一种两线制霍尔式有效值电流变送器制造技术

本实用新型专利技术公开一种两线制霍尔式有效值电流变送器，该变送器主要由C形磁环、霍尔传感器、差动放大电路、有效值检波电路、V/1转换电路、两线制输出回路、偏置电压产生电路、共模阻容网络组成，被测电流穿过C形磁环，霍尔传感器安装于C形磁环气隙中，霍尔传感器电压输出端接至差动放大电路输入端，差动放大电路输出端接至有效值检波电路输入端，有效值检波电路输出端接至V/I转换电路输入端，偏置电压产生电路的输出端接至差动放大电路及有效值检波电路偏置电压输入端，V/I转换电路输出端接至两线制输出回路，通过两线制输出回路输出4～20mA电流信号，同时，V/I转换电路输出电流源及电压源分别为霍尔传感器及各电路环节供电。

A two wire hall type RMS current transmitter

【技术实现步骤摘要】
一种两线制霍尔式有效值电流变送器
本技术涉及电气检测技术及自动化装置领域，更具体地说，本技术涉及一种两线制霍尔式有效值电流变送器仪表。
技术介绍
有效值电流变送器被广泛应用于电力自动化、继电保护、电机控制、工业自动化等领域的功率和电能的计量，将被测主回路的交流或直流电流的有效值按线性关系转换为4～20mA标准直流电流信号进行输出并远程传输。霍尔传感器是对磁场或电流进行测量的一种最常见的传感器，具有灵敏度高、结构简单、体积小、频率响应范围宽和使用寿命长等优点，对交流和直流磁场或电流的测量均适用，且适用于静态电流和动态电流的测量，故以霍尔传感器为敏感元件构造电流变送器具有无可比拟的优越性。现有的大多数霍尔式电流变送器采用三线制或四线制接线方式，除了信号传输回路外，还需为变送器另外提供电源回路，其接线复杂、维护不便。例如，申请号为201320382320.9的“一种基于霍尔闭环原理的导轨型安装电流变送器”采用了闭环反馈式工作原理，其工作电路结构较为复杂，且需要专门的供电回路提供其中的+Vc和-Vc两个电源，即需要采用四线制接线方式。然而，两线制霍尔式电流变送器接线方式更为简单、可靠，使用方便，广泛用于各种测量和控制系统，故开发两线制4～20mA标准信号的电流变送器具有重大的技术发展价值和广泛的市场需求。申请号为201810424278.X的“一种两线制霍尔式电流变送器”则采用了两线制4～20mA标准信号的输出形式，但该变送器只能用于交直流电流瞬时值的测量，无有效值电流测量功能。两线制霍尔式有效值电流变送器不仅要求系统工作的总电流小于4mA，即整个系统需要进行低功耗设计，还应具有对测量信号进行有效值检波的功能，有较大的开发难度。本技术为两线制霍尔式有效值电流变送器的实现提供了一种解决方案。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是采用霍尔传感器实现交直流电流有效值的测量，并能通过两线制标准4～20mA电流回路进行信号传输和系统供电。为了解决所述技术问题，本技术提供了一种两线制霍尔式有效值电流变送器，其特征在于：该变送器主要由C形磁环、霍尔传感器、差动放大电路、有效值检波电路、V/I转换电路、两线制输出回路、偏置电压产生电路、共模阻容网络组成，被测电流Im穿过C形磁环，霍尔传感器安装于C形磁环的气隙中，霍尔传感器的电压输出端接至差动放大电路的输入端，差动放大电路的输出端接至有效值检波电路的输入端，有效值检波电路的输出端接至V/I转换电路的输入端，偏置电压产生电路的输出端接至差动放大电路及有效值检波电路的偏置电压输入端，V/I转换电路的输出端接至两线制输出回路，并且V/I转换电路的恒流源输出端接至霍尔传感器的激励电流输入端，V/I转换电路的恒压源输出端接至差动放大电路、有效值检波电路及偏置电压产生电路的电源端，共模阻容网络接在霍尔传感器的激励电流返回端与V/I转换电路的恒压源及恒流源返回的参考地端之间。