霍爾電流傳感器的作用是什么？在電路中如何測量電流？

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(qiáng)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(gè)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(qiáng)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(qiáng)度;VH為霍爾電勢?；魻柶骷且环N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?；魻栯妱軻H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(duì)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。

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，霍爾電流傳感器包括開環(huán)式和閉環(huán)式兩種，高精度的霍爾電流傳感器大多屬于閉環(huán)式，閉環(huán)式霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，即閉環(huán)原理。今天小編就來為大家介紹一下霍爾電流傳感器工作原理、測量方法及應(yīng)用。

霍爾電流傳感器工作原理

1、直放式(開環(huán))電流傳感器(CS系列)

圖1.開環(huán)霍爾電流傳感器原理

當(dāng)原邊電流IP流過一根長導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生一磁場，這一磁場的大小與流過導(dǎo)線的電流成正比，產(chǎn)生的磁場聚集在磁環(huán)內(nèi)，通過磁環(huán)氣隙中霍爾元件進(jìn)行測量并放大輸出，其輸出電壓VS精確的反映原邊電流IP。一般的額定輸出標(biāo)定為4V。

2、磁平衡式(閉環(huán))電流傳感器(CSM系列)

圖2.閉環(huán)式霍爾電流傳感器_磁平衡式霍爾電流傳感器原理

磁平衡式電流傳感器也稱補(bǔ)償式傳感器，即原邊電流Ip在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場通過一個(gè)次級(jí)線圈電流所產(chǎn)生的磁場進(jìn)行補(bǔ)償，其補(bǔ)償電流Is精確的反映原邊電流Ip，從而使霍爾器件處于檢測零磁通的工作狀態(tài)。

具體工作過程為：當(dāng)主回路有一電流通過時(shí)，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場被磁環(huán)聚集并感應(yīng)到霍爾器件上，所產(chǎn)生的信號(hào)輸出用于驅(qū)動(dòng)功率管并使其導(dǎo)通，從而獲得一個(gè)補(bǔ)償電流Is。這一電流再通過多匝繞組產(chǎn)生磁場，該磁場與被測電流產(chǎn)生的磁場正好相反，因而補(bǔ)償了原來的磁場，使霍爾器件的輸出逐漸減小。當(dāng)與Ip與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場相等時(shí)，Is不再增加，這時(shí)的霍爾器件起到指示零磁通的作用，此時(shí)可以通過Is來測試Ip。當(dāng)Ip變化時(shí)，平衡受到破壞，霍爾器件有信號(hào)輸出，即重復(fù)上述過程重新達(dá)到平衡。被測電流的任何變化都會(huì)破壞這一平衡。

一旦磁場失去平衡，霍爾器件就有信號(hào)輸出。經(jīng)功率放大后，立即就有相應(yīng)的電流流過次級(jí)繞組以對(duì)失衡的磁場進(jìn)行補(bǔ)償。從磁場失衡到再次平衡，所需的時(shí)間理論上不到1μs，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程。因此，從宏觀上看，次級(jí)的補(bǔ)償電流安匝數(shù)在任何時(shí)間都與初級(jí)被測電流的安匝數(shù)相等。

霍爾電流傳感器測量方法

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(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);

4、當(dāng)欲測量的電流值為IPN/10的時(shí)，在25℃仍然可以有較高的精度。

霍爾電流傳感器應(yīng)用

近年來，自動(dòng)化系統(tǒng)中大量使用大功率晶體管、整流器和可控硅，普遍采用交流變頻調(diào)速及脈寬調(diào)制電路，使得電路中不再只是傳統(tǒng)的50周的正弦波，出現(xiàn)了各種不同的波形。對(duì)于這類電路，采用傳統(tǒng)的測量方法不能反應(yīng)其真實(shí)波形，而且電流、電壓檢出元件也不適應(yīng)中高頻、高di/dt電流波形的傳感和檢測。

霍爾效應(yīng)傳感器，可以測量任意波形的電流和電壓。輸出端能真實(shí)地反映輸入端電流或電壓的波形參數(shù)。針對(duì)霍爾效應(yīng)傳感器普遍存在溫度漂移大的缺點(diǎn)，采用補(bǔ)償電路進(jìn)行控制，有效地減少了溫度對(duì)測量精度的影響，確保測量準(zhǔn)確;具有精度高、安裝方便、售價(jià)低的特點(diǎn)。

霍爾效應(yīng)傳感器廣泛應(yīng)用于變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、ups電源、通信電源、電焊機(jī)、電力機(jī)車、變電站、數(shù)控機(jī)床、電解電鍍、微機(jī)監(jiān)測、電網(wǎng)監(jiān)測等需要隔離檢測電流電壓的設(shè)施中。

通過霍爾電流傳感器工作原理、測量方法及應(yīng)用的講解，相信大家對(duì)霍爾電流傳感器應(yīng)該有所了解了?；魻栯娏鱾鞲衅饔绕涫情]環(huán)式霍爾電流傳感器因其寬頻帶、交直流兩用、不易磁飽和等特點(diǎn)，在工業(yè)測控領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

霍爾電流傳感器屬于電路儀器，采用半導(dǎo)體材料制作，專門用于電路檢測，其原理為霍爾效應(yīng)，在無線傳輸、有線傳輸?shù)母鞣N組網(wǎng)條件下作為檢測元件，產(chǎn)品特點(diǎn)為功耗極低、工作穩(wěn)定、靈敏度高，產(chǎn)品包含一個(gè)有源模塊，這便是工作電源，霍爾電流傳感器不存在規(guī)定波形、規(guī)定頻率、響應(yīng)滯后等弊端，所以得到了更大的發(fā)展。

在測量三角波形、脈沖信號(hào)、交流信號(hào)、直流信號(hào)領(lǐng)域當(dāng)中，霍爾電流傳感器都是必備的電子元器件，電壓信號(hào)和峰值電流微小變化都逃不過傳感器，其響應(yīng)時(shí)間最短可達(dá)到1us，霍爾電流傳感器的精度大于1%，不會(huì)對(duì)電路頻率產(chǎn)生影響，而產(chǎn)品的線性度大于0.2%，非常適合50赫茲的正弦波形。

霍爾電流傳感器具有可靠的工作能力，可連續(xù)使用10小時(shí)無故障，能夠測定下至幾十安培上至上萬安培的電流，由于體積較小，幾乎可以安裝在任何電路上，霍爾電流傳感器的工作頻帶寬比較好，能夠測定0~100千赫茲頻率，在許多電路和設(shè)備當(dāng)中，霍爾電流傳感器都是必要的電子儀器，產(chǎn)品的工作環(huán)境在零下10度到零上50度之間。

許多領(lǐng)域、設(shè)備、電路都免不了要使用霍爾電流傳感器，例如常見的數(shù)控機(jī)床，就需要這種微小設(shè)備幫助測定電路，在電解電鍍行業(yè)設(shè)備當(dāng)中也很常見，電焊廠的逆變焊機(jī)需要使用霍爾電流傳感器，普通辦公單位的UPS電源、逆變裝置、變頻調(diào)速裝置都需要霍爾電流傳感器，在區(qū)域電網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)中以及微電腦監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中，霍爾電流傳感器都是不可缺少的專用裝備，可廣泛的測定各種電壓電流和信號(hào)，隨著時(shí)間發(fā)展，這種產(chǎn)品將應(yīng)用在更多的生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。