錦鋒科技：霍爾電流傳感器
2023/5/30 10:10:26 點擊：
霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，從霍爾元件的控制電流端通入電流Ic，并在霍爾元件平面的法線方向上施加磁感應(yīng)強度為B的磁場，那么在垂直于電流和磁場方向（即霍爾輸出端之間），將產(chǎn)生一個電勢VH，稱其為霍爾電勢，其大小正比于控 制電流I。與磁感應(yīng)強度B的乘積。即有式中：K為霍爾系數(shù)，由霍爾元件的材料決定；I為控制電流；B為磁感應(yīng)強度；VH為霍爾電勢。
霍爾器件是一種采用半導(dǎo)體材料制成的磁電轉(zhuǎn)換器件。如果在輸入端通入控制電流IC，當(dāng)有一磁場B穿過該器件感磁面，則在輸出端出現(xiàn)霍爾電勢VH。
霍爾電勢VH的大小與控制電流IC和磁通密度B的乘積成正比，即：VH=KHICBsinΘ
霍爾電流傳感器是按照霍爾效應(yīng)原理制成，對安培定律加以應(yīng)用，即在載流導(dǎo)體周圍產(chǎn)生一正比于該電流的磁場，而霍爾器件則用來測量這一磁場。因此，使電流的非接觸測量成為可能。
通過測量霍爾電勢的大小間接測量載流導(dǎo)體電流的大小。因此，電流傳感器經(jīng)過了電－磁－電的絕緣隔離轉(zhuǎn)換。
由于磁路與霍爾器件的輸出具有良好的線性關(guān)系，因此霍爾器件輸出的電壓訊號U0可以間接反映出被測電流I1的大小，即：I1∝B1∝U0
我們把U0定標為當(dāng)被測電流I1為額定值時，U0等于50mV或100mV。這就制成霍爾直接檢測（無放大）電流傳感器。
原邊主回路有一被測電流I1，將產(chǎn)生磁通Φ1，被副邊補償線圈通過的電流I2所產(chǎn)生的磁通Φ2進行補償后保持磁平衡狀態(tài)，霍爾器件則始終處于檢測零磁通的作用。所以稱為霍爾磁補償電流傳感器。這種先進的原理模式優(yōu)于直檢原理模式，突出的優(yōu)點是響應(yīng)時間快和測量精度高，特別適用于弱小電流的檢測。
知道：Φ1=Φ2
I1N1=I2N2
I2=NI/N2·I1
當(dāng)補償電流I2流過測量電阻RM時，在RM兩端轉(zhuǎn)換成電壓。做為傳感器測量電壓U0即：U0=I2RM
按照霍爾磁補償原理制成了額定輸入從～系列規(guī)格的電流傳感器。
由于磁補償式電流傳感器必須在磁環(huán)上繞成千上萬匝的補償線圈，因而成本增加；其次，工作電流消耗也相應(yīng)增加；但它卻具有直檢式不可比擬的較高精度和快速響應(yīng)等優(yōu)點。
直接檢測式（無放大）電流傳感器為高阻抗輸出電壓，在應(yīng)用中，負載阻抗要大于10KΩ，通常都是將其±50mV或±100mV懸浮輸出電壓用差動輸入比例放大器放大到±4V或±5V。 （a） 圖可滿足一般精度要求；（b）圖性能較好，適用于精度要求高的場合。
直檢放大式電流傳感器為高阻抗輸出電壓。在應(yīng)用中，負載阻抗要大于2KΩ。
磁補償式電流、電壓磁補償式電流、電壓傳感器均為電流輸出型。“M”端對電源“O”
端為電流I2的通路。因此，傳感器從“M”端輸出的信號為電流信號。電流信號可以在一定范圍遠傳，并能保證精度，使用中，測量電阻RM只需設(shè)計在二次儀表輸入或終端控制板接口上。
為了保證高精度測量要注意：①測量電阻的精度選擇，一般選金屬膜電阻，精度≤±0.5%，詳見表1－1，②二次儀表或終端控制板電路輸入阻抗應(yīng)大于測量電阻100倍以上。
電流傳感器是一種有源模塊，如霍爾器件、運放、末級功率管，都需要工作電源，并且還有功耗，實用的典型工作電源原理圖。
（1） 輸出地端集中接大電解上以利降噪。
（2） 電容位uF，二極管為1N4004。
