專利名稱：一種機車車輛用電壓傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種機車車輛用電壓傳感器。 技術(shù)背景目前電壓傳感器采用的技術(shù)大致可分為四類霍爾式、隔離放大器式、高阻隔離 式、磁調(diào)制式，而霍爾式又可分為直接測量和磁平衡測量。霍爾直測式結(jié)構(gòu)簡單但溫漂大， 精度低，多用 于精度要求不高的場合?；魻柎牌胶馐皆呺妷篤s通過原邊電阻轉(zhuǎn)換為原 邊電流Is，Is產(chǎn)生的磁通量與霍爾電壓經(jīng)過放大產(chǎn)生的副邊電流Io通過副邊線圈產(chǎn)生的 磁通量相平衡，副邊電流Io精確地反映原邊電壓。但其存在輸出響應(yīng)時間長，零點參數(shù)不 理想的技術(shù)問題。隔離放大器式原邊電壓經(jīng)高阻值電阻分壓，其產(chǎn)生的低壓信號采用高精 度的光電隔離元件傳送到副邊放大電路后輸出測量電壓信號，亦可經(jīng)電壓/電流轉(zhuǎn)換電路 輸出測量電流信號Io，此種傳感器帶負載能力差，且不能很好的測量交流電壓。高阻隔離 式原邊電壓經(jīng)原邊電阻值電阻分壓，其產(chǎn)生的低壓信號到副邊放大電路后輸出測量電壓 信號Vo，由此測取被測電壓，此種傳感器受溫度、振動影響大，一次電路與二次電路電氣未 能隔離，抗干擾能力差。磁調(diào)制式未使用霍爾元件，它采用兩組相同的磁路和副邊線圈，其 工作原理為由內(nèi)部方波振蕩電路產(chǎn)生的補償電流對安匝數(shù)補償，以達到磁場平衡。此種傳 感器生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高，調(diào)試、維護困難。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提出一種機車車輛用電壓傳感器，該機車車輛用電壓傳感器 具有良好的零點參數(shù)和較短的響應(yīng)時間，可以在惡劣的環(huán)境下工作，能精確、可靠地測量機 車電機電壓。本實用新型的技術(shù)解決方案如下一種機車車輛用電壓傳感器，其特征在于，原邊線圈與次邊線圈分別繞制在C型 磁芯的兩端，霍爾元件放置著C型磁芯兩端部之間；原邊線圈與限流電阻串接后與被測電壓的兩端相接；第一功率管為PNP管，第二功率管為NPN管，第一功率管的c極接直流電源正極， 第一功率管的e極接第二功率管的e極，第二功率管的c極接直流電源負極，第一功率管的 b極與第二功率管的b極相接；霍爾元件的輸出端與運算放大器的輸入端相接，運算放大器的輸出端接第一功率 管的b極；次邊線圈的一端經(jīng)負載電阻接地，另一端接第二功率管的e極。所述的運算放大器采用LM201型運算放大器。有益效果本實用新型具有以下優(yōu)點1、通過原副邊磁場交鏈實現(xiàn)了原次邊電氣隔離，因此抗干擾能力強。2、由于響應(yīng)時間極快，能對直流，交流、脈動等電壓進行隔離測量。[0014]3、該傳感器的霍爾元件工作在接近與零磁通的狀態(tài)下，具有良好的零點參數(shù)和較 短的響應(yīng)時間，因此，測量精度高，線性好。4、次邊線圈上設(shè)有屏蔽層，雙電路并聯(lián)信號處理，故抗干擾能力強。5、對傳感器采用硅橡膠密封，具有很高的電隔離性能和防震動沖擊能力

圖1為實施例1的電路原理圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合圖和具體實施過程對本實用新型做進一步詳細說明。實施例1 如圖1，一種機車車輛用電壓傳感器，原邊線圈與次邊線圈分別繞制在C型磁芯的 兩端，霍爾元件H放置著C型磁芯兩端部之間；原邊線圈與限流電阻Rs串接后與被測電壓Vs的兩端相接；第一功率管Ql為PNP管，第二功率管Q2為NPN管，第一功率管Ql的c極接直流 電源正極V+，第一功率管Ql的e極接第二功率管Q2的e極，第二功率管Q2的c極接直流 電源負極V-，第一功率管Ql的b極與第二功率管Q2的b極相接；霍爾元件H的輸出端與運算放大器A的輸入端相接，運算放大器A的輸出端接第 一功率管Ql的b極；次邊線圈的一端經(jīng)負載電阻Rm接地，另一端接第二功率管Q2的e極。Ql、Q2 的型號為:Q1 :BD243C ；Q2 :BD244C。運放輸入端電阻上(同相端)1.2kQ，下(反相端)220 Ω ；Rm = 31. 5 Ω ；Rs = 500k Ω 士5k Ω ；霍爾元件的型號為冊-ΙΟΙΑ。電壓Vs的范圍是_2000V彡Vs彡2000V。工作原理說明將霍爾元件的輸出電壓進行放大，再經(jīng)電流放大后，讓這個電流通 過補償線圈，并令補償經(jīng)圈產(chǎn)生的磁場和被測電流產(chǎn)生的磁場方向相反，若滿足條件Is^N1 =Io*N2，則磁芯中的磁通為0，這時下式成立Is = (N2ZN1)^Io式中，Is為被測電流，即稱磁芯中原邊繞組中的電流，N1為原邊繞組的匝數(shù)。Io為 副邊繞組中的電流，N2為副邊繞組的匝數(shù)。由上式可知，達到磁平衡時，即可由Is及匝數(shù)比
