；配套检测装置，分别与所述开环霍尔传感器的输出端和所述功率开关的控制端相连，用于采集所述开环霍尔传感器的输出数据，并根据所述输出数据以及所述回路电流检测装置检测的回路电流控制所述功率开关的开断。本发明提供的上述方案能够使用相对廉价的开环霍尔传感器到达闭环技术霍尔的性能指标，为开环霍尔传感器的高精度测量提供了良好参照。

Description

一种开环霍尔传感器测量准确度校验装置及其校验方法

技术领域

本发明涉及一种校验装置和校验方法，具体讲涉及一种开环霍尔传感器测量准确度校验装置及其校验方法。

背景技术

在直流***的大电流测试中，普遍使用直流分流器和霍尔传感器来测量电流。直流分流器精度相对较高，一般为0.5-0.2级；直流分流器串联于一次回路中，功耗较大(例如1000A，75mV，功耗75W)，测量与二次不隔离。采用霍尔技术测量直流***大电流是近些年最常用的方法，其中闭环技术的霍尔传感器可以达到0.5级的技术水平。但闭环技术的霍尔传感器体积相对较大，有线圈，需外部激励电源，没有开口，只能随所测电流回路一次安装调试。

开环霍尔传感器由一个带开口磁隙的铁芯和夹在开口处的霍尔元件及整个密封体组成，因测量电流范围不同，其物理尺寸相差很大，但基本物理结构、原理是一样的。相对于闭环技术的霍尔传感器，开环技术的霍尔传感器体积小，不需大功率电源激励，尤其是可以做成铁芯开口的结构(如直流钳形表)非常方便现场测量。但一个严重不足是测量准确度较低，一般测量误差为3％-5％。市场上最好的测量准确度也只能在1.5％左右。

现状是：以往一般情况下不需要高精度地测量直流电流，但随着微网、储能等新能源逆变设备的大量投入，需要高精度测量直流电流。例如，在大功率储能、逆变的电力设备中，对转换效率的测量，就需要高精度测量直流电流，计算直流总功率。作为第三方对设备的检测、评估，必须外接直流电流传感器测量电流。闭环技术霍尔传感器固然好，但现场条件下安装过于复杂。因此，如果能够把带铁芯开口的开环霍尔传感器测量准确度，通过某种方法提高到一个可接受的水平将具有非常大的实用意义。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种霍尔传感器测量准备度校验装置和校验方法，通过对开环霍尔传感器进行校准标定，使之能够大幅度提高测量准确度，并具备良好的稳定性。

本发明提供的技术方案是：一种开环霍尔传感器测量准确度校验装置，其改进之处在于：所述装置包括：

电源，其输出端通过功率开关与均匀绕制在开环霍尔传感器上的电流导线相连，用于提供测试电流给所述开环霍尔传感器；

回路电流检测装置，串联在所述电源的输出回路上，用于检测所述电源输出的回路电流；

配套检测装置，分别与所述开环霍尔传感器的输出端和所述功率开关的控制端相连，用于采集所述开环霍尔传感器的输出数据，并根据所述输出数据以及所述回路电流检测装置检测的回路电流控制所述功率开关的开断。

优选的，所述电源为其输出电流中无高频脉动含量的功率蓄电池。

优选的，所述功率开关包括并联的MOS管，所述MOS管并联后其漏极与所述电流导线的一端相连，其源极与所述电源的一输出端相连，其栅极与所述配套检测装置相连。

优选的，所述回路电流检测装置包括分流器和数字mV表，所述分流器串联在所述电源的输出回路上，并与所述数字mV表相连，用于将输出回路上的大电流转换为小电流后供所述数字mV表测量。

优选的，所述配套检测装置包括功率分析仪和检测工装，所述功率分析仪的输入端与所述开环霍尔传感器的输出端相连，其输出端与所述检测工装的输入端相连，用于采集所述开环霍尔传感器的输出数据，并将采集到的数据传输给所述检测工装，所述检测工装读取所述功率分析仪采集的开环霍尔传感器的输出数据、以及所述回路电流检测装置检测的回路电流，并根据所述开环霍尔传感器的输出数据以及所述回路电流控制所述功率开关的开断。

