一种智能型磁电式广角度机车电流表的制作方法

1.本实用新型涉及磁电式广角度领域，特别涉及一种智能型磁电式广角度机车电流表。


背景技术：

2.磁电式广角度机车电流表属于磁电式仪表的一种，磁电式仪表在工业电测领域有着及其广泛的应用，磁电式仪表机芯可以通过分压器或分流器扩大其量程，实现各种量程的电压表和电流表。如现有技术方案的磁电式广角度机车电流表大都采用分流器方案，如图5所示的传统磁电式电流表原理，电流表满量程电流i1，磁电式仪表满量程电流i2，使用精密低阻值分流电阻rp，流经分流电阻rp目标电流为i1-i2，则电流表输入两端压降为(i1-i2)
×
rp，一般在磁电式仪表x1回路中串联电位器vr，使两者串联总压降满足(i1-i2)
×
rp，这里电位器vr，用于满量程调节，作用及其重要，一般使用多圈式精密可调电位器，便于测量机构满量程精细调节，也有采用将电位器vr与分流电阻rp并联方式，但一般电位器vr阻值相比分流电阻rp要大的多，调节电位器vr 时，测量机构的指示值是非线性变化的，不利于磁电式电流表的满量程精细调节，精准调试困难，需要人工缓慢调整多圈电位器来达到调试目的，调试过程复杂，在电路与磁电式仪表机芯配合不好时，经常需要更换电阻或电位器，且市场上多圈电位器质量参差不齐，且电位器阻值会随着时间温度等因素逐渐漂移，经常需要二次调校，另外磁电式广角度机车电流表出厂调试校准及二次校准工艺过程复杂，有时为了兼顾满量程及每个中间校准点的线性度调整，需要频繁地逐点测试及调校，个别甚至需要反复多次拆卸安装仪表外壳来进行调试，最终满足仪表高准确度要求，最终造成生产效率较低而生产调试效果又不是很理想，并且还存在先天温漂误差大技术缺陷，由于磁电式仪表机芯可动线圈部分采用漆包线多匝绕制，漆包线线径较细、匝数又较多，线圈内阻较大，受温度、振动等环境影响，其内阻变化不可避免，根据图2所示的传统磁电式电流表原理可知，电流表本身内阻就很小，磁电式仪表机芯内阻的变化带来的直接后果就是很明显地改变满量程激励时流过磁电式仪表机芯的电流，继而波及电流表的准确度等级，在对电流表温漂系数有严格要求时，需要添加ntc 热敏电阻等进行温度补偿，但温度补偿精密匹配极其困难，需通过高低温试验反复测试验证，生产难度提高的问题。
3.因此需要设计一种使磁电式广角度机车电流表指示值从零至满量程可以平滑过渡，大大方便人工操作，有效提高生产效率，通过硬件与控制mcu灵活的软件滤波算法配合使用，使磁电式广角度机车电流表的响应时间灵敏度可控，可有效过滤测量输入激励信号的异常抖动，提升整体电流表的电磁兼容能力，同磁电式仪表机芯使用闭环电流源来驱动，相比传统的电阻电位器简易分流器方案，有效抵御环境温漂影响，温度补偿高效精准的智能型磁电式广角度机车电流表十分必要。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种智能型磁电式广角度机车电流表，可以解决背景技术中所提
到的问题。
5.本实用新型提供了一种智能型磁电式广角度机车电流表，包括控制单元、精密电流取样电阻、并联型电压基准源、mcu芯片、滤波器、差分放大电路、电流源发生器、磁电式仪表机芯、调试接口和嵌入式控制模块，所述控制单元与精密电流取样电阻电性连接；所述精密电流取样电阻与并联型电压基准源电性连接；所述精密电流取样电阻与滤波器电性连接；所述滤波器与差分放大电路电性连接；所述差分放大电路与mcu芯片电性连接；所述mcu芯片与电流源发生器电性连接；所述电流源发生器与磁电式仪表机芯电性连接；所述 mcu芯片与调试接口电性连接；所述mcu芯片与嵌入式控制模块电性连接。
6.较佳地，所述磁电式仪表机芯包括永久磁铁、极掌、半轴、可动线圈、圆柱形铁芯、平衡锤和游丝，所述半轴上设置有圆柱形铁芯、平衡锤和游丝；所述圆柱形铁芯上设置有可动线圈；所述平衡锤上连接有测量机构；所述圆柱形铁芯上连接有永久磁铁；所述永久磁铁上设置有极掌；可动线圈通电后，由于可动线圈在辐向均匀分布的磁场中受到电磁力矩的作用使测量机构发生偏转，随着偏转角度的增大，游丝产生的反作用力矩逐渐增加，当电磁力矩与游丝反作用力矩等同时，测量机构转动停止，由于其电磁力矩的大小仅与可动线圈尺寸、绕线匝数、磁场强度、线圈电流相关，游丝反作用力矩仅与其劲度系数和旋转角度相关，故磁电式仪表机芯测量机构的偏转角度与可动线圈的电流大小成线性正比，测量标尺的刻度均匀等分。同时由于永久磁铁与圆柱形铁芯间的气隙小，气隙间的磁感应强度比较强，所以磁电式仪表也有比较高的灵敏度，且表耗功率低，对被测电路的影响小。
