霍尔电流电压传感器原理及使用方法_精品.doc

1．? 霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控制电流IC，当有一磁场B穿过该器件感磁面，则在输出端出现霍尔电势VH。如图1－1所示。 霍尔电势VH的大小与控制电流IC和磁通密度B的乘积成正比，即：VH＝KHICBsinΘ 霍尔电流传感器是按照安培定律原理做成，即在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场，而霍尔器件则用来测量这一磁场。因此，使电流的非接触测量成为可能。 通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此，电流传感器经过了电－磁－电的绝缘隔离转换。 2．? 霍尔直流检测原理 如图1－2所示。由于磁路与霍尔器件的输出具有良好的线性关系，因此霍尔器件输出的电压讯号U0可以间接反映出被测电流I1的大小，即：I1∝B1∝U0 我们把U0定标为当被测电流I1为额定值时，U0等于50mV或100mV。这就制成霍尔直接检测（无放大）电流传感器。 3．? 霍尔磁补偿原理 原边主回路有一被测电流I1，将产生磁通Φ1，被副边补偿线圈通过的电流I2所产生的磁通Φ2进行补偿后保持磁平衡状态，霍尔器件则始终处于检测零磁通的作用。所以称为霍尔磁补偿电流传感器。这种先进的原理模式优于直检原理模式，突出的优点是响应时间快和测量精度高，特别适用于弱小电流的检测。霍尔磁补偿原理如图1－3所示。 从图1－3知道：Φ1＝Φ2 I1N1＝I2N2 I2＝NI/N2·I1 当补偿电流I2流过测量电阻RM时，在RM两端转换成电压。做为传感器测量电压U0即：U0＝I2RM 按照霍尔磁补偿原理制成了额定输入从0.01A～500A系列规格的电流传感器。 由于磁补偿式电流传感器必须在磁环上绕成千上万匝的补偿线圈，因而成本增加；其次，工作电流消耗也相应增加；但它却具有直检式不可比拟的较高精度和快速响应等优点。 4．? 磁补偿式电压传感器 为了测量mA级的小电流，根据Φ1＝I1N1，增加N1的匝数，同样可以获得高磁通Φ1。采用这种方法制成的小电流传感器不但可以测mA级电流，而且可以测电压。 与电流传感器所不同的是在测量电压时，电压传感器的原边多匝绕组通过串联一个限流电阻R1，然后并联连接在被测电压U1上，得到与被测电压U1成比例的电流I1，如图1－4所示。 副边原理同电流传感器一样。当补偿电流I2流过测量电阻RM时，在RM两端转换成电压作为传感器的测量电压U0，即 U0＝I2RM 5．? 电流传感器的输出 直接检测式（无放大）电流传感器为高阻抗输出电压，在应用中，负载阻抗要大于10KΩ，通常都是将其±50mV或±100mV悬浮输出电压用差动输入比例放大器放大到±4V或±5V。图5－1是两个实用电路，供参考。 （a）?????? 图可满足一般精度要求；（b）图性能较好，适用于精度要求高的场合。 直检放大式电流传感器为高阻抗输出电压。在应用中，负载阻抗要大于2KΩ。 磁补偿式电流、电压磁补偿式电流、电压传感器均为电流输出型。从图1－3看出“M”端对电源“O” 端为电流I2的通路。因此，传感器从“M”端输出的信号为电流信号。电流信号可以在一定范围远传，并能保证精度，使用中，测量电阻RM只需设计在二次仪表输入或终端控制板接口上。 为了保证高精度测量要注意：①测量电阻的精度选择，一般选金属膜电阻，精度≤±0.5％，详见表1－1，②二次仪表或终端控制板电路输入阻抗应大于测量电阻100倍以上。 6．? 取样电压与测量电阻的计算 从前面公式知道 U0＝I2RM RM＝U0/I2 式中：U0－测量电压，又叫取样电压（V）。 I2－副边线圈补偿电流（A）。 RM－测量电阻（Ω）。 计算时I2可以从磁补偿式电流传感器技术参数表中查出与被测电流（额定有效值）I1相对应的输出电流（额定有效值）I2。假如要将I2变换成U0＝5V，RM选择详见表1－1。 7．? 饱和点与最大被测电流的计算 从图1－3可知输出电流I2的回路是：V+→末级功放管集射极→N2→RM→0，回路等效电阻如图1－6。（V-～0的回路相同，电流相反） 当输出电流I2最大值时，电流值不再跟着I1的增加而增加，我们称为传感器的饱和点。 按下式计算 I2max＝V+-VCES/RN2+RM 式中：V+－正电源（V）。 VCES－功率管集射饱和电压，（V）一般为0.5V。 RN2－副边线圈直流内阻（Ω），详见表，1－2。 RM－测量电阻（Ω）。 从计算可知改变测量电阻RM，饱和点随之也改变。当被测电阻RM确定后，也就有了确定的饱和点。根据下式计算出最大被测电流I1max：I1max＝I1/I2·I2max 在测量交流或脉冲时，当RM确定后，要计算出最大被测电流I1MAX，如果I1max值