非接触式直流电流检测装置设计论文.doc

非接触式直流电流检测装置设计毕业论文 目录 1．1 本文研究意义 3 1．2 国内外研究现状 4 1.2.1 分流器 4 1.2.2 电流互感器 4 1.2.3 直流电流互感器 4 1.2.4 空芯线圈 5 1.2.5 磁通门电流传感器 5 1.2.6 霍尔电流传感器 5 1．3 本文主要任务 6 2.1 分流器原理 7 2.2 传统铁芯式直流互感器原理 7 2.3 空芯线圈传感原理 9 2.4 霍尔电流传感器 12 2.5 磁通门电流传感器原理 13 2.6 光学电流传感器原理 15 2.7 其他电流传感器原理 16 3.1 总体方案 18 3.2 硬件选择 19 3.2.1 电流检测模块 19 3.2.2 电压放大模块 21 3.2.3 数据采集模块 22 3.2.4 单片机模块 22 3.3 硬件电路设计 22 3.3.1 电流检测与电压放大模块 22 3.3.2 数据采集模块电路 23 3.3.2 显示模块LCD1602 24 4.1软件设计 25 4.2抗干扰措施 25 4.2.1 屏蔽 26 4.2.2 接地 27 4.2.2 瞬态抑制 27 1 引言 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。 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。 1.2.1 分流器 分流器是根据电流通过电阻时在电阻两端产生电压进行电流测量。利用分流器测量电流时，是将电阻数值已知的分流器串联在被测电路里，通过测量或者观测分流器两端的引出电压，即可获得被测电流的大小或波形。理想的制造分流器的材料必须拥有较好的散热性能，材料的电阻率必须拥有极高的长期稳定性和可靠的温度稳定性，制造分流器的材料有多种，比较常用的有康铜和锰铜等合金金属。 分流器的原理简单，在低频率小幅值电流测量中，表现出极高的精度和较快的响应速度。工业领域中，在不涉及到测量回路与被测电流之间电隔离的场合，分流器是将电流信号转变为电压信号的首选方案。 1.2.2 电流互感器 交流电流互感器的典型结构与普通变压器极其相似，它包括一个闭合铁芯和两个绕组，在理想的情况下，如果忽略激磁电流，则原副边绕组的磁通势是相互平衡的。 交流电流互感器的传感原理简单，精度较高，其变比仅仅与原副边绕线的匝数有关，长期稳定性和温度稳定性有保障，因此，交流电流互感器在电力系统中得到了极广的运用。近些年来，软磁材料的发展日新月异，性能优越的坡莫合金、纳米合金以及非晶合金等新型铁磁材料不断涌现，使得互感器的性能得到极大改善，精度不断提高（可高达 10-4级），体积、重量和价格有所优化，与此同时，人们在传统电流互感器的基础之上，采取了许多改进措施以进一步提高电流互感器的精度。[1]~[4] 1.2.3 直流电流互感器 直流电流互感器利用被测直流改变带有铁芯扼制线圈的感抗，间接的改变辅助交流电路的电流，从而来反映被测电流的大小。直流电流互感器是德