CN112230047B - 一种利用磁饱和振荡测量电流的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用磁饱和振荡测量电流的方法，包括步骤S1：在磁饱和振荡状态的磁通门电路的缠绕于磁体的线圈的一端电性连接单片机；步骤S2：单片机的内部建立电流查询表，电流查询表根据固定时间内的单片机的外部脉冲数量进行对应电流的查询转换；步骤S3：单片机的内部启动定时器，以产生固定的时钟中断。本发明公开的一种利用磁饱和振荡测量电流的方法，其使用脉冲计数和查询电流查询表的方式计算磁通门传感器超过量程后的电流采集方法，其有效的扩展了磁通门传感器的测量范围。
Description
技术领域
本发明属于电流测量技术领域，具体涉及一种利用磁饱和振荡测量电流的方法。
背景技术
在剩余电流的测量和剩余电流断路器的保护实现过程中，会要求测量直流和脉动电流，行业中通常会利用软磁材料的充磁和退磁过程随被测电流的大小而变化这一特性，即在充磁和退磁、再进行反向充磁和退磁的过程中，两个方向上的变化过度过程会被通过磁芯中心孔的被测电流所加速和减慢，且两个方向是互补，即一个方向变快，另一个方向变慢，而两个方向的总过度过程时间之和基本稳定,即磁通门效应，目前利用这一磁通门效应，设计的振荡电路：通过对两个方向的过渡过程时间差与两个方向的时间和占比来计算被测电流的大小这一方式已经被行业中广泛应用。
但是现有的通过磁通门电路进行测量电流的方法测量范围较小并且精确度不高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种利用磁饱和振荡测量电流的方法，其使用脉冲计数和查询电流查询表的方式计算磁通门传感器(电路)超过量程后(此时磁通门传感器不再是磁通门原理，而是磁饱和状态)的电流采集方法，其有效的扩展了磁通门传感器的测量范围。
为达到以上目的，本发明提供一种利用磁饱和振荡测量电流的方法，包括以下步骤：
步骤S1：在磁饱和振荡状态的磁通门电路的缠绕于磁体的线圈的一端电性连接单片机；
步骤S2：单片机的内部建立电流查询表，电流查询表根据固定时间内的单片机的外部脉冲数量进行对应电流的查询转换；
步骤S3：单片机的内部启动定时器，以产生固定的时钟中断；
步骤S4：单片机的内部启动外部脉冲计数器，以记录磁体的方波上升沿次数并且通过定时器产生的时钟中断对外部脉冲数量进行拷贝和清除；
步骤S5：烧录处理代码后的单片机将定时器产生的每个时钟中断后读取的外部脉冲数量通过建立的电流查询表转换成电流。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S1中磁通门电路包括外部被测电流电路和传感器电路，所述外部被测电流电路和所述传感器电路电性连接。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，外部被测电流电路包括被测电压源E1、电流表A1和可调电阻RT，所述被测电压源E1的正极和负极之间串接有电流表A1和所述可调电阻RT。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述传感器电路包括缠绕线圈的磁体T1和运算放大器组成的施特密方波振荡器B1，所述被测电压源E1和所述可调电阻RT之间(的导线)缠绕于磁体远离线圈的一侧。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，线圈的1管脚分别与单片机的一端和运算放大器组成的施特密方波振荡器B1的3管脚电性连接，线圈的2管脚分别与运算放大器组成的施特密方波振荡器B1的1管脚和2管脚电性连接(运算放大器组成的施特密方波振荡器B1的1管脚用于反馈输入，并且3管脚用于驱动输出)。
附图说明
图1是本发明的一种利用磁饱和振荡测量电流的方法的磁饱和测量电路图。
图2是本发明的一种利用磁饱和振荡测量电流的方法的磁通门电路的振荡频率和线圈电流的变化图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
参见附图的图1，图1是本发明的一种利用磁饱和振荡测量电流的方法的磁饱和测量电路图，图2是本发明的一种利用磁饱和振荡测量电流的方法的磁通门电路的振荡频率和线圈电流的变化图。
在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的电路表、被测电压源等可被视为现有技术。
优选实施例。
本发明公开了一种利用磁饱和振荡测量电流的方法，包括以下步骤：
步骤S1：在磁饱和振荡状态的磁通门电路的缠绕于磁体的线圈的一端电性连接单片机(即U1)；
步骤S2：单片机的内部建立电流查询表，电流查询表根据固定时间内的单片机的外部脉冲数量(即脉冲频率)进行对应电流的查询转换；
步骤S3：单片机的内部启动定时器，以产生固定的时钟中断；
步骤S4：单片机的内部启动外部脉冲计数器，以记录磁体的方波上升沿次数并且通过定时器产生的时钟中断对外部脉冲数量进行拷贝和清除；
步骤S5：烧录处理代码后的单片机将定时器产生的每个时钟中断后读取的外部脉冲数量通过建立的电流查询表转换成电流。
具体的是，步骤S1中磁通门电路包括外部被测电流电路和传感器电路，所述外部被测电流电路和所述传感器电路电性连接。
更具体的是，外部被测电流电路包括被测电压源E1、电流表A1和可调电阻RT，所述被测电压源E1的正极和负极之间串接有电流表A1和所述可调电阻RT。