测量过程中，穿过C形磁环的被测电流Im在磁环中产生与被测电流Im大小成正比的环形磁场，该磁场垂直穿过霍尔传感器，且霍尔传感器通入由V/I转换电路提供的激励电流，故霍尔传感器的电压输出端输出与被测电流Im的瞬时值成正比的微弱电压信号，该电压信号经过差动放大电路放大后输入至有效值检波电路，有效值检波电路将输入的交流信号转换为与被测电流Im的有效值成正比的直流电压信号，并输入至V/I转换电路，V/I转换电路将输入的电压信号转换为4～20mA电流信号，并由两线制输出回路进行信号传输，且偏置电压产生电路输出的电压信号输入至差动放大电路及有效值检波电路的偏置电压输入端，为有效值检波过程提供适当的共模偏置电压，并且V/I转换电路输出恒流源为霍尔传感器提供激励电流信号，该恒流源从霍尔传感器的激励电流返回端流出后再流经共模阻容网络而产生的压降为差动放大电路提供适当的共模输入电压，V/I转换电路输出恒压源为差动放大电路、有效值检波电路及偏置电压产生电路提供工作电源。所述差动放大电路主要由高精度、微功耗仪表放大器AD627组成，所述有效值检波电路主要由精密微功耗有效值检波器LTC1966组成，霍尔传感器输出的差动电压信号接至AD627的差分输入端，并且AD627的输出偏置端接入由偏置电压产生电路产生的偏置电压，AD627的1号和8号脚之间接入增益调整电位器，该电位器可用于变送器测量量程的调整，AD627的输出端接至LTC1966的正相输入端，偏置电压产生电路输出的偏置电压同时接入LTC1966的反相输入端和输出偏置端，该偏置电压为LTC1966提供适当的共模工作电压，同时在LTC1966的输出端和输出偏置端之间并接入检波周期电容。所述V/I转换电路主要由电压/电流变换芯片XTR105组成，其将输入电压线性地转换为4～20mA电流进行输出，有效值检波电路输出的直流电压输入至XTR105的正相输入端，并且V/I转换电路中接有由2个固定电阻以及1个电位器串联构成的电压调整电路，电位器中心抽头接至XTR105的反相输入端，电位器中心抽头输出的调整电压可为XTR105提供适当的共模工作电压，并可用于变送器测量零点的调整，另外，有固定电阻接至XTR105的放大倍数调整端，该电阻决定了XTR105的电压/电流转换系数，同时，XTR105输出2路0.8mA恒流源，将2路恒流源并联后输入至霍尔传感器，作为霍尔传感器的激励电流源，该芯片还输出1路5.1V、1mA容量的恒压源，作为差动放大电路、有效值检波电路及偏置电压产生电路的工作电源。所述偏置电压产生电路由2个串联分压电阻以及低功耗运算放大器MAX4480构成的跟随器组成，2个串联电阻接在V/I转换电路产生的5.1V电压源之间，串联点接至MAX4480的正相输入端，反相输入端和输出端相连，在输出端产生1.6V偏置电压。所述差动放大电路、有效值检波电路及偏置电压产生电路的总功耗极低，变送器内部工作回路的总电流小于4mA，从而可以实现以4mA为测量零点的两线制电流输出。所述两线制输出回路主要由NPN型驱动三极管、过压保护二极管、二极管整流桥、负载电阻及外接电源组成，回路中的二极管整流桥具有反接保护作用，外接电源可按任意方向接入两线制输出回路，通过两线制输出回路输出并传输4～20mA电流信号，同时为内部工作回路供电。所述共模阻容网络由1个电位器和1个电容并联构成，并且串联在霍尔传感器的激励电流返回端和V/I转换电路的恒压源及恒流源返回的参考地端之间，V/I转换电路输出的1.6mA恒流源流过共模阻容网络，从而可通过调整电位器的阻值为差动放大器的工作提供适当的共模电压，且电容可滤除该共模电压的纹波。本技术至少包括以下有益效果：(1)在霍尔式瞬时电流检测的基础上增加了有效值检波功能，可用于交流和直流电流有效值的测量。(2)采用两线制接线方式和4～20mA标准电流信号传输方式，其供电回路与信号回路合二为一，共用一个回路，在输出回路中接有二极管整流桥堆，两个接线端子无正反之分，使得接线更为简洁、方便、可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种两线制霍尔式有效值电流变送器，其特征在于：该变送器主要由C形磁环(1)、霍尔传感器(2)、差动放大电路(3)、有效值检波电路(4)、V/I转换电路(5)、两线制输出回路(6)、偏置电压产生电路(7)、共模阻容网络(8)组成，被测电流I

