阅读说明：本技术 一种电流传感器线性度测试系统及校准方法 (Current sensor linearity testing system and calibration method ) 是由 刘玉正 唐新颖 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：一种电流传感器线性度测试系统及校准方法,包括程控数字恒流源以及PC上位机,所述程控数字恒流源用于为待校准电流传感器提供恒流输出的基准参考电流Y_i,所述PC上位机与所述程控数字恒流源电连接,用于为其设置输出参数,所述PC上位机还与待校准电流传感器电连接,用于获取当前工作电流,并为其进行线性度校准。(The system comprises a program-controlled digital constant current source and a PC upper computer, wherein the program-controlled digital constant current source is used for providing a reference current Y output by constant current for a current sensor to be calibrated i The PC upper computer is electrically connected with the program-controlled digital constant current source and used for setting output parameters for the program-controlled digital constant current source, and is also electrically connected with the current sensor to be calibrated and used for acquiring the current working current and calibrating the linearity for the current working current.)

一种电流传感器线性度测试系统及校准方法

技术领域

本发明涉及传感器测试和校准领域，尤其涉及一种电流传感器线性度测试系统及校准方法。

背景技术

电流检测技术在工业自动化领域、电动汽车领域、电力传输、电气设备的监控检修等领域都有着广泛的应用。目前常见的电流传感器主要有霍尔电流传感器和磁通门电流传感器，两种电流传感器都是利用“电-磁-电”转换的方法测量电流，最终传感器输出量(电压或电流)与被测电流成线性正比关系，具有测试精度高、线性度好、响应时间短等优点。电流传感器的主要指标有：测量精度、线性度、灵敏度、迟滞、一致性、漂移参数等。因此，作为衡量电流传感器的最重要指标之一，线性度的测试和校准是产品出厂前必不可少的环节。

线性度是指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度，定义为在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值之比。线性度作为衡量电流传感器的最重要指标之一，产品出厂前的测试和校准是必不可少的步骤。

理论上电流传感器最终输出量(电压或电流)与被测电流成线性正比关系，但由于元器件、磁芯、绕线工艺等原因，造成实际测量中，部分电流传感器线性度差，线性度差的产品又影响到产品的测量精度和产品的一致性，导致产品合格率低下，从而增加产品的总体成本，并造成资源的浪费。

目前电流传感器厂家对线性度的处理方法主要有，出厂前对电流传感器进行线性度测试，剔除线性度不达标的不合格产品,但会造成产品总体成本增加、资源浪费的情况，个别厂家为节省成本，没有对产品进行线性度测试,致使不合格品流入市场，对工程应用造成很大的损失。

发明内容

为解决上述问题，本技术方案提供一种电流传感器线性度测试系统及校准方法。

为实现上述目的，本技术方案如下：

一种电流传感器线性度测试系统，包括程控数字恒流源以及PC上位机，所述程控数字恒流源用于为待校准电流传感器提供恒流输出的基准参考电流Y_i，所述PC上位机与所述程控数字恒流源电连接，用于为其设置输出参数，所述PC上位机还与待校准电流传感器电连接，用于获取当前工作电流，并为其进行线性度校准。

在一些实施例中，还包括设置在所述PC上位机与待校准电流传感器之间的通信接口转换器。

本申请还提供一种电流传感器线性度校准方法，包括如下步骤；

S1，选择恒流源型号，选择待校准电流传感器型号；

S2，在PC上位机点击校准，程控数字恒流源依次输出N组参考电流Y_i至待校准电流传感器上，并通过通信接口转换器同时获取N组待校准电流传感器的测量值X_i，N为大于2的奇数；

S3，将获得的N组系列成对的数据(X_i，Y_i)计算出最小二乘法回归拟合直线的斜率k和截距b；

S4，PC上位机将获得的斜率k和截距b得出公式1：Y＝kX+b；

S5，通过PC上位机将公式1发送至待校准电流传感器上，待校准电流传感器将斜率k和截距b存储到EEPROM，待校准电流传感器测量值将根据斜率k和截距b进行校准修正。

在一些实施例中，所述步骤S3包括如下步骤；

S301，用离差平方和求公式2：

S302，将函数Q分别对斜率k和截距b求一阶偏导数，并且零偏导之后的值为零，得出公式3和公式4；

公式3：

公式4：

S303，将公式2、公式3和公式4进行变换求解，得到斜率k和截距b的公式5和公式6；

公式5：

公式6：

S304，将N组参考电流Y_i和测量值X_i的数值代入公式5和公式6内从而得出斜率k和截距b。

在一些实施例中，所述N为19，所述参考电流Y_i分别为待测传感器(104)满量程电流的10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，90％，100％，90％，80％，70％，60％，50％，40％，30％，20％，10％。

在一些实施例中，所述通信接口转换器为CAN、RS485或RS232中的一种。

在一些实施例中，还包括步骤S6；

将N组系列成对的数据(X_i，Y_i)代入公式1获得N组拟合后的拟合值，将拟合值和参考电流Y_i相比较获得拟合后的偏差值，将拟合后的偏差值与满量程电流相比获得线性度数据。

本申请有益效果为：

1.本发明通过对电流传感器线性度的测试和校准，能将电流传感器线性度提高近1倍，实现方法简单易行，可以极大地提高产品的生产效率和产品合格率。

2.在不增加或少量增加硬件成本的基础上，提高了产品的成品合格率，从而降低了产品的成本。

3.本发明电流传感器线性度的测试和校准，实现简单，操作容易，可大大提高电流传感器的生产和测试的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明实施例的流程结构示意图一；

