一种钳式霍尔效应电流表的制作方法

本实用新型涉及电流测量领域，更具体地，涉及钳式霍尔效应电流表。

背景技术：

电流的测量方法很多，常见的有分流器、互感器、霍尔效应传感器、磁放大式电流比较仪、磁调制式电流比较仪等。在电工技术领域进行电流测量时，往往需要准确、快速且便捷地实现电流的测量。在工程现场应用时，如果需要将电路切断后才能将电流测量装置接入进行测量，费时费力且不安全，尤其是在测量正常运行的电力装置的电流时不符合相关安规标准。此时，使用钳式电流测量装置就方便多了，可以在不切断电路的情况下来测量电流。

基于霍尔效应的钳式电流测量装置是当前使用较为广泛的一种电流测量器。基于霍尔效应的电流钳在磁芯中加工一个气隙放置霍尔元件。利用霍尔元件测量气隙中的磁感应强度，根据控制方式不同，有开环和闭环两种类型。开环霍尔型使用线性度较好的霍尔元件，霍尔元件输出电压正比于被测电流。闭环霍尔型使用零磁通技术，磁芯上有补偿线圈。当初级有被测电流在磁芯中产生磁通时，霍尔元件检测磁芯中的磁感应强度，通过负反馈将此误差电压转换为电流驱动补偿线圈，抵消磁芯中的磁通，最终被测电流与补偿线圈产生的磁通量大小一致方向相反，通过测量补偿线圈的电流即可按照匝数比换算出被测电流。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种新的钳式霍尔效应电流表，本实用新型采用改进的齿状咬合的钳口形状，可以避免钳口开口处气隙尺寸飘忽不定导致整个磁路磁阻不稳定进而影响精度校正的问题；其次，霍尔芯片被置于两个四分之一圆形磁芯的中间，气隙尺寸固定，精度误差稳定，修正容易。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种钳式霍尔效应电流表，包括霍尔钳头、采样电阻和控制模组，其中，

所述的霍尔钳头通过霍尔元件测量电流，得到采样电流；

所述的采样电阻将采样电流转化为采样电压；

所述的控制模组将采样电压进行信号处理，得到测量电流的数值；

其连接关系如下：

被测的导线上穿过霍尔钳头，所述的霍尔钳头的输出端与采样电阻的一端电连接；

所述的采样电阻的另一端与控制模组的输入端电连接。

本实用新型工作过程如下：

将被测导线穿过霍尔钳头，尔钳头通过霍尔元件对被测导线进行测量，得到采样信号，采样信号经过采样电阻转为采样电压，控制模组将采样电压进行信号处理，得到被测导线的电流的数值。

在一种优选的方案中，所述的霍尔钳头包括钳式探头，所述的钳式探头的形状为环形，且霍尔钳头包括第一活动钳头和第二活动钳头，所述的第一活动钳头和第二活动钳头连接组成环形钳头。

在一种优选的方案中，所述的第一活动钳头的钳口端设置有齿状结构，所述的第二活动钳头的钳口端设置有齿状结构，且第一活动钳头的齿状结构与第二活动钳头的齿状结构相对，通过互相咬合的方式进行连接组成环形钳头。

本优选的方案中，钳口开口处采用互相咬合的齿状结构，避免钳口处气隙尺寸飘忽不定导致整个磁路磁阻不稳定，进而影响测量精度校正的问题。

在一种优选的方案中，霍尔钳头还包括霍尔元件，所述的霍尔元件设置在第一活动钳头或者第二活动钳头，且霍尔元件与钳口相距的角度是90度。

本优选方案中，霍尔芯片置于两个四分之一圆形的中间气隙处，与钳口位置角度相差90度，气隙尺寸完全固定(不会因钳口的松紧而改变)，气隙漏磁带来的精度的校正解决更易于处理。

在一种优选的方案中，所述的霍尔钳头还包括霍尔元件电路、霍尔供电电路和感应线圈，其中，

所述的霍尔元件电路用于将霍尔元件的感应信号进行放大，得到采样电流；

所述的霍尔供电电路对霍尔元件进行供电。

在一种优选的方案中，所述的控制模组包括滤波电路、采样电路、微处理芯片电路、显示屏电路和微处理芯片供电电路，其中，

所述的滤波电路的输入端作为控制模组的输入端，滤波电路的输出端与采样电路的输入端电连接；

所述的采样电路的输出端与微处理芯片电路的输入级电连接；

所述的微处理芯片电路的第一输出级与显示屏的输入级电连接；

所述的微处理芯片供电电路对微处理芯片供电。

在一种优选的方案中，所述的控制模组还包括无线通信模块，所述的无线通信模块的输入端与微处理芯片的第二输出端电连接。

本优选方案中，通过无线通信模块可以将测量得到的数据以无线数字信号形式传递给计算机或手机终端，避免有线数据传输带来的干扰。

在一种优选的方案中，所述的微处理芯片电路包括STM32L151C8T6、第一电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和晶振，其中，

