非接触式直流电流检测装置设计

非接触式直流电流检测装置设计

摘要

随着我国特高压直流输电网络的发展，电力行业面临着各种以计算机为核心的新技术应用的挑战，使得传统的直流电流互感器难以满足电力系统进一步发展的要求，因此迫切需要智能化、数字化、小型化的电流互感器面世。在比较各种直流测量原理的基础上，本文提出了基于霍尔效应检测直流电流的方法。霍尔效应传感器检测出待测电路电流引起的磁场的大小，将磁感应强度的大小转化成相应的电压值,然后电压信号再经过信号放大器，A/D转换送到单片机AT89C51中进行数据处理，最后经过LCD显示出被测电流。

关键词：直流检测；霍尔效应；互感器；AT89C51

The Design of Non-contact DC current sensing device

LiYachao

Abstract

With the development of UHV DC transmission network, the power industry is facing the challenge of the computer as the core application of new technologies, traditional DC current transformer is difficult to meet the requirements of the further development of power system, an urgent need for intelligentdigitization, miniaturization of current transformers available. On the basis of a variety of DC measuring principle, this paper presents a method based on Hall effect to detect DC current. Hall-effect sensors to detect the size of the test circuit current caused by magnetic field, the size of the magnetic induction is converted into the corresponding voltage value, then the voltage signal through the signal amplifier, the A / D converter sent to the AT89C51 microcontroller for data processing, and finally the measured current through the LCD display..

Key Words:DC detection; Hall effect; Transformer; AT89C51

目录

1．1本文研究意义 (5)

1．2国内外研究现状 (5)

1.2.1 分流器 (6)

1.2.2 电流互感器 (6)

1.2.3 直流电流互感器 (6)

1.2.4 空芯线圈 (7)

1.2.5 磁通门电流传感器 (7)

1.2.6 霍尔电流传感器 (7)

1．3本文主要任务 (8)

2.1 分流器原理 (8)

2.2 传统铁芯式直流互感器原理 (9)

2.3 空芯线圈传感原理 (11)

2.4 霍尔电流传感器 (14)

2.5 磁通门电流传感器原理 (15)

2.6 光学电流传感器原理 (17)

2.7 其他电流传感器原理 (18)

3.1 总体方案 (20)

3.2 硬件选择 (21)

3.2.1 电流检测模块 (21)

3.2.2 电压放大模块 (23)

3.2.3 数据采集模块 (24)

3.2.4 单片机模块 (24)

3.3 硬件电路设计 (24)

3.3.1 电流检测与电压放大模块 (24)

3.3.2 数据采集模块电路 (25)

3.3.2 显示模块LCD1602 (26)

4.1软件设计 (28)

4.2抗干扰措施 (28)

4.2.1 屏蔽 (29)

4.2.2 接地 (30)

4.2.2 瞬态抑制 (30)

1 引言

1．1本文研究意义

在用计算机对大功率稳流稳压直流开关电源的电流进行遥调、遥测监控时，往往因为计算机与开关电源不能共地和开关电源的噪声干扰，必须在计算机与开关电源之间进行静电(直流)隔离。在隔离中，直流电流隔离检测的精度将直接影响到监控的质量，甚至涉及到电源及用电设备的安全。由此可见，在朋计算机对开关电源的直流电流进行监控时，直流电流隔离检测的精度非常重要，必须是高精度的，否则将无法达到监控的目的。进行静电隔离，传统方法是应用光电式传感器(如光敏二极管、光敏三根管)实现的。但若环境温度发生变化，光敏管的暗电流和光电流将随温度的变化而变化，因此只能实现直流隔离，而无法达到直流电流高精度的隔离检测的目的。在上述监控系统中，由于存在着大功率开关电源，开关电源释放的人量热鼙将使环境温度发生变化，因此在这样的环境中，采用光电式传感器只能实现静电隔离，而无法达剑直流电流高精度的隔隔离检测的目的。

在电气设备检修和自动化领域，对直流电机的电刷是否位于几何中心线、电枢绕组的短路情况等的检查都要用到直流检测技术。在自动控制系统中，直流测速发电机的输出直流电压与转速成线性关系，因此检测它的输出电压就能间接地检测电机的转速；在许多自动控制系统中，一些控制信号也是直流信号，需要检测，但直流检测往往存在二个最明显的困难：一是直流测量仪表不便串入电路中；二是直流检测电路与被测电路不能直接耦合，否则就会影响被测电路的直流工作点，即直流检测的隔离成为问题。

而用霍尔传感器检测直流信号可以较好地解决上述困难。该传感器由于磁平衡原理自身特性所具有的优越性和霍尔元件良好的温度特性，因此传感精度高、线性度好、温度漂移小，在温度变化的环境中，隔离检测直流电流的精度优于光耦16倍。

1．2国内外研究现状

常用的电流检测方法有：分流器、铁芯交流电流互感器、铁芯直流电流互感器、空芯线圈、霍尔电流传感器、磁通门电流传感器等方法，下面具体介绍这几种方法。