专利名称：一种机车车辆用电压传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于传感器技术领域，涉及一种机车车辆用电压传感器。 技术背景目前电压传感器采用的技术大致可分为四类霍尔式、隔离放大器式、高阻隔离 式、磁调制式，而霍尔式又可分为直接测量和磁平衡测量。霍尔直测式结构简单但温漂大， 精度低，多用 于精度要求不高的场合。霍尔磁平衡式原边电压Vs通过原边电阻转换为原 边电流Is，Is产生的磁通量与霍尔电压经过放大产生的副边电流Io通过副边线圈产生的 磁通量相平衡，副边电流Io精确地反映原边电压。但其存在输出响应时间长，零点参数不 理想的技术问题。隔离放大器式原边电压经高阻值电阻分压，其产生的低压信号采用高精 度的光电隔离元件传送到副边放大电路后输出测量电压信号，亦可经电压/电流转换电路 输出测量电流信号Io，此种传感器带负载能力差，且不能很好的测量交流电压。高阻隔离 式原边电压经原边电阻值电阻分压，其产生的低压信号到副边放大电路后输出测量电压 信号Vo，由此测取被测电压，此种传感器受温度、振动影响大，一次电路与二次电路电气未 能隔离，抗干扰能力差。磁调制式未使用霍尔元件，它采用两组相同的磁路和副边线圈，其 工作原理为由内部方波振荡电路产生的补偿电流对安匝数补偿，以达到磁场平衡。此种传 感器生产工艺复杂，成本高，调试、维护困难。

实用新型内容本实用新型的目的是提出一种机车车辆用电压传感器，该机车车辆用电压传感器 具有良好的零点参数和较短的响应时间，可以在恶劣的环境下工作，能精确、可靠地测量机 车电机电压。本实用新型的技术解决方案如下一种机车车辆用电压传感器，其特征在于，原边线圈与次边线圈分别绕制在C型 磁芯的两端，霍尔元件放置着C型磁芯两端部之间；原边线圈与限流电阻串接后与被测电压的两端相接；第一功率管为PNP管，第二功率管为NPN管，第一功率管的c极接直流电源正极， 第一功率管的e极接第二功率管的e极，第二功率管的c极接直流电源负极，第一功率管的 b极与第二功率管的b极相接；霍尔元件的输出端与运算放大器的输入端相接，运算放大器的输出端接第一功率 管的b极；次边线圈的一端经负载电阻接地，另一端接第二功率管的e极。所述的运算放大器采用LM201型运算放大器。有益效果本实用新型具有以下优点1、通过原副边磁场交链实现了原次边电气隔离，因此抗干扰能力强。2、由于响应时间极快，能对直流，交流、脉动等电压进行隔离测量。[0014]3、该传感器的霍尔元件工作在接近与零磁通的状态下，具有良好的零点参数和较 短的响应时间，因此，测量精度高，线性好。4、次边线圈上设有屏蔽层，双电路并联信号处理，故抗干扰能力强。5、对传感器采用硅橡胶密封，具有很高的电隔离性能和防震动冲击能力

图1为实施例1的电路原理图。
具体实施方式
以下将结合图和具体实施过程对本实用新型做进一步详细说明。实施例1 如图1，一种机车车辆用电压传感器，原边线圈与次边线圈分别绕制在C型磁芯的 两端，霍尔元件H放置着C型磁芯两端部之间；原边线圈与限流电阻Rs串接后与被测电压Vs的两端相接；第一功率管Ql为PNP管，第二功率管Q2为NPN管，第一功率管Ql的c极接直流 电源正极V+，第一功率管Ql的e极接第二功率管Q2的e极，第二功率管Q2的c极接直流 电源负极V-，第一功率管Ql的b极与第二功率管Q2的b极相接；霍尔元件H的输出端与运算放大器A的输入端相接，运算放大器A的输出端接第 一功率管Ql的b极；次边线圈的一端经负载电阻Rm接地，另一端接第二功率管Q2的e极。Ql、Q2 的型号为:Q1 :BD243C ；Q2 :BD244C。运放输入端电阻上(同相端)1.2kQ，下(反相端)220 Ω ；Rm = 31. 5 Ω ；Rs = 500k Ω 士5k Ω ；霍尔元件的型号为冊-ΙΟΙΑ。电压Vs的范围是_2000V彡Vs彡2000V。工作原理说明将霍尔元件的输出电压进行放大，再经电流放大后，让这个电流通 过补偿线圈，并令补偿经圈产生的磁场和被测电流产生的磁场方向相反，若满足条件Is^N1 =Io*N2，则磁芯中的磁通为0，这时下式成立Is = (N2ZN1)^Io式中，Is为被测电流，即称磁芯中原边绕组中的电流，N1为原边绕组的匝数。Io为 副边绕组中的电流，N2为副边绕组的匝数。由上式可知，达到磁平衡时，即可由Is及匝数比