进一步，所述检测工装还根据所述开环霍尔传感器的输出数据以及所述回路电流计算所述开环霍尔传感器在不同测量区间段的线性函数，所述不同测量区间段的线性函数的线性系数由所述检测工装计算完成后传输至所述功率分析仪，由所述功率分析仪进行存储。

本发明的另一目的在于提供一种用开环霍尔传感器测量准确度校验装置实现的校验方法，所述方法包括：

1)测量当回路电流检测装置检测的回路电流为零时，所述开环霍尔传感器的输出数据；

2)调整回路电阻，并根据所述回路电阻估算回路电流，以确保所述回路电流不超过开环霍尔传感器的最大允许电流，并保证所述回路电流不超过电源的短时极限电流；

3)控制MOS管短时导通，并读取所述MOS管导通时开环霍尔传感器的输出数据以及所述回路电流检测装置测量的标准回路电流，确定散点后关闭MOS管；

4)改变流经所述开环霍尔传感器的电流极性或改变回路电阻，重复步骤3)；

5)根据确定的所有散点得到不同区间段的线性方程；

6)根据不同区间段的线性方程，通过线性插值计算标定与开环霍尔传感器输出数据相对应的实际电流值。

进一步，所述步骤3)中的回路电流检测装置测量的标准回路电流由人工输入至检测工装。

优选的，所述步骤3)中的散点为由标准回路电流值和对应开环霍尔传感器采样值所形成的参数坐标点。

优选的，所述步骤4)中通过改变缠绕在开环霍尔传感器上的绕线匝数或串联不同阻值的功率电阻来改变回路电阻。

与最接近的现有技术相比，本发明具有如下显著进步：

1，消除了带微调电位器的霍尔传感器因震动等人为因素造成的传感器输出数据失真的缺陷。

2，在开环霍尔传感器上均匀缠绕电流导线，可采用电子开关控制下的小电流模拟储能设备的近千安的大电流，实现可控的真实电流场景下的校验与测量。

3，直接由“源”到“目标”值，消除了开环霍尔传感器因制造工艺造成的分散性误差；消除了配套检测设备内部参考基准的分散误差。

4，可用廉价的开环霍尔传感器达到相对贵重的闭环霍尔能够达到的测量效果。

5，开环霍尔传感器采用开口铁芯，方便安装；电压量输出，可大幅减轻供电电源容量需求。

附图说明

图1为本发明提供的开环霍尔传感器校验装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为了彻底了解本发明实施例，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施例的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明提供一种开环霍尔传感器测量准确度校验装置，其结构如图1所示：所述装置包括：

电源，其输出端通过功率开关与均匀绕制在开环霍尔传感器上的电流导线相连，用于提供测试电流给所述开环霍尔传感器；

回路电流检测装置，串联在所述电源的输出回路上，用于检测所述电源输出的回路电流；

配套检测装置，分别与所述开环霍尔传感器的输出端和所述功率开关的控制端相连，用于采集所述开环霍尔传感器的输出数据，并根据所述输出数据以及所述回路电流检测装置检测的回路电流控制所述功率开关的开断。

所述电源为其输出电流中无高频脉动含量的功率蓄电池。

所述电流导线为低阻导线，当采用低阻导线在被校准开环霍尔传感器上均匀缠绕10圈时，被校准霍尔传感器的实际电流为电源输出回路电流的10倍。

所述功率开关包括并联的MOS管，为使回路电流达到一个期望的范围，要求回路总电阻小于0.2欧姆；图1中使用三个大功率MOS管(Q1、Q2、Q3)并联，也是为了降低导通电阻。所述MOS管并联后其漏极与所述电流导线的一端相连，其源极与所述电源的一输出端相连，其栅极与所述配套检测装置相连。