所述的STM32L151C8T6的6号引脚、7号引脚和8号引脚组成微处理芯片电路的第一输出级；

所述的STM32L151C8T6的11号引脚作为微处理芯片电路的输入级；

所述的STM32L151C8T6的44号引脚与第一电阻的一端电连接；

所述的STM32L151C8T6的6号引脚与第一电容的一端电连接；

所述的STM32L151C8T6的5号引脚与第二电容的一端电连接；

所述的第一电容的另一端与第二电容的另一端电连接；

所述的第一电容的另一端接地；

所述的STM32L151C8T6的6号引脚与晶振的一端电连接；

所述的STM32L151C8T6的5号引脚与晶振的另一端电连接；

所述的STM32L151C8T6的1号引脚与STM32L151C8T6的24号引脚电连接；

所述的STM32L151C8T6的24号引脚接微处理芯片供电电路的数字输电端口；

所述的STM32L151C8T6的24号引脚与STM32L151C8T6的36号引脚电连接；

所述的STM32L151C8T6的36号引脚与STM32L151C8T6的48号引脚电连接；

所述的STM32L151C8T6的9号引脚与微处理芯片供电电路的模拟输电端口电连接；

所述的STM32L151C8T6的9号引脚与第三电容的一端电连接；

所述的STM32L151C8T6的9号引脚与第四电容的一端电连接；

所述的第三电容的另一端与第四电容的另一端电连接；

所述的第四电容的另一端接地；

所述的STM32L151C8T6的23号引脚与STM32L151C8T6的35号引脚电连接；

所述的STM32L151C8T6的35号引脚与STM32L151C8T6的47号引脚电连接；

所述的STM32L151C8T6的23号引脚接地；

所述的STM32L151C8T6的8号引脚接地。

在一种优选的方案中，所述的微处理芯片供电电路包括AMS1117-3.3、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容和高频扼流线圈，其中，

所述的AMS1117-3.3的Vin端口与第五电容的一端电连接；

所述的AMS1117-3.3的Vin端口与第六电容的一端电连接；

所述的第五电容的一端接电源；

所述的第五电容的另一端与第六电容的另一端电连接；

所述的第五电容的另一端接地；

所述的AMS1117-3.3的Vout端口与第七电容的一端电连接；

所述的AMS1117-3.3的Vout端口与第八电容的一端电连接；

所述的AMS1117-3.3的Vout端口与第九电容的一端电连接；

所述的AMS1117-3.3的Vout端口作为微处理芯片供电电路的数字输电端口；

所述的第七电容的另一端与第八电容的另一端电连接；

所述的第八电容的另一端接地；

所述的第八电容的另一端与第九电容的另一端电连接；

所述的AMS1117-3.3的Vout端口与高频扼流线圈的一端电连接；

所述的高频扼流线圈的另一端作为微处理芯片供电电路的模拟输电端口；

所述的高频扼流线圈的另一端与第十电容的一端电连接；

所述的第九电容的另一端与第十电容的另一端电连接；

所述的高频扼流线圈的另一端与第十一电容的一端电连接；

所述的第十电容的另一端与第十一电容的另一端电连接；

所述的第十电容的另一端接地。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

1.采用改进的齿状咬合的钳口形状，可以避免钳口开口处气隙尺寸飘忽不定导致整个磁路磁阻不稳定进而影响精度校正的问题；

2.霍尔芯片被置于两个四分之一圆形磁芯的中间，气隙尺寸固定，精度误差稳定，修正容易。

附图说明

图1为实施例的模块图。

图2为实施例中微处理芯片电路图。

图3为实施例中微处理芯片供电电路图。

图4为实施例的参数示例图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，一种钳式霍尔效应电流表，包括霍尔钳头、采样电阻和控制模组，其中，

霍尔钳头通过霍尔元件HW302B测量电流，得到采样电流；

采样电阻将采样电流转化为采样电压；

控制模组将采样电压进行信号处理，得到测量电流的数值；

其连接关系如下：

被测的导线上穿过霍尔钳头，霍尔钳头的输出端与采样电阻的一端电连接；

采样电阻的另一端与控制模组的输入端电连接。

其中，霍尔钳头包括钳式探头，钳式探头的形状为环形，且霍尔钳头包括第一活动钳头和第二活动钳头，第一活动钳头的钳口端设置有齿状结构，第二活动钳头的钳口端设置有齿状结构，且第一活动钳头的齿状结构与第二活动钳头的齿状结构相对，通过互相咬合的方式进行连接组成环形钳头。

其中，霍尔钳头还包括霍尔元件HW302B，霍尔元件HW302B设置在第一活动钳头或者第二活动钳头，且霍尔元件HW302B与钳口相距的角度是90度。

控制模组包括滤波电路、采样电路、微处理芯片、显示屏和无线通信模块，其中，

滤波电路的输入端作为控制模组的输入端，滤波电路的输出端与采样电路的输入端电连接；

采样电路的输出端与微处理芯片的输入端电连接；

微处理芯片的第一输出端与显示屏的输入端电连接。

无线通信模块的输入端与微处理芯片的第二输出端电连接。

霍尔钳头还包括霍尔元件电路、霍尔供电电路和感应线圈，其中，

如图2所示，微处理芯片电路包括STM32L151C8T6、第一电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和晶振，其中，