N2ZiN1 得到 Ιο。这个平衡过程是自动建立的，是一个动态平衡。建立平衡所需的时间极短。平衡 时，霍尔元件处于零磁通状态。磁芯中的磁感应强度极低(理想状态为0)，不会使磁芯饱 和，也不会产生大的磁滞损耗和涡流损耗。瞬态工作过程分析当Is刚通过磁环，Io尚未形成时，霍尔元件检测出N1Is所产 生的磁场信号，经放大级放大，推动驱动级(即功率管)，由于N2为补偿线圈，通过线圈的电 流不会突变，因此Io逐渐上升，N2Io所产生的磁场补偿了 N1Is所产生的磁场，因此霍尔元 件输出降低，Io上升减慢。当N1Ws = N2^Io时，磁场为零，霍尔元件输出为零。但由于线 圈的缘故，Io还会再上升，这样N2*Io > N1^Is,磁场补偿过冲，霍尔元件输出变号，产生反向 电流，驱动输出级Io减少。如此反复在平衡点附近振荡。因此这样的平衡为动态平衡建立 时间往往很短，整个测量回路形成闭环系统。[0031]被测电压Vs通过输入电阻Rs限流后(Is)流过被嵌在铁芯上的原边线圈m产生 磁场Bi，此磁场通过霍尔元件产生霍尔电压，霍尔电流Ih在磁场Bl中的霍尔电压为Vh Vh = Kh*Ih*Bl，其中Kh为霍尔元件灵敏系数，与其本身特性及磁路有关。霍尔电压经过有内外两个负反馈环节的运放放大后推挽输出副边电流(I山副边 电流流过负载，在负载电阻Rm两端获取测量输出电压Uo0副边电流Io流过副边线圈N2，与铁芯交链后经过电磁转换后产生磁场B2在稳定 的输入电压激励下通过电-磁-电-磁的转换达到新的磁平衡。设原、副边匝数分别为m、 N2，满足如下方程式(Nl*Vs)/Rs = N2*Io，即有:Vs = N2*Io*Rs/m，其中，Vs 为被测电压，Io 为传感 器测量输出。这样，在负载电阻Rm两端获取测量输出电压Uo，就可以求出Io，进而计算得 到被测电压Vs。
权利要求一种机车车辆用电压传感器，其特征在于，原边线圈与次边线圈分别绕制在C型磁芯的两端，霍尔元件放置着C型磁芯两端部之间；原边线圈与限流电阻串接后与被测电压的两端相接；第一功率管为PNP管，第二功率管为NPN管，第一功率管的c极接直流电源正极，第一功率管的e极接第二功率管的e极，第二功率管的c极接直流电源负极，第一功率管的b极与第二功率管的b极相接；霍尔元件的输出端与运算放大器的输入端相接，运算放大器的输出端接第一功率管的b极；次边线圈的一端经负载电阻接地，另一端接第二功率管的e极。
2.根据权利要求1所述的机车车辆用电压传感器，其特征在于，所述的运算放大器采 用LM201型运算放大器。
专利摘要本实用新型提供了一种机车车辆用电压传感器，原边线圈与次边线圈分别绕制在C型磁芯的两端，霍尔元件放置着C型磁芯两端部之间；原边线圈与限流电阻串接后与被测电压的两端相接；第一功率管为PNP管，第二功率管为NPN管，第一功率管的c极接直流电源正极，第一功率管的e极接第二功率管的e极，第二功率管的c极接直流电源负极，第一功率管的b极与第二功率管的b极相接；霍尔元件的输出端与运算放大器的输入端相接，运算放大器的输出端接第一功率管的b极；次边线圈的一端经负载电阻接地，另一端接第二功率管的e极。该机车车辆用电压传感器可以在恶劣的环境下工作，能精确、可靠地测量机车电机电压。
文档编号G01R19/00GK201732112SQ20102023431
公开日2011年2月2日 申请日期2010年6月23日 优先权日2010年6月23日
发明者刘石勇, 龙文武 申请人:长沙南车电气设备有限公司