一种多保护高精度电流传感器的制作方法

本发明实施例涉及电路技术领域，尤其涉及一种多保护高精度电流传感器。

背景技术：

目前，在各行各业都需要对直流电流进行测量，一般的，对直流电流测量都采用直流传感器，但是随着社会的发展、科技的进步，现有的电流传感器在测量直流电流值时的精度不足、保护单一的问题也逐渐暴露出来。

因此，现在亟需一种多保护高精度电流传感器来解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种多保护高精度电流传感器，包括：

被测电流导电母排、铁芯、霍尔器件以及测量电路；

其中，所述铁芯环绕所述被测电流导电母排呈u型设置，以形成感应磁场；

所述铁芯u型开口处设置有所述霍尔器件，所述霍尔器件与所述测量电路连接。

作为本发明实施例一种多保护高精度电流传感器的改进，所述多保护高精度电流传感器包括开口式传感器和固定窗口式传感器；

其中，所述开口式传感器用于测量高量程段，所述固定窗口式传感器用于测量低量程段。

作为本发明实施例一种多保护高精度电流传感器的改进，所述开口式传感器包括：

上部传感器和下部传感器，所述上部传感器和下部传感器分别构成上部窗口和下部窗口，所述上部传感器和所述下部传感器之间由固定件连接，使用时所述被测电流导电母排穿过所述上部窗口和下部窗口。

作为本发明实施例一种多保护高精度电流传感器的改进，所述开口式传感器包括：

铝合金支架安装方式、垫块安装方式、平装安装方式以及挂装安装方式。

作为本发明实施例一种多保护高精度电流传感器的改进，所述测量电路包括：

多级放大电路，并对所述多级放大电路进行直接耦合。

作为本发明实施例一种多保护高精度电流传感器的改进，所述多级放大电路中放大器采用lm258和op07芯片。

作为本发明实施例一种多保护高精度电流传感器的改进，所述测量电路等效为双端输入以及单端输出的差分放大电路，其中，所述双端输入包括同向输入端和反向输入端，所述单端输出用于输出运算电压。

作为本发明实施例一种多保护高精度电流传感器的改进，所述被测电流导电母排的电流方向与所述多保护高精度电流传感器标明的测量电流方向一致。

本发明实施例提供的多保护高精度电流传感器，体积较小、重量较轻、抗干扰能力强、过载能力强、并且能够消除剩磁的影响，全程输出稳定，从而克服了现有的电流传感器的大部分缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种多保护高精度电流传感器原理示意图；

图2是本发明实施例提供的开口式传感器基本组装结构示意图；

图3是本发明实施例提供的开口式传感器采用铝合金支架安装结构示意图；

图4是本发明实施例提供的开口式传感器采用垫块安装结构示意图；

图5是本发明实施例提供的开口式传感器采用平装安装的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的开口式传感器采用挂装安装的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的测量电路原理图；

图8是本发明实施例提供的lm258引脚功能示意图；

图9是本发明实施例提供的op07引脚功能示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例提供的一种多保护高精度电流传感器原理示意图，如图1所示，包括：

被测电流导电母排1、铁芯2、霍尔器件3以及测量电路；

其中，所述铁芯2环绕所述被测电流导电母排1呈u型设置，以形成感应磁场；

所述铁芯2u型开口处设置有所述霍尔器件3，所述霍尔器件3与所述测量电路连接。

可以理解的是，本发明实施例提供的电流传感器是利用了霍尔效应原理，在电隔离的条件下，测量直流电流的传感器，利用霍尔器件在被测直流电流所产生的磁场中感生出相应的直流电压。

具体的，公式为：vh＝kicbcose，其中，vh是霍尔电压、ic控制电流、b磁感应强度、k是灵敏度系数、e是ic与b面平法线的夹角。那么，在本发明实施例中，vh经放大后与被测的直流电流成比例，间接地测量出被测直流电流值。再经过二次仪表的定标和处理后直接显示被测直流电流值。二次仪表用41/2位数字式面板表，或智能式多功能表。根据用户需求可随传感器配套出厂。

需要说明的是，本发明实施例提供的直流传感器主要应用于5ma～500ka的直流电流的测量。也可以应用于向被测系统提供控制信号。可以理解的是，在各行各业都可以应用该电流传感器，例如：冶金行业中的冶炼厂、铝厂、铜厂，铝型材厂、炭素厂等；化工行业的树脂厂、制药厂、氯碱厂等；机电设备的电力机车、无轨电车、矿山电瓶车、发电厂、ups电源、通信电源等。

经大量检验测试，本发明实施例提供的多保护高精度电流传感器能够测量的电流值范围在5ma至500ka之间，测量误差在被测电流6ka以上为±0.2％，传感器的输出信号为直流电压值0v-5v，输出阻抗大于500ω，传感器使用的电源为交流电源单向电压220v±10％、频率50hz±5％以及<10w的功耗。并且本发明实施例提供的多保护高精度电流传感器的使用环境温度为0℃-45℃，运输及储存温度-25℃至+55℃，湿度为<85％，大气压力为66kpa至1087kpa。

综合上述数据表明，本发明实施例提供的多保护高精度电流传感器较同类其他产品具有体积小、重理轻、能耗极低、抗干扰能力强、过载能力强的特点，并且能够消除剩磁的影响，全程输出稳定，克服了现有电流传感器的弊端。