【技术特征摘要】
1.一种两线制霍尔式有效值电流变送器，其特征在于：该变送器主要由C形磁环(1)、霍尔传感器(2)、差动放大电路(3)、有效值检波电路(4)、V/I转换电路(5)、两线制输出回路(6)、偏置电压产生电路(7)、共模阻容网络(8)组成，被测电流Im穿过C形磁环(1)，霍尔传感器(2)安装于C形磁环(1)的气隙中，霍尔传感器(2)的电压输出端接至差动放大电路(3)的输入端，差动放大电路(3)的输出端接至有效值检波电路(4)的输入端，有效值检波电路(4)的输出端接至V/I转换电路(5)的输入端，偏置电压产生电路(7)的输出端接至差动放大电路(3)及有效值检波电路(4)的偏置电压输入端，V/I转换电路(5)的输出端接至两线制输出回路(6)，并且V/I转换电路(5)的恒流源输出端接至霍尔传感器(2)的激励电流输入端，V/I转换电路(5)的恒压源输出端接至差动放大电路(3)、有效值检波电路(4)及偏置电压产生电路(7)的电源端，共模阻容网络(8)接在霍尔传感器(2)的激励电流返回端与V/I转换电路(5)的恒压源及恒流源返回的参考地端之间。


2.根据权利要求1所述的一种两线制霍尔式有效值电流变送器，其特征在于：测量过程中，穿过C形磁环(1)的被测电流Im在磁环中产生与被测电流Im大小成正比的环形磁场，该磁场垂直穿过霍尔传感器(2)，且霍尔传感器(2)通入由V/I转换电路(5)提供的激励电流，故霍尔传感器(2)的电压输出端输出与被测电流Im的瞬时值成正比的微弱电压信号，该电压信号经过差动放大电路(3)放大后输入至有效值检波电路(4)，有效值检波电路(4)将输入的交流信号转换为与被测电流Im的有效值成正比的直流电压信号，并输入至V/I转换电路(5)，V/I转换电路(5)将输入的电压信号转换为4～20mA电流信号，并由两线制输出回路(6)进行信号传输，且偏置电压产生电路(7)输出的电压信号输入至差动放大电路(3)及有效值检波电路(4)的偏置电压输入端，为有效值检波过程提供适当的共模偏置电压，并且V/I转换电路(5)输出恒流源为霍尔传感器(2)提供激励电流信号，该恒流源从霍尔传感器(2)的激励电流返回端流出后再流经共模阻容网络(8)而产生的压降为差动放大电路(3)提供适当的共模输入电压，V/I转换电路(5)输出恒压源为差动放大电路(3)、有效值检波电路(4)及偏置电压产生电路(7)提供工作电源。


3.根据权利要求1所述的一种两线制霍尔式有效值电流变送器，其特征在于：所述差动放大电路(3)主要由高精度、微功耗仪表放大器AD627组成，所述有效值检波电路(4)主要由精密微功耗有效值检波器LTC1966组成，霍尔传感器(2)输出的差动电压信号接至AD627的差分输入端，并且AD627的输出偏置端接入由偏置电压产生电路(7)产生的偏置电压，AD627的1号和8号脚之间接入增益调整电位器，该电位器可用于变送器测量量程...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，罗琴，黄乐，熊智新，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32