所述回路电流检测装置包括分流器和数字mV表，所述分流器串联在所述电源的输出回路上，并与所述数字mV表相连，用于将输出回路上的大电流转换为小电流后供所述数字mV表测量。所述分流器为高精度直流分流器，所述数字mV表为高精度数字mV表。例如：采用500/75mV，0.1级分流器；配置0.05级精度的数字mV表。

所述配套检测装置包括功率分析仪和检测工装，所述功率分析仪的输入端与所述开环霍尔传感器的输出端相连，其输出端与所述检测工装的输入端相连，用于采集所述开环霍尔传感器的输出数据，并将采集到的数据传输给所述检测工装，所述检测工装读取所述功率分析仪采集的开环霍尔传感器的输出数据、以及所述回路电流检测装置检测的回路电流，并根据所述开环霍尔传感器的输出数据以及所述回路电流控制所述功率开关的开断。

所述检测工装还根据所述开环霍尔传感器的输出数据以及所述回路电流计算所述开环霍尔传感器在不同测量区间段的线性函数，所述不同测量区间段的线性函数的线性系数由所述检测工装计算完成后传输至所述功率分析仪，由所述功率分析仪进行存储。

通过高精度数字mV表测量的多组标准回路电流值和开环霍尔传感器的采集电流值确定散点，再根据散点确定不同测量区间段的线性函数，标定开环霍尔传感器的在典型电流下的采样值。根据散点计算典型电流下的开环霍尔传感器对应采样值在校验过程中所起的作用是：形成程序能够识别的标准系数。我们实测多组电流采样散点，例如，其中有两点为36A和103A，所谓计算“典型电流”是对应标准回路电流为100A时开环霍尔传感器的采样值是多少，是为了便于配套检测装置简化内部计算的一种计算途径。配套检测装置内部只存储与标准回路电流为100A、200A、300A---500A所对应的计算采样值即可。应用中，形成不同区间的线性方程，根据采样值确定电流区间，执行不同的线性方程计算出与开环霍尔传感器输出数据相对应的真实电流。

本发明还提供一种用上述开环霍尔传感器测量准确度校验装置实现的校验方法，所述方法包括：

1)测量当回路电流检测装置检测的回路电流为零时，所述开环霍尔传感器的输出数据；

2)调整回路电阻，并根据所述回路电阻估算回路电流，以确保所述回路电流不超过开环霍尔传感器的最大允许电流，并保证所述回路电流不超过电源的短时极限电流；

功率MOS管的导通电阻可查询相关数据手册，导线电阻用双臂电桥或微欧计测量，由导线电阻与MOS管的导通电阻构成回路电阻。由回路电阻和电池估算回路电流值。

3)控制MOS管短时导通，并读取所述MOS管导通时开环霍尔传感器的输出数据以及所述回路电流检测装置测量的标准回路电流，确定散点后关闭MOS管；MOS管的导通时间一般以3～5秒为好；

4)改变流经所述开环霍尔传感器的电流极性或改变回路电阻，重复步骤3)，直到确定的散点达到试验需要的数量和大小；

5)根据确定的所有散点得到不同区间段的线性方程；

6)根据不同区间段的线性方程，通过线性插值计算标定与开环霍尔传感器输出数据相对应的实际电流值。

所述步骤3)中的回路电流检测装置测量的标准回路电流由人工输入至检测工装。也可改进后通过通讯的方式输入，输入的目的是让检测工装获取当前实时电流测量“标准值”(电流参考的真值)。

所述步骤3)中的“散点”指的是在上述电流测量过程中，某一电流对应的数字mV表测量的标准回路电流值和开环霍尔传感器采样值，形成一个参数坐标点。这样的多个“散点”可构成不同区间段的线性方程。可以进行线性插值计算确定开环霍尔传感器输出数据所对应的实际电流值，对开环霍尔传感器的输出数据与实际电流值进行一一标定，通过这种方式，可提高开环霍尔传感器的测量精度。