STM32L151C8T6的6号引脚、7号引脚和8号引脚组成微处理芯片电路的第一输出级；

STM32L151C8T6的11号引脚作为微处理芯片电路的输入级；

STM32L151C8T6的44号引脚与第一电阻的一端电连接；

STM32L151C8T6的6号引脚与第一电容的一端电连接；

STM32L151C8T6的5号引脚与第二电容的一端电连接；

第一电容的另一端与第二电容的另一端电连接；

第一电容的另一端接地；

STM32L151C8T6的6号引脚与晶振的一端电连接；

STM32L151C8T6的5号引脚与晶振的另一端电连接；

STM32L151C8T6的1号引脚与STM32L151C8T6的24号引脚电连接；

STM32L151C8T6的24号引脚接微处理芯片供电电路的数字输电端口；

STM32L151C8T6的24号引脚与STM32L151C8T6的36号引脚电连接；

STM32L151C8T6的36号引脚与STM32L151C8T6的48号引脚电连接；

STM32L151C8T6的9号引脚与微处理芯片供电电路的模拟输电端口电连接；

STM32L151C8T6的9号引脚与第三电容的一端电连接；

STM32L151C8T6的9号引脚与第四电容的一端电连接；

第三电容的另一端与第四电容的另一端电连接；

第四电容的另一端接地；

STM32L151C8T6的23号引脚与STM32L151C8T6的35号引脚电连接；

STM32L151C8T6的35号引脚与STM32L151C8T6的47号引脚电连接；

STM32L151C8T6的23号引脚接地；

STM32L151C8T6的8号引脚接地。

如图3所示，微处理芯片供电电路包括AMS1117-3.3、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容和高频扼流线圈，其中，

AMS1117-3.3的Vin端口与第五电容的一端电连接；

AMS1117-3.3的Vin端口与第六电容的一端电连接；

第五电容的一端接电源；

第五电容的另一端与第六电容的另一端电连接；

第五电容的另一端接地；

AMS1117-3.3的Vout端口与第七电容的一端电连接；

AMS1117-3.3的Vout端口与第八电容的一端电连接；

AMS1117-3.3的Vout端口与第九电容的一端电连接；

AMS1117-3.3的Vout端口作为微处理芯片供电电路的数字输电端口；

第七电容的另一端与第八电容的另一端电连接；

第八电容的另一端接地；

第八电容的另一端与第九电容的另一端电连接；

AMS1117-3.3的Vout端口与高频扼流线圈的一端电连接；

高频扼流线圈的另一端作为微处理芯片供电电路的模拟输电端口；

高频扼流线圈的另一端与第十电容的一端电连接；

第九电容的另一端与第十电容的另一端电连接；

高频扼流线圈的另一端与第十一电容的一端电连接；

第十电容的另一端与第十一电容的另一端电连接；

第十电容的另一端接地。

如图4所示，实施例的关键结构尺寸图，霍尔钳头的外环半径为49mm，内环半径为35mm。霍尔钳头的外包敷着绝缘包封层，是橡胶类或塑料类有机绝缘材料，包封层厚度1mm，磁芯及磁芯上缠绕的线圈构成外半径48mm，内半径是36mm。磁芯尺寸为内环半径45mm，内环半径39mm，截面积则为6mm乘以6mm。钳口截面积为14mm乘以14mm。本实施例的握柄尺寸长度为200mm，宽度为70mm。握柄一侧有液晶显示屏，可以显示电流测量结果、电池电量、无线连接状态等信息。

本实施例段的工作原理：

结合图1，iP代表被测电流，ΦP代表被测电流在实施例的磁芯中产生的磁通，ΦS代表补偿线圈中的电流在实施例的磁芯中产生的磁通。ΦP和ΦS方向相反，两者相抵消后的差值Φe在磁芯气隙中的霍尔元件两端产生电压差Ve，Ve通过电压-电流转换单元产生一个电流IS，IS流入补偿线圈，即为磁通ΦS的激励来源。闭环霍尔采用负反馈原理，即方向相反的ΦP和ΦS越接近相等，则霍尔感应电压差Ve越小，假设Ve为正值，要想Ve接近零，则电压-电流转换单元产生的IS则要增大，这样ΦS就越大，越接近ΦP，直至ΦP和ΦS大小相等，方向相反；如果Ve为负值，反之，要想Ve接近零，则电压-电流转换单元产生的IS则要减小，同样直至ΦP和ΦS大小相等，方向相反。Ve的正、负实际由霍尔元件两端的电压参考方向而定。当Ve近似为零后，根据电磁耦合原理，补偿线圈中电流IS可按照补偿线圈的匝数换算成穿过磁芯的被测电流。IS先被采样电路转换为数字信号，再在算法分析单元中计算出被测电流大小

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。