（3） 變壓器根據(jù)傳感器功耗而定。
（4） 傳感器的工作電流。
直檢式（無放大）耗電：最大5mA；直檢放大式耗電：最大±20mA；磁補償式耗電：20+輸出電流；最大消耗工作電流20+輸出電流的2倍。根據(jù)消耗工作電流可以計算出功耗
霍爾器件是一種采用半導(dǎo)體材料制成的磁電轉(zhuǎn)換器件。如果在輸入端通入控制電流IC，當(dāng)有一磁場B穿過該器件感磁面，則在輸出端出現(xiàn)霍爾電勢VH。
霍爾電勢VH的大小與控制電流IC和磁通密度B的乘積成正比，即：VH=KHICBsinΘ
霍爾電流傳感器是按照霍爾效應(yīng)原理制成，對安培定律加以應(yīng)用，即在載流導(dǎo)體周圍產(chǎn)生一正比于該電流的磁場，而霍爾器件則用來測量這一磁場。因此，使電流的非接觸測量成為可能。
通過測量霍爾電勢的大小間接測量載流導(dǎo)體電流的大小。因此，電流傳感器經(jīng)過了電－磁－電的絕緣隔離轉(zhuǎn)換。
由于磁路與霍爾器件的輸出具有良好的線性關(guān)系，因此霍爾器件輸出的電壓訊號U0可以間接反映出被測電流I1的大小，即：I1∝B1∝U0
我們把U0定標為當(dāng)被測電流I1為額定值時，U0等于50mV或100mV。這就制成霍爾直接檢測（無放大）電流傳感器。
原邊主回路有一被測電流I1，將產(chǎn)生磁通Φ1，被副邊補償線圈通過的電流I2所產(chǎn)生的磁通Φ2進行補償后保持磁平衡狀態(tài)，霍爾器件則始終處于檢測零磁通的作用。所以稱為霍爾磁補償電流傳感器。這種先進的原理模式優(yōu)于直檢原理模式，突出的優(yōu)點是響應(yīng)時間快和測量精度高，特別適用于弱小電流的檢測。
知道：Φ1=Φ2
I1N1=I2N2
I2=NI/N2·I1
當(dāng)補償電流I2流過測量電阻RM時，在RM兩端轉(zhuǎn)換成電壓。做為傳感器測量電壓U0即：U0=I2RM
按照霍爾磁補償原理制成了額定輸入從～系列規(guī)格的電流傳感器。
由于磁補償式電流傳感器必須在磁環(huán)上繞成千上萬匝的補償線圈，因而成本增加；其次，工作電流消耗也相應(yīng)增加；但它卻具有直檢式不可比擬的較高精度和快速響應(yīng)等優(yōu)點。
直接檢測式（無放大）電流傳感器為高阻抗輸出電壓，在應(yīng)用中，負載阻抗要大于10KΩ，通常都是將其±50mV或±100mV懸浮輸出電壓用差動輸入比例放大器放大到±4V或±5V。 （a） 圖可滿足一般精度要求；（b）圖性能較好，適用于精度要求高的場合。
直檢放大式電流傳感器為高阻抗輸出電壓。在應(yīng)用中，負載阻抗要大于2KΩ。
磁補償式電流、電壓磁補償式電流、電壓傳感器均為電流輸出型。“M”端對電源“O”
端為電流I2的通路。因此，傳感器從“M”端輸出的信號為電流信號。電流信號可以在一定范圍遠傳，并能保證精度，使用中，測量電阻RM只需設(shè)計在二次儀表輸入或終端控制板接口上。
為了保證高精度測量要注意：①測量電阻的精度選擇，一般選金屬膜電阻，精度≤±0.5%，詳見表1－1，②二次儀表或終端控制板電路輸入阻抗應(yīng)大于測量電阻100倍以上。
電流傳感器是一種有源模塊，如霍爾器件、運放、末級功率管，都需要工作電源，并且還有功耗，實用的典型工作電源原理圖。
（1） 輸出地端集中接大電解上以利降噪。
（2） 電容位uF，二極管為1N4004。
（3） 變壓器根據(jù)傳感器功耗而定。
（4） 傳感器的工作電流。
直檢式（無放大）耗電：最大5mA；直檢放大式耗電：最大±20mA；磁補償式耗電：20+輸出電流；最大消耗工作電流20+輸出電流的2倍。根據(jù)消耗工作電流可以計算出功耗
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