近年來，隨著交流變頻調(diào)速、逆變裝置、開關(guān)電源等技術(shù)日漸普及，原有的電流、電壓檢出元件，已不適應(yīng)中高頻、高di/dt電流波形的傳遞和檢測(cè)。霍爾電流傳感器是近十幾年發(fā)展起來的測(cè)量控制電流、電壓的新一代工業(yè)用電量傳感器，是彌補(bǔ)這一空缺的高性能電檢測(cè)元件。

一霍爾電流傳感器的應(yīng)用——基本工作原理

 

圖示：霍爾電流傳感器原理示意圖

　　霍爾電流傳感器可以測(cè)量各種類型的電流，從直流電到幾十千赫茲的交流電，其所依據(jù)的工作原理主要是霍爾效應(yīng)原理。

　　如上圖——霍爾電流傳感器原理示意圖中結(jié)構(gòu)的磁路，將載流體周圍的磁通集中穿過霍爾元件，同時(shí)霍爾元件電流端子通以規(guī)定的直流I。則霍爾元件電壓端上就會(huì)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)，將此電勢(shì)放大后輸入磁芯補(bǔ)償線圈，當(dāng)補(bǔ)償線圈產(chǎn)生的磁通完全補(bǔ)償被測(cè)電流產(chǎn)生的磁通時(shí)，補(bǔ)償線圈的電流按比例反應(yīng)了被測(cè)電流的數(shù)值。圖中被測(cè)電流為I，原邊的安匝數(shù)為I*1安匝，設(shè)補(bǔ)償線圈為N匝。補(bǔ)償電流為I0，則在安匝數(shù)平衡時(shí)

　　I*1=I0N

　　I0可通過取樣電阻R轉(zhuǎn)換成電壓輸出，則R兩端電壓U0為

　　U0=I0*R=IR/N

　　顯然U0與被測(cè)電流I成正比，只要測(cè)得U0即可換算得I，此即霍爾電流傳感器的工作原理。

二霍爾電流傳感器的應(yīng)用——與其他檢測(cè)元件比較

　　以往檢測(cè)電流的常用元件有分流器和電流互感器。

　　使用分流器存在的最大問題是輸入與輸出之間沒有電隔離。此外，用分流器檢測(cè)高頻或大電流時(shí)，不可避免地帶有感性，因此分流器的接入既影響被測(cè)電流波形，也不能真實(shí)傳遞非正弦波形。

　　電流互感器在規(guī)定的工作頻率下有較高的精確度，但是它能適應(yīng)的頻率范圍很窄，尤其不能傳遞直流。此外，電流互感器工作時(shí)存在激勵(lì)電流，所以它是電感性元件，存在和分流器相同的缺點(diǎn)。

三霍爾電流傳感器的應(yīng)用——霍爾傳感器主要技術(shù)參數(shù)

01霍爾電流傳感器的供電電壓VA

　　傳感器供電電壓VA是指電流傳感器的供電電壓，它必須在傳感器所規(guī)定的范圍內(nèi)。超過此范圍，傳感器不能正常工作或可靠性降低，另外，傳感器的供電電壓VA又分為正極供電電壓VA+和負(fù)極供電電壓VA-。要注意單相供電的傳感器，其供電電壓VAmin是雙相供電電壓VAmin的2倍，所以其測(cè)量范圍要供高于雙電的傳感器。

02測(cè)量范圍Ipmax

　　是指指電流傳感器可測(cè)量的最大電流值，測(cè)量范圍一般高于標(biāo)準(zhǔn)額定值IPN。

03標(biāo)準(zhǔn)額定值IPN和額定輸出電流ISN

　　IPN指電流傳感器所能測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)額定值，用有效值表示(Arms)，IPN的大小與傳感器產(chǎn)品的型號(hào)有關(guān)。ISN指電流傳感器額定輸出電流，一般為10~400mA，當(dāng)然根據(jù)某些型號(hào)具體可能會(huì)有所不同。如果輸出電流經(jīng)過測(cè)量電阻R，則可以得到一個(gè)與原邊電流成正比的大小為幾伏的電壓輸出信號(hào)。

04偏移電流ISO

　　偏移電流也叫殘余電流或剩余電流，它主要是由霍爾元件或電子電路中運(yùn)算放大器工作狀態(tài)不穩(wěn)造成的。電流傳感器在生產(chǎn)時(shí)，在25℃，IP=0時(shí)的情況下，偏移電流已調(diào)至最小，但傳感器在離開生產(chǎn)線時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生一定大小的偏移電流。