进一步的是，所述传感器电路包括缠绕线圈的磁体T1和运算放大器组成的施特密方波振荡器B1，所述被测电压源E1和所述可调电阻RT之间(的导线)缠绕于磁体远离线圈的一侧。
更进一步的是，线圈的1管脚分别与单片机的一端和运算放大器组成的施特密方波振荡器B1的3管脚电性连接，线圈的2管脚分别与运算放大器组成的施特密方波振荡器B1的1管脚和2管脚电性连接(运算放大器组成的施特密方波振荡器B1的1管脚用于反馈输入，并且3管脚用于驱动输出)。
优选地，一般的磁通门电路由被测电压源E1、电流表A1、可调电阻RT，缠绕线圈的磁体T1、运算放大器组成的施特密方波振荡器B1，频率计F1，示波器Q1组成。各电路功能如下：E1、A1、RT用于调节出需要的电流i，T1、B1组成受线圈电流i影响频率和占空比的方波振荡器，F1用于监测B1输出的方波频率，Q1用于监测B1输出的方波波形和占空比。
调节电阻RT，使电流i从小到大改变，并记录不同电流点时B1输出方波的频率和占空比，如下为电流、频率和占空比之间的变化表。
| 电流 | 频率 | 占空比 |
| 0mA | 700Hz | 50％ |
| 20mA | 686Hz | 54％ |
| 40mA | 672Hz | 58％ |
| 60mA | 658Hz | 62％ |
| 80mA | 686Hz | 66％ |
| 100mA | 630Hz | 70％ |
| 120mA | 3.57kHz | 65％ |
| 140mA | 5.00kHz | 59％ |
| 160mA | 7.857kHz | 55％ |
| 180mA | 11.428kHz | 52％ |
| 200mA | 17.143Khz | 50％ |
| 220mA | 21.428Khz | 50％ |
| 240mA | 26.428kHz | 50％ |
| 260mA | 30.714kHz | 50％ |
| 280mA | 33.571kHz | 50％ |
| 300mA | 35.712kHz | 50％ |
| 320mA | 38.571khz | 50％ |
| - | - | - |
| - | - | - |
| 5A | 74.63kHz | 50％ |
用软磁材料和方波振荡器转换电路，将被测电流i转换成方波信号的过程中有3段不同的转换特性：(1)第一段电流从0～100毫安，该段转换后的频率基本稳定在700Hz，而占空比呈线性递增关系从0～100毫安，占空比从50％递增到70％增幅为30％，且是线性递增(磁通门原理)，该段也是目前行业中普遍使用的方法，(2)第二段是过度阶段100～120毫安，频率急速突变，占空比开始下降，(3)第三段120～320毫安或更高如5安培，占空比基本维持在50％，频率随着电流增大做曲线加速递增，此阶段磁体始终处于饱和状态(不是为磁通门原理)，本发明利用该磁饱和振荡测量大电流。
优选地，单片机优选为HL32L110是一颗基于ARM M0内核的32位单片机。
值得一提的是，本发明专利申请涉及的电路表、被测电压源等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种利用磁饱和振荡测量电流的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：在磁饱和振荡状态的磁通门电路的缠绕于磁体的线圈的一端电性连接单片机；
步骤S2：单片机的内部建立电流查询表，电流查询表根据固定时间内的单片机的外部脉冲数量进行对应电流的查询转换；
步骤S3：单片机的内部启动定时器，以产生固定的时钟中断；
步骤S4：单片机的内部启动外部脉冲计数器，以记录磁体的方波上升沿次数并且通过定时器产生的时钟中断对外部脉冲数量进行拷贝和清除；
步骤S5：烧录处理代码后的单片机将定时器产生的每个时钟中断后读取的外部脉冲数量通过建立的电流查询表转换成电流；
步骤S1中磁通门电路包括外部被测电流电路和传感器电路，所述外部被测电流电路和所述传感器电路电性连接；
外部被测电流电路包括被测电压源E1、电流表A1和可调电阻RT，所述被测电压源E1的正极和负极之间串接有电流表A1和所述可调电阻RT；
所述传感器电路包括缠绕线圈的磁体T1和运算放大器组成的施特密方波振荡器B1，所述被测电压源E1和所述可调电阻RT之间缠绕于磁体远离线圈的一侧；
调节电阻RT，使电流i从小到大改变，并记录不同电流点时施特密方波振荡器B1输出方波的频率和占空比；将被测电流i转换成方波信号的过程中有3段不同的转换特性：
(1)第一段电流从0～100毫安，该段转换后的频率稳定在700Hz，而占空比呈线性递增关系从0～100毫安，占空比从50％递增到70％，增幅为20％，且是线性递增；
(2)第二段是过度阶段100～120毫安，频率急速突变，占空比开始下降；
(3)第三段120～320毫安或更高，占空比维持在50％，频率随着电流增大做曲线加速递增，此阶段磁体始终处于饱和状态，从而利用该磁饱和振荡测量电流。
2.根据权利要求1所述的一种利用磁饱和振荡测量电流的方法，其特征在于，线圈的1管脚分别与单片机的一端和运算放大器组成的施特密方波振荡器B1的3管脚电性连接，线圈的2管脚分别与运算放大器组成的施特密方波振荡器B1的1管脚和2管脚电性连接。
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