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基于磁平衡原理的车辆电流传感器的研究与设计

胡鑫  
【摘要】:目前国内火车车辆段所采用的电流传感器多是基于磁平衡原理的霍尔电流传感器,这种传感器虽然可以测量各种类型的电流信号,但是温度特性较差,易受环境温度影响,线性度低,无法准确可靠地完成电流测量任务。因此设计了一种温度特性较好的高性能霍尔电流传感器,由坡莫合金材料的圆环磁芯以及具有温度补偿功能的信号调理电路组成。 本文详细阐述了该霍尔电流传感器结构的原理和特性,建立了磁平衡式传感器的数学模型,并从负反馈系统的角度分析其性能以及存在的误差,为减小测量误差,提高测量精度提供了理论依据。介绍了磁芯材料所具有的一些基本特性、分类,同时完成了磁芯中气隙长度的计算,对不同的磁芯形状及材料所产生的磁感应强度进行仿真分析,确定了具体的磁芯设计。设计了温度补偿电路部分的电源、信号调理、功率放大等模块,完成了印刷电路板的设计与以及传感器样品的制作。 通过搭建实验平台对传感器样品的频带宽度、线性度及温度特性进行测试,实验测试表明,该电流传感器的总精度在0.8%之内,具有高达150kHz的频带宽度,不超过0.5mA的零点偏移电流以及不高于2.5%的输出电流温度特性等良好的性能,可有效适用于车辆电流测量领域。


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