在上述实施例的基础上，所述多保护高精度电流传感器包括开口式传感器和固定窗口式传感器；

其中，所述开口式传感器用于测量高量程段，所述固定窗口式传感器用于测量低量程段。

由上述实施例的内容可知，本发明实施例提供的多保护高精度电流传感器能够测量的电流范围为5ma至500ka之间，那么为了更精细的对电流进行测量，本发明实施例采用了分量程的方式，即按照被测电流的大小分为多个量程段。

其中不同量程段采用不同的机械结构形式进行设计。高量程段的测量本发明实施例采用的是开口式设计形式。而低量程段的测量本发明实施例采用的是固定窗口式设计。

所述开口式传感器包括：

上部传感器和下部传感器，所述上部传感器和下部传感器分别构成上部窗口和下部窗口，所述上部传感器和所述下部传感器之间由固定件连接，使用时所述被测电流导电母排穿过所述上部窗口和下部窗口。优选的，本发明实施例提供的开口式传感器主要测量6ka以上至500ka的各量程段，固定件可采用紧固螺丝。而固定窗口式传感器结构为固定窗口型式，使用时导电母排直按穿过窗口。优选的，固定窗口式传感器用于测量1ka以下量程段。

在上述实施例的基础上，所述开口式传感器包括：

铝合金支架安装方式、垫块安装方式、平装安装方式以及挂装安装方式。

由上述实施例的内容可知，本发明实施例提供的开口式传感器用于测量6ka以上量程段的电流值，具体的，本发明实施例对开口式传感器提供了多种安装方式。图2是本发明实施例提供的开口式传感器基本组装结构示意图，图2中1为传感器上半部，一般具有铝合金外壳，2为传感器下半部，一般也具有铝合金外壳，3为m5紧固螺钉，一般为不锈钢材质，4为m5紧固螺母，一般也为不锈钢材质，在安装时需要注意上下插头座对齐并接触良好。

图3是本发明实施例提供的开口式传感器采用铝合金支架安装结构示意图，图3中1为导电母排、2为传感器上半部、3为传感器下半部、4为铝合金支架板，材质采用非导磁性质材料、5为基础物，一般也采用非导磁性质材料、6为铝合金支架、7为m8或m10，数量铝合金支架数相同。

图4是本发明实施例提供的开口式传感器采用垫块安装结构示意图，图4中1为导电母排、2为传感器上部分、3为传感器下部分、4为垫块，材质为非导磁性质材料、5为基础物，一般采用非导磁性质材料、6为m8或m10、7为紧固压板，也采用非导磁性质材料。

图5是本发明实施例提供的开口式传感器采用平装安装的结构示意图，图5中1为导电母排、2为传感器、3为m8或m10的螺栓与螺母、4为紧固压板，材质采用非导磁性质材料、5为垫块，材质采用非导磁性质材料，6为基础物，一般也采用非导磁性质材料。

图6是本发明实施例提供的开口式传感器采用挂装安装的结构示意图，各部件对应的内容如图6标示。

在上述实施例的基础上，所述测量电路包括：

多级放大电路，并对所述多级放大电路进行直接耦合。

图7是本发明实施例提供的测量电路原理图，如图7所示，本发明实施例提供的测量电路实际上是由多级放大电路构成，其中放大器采用的是lm258和op07芯片。图8是本发明实施例提供的lm258引脚功能示意图，图9是本发明实施例提供的op07引脚功能示意图，结合图7、图8以及图9能够看出按照本发明实施例提供的测量电路实质上是用复杂电路实现高性能的放大电路，并且电路的复杂化不会带来工艺的复杂性。在多级放大电路之间采用的是直接耦合的方式，并且为了充分利用了管子性能良好的一致性，采用了差分放大电路和电流源电路。进一步的，参照图7可以看出，本发明实施例在电路设计时更多是用有源器件来替代无源器件，如用晶体管替代难以制作的大电阻。

在上述实施例的基础上，所述测量电路等效为双端输入以及单端输出的差分放大电路，其中，所述双端输入包括同向输入端和反向输入端，所述单端输出用于输出运算电压。

参照图7所示，本发明实施例提供的测量电路实质上可以等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。在输入级本发明实施例采用的是差分放大电路，ri大，ad大，ac小；在中间级本发明实施例采用的是共射放大电路，并要求有足够的放大能力；在输出级采用的是准互补输出级，ro小，并且要使最大不失真输出电压尽可能大。设同相输入端为up，反向输入端为un，那么集成运放工作在线性区的电压传输特性uo＝f(up-un)差模电压。需要说明的是，本发明实施例提供的集成运放中引入了电压负反馈，用于稳定输出电压，从而使其工作在线性区，此时电路特点为虚短un＝up和虚断in＝ip＝0。

在上述实施例的基础上，所述被测电流导电母排的电流方向与所述多保护高精度电流传感器标明的测量电流方向一致。

可以理解的是，本发明实施例提供的电流传感器在使用时有许多注意事项，常见的例如：传感器周围一米内不得有磁性材料物体、使用和储存地方不得有腐蚀性气体和易爆易燃气体、使用时需防止水淋等。特别的，本发明实施例提供的导电母排的电流方向必须与传感器所标明的电流方向一致，否则在进行电流测量时会损坏传感器的测量电子线路。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。