所述步骤4)中通过改变缠绕在开环霍尔传感器上的绕线匝数或串联不同阻值的功率电阻来改变回路电阻。

实测表明，可将3％误差(分散性误差)开环霍尔传感器，通过上述方法和装置可标定出达到0.5％的测量准确度(5-25环境温度下)。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开环霍尔传感器测量准确度校验装置，其特征在于：所述装置包括：

电源，其输出端通过功率开关与均匀绕制在开环霍尔传感器上的电流导线相连，用于提供测试电流给所述开环霍尔传感器；

回路电流检测装置，串联在所述电源的输出回路上，用于检测所述电源输出的回路电流；

配套检测装置，分别与所述开环霍尔传感器的输出端和所述功率开关的控制端相连，用于采集所述开环霍尔传感器的输出数据，并根据所述输出数据以及所述回路电流检测装置检测的回路电流控制所述功率开关的开断。

2.根据权利要求1所述的一种开环霍尔传感器测量准确度校验装置，其特征在于：

所述电源为其输出电流中无高频脉动含量的功率蓄电池。

3.根据权利要求1所述的一种开环霍尔传感器测量准确度校验装置，其特征在于：

所述功率开关包括并联的MOS管，所述MOS管并联后其漏极与所述电流导线的一端相连，其源极与所述电源的一输出端相连，其栅极与所述配套检测装置相连。

4.根据权利要求1所述的一种开环霍尔传感器测量准确度校验装置，其特征在于：

所述回路电流检测装置包括分流器和数字mV表，所述分流器串联在所述电源的输出回路上，并与所述数字mV表相连，用于将输出回路上的大电流转换为小电流后供所述数字mV表测量。

5.根据权利要求1所述的一种开环霍尔传感器测量准确度校验装置，其特征在于：

所述配套检测装置包括功率分析仪和检测工装，所述功率分析仪的输入端与所述开环霍尔传感器的输出端相连，其输出端与所述检测工装的输入端相连，用于采集所述开环霍尔传感器的输出数据，并将采集到的数据传输给所述检测工装，所述检测工装读取所述功率分析仪采集的开环霍尔传感器的输出数据、以及所述回路电流检测装置检测的回路电流，并根据所述开环霍尔传感器的输出数据以及所述回路电流控制所述功率开关的开断。

6.根据权利要求5所述的一种开环霍尔传感器测量准确度校验装置，其特征在于：

所述检测工装还根据所述开环霍尔传感器的输出数据以及所述回路电流计算所述开环霍尔传感器在不同测量区间段的线性函数，所述不同测量区间段的线性函数的线性系数由所述检测工装计算完成后传输至所述功率分析仪，由所述功率分析仪进行存储。

7.一种用权利要求1所述的开环霍尔传感器测量准确度校验装置实现的校验方法，其特征在于：所述方法包括：

1)测量当回路电流检测装置检测的回路电流为零时，所述开环霍尔传感器的输出数据；

2)调整回路电阻，并根据所述回路电阻估算回路电流，以确保所述回路电流不超过开环霍尔传感器的最大允许电流，并保证所述回路电流不超过电源的短时极限电流；

3)控制MOS管短时导通，并读取所述MOS管导通时开环霍尔传感器的输出数据以及所述回路电流检测装置测量的标准回路电流，确定散点后关闭MOS管；

4)改变流经所述开环霍尔传感器的电流极性或改变回路电阻，重复步骤3)；

5)根据确定的所有散点得到不同区间段的线性方程；

6)根据不同区间段的线性方程，通过线性插值计算标定与开环霍尔传感器输出数据相对应的实际电流值。

8.根据权利要求7所述的校验方法，其特征在于：

所述步骤3)中的回路电流检测装置测量的标准回路电流由人工输入至检测工装。

9.根据权利要求7所述的校验方法，其特征在于：

所述步骤3)中的散点为由标准回路电流值和对应开环霍尔传感器采样值所形成的参数坐标点。

10.根据权利要求7所述的校验方法，其特征在于：

所述步骤4)中通过改变缠绕在开环霍尔传感器上的绕线匝数或串联不同阻值的功率电阻来改变回路电阻。