7.较佳地，所述精密电流取样电阻为精密低温漂低阻值电阻；将电流表输入的激励电流i转换成差分电压，传递给核心电路控制单元进行实时差分电压放大并采集。
8.较佳地，所述mcu芯片为低功耗处理器。
9.较佳地，所述滤波器以rc为主；用于过滤电流表输入激励电流i环路中的高频纹波，保证后级数字采集稳定，但滤波器时间响应设置要合理，否则会削弱成品电流表的响应时间灵敏度。
10.本实用新型提供的有益效果：
11.1、该智能型磁电式广角度机车电流表，mcu芯片与电流源发生器电性连接；电流源发生器与磁电式仪表机芯电性连接；mcu芯片与调试接口电性连接；mcu芯片与嵌入式控制模块电性连接，调试接口属于控制mcu单元的一部分，其通过串行总线接口与pc计算机进行通信，用于人机交互读写配置各项软件设置参数和补偿参数，实现对磁电式广角度机车电流表的调试目的，调试接口设置于电流表背部的专用调试插孔内，电流表出厂调试及二次修改调试不需要拆解外壳，大大方便人工操作，有效提高生产效率，通过硬件与控制 mcu灵活的软件滤波算法配合使用，使磁电式广角度机车电流表的响应时间灵敏度可控，可有效过滤测量输入激励信号的异常抖动，提升整体电流表的电磁兼容能力，同磁电式仪表机芯使用闭环电流源来驱动，相比传统的电阻电位器简易分流器方案。
12.2、该智能型磁电式广角度机车电流表，mcu芯片上电运行后，其分别对输入采集的激励电流值i、磁电式仪表机芯灵敏度设置参数、磁电式仪表机芯线性度补偿参数、磁电式仪表机芯温度补偿参数等分别实时计算，通过数学运算得出目标直流恒流源i来驱动磁电式仪表机芯，使测量机构获得较为理想的线性示值，该技术的使用可以使磁电式仪表机芯有效抵御环境温漂影响，使磁电式仪表机芯可动线圈内阻的变量对整体电流表精度的影响
完全可以忽略不计，同时为了抵御磁电式仪表机芯磁场温漂，通过嵌入式控制软件的温度补偿算法，温度补偿高效精准，相比传统模拟方案的ntc热敏电阻温度补偿，有质的飞跃提高。
附图说明
13.图1为本实用新型提供的一种智能型磁电式广角度机车电流表的内部原理框图；
14.图2为本实用新型提供的一种智能型磁电式广角度机车电流表的电路控制原理框图；
15.图3为本实用新型提供的一种智能型磁电式广角度机车电流表的磁电式仪表机芯结构示意图；
16.图4为本实用新型提供的一种智能型磁电式广角度机车电流表的嵌入式控制模块算法流程图；
17.图5为本实用新型提供的一种智能型磁电式广角度机车电流表的传统磁电式电流表原理图。
18.附图标记说明：1-控制单元；2-精密电流取样电阻；3-并联型电压基准源；4-mcu芯片；5-滤波器；6-差分放大电路；7-电流源发生器；8-磁电式仪表机芯；9-调试接口；81-永久磁铁；82-极掌；83-半轴；84-可动线圈；85-圆柱形铁芯；86-平衡锤；87-游丝。
具体实施方式
19.下面结合附图，对本实用新型的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
20.如图1至图5所示，本实用新型实施例提供的一种智能型磁电式广角度机车电流表，包括控制单元1、精密电流取样电阻2、并联型电压基准源3、mcu 芯片4、滤波器5、差分放大电路6、电流源发生器7、磁电式仪表机芯8、调试接口9和嵌入式控制模块，所述控制单元1与精密电流取样电阻2电性连接；所述精密电流取样电阻2与并联型电压基准源3电性连接；所述精密电流取样电阻2与滤波器5电性连接；所述滤波器5与差分放大电路6电性连接；所述差分放大电路6与mcu芯片4电性连接；所述mcu芯片4与电流源发生器7 电性连接；所述电流源发生器7与磁电式仪表机芯8电性连接；所述mcu芯片4与调试接口9电性连接；所述mcu芯片4与嵌入式控制模块电性连接。