图2是本发明实施例的流程结构示意图二；

图3是本发明实施例的模块结构示意图；

图4是本发明实施例的未拟合数据表格；

图5是本发明实施例的拟合后数据表格。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1至5所示，一种电流传感器线性度测试系统，包括程控数字恒流源101以及PC上位机102，所述程控数字恒流源101用于为待校准电流传感器104提供恒流输出的基准参考电流Y_i，所述PC上位机102与所述程控数字恒流源101电连接，用于为其设置输出参数，所述PC上位机102还与待校准电流传感器104电连接，用于获取当前工作电流，并为其进行线性度校准，程控数字恒流源101可提供高精度可连续调节的恒流电源，为待校准电流传感器电流测量提供恒流输出的基准参考，PC上位机102主要完成三个功能，1：设置高数字程控恒流源:101电压、电流输出参数，为待校准电流传感器提供恒定的参考测量电流；2，通过通信接口转换器103和待校准电流传感器104通信，读取测量电流；3，利用最小二乘直线回归法对数字程控恒流源101输出基准参考电流Y_i和待校准电流传感器测量电流值X_i进行线性拟合计算，将计算结果发送给待校准电流传感器，进行线性度校准。

优选的，所述PC上位机102通过PC及上位机软件102实现。

在本实施例中，还包括设置在所述PC上位机102与待校准电流传感器104之间的通信接口转换器103，待校准电流传感器104，是需要进行线性度测试和校准的电流传感器，内置MCU控制器，有数据通信接口，有EEPROM数据存储功能的数字电流传感器，将测量的电流数据通过通信接口发送到PC上位机软件，并能接收PC上位机发送的校准数据。

本申请还提供一种电流传感器线性度校准方法，包括如下步骤；

S1，选择恒流源型号，选择待校准电流传感器104型号，打开电流传感器上位机测试校准软件，PC上位机与待校准电流传感器通讯，并且通过程控数字恒流源输出；

S2，在PC上位机102点击校准，程控数字恒流源101依次输出N组参考电流Y_i至待校准电流传感器104上，并通过通信接口转换器103同时获取N组待校准电流传感器104的测量值X_i，N为大于2的奇数，为了更好的说明本申请，本申请提供以满量程500A为例的实施例，如图4所示，输入19组基准值Y_i以及获取19组测量值X_i，基准值Y_i与实际测量值X_i相差为偏差，偏差除以满量程得出19组线性度，从表中可知，校准前线性度(非线性误差)为0.1676％；

S3，将获得的N组系列成对的数据(X_i，Y_i)计算出最小二乘法回归拟合直线的斜率k和截距b，通过推算可以得知斜率k为0.99895，截距b为129.508；

S4，PC上位机102将获得的斜率k和截距b得出公式1：Y＝kX+b，通过推算得出最小二乘线性回归算法的拟合数学公式Y＝0.99895X+129.508，并将公式输出至待校准电流传感器上；

S5，通过PC上位机102将公式1发送至待校准电流传感器104上，待校准电流传感器104将斜率k和截距b存储到EEPROM，待校准电流传感器104测量值将根据斜率k和截距b进行校准修正，待校准电流传感器获取公式后自行调整校准，将19组测量值X_i代入拟合数学公式，可改变其输出电流，生产19组最新的拟合值，算出偏差后可以得出你和后线性度，从表中可知校准后线性度(非线性误差)为0.098826％，采用最小二乘线性回归算法进行线性度校准后，线性度可以提高将近1倍。

在本实施例中，所述步骤S3包括如下步骤；

S301，进一步，为参考标准值与回归直线拟合预测值间的离差，n个离差构成的总离差越小越好，可是，由于离差有正有负，直接相加会互相抵消，如此就无法反映这些数据的贴近程度，即这个总离差不能用n个离差之和来表示，一般做法是我们用离差的平方和；

用离差平方和求公式2：

S302，再进一步，要使的方程Q的取值最小，那么需要对函数Q分别对k,b求一阶偏导数，并且零偏导之后的值为0，得出公式3和公式4；

公式3：

公式4：

S303，最后将公式2、公式3和公式4进行变换求解，得到斜率k和截距b的公式5和公式6；

公式5：

公式6：

S304，将N组参考电流Y_i和测量值X_i的数值代入公式5和公式6内从而得出斜率k和截距b，以图4表格来说明，n＝19, 将这些值带入公式5和公式6，得出：k＝0.99895,b＝129.508，将K、b的值带入公式1，得到最小二乘线性回归算法的拟合数学公式。

在本实施例中，所述N为19，所述参考电流Y_i分别为待测传感器104满量程电流的10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，90％，100％，90％，80％，70％，60％，50％，40％，30％，20％，10％。

在本实施例中，所述通信接口转换器103为CAN、RS485或RS232中的一种。

在本实施例中，还包括步骤S6；

将N组系列成对的数据(X_i，Y_i)代入公式1获得N组拟合后的拟合值，将拟合值和参考电流Y_i相比较获得拟合后的偏差值，将拟合后的偏差值与满量程电流相比获得线性度数据。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请实施的范围，其他凡其原理和基本结构与本申请相同或近似的，均在本申请的保护范围之内。