05線性度

　　線性度決定了傳感器輸出信號(hào)(副邊電流I0)與輸入信號(hào)(原邊電流I)在測(cè)量范圍內(nèi)成正比的程度。

06溫度漂移

　　偏移電流ISO是在25℃時(shí)計(jì)算出來的，當(dāng)霍爾電極周邊環(huán)境溫度變化時(shí)，ISO會(huì)產(chǎn)生變化。因此，考慮偏移電流ISO的最大變化是很重要的，其中，IOT是指電流傳感器性能表中的溫度漂移值。

07過載

　　電流傳感器的過載能力是指發(fā)生電流過載時(shí)，在測(cè)量范圍之外，原邊電流仍會(huì)增加，而且過載電流的持續(xù)時(shí)間可能很短，而過載值有可能超過傳感器的允許值，過載電流值傳感器一般測(cè)量不出來，但不會(huì)對(duì)傳感器造成損壞。

08精度

　　霍爾效應(yīng)傳感器的精度取決于標(biāo)準(zhǔn)額定電流IPN。在+25℃時(shí)，傳感器測(cè)量精度與原邊電流有一定影響，同時(shí)評(píng)定傳感器精度時(shí)還必須考慮偏移電流、線性度、溫度漂移的影響。

四霍爾電流傳感器的應(yīng)用——注意事項(xiàng)

　　如常規(guī)電流傳感器一樣，一般霍爾電流傳感器都有正極(+)、負(fù)極(-)、測(cè)量端(M)及地(0)四個(gè)管腳，但帶線電流傳感器則沒有此四個(gè)管腳，而是有紅、黑、黃、綠三根引線，分別對(duì)應(yīng)于正極、負(fù)極、測(cè)量端及地。同時(shí)在大多傳感器中有一內(nèi)孔，測(cè)量原邊電流時(shí)要將導(dǎo)線穿過該內(nèi)孔?？讖酱笮∨c產(chǎn)品型號(hào)、測(cè)量電流大小有著必然的關(guān)系。

　　不管是什么型號(hào)的電流傳感器，安裝時(shí)管腳的接線應(yīng)根據(jù)說明書所注情況進(jìn)行相應(yīng)連線。

　　1) 在測(cè)量交流電時(shí)，必須強(qiáng)制使用雙極性供電電源。即傳感器的正極(+)接供電電源“+VA”端，負(fù)極接電源的“-VA”端，這種接法叫雙極性供電電源。同時(shí)測(cè)量端(M)通過電阻接電源“0V”端(單指零磁通式)。

　　2) 在測(cè)量直流電流時(shí)，可使用單極性或單相供電電源，即將正極或負(fù)極與“0V”端短接，從而形成只有一個(gè)電極相接的情況。

　　另外，安裝時(shí)必須全面考慮產(chǎn)品的用途、型號(hào)、量程范圍、安裝環(huán)境等。比如傳感器應(yīng)盡量安裝在利于散熱的場(chǎng)合。

　　除了安裝接線、即時(shí)標(biāo)定校準(zhǔn)、注意傳感器的工作環(huán)境外，還應(yīng)注意一下事項(xiàng)以保證測(cè)試精度：

　　1) 原邊導(dǎo)線應(yīng)放置于傳感器內(nèi)孔中心，盡可能不要放偏;

　　2) 原邊導(dǎo)線盡可能完全放滿傳感器內(nèi)孔，不要留有空隙;

　　3) 需要測(cè)量的電流應(yīng)接近于傳感器的標(biāo)準(zhǔn)額定值IPN，不要相差太大。如條件所限，手頭僅有一個(gè)額定值很高的傳感器，而欲測(cè)量的電流值又低于額定值很多，為了提高測(cè)量精度，可以把原邊導(dǎo)線多繞幾圈，使之接近額定值。例如當(dāng)用額定值100A的傳感器去測(cè)量10A的電流時(shí)，為提高精度可將原邊導(dǎo)線在傳感器的內(nèi)孔中心繞十圈(一般情況，NP=1;在內(nèi)孔中繞一圈，NP=2;……;繞九圈，NP=10，則NP×10A=100A與傳感器的額定值相等，從而可提高精度)。

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