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技術(shù)文章

霍爾電流傳感器原理及應(yīng)用優(yōu)勢分析
 什么是霍爾電流傳感器原理呢?基于霍爾效應(yīng)的電流傳感器與其它類型的電流傳感器不同（霍爾傳感器應(yīng)用），它是以被測電流產(chǎn)生的磁場為媒介，處于磁場中的霍爾發(fā)生器輸出相應(yīng)的電信號(hào)。圖1所示的是霍爾效應(yīng)原理示意圖，

一片厚度為的導(dǎo)電材料處于磁密為的磁場中(磁場方向與導(dǎo)體表面垂直)，縱向流過的控制電流為，則在橫向兩表面間產(chǎn)生電勢差，其大小為：

(1)霍爾電流傳感器原理及應(yīng)用優(yōu)勢分析

K式中是霍爾常數(shù)，與導(dǎo)電材料有關(guān)，B是電壓偏移量，即磁場不存在時(shí)霍爾發(fā)生器的輸出電壓。乘積稱為霍爾發(fā)生器的靈敏度，電壓偏移量和靈敏度隨溫度都會(huì)發(fā)生變化。

LEM公司依據(jù)霍爾效應(yīng)原理生產(chǎn)了三類不同的霍爾電流傳感器，

載有被測電流的導(dǎo)體從磁芯中間穿過，其產(chǎn)生的磁場沿磁芯*強(qiáng)，磁密為，霍爾發(fā)生器放置在磁芯的切口里，控制電流由內(nèi)部電路提供。當(dāng)磁芯工作在其磁滯回線的線性區(qū)時(shí)，磁密與成比例，而霍爾電壓與成比例，因此霍爾發(fā)生器的輸出與成比例，再加上偏移量。內(nèi)部的測量電路移去，加以溫度補(bǔ)償，放大后輸出。當(dāng)被測電流小于50A時(shí)，為避免內(nèi)部磁密較弱，將載流導(dǎo)體饒成多匝，維持在50安匝的磁勢，產(chǎn)生合適大小的輸出電壓。

則用霍爾電壓在副邊線圈里產(chǎn)生電流，由它產(chǎn)生的磁勢與被測電流(又稱原邊電流)產(chǎn)生的磁勢幅值相等、方向相反，使霍爾發(fā)生器工作在零磁通狀態(tài)，因此這種閉環(huán)傳感器又叫霍爾補(bǔ)償或零磁通傳感器。

零磁通運(yùn)行狀態(tài)帶來性能的顯著改善，如消除了伴隨溫度變化的增益漂移、擴(kuò)展了測量帶寬、降低了響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)兩部分電流產(chǎn)生的磁勢相等時(shí)：


(2)

式中N為原邊和副邊的匝數(shù)。串聯(lián)在副邊回路的外接電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓輸出。

第三類霍爾傳感器如圖4所示，和閉環(huán)傳感器比，副邊線圈所需的功率較少。從性能來看，介于開環(huán)和閉環(huán)之間。在低頻段(不超過2到10KHz)，工作在開環(huán)傳感器狀態(tài)，霍爾發(fā)生器的輸出信號(hào)與原邊電流成比例。高頻段工作在電流變壓器方式，輸出電流正比于原邊交流電流。兩部分信號(hào)經(jīng)電子合成而輸出。
                     
霍爾電流傳感器應(yīng)用優(yōu)勢介紹

1.測量范圍廣：它可以測量任意波形的電流和電壓，如直流、交流、脈沖、三角波形等，甚至對(duì)瞬態(tài)峰值電流、電壓信號(hào)也能忠實(shí)地進(jìn)行反映;

2.響應(yīng)速度快：*快者響應(yīng)時(shí)間只為1us。

3.測量精度高：其測量精度優(yōu)于1%，該精度適合于對(duì)任何波形的測量。普通互感器是感性元件，接入后影響被測信號(hào)波形，其一般精度為3%~5%，且只適合于50Hz正弦波形。

4.線性度好：優(yōu)于0.2%

5.動(dòng)態(tài)性能好：響應(yīng)時(shí)間快，可小于1us;普通互感器的響應(yīng)時(shí)間為10~20ms。

6.工作頻帶寬：在0~100KHz頻率范圍內(nèi)的信號(hào)均可以測量。

7.可靠性高，平均無故障工作時(shí)間長：平均無故障時(shí)間>510小時(shí)

8.過載能力強(qiáng)、測量范圍大：0---幾十安培~上萬安培

9.體積小、重量輕、易于安裝。

由于霍爾電流電壓傳感器以上的優(yōu)點(diǎn)，故而可廣泛應(yīng)用與變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、UPS電源、逆變焊機(jī)、電解電鍍、數(shù)控機(jī)床、微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)、電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和需要隔離檢測電流電壓的各個(gè)領(lǐng)域中。

總結(jié)

本文詳細(xì)介紹了三種基于霍爾效應(yīng)的電流傳感器：開環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感器原理、閉環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感器原理原理及Eta技術(shù)霍爾電流傳感器原理的知識(shí)，并簡單分析了霍爾電流傳感器的應(yīng)用優(yōu)勢。