霍爾電流傳感器工作原理介紹及應用分析

2013-08-22 10:20 來源:電源網(wǎng) 作者:洛小辰

伴隨著城市人口和建設(shè)規(guī)模的擴大,各種用電設(shè)備的增多,用電量越來越大,城市的供電設(shè)備經(jīng)常超負荷運轉(zhuǎn),用電環(huán)境變得越來越惡劣,對電源的“考驗”越來越嚴重。據(jù)統(tǒng)計,每天,用電設(shè)備都要遭受120次左右各種的電源問題的侵擾,電子設(shè)備故障的60%來自電源。因此,電源問題的重要性日益凸顯出來。原先作為配角,資金投入較少的電源越來越受到廠商和研究人員的重視,電源技術(shù)遂發(fā)展成為一門嶄新的技術(shù)。

而今,小小的電源設(shè)備已經(jīng)融合了越來越多的新技術(shù)。例如開關(guān)電源、硬開關(guān)、軟開關(guān)、參數(shù)穩(wěn)壓、線性反饋穩(wěn)壓、磁放大器技術(shù)、數(shù)控調(diào)壓、PWM、SPWM、電磁兼容等等。實際需求直接推動電源技術(shù)不斷發(fā)展和進步,為了自動檢測和顯示電流,并在過流、過壓等危害情況發(fā)生時具有自動保護功能和更高級的智能控制,具有傳感檢測、傳感采樣、傳感保護的電源技術(shù)漸成趨勢,檢測電流或電壓的傳感器便應運而生并在我國開始受到廣大電源設(shè)計者的青睞。

霍爾電流傳感器的工作原理

電流傳感器可以測量各種類型的電流,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原理。(本文下面多以以零磁通閉環(huán)產(chǎn)品原理為例)

當原邊導線經(jīng)過電流傳感器時,原邊電流IP會產(chǎn)生磁力線,原邊磁力線集中在磁芯氣隙周圍,內(nèi)置在磁芯氣隙中的霍爾電片可產(chǎn)生和原邊磁力線成正比的,大小僅為幾毫伏的感應電壓,通過后續(xù)電子電路可把這個微小的信號轉(zhuǎn)變成副邊電流IS,并存在以下關(guān)系式: IS* NS= IP*NP

其中,IS—副邊電流;

IP—原邊電流;

NP—原邊線圈匝數(shù);

NS—副邊線圈匝數(shù);

NP/NS—匝數(shù)比,一般取NP=1。

提高測量精度的方法

除了安裝接線、即時標定校準、注意傳感器的工作環(huán)境外,通過下述方法還可以提高測量精度:

1、原邊導線應放置于傳感器內(nèi)孔中心,盡可能不要放偏;

2、原邊導線盡可能完全放滿傳感器內(nèi)孔,不要留有空隙;

3、需要測量的電流應接近于傳感器的標準額定值IPN,不要相差太大。如條件所限,手頭僅有一個額定值很高的傳感器,而欲測量的電流值又低于額定值很多,為了提高測量精度,可以把原邊導線多繞幾圈,使之接近額定值。例如當用額定值100A的傳感器去測量10A的電流時,為提高精度可將原邊導線在傳感器的內(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);

4、當欲測量的電流值為IPN/10的時,在25℃仍然可以有較高的精度。

傳感器的抗干擾性

(1)電磁場

霍爾效應電流傳感器,利用了原邊導線的電磁場原理。因此下列因素直接影響傳感器是否受外部電磁場干擾。

(2)傳感器附近的外部電流大小及電流頻率是否變化;

(3)外部導線與傳感器的距離、外部導線的形狀、位置和傳感器內(nèi)霍爾電極的位置;

(4)安裝傳感器所使用的材料有無磁性;

(5)所使用的電流傳感器是否屏蔽;

電源技術(shù)發(fā)展到今天,已融合了電子、功率集成、自動控制、材料、傳感、計算機、電磁兼容、熱工等諸多技術(shù)領(lǐng)域的精華,我們有理由相信,在21世紀的電源技術(shù)中,傳感器也將發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,所以對電流傳感器的應用和設(shè)計開發(fā),傳感器工作者應該給予足夠重視。

霍爾電流傳感器因其型號多,量程寬(電流5~10000A;電壓5~5000V)、高精度、靈敏度高、線性度好、規(guī)范、易安裝、抗干擾能力強、質(zhì)量可靠、平均無故障時間MTBF長等優(yōu)點,在各個領(lǐng)域特別是在機車牽引和工業(yè)應用領(lǐng)域中值得用戶信賴。

分析如何合理選擇傳感器

現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別,如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器,是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。當傳感器確定之后,與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗,在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。

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傳感器 霍爾 電源

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