N2ZiN1 得到 Ιο。這個平衡過程是自動建立的，是一個動態(tài)平衡。建立平衡所需的時間極短。平衡 時，霍爾元件處于零磁通狀態(tài)。磁芯中的磁感應(yīng)強度極低(理想狀態(tài)為0)，不會使磁芯飽 和，也不會產(chǎn)生大的磁滯損耗和渦流損耗。瞬態(tài)工作過程分析當(dāng)Is剛通過磁環(huán)，Io尚未形成時，霍爾元件檢測出N1Is所產(chǎn) 生的磁場信號，經(jīng)放大級放大，推動驅(qū)動級(即功率管)，由于N2為補償線圈，通過線圈的電 流不會突變，因此Io逐漸上升，N2Io所產(chǎn)生的磁場補償了 N1Is所產(chǎn)生的磁場，因此霍爾元 件輸出降低，Io上升減慢。當(dāng)N1Ws = N2^Io時，磁場為零，霍爾元件輸出為零。但由于線 圈的緣故，Io還會再上升，這樣N2*Io > N1^Is,磁場補償過沖，霍爾元件輸出變號，產(chǎn)生反向 電流，驅(qū)動輸出級Io減少。如此反復(fù)在平衡點附近振蕩。因此這樣的平衡為動態(tài)平衡建立 時間往往很短，整個測量回路形成閉環(huán)系統(tǒng)。[0031]被測電壓Vs通過輸入電阻Rs限流后(Is)流過被嵌在鐵芯上的原邊線圈m產(chǎn)生 磁場Bi，此磁場通過霍爾元件產(chǎn)生霍爾電壓，霍爾電流Ih在磁場Bl中的霍爾電壓為Vh Vh = Kh*Ih*Bl，其中Kh為霍爾元件靈敏系數(shù)，與其本身特性及磁路有關(guān)?；魻栯妷航?jīng)過有內(nèi)外兩個負反饋環(huán)節(jié)的運放放大后推挽輸出副邊電流(I山副邊 電流流過負載，在負載電阻Rm兩端獲取測量輸出電壓Uo0副邊電流Io流過副邊線圈N2，與鐵芯交鏈后經(jīng)過電磁轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生磁場B2在穩(wěn)定 的輸入電壓激勵下通過電-磁-電-磁的轉(zhuǎn)換達到新的磁平衡。設(shè)原、副邊匝數(shù)分別為m、 N2，滿足如下方程式(Nl*Vs)/Rs = N2*Io，即有:Vs = N2*Io*Rs/m，其中，Vs 為被測電壓，Io 為傳感 器測量輸出。這樣，在負載電阻Rm兩端獲取測量輸出電壓Uo，就可以求出Io，進而計算得 到被測電壓Vs。
權(quán)利要求一種機車車輛用電壓傳感器，其特征在于，原邊線圈與次邊線圈分別繞制在C型磁芯的兩端，霍爾元件放置著C型磁芯兩端部之間；原邊線圈與限流電阻串接后與被測電壓的兩端相接；第一功率管為PNP管，第二功率管為NPN管，第一功率管的c極接直流電源正極，第一功率管的e極接第二功率管的e極，第二功率管的c極接直流電源負極，第一功率管的b極與第二功率管的b極相接；霍爾元件的輸出端與運算放大器的輸入端相接，運算放大器的輸出端接第一功率管的b極；次邊線圈的一端經(jīng)負載電阻接地，另一端接第二功率管的e極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機車車輛用電壓傳感器，其特征在于，所述的運算放大器采 用LM201型運算放大器。
專利摘要本實用新型提供了一種機車車輛用電壓傳感器，原邊線圈與次邊線圈分別繞制在C型磁芯的兩端，霍爾元件放置著C型磁芯兩端部之間；原邊線圈與限流電阻串接后與被測電壓的兩端相接；第一功率管為PNP管，第二功率管為NPN管，第一功率管的c極接直流電源正極，第一功率管的e極接第二功率管的e極，第二功率管的c極接直流電源負極，第一功率管的b極與第二功率管的b極相接；霍爾元件的輸出端與運算放大器的輸入端相接，運算放大器的輸出端接第一功率管的b極；次邊線圈的一端經(jīng)負載電阻接地，另一端接第二功率管的e極。該機車車輛用電壓傳感器可以在惡劣的環(huán)境下工作，能精確、可靠地測量機車電機電壓。
文檔編號G01R19/00GK201732112SQ20102023431
公開日2011年2月2日 申請日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者劉石勇, 龍文武 申請人:長沙南車電氣設(shè)備有限公司