[实用新型]一种磁平衡式霍尔电流传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种磁平衡式霍尔电流传感器，能应用于铁路机车以及汽车、冶金、化工等领域。

背景技术

霍尔电流传感器具有优越的电性能，是一种先进的、能隔离主电路回路和电子控制电路的电检测元件。它综合了互感器和分流器的所有优点，同时又克服了互感器只适用于50Hz工频测量和分流器无法进行隔离测量的不足。利用同一只霍尔电流电压传感器检测元件既可以检测交流也可以检测直流，甚至可以检测瞬态峰值，因而是替代互感器和分流器的新一代产品。

霍尔电流传感器原理上可分为直测式(开环)和磁平衡式(闭环)。直测式电流传感器因精度、线性度较差；响应时间较慢；温度漂移较大等缺点而多用于精度要求不高的场合。磁平衡式(闭环电流传感器克服了直测式电流传感器的众多缺点，具有可以同时测量任意波形电流，如：直流、交流、脉冲电流；响应时间快等优点。

霍尔元件具有一个突出的缺点在于，长期工作于饱和状态会导致霍尔元件磁化，以致影响其输出线性度，从而造成测量精度低，这也是现有技术没有解决或者解决难度大(或成本高)的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种磁平衡式霍尔电流传感器，该磁平衡式霍尔电流传感器中的霍尔元件工作在零磁通状态下，检测精度高。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种磁平衡式霍尔电流传感器，包括壳体、铁芯、霍尔元件、主电路板和铜排；铁芯和主电路板都设置在壳体内；铁芯为C形铁芯，铜排穿过壳体并铁芯在壳体内形成的空腔；铁芯上缠绕有副边线圈；霍尔元件设置在铁芯的缺口处；副边线圈的引出端和霍尔元件的输出端均接到所述的主电路板。

在壳体内设有用于将铁芯固定的硅胶体。

伸出壳体的铜排两端均设有至少一个连接孔。

铜排通过螺丝固定在壳体上。

铁芯与副边线圈之间还设置有线圈骨架。

本实用新型的工作原理如下：

本实用新型的磁平衡式霍尔电流传感器是利用安培环路定律来测量机车牵引电机励磁电流的，即原边电流(Ip)所产生的磁场，通过一个副边线圈的电流(Is)所产生的磁场进行补偿，使霍尔器件始终处于检测零磁通的工作状态。当原副边补偿电流产生的磁场在磁芯中达到平衡时，即有如下等式：

N×Ip＝n×Is

式中：Ip为原边电流；N为原边线圈的匝数；Is为副边补偿电流；n为副边线圈的匝数。

由上式看出，当已知传感器原边和副边线圈匝数时，通过测量副边补偿电流Is的大小，即可推算出原边电流Ip的值，从而实现了原边电流的隔离测量。

如图1，磁平衡式霍尔电流传感器也称补偿式传感器，即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。

详细工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用，此时可以通过Is来测试Ip。当Ip变化时，平衡受到破坏，霍尔器件有信号输出，即重复上述过程重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立刻就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。因此，从宏观上看，次级的补偿电流安匝数在任何时间都与初级被测电流的安匝数相等。

本实用新型的磁平衡式霍尔电流传感器采用闭环式控制，提高了传感器的响应速度，保证了对电机电流的精确测量。通过工艺减小磁场气隙、绕线方式，并进行功率管、霍尔元件配对，大大改善了传感器零点参数。磁平衡式霍尔电压传感器可在-25℃～70℃环境温度范围内正常工作，基本测量误差为测量值的±1％，测量范围0～±1800A。

有益效果：

本实用新型的磁平衡式霍尔电流传感器，抗干扰能力强，可以在恶劣的工作环境下，精确、可靠地测量机车牵引电机励磁电流。因本实用新型霍尔元件工作在零磁通的状态下，故不会因长期工作于饱和状态导致霍尔芯片磁化，以致影响其输出线性度。另外，本实用新型的磁平衡式霍尔电流传感器，结构紧凑，易于安装，可靠性好。