21.较佳地，所述磁电式仪表机芯8包括永久磁铁81、极掌82、半轴83、可动线圈84、圆柱形铁芯85、平衡锤86和游丝87，所述半轴83上设置有圆柱形铁芯85、平衡锤86和游丝87；所述圆柱形铁芯85上设置有可动线圈84；所述平衡锤86上连接有测量机构；所述圆柱形铁芯85上连接有永久磁铁81；所述永久磁铁81上设置有极掌82；可动线圈84通电后，由于可动线圈84在辐向均匀分布的磁场中受到电磁力矩的作用使测量机构发生偏转，随着偏转角度的增大，游丝87产生的反作用力矩逐渐增加，当电磁力矩与游丝87反作用力矩等同时，测量机构转动停止，由于其电磁力矩的大小仅与可动线圈84尺寸、绕线匝数、磁场强度、线圈电流相关，游丝87反作用力矩仅与其劲度系数和旋转角度相关，故磁电式仪表机芯测量机构的偏转角度与可动线圈84的电流大小成线性正比，测量标尺的刻度均匀等分。同时由于永久磁铁81与圆柱形铁芯85间的气隙小，气隙间的磁感应强度比较强，所以磁电式仪表也有
比较高的灵敏度，且表耗功率低，对被测电路的影响小。
22.较佳地，所述精密电流取样电阻2为精密低温漂低阻值电阻；将电流表输入的激励电流i1转换成差分电压，传递给核心电路控制单元进行实时差分电压放大并采集。
23.较佳地，所述mcu芯片4为低功耗处理器。
24.较佳地，所述滤波器5以rc为主；用于过滤电流表输入激励电流i1环路中的高频纹波，保证后级数字采集稳定，但滤波器时间响应设置要合理，否则会削弱成品电流表的响应时间灵敏度。
25.工作原理：精密电流取样电阻2使用精密低温漂低阻值电阻，将电流表输入的激励电流i1转换成差分电压，传递给控制单元1进行实时差分电压放大并采集，并联型电压基准源3使用成品芯片，将电流表输入的激励电流i1转换成基准电压用于控制单元1供电，控制单元1根据对输入采集的激励电流值 i1、磁电式仪表机芯8灵敏度参数、线性度参数等实时计算分析，最终输出直流恒流源i2来驱动磁电式仪表机芯8，最终达到电流表输入激励电流i1与磁电式仪表机芯8测量机构示值成严格的比例关系，达到磁电式广角度机车电流表高准确度的目的，在具体电路控制核心原理上，如图2所示，精密电流取样电阻2两端的微差分电压先传递给滤波器5，滤波器5以使用rc为主，用于过滤电流表输入激励电流i1环路中的高频纹波，保证后级数字采集稳定，但滤波器5时间响应设置要合理，否则会削弱成品电流表的响应时间灵敏度，滤波后的微差分电压传递给差分放大电路6，差分放大电路6使用成品低功耗精密运放，将微差分电压放大并转换成单端电压供后级a/d采集，mcu芯片4 使用低功耗处理器，集成高精度a/d和d/a，对前级输入的单端电压进行a/d 采集，经嵌入式控制模块运算后，驱动d/a输出经电流源发生器7转换成恒流源i2来驱动磁电式仪表机芯8，电流源发生器7使用成品低功耗精密运放实现，同时电流源发生器7集成简易临界激励电路，便于电流表输入激励电流i1较低控制mcu尚未有效工作时，仍能输出近似线性电流值来驱动磁电式仪表机芯8，使磁电式广角度机车电流表指示值从零至满量程可以平滑过渡，mcu芯片4及嵌入式控制模块构成了整个电路控制单元的核心，其嵌入式控制软件算法流程如图5所示。
26.技术效果：该智能型磁电式广角度机车电流表，mcu芯片4与电流源发生器7电性连接；电流源发生器7与磁电式仪表机芯8电性连接；mcu芯片4 与调试接口9电性连接；mcu芯片4与嵌入式控制模块电性连接，调试接口9 属于控制mcu单元的一部分，其通过串行总线接口与pc计算机进行通信，用于人机交互读写配置各项软件设置参数和补偿参数，实现对磁电式广角度机车电流表的调试目的，调试接口9设置于电流表背部的专用调试插孔内，电流表出厂调试及二次修改调试不需要拆解外壳，大大方便人工操作，有效提高生产效率，通过硬件与控制mcu灵活的软件滤波算法配合使用，使磁电式广角度机车电流表的响应时间灵敏度可控，可有效过滤测量输入激励信号的异常抖动，提升整体电流表的电磁兼容能力，同磁电式仪表机芯8使用闭环电流源来驱动，相比传统的电阻电位器简易分流器方案。该智能型磁电式广角度机车电流表，mcu芯片上电运行后，其分别对输入采集的激励电流值i1、磁电式仪表机芯灵敏度设置参数、磁电式仪表机芯线性度补偿参数、磁电式仪表机芯温度补偿参数等分别实时计算，通过数学运算得出目标直流恒流源i2来驱动磁电式仪表机芯8，使测量机构获得较为理想的线性示值，该技术的使用可以使磁电式仪表机芯有效抵御环境温漂影响，使磁电式仪表机芯可动线圈内阻的变量对整体电流表精度的影响完全可以忽略
不计，同时为了抵御磁电式仪表机芯磁场温漂，通过嵌入式控制软件的温度补偿算法，温度补偿高效精准，相比传统模拟方案的ntc热敏电阻温度补偿，有质的飞跃提高。
27.以上公开的仅为本实用新型的具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。