科普文：霍爾電流傳感器的測量原理是什么

霍爾電流傳感器是依據(jù)霍爾效應原理，除了霍爾效應原理之外，還有磁通門技術(shù)和磁阻技術(shù)來測量電流，磁通門技術(shù)從原理上測量精度高于霍爾效應原理，通常用作測量儀器的開發(fā)，如高精度的實驗室用電流傳感器。這里主要介紹依據(jù)霍爾效應原理的電流傳感器。

霍爾電流傳感器分類

霍爾電流傳感器在測量方式上可以分為兩種，開環(huán)式霍爾電流傳感器和閉環(huán)式霍爾電流傳感器。這兩種類型的傳感器在結(jié)構(gòu)上來說閉環(huán)式傳感器比開環(huán)式多了一個線圈，在精度上閉環(huán)式要優(yōu)于開環(huán)式。

開環(huán)式霍爾電流傳感器測量原理

開環(huán)式霍爾電流傳感器由鐵芯、霍爾芯片、運放等關(guān)鍵元器件構(gòu)成。當電流穿過鐵芯時會在鐵芯上感應出磁場，鐵芯將磁場聚集于豁口處被霍爾元器件感應到，從而感應出相應的電壓，該電壓被運放處理后輸出，運放所輸出的電壓信號和原邊電流滿足一定的線性關(guān)系，從而將被測電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，單片機采樣該電壓信號就可計算出被測電流的大小，從而實現(xiàn)測量電流的作用。開環(huán)式霍爾電流傳感器又叫直測式。由于體積受限，許多芯片級的霍爾電流芯片都是用開環(huán)測量原理，如ACS712、ACS758等。

閉環(huán)霍爾電流傳感器工作原理

與開環(huán)霍爾電流傳感器相比，閉環(huán)霍爾電流傳感器多了一個補償線圈，該線圈纏繞在鐵芯上。當電流傳感器通過鐵芯時，鐵芯感應出磁場，霍爾元器件將磁場轉(zhuǎn)化成電壓，該電壓被運放處理后驅(qū)動電路產(chǎn)生一個補償電流，該補償電流流過線圈產(chǎn)生一個磁場，該磁場與原邊電流產(chǎn)生的磁場大小相等方向相反，從而抵消原邊磁場，處于磁平衡狀態(tài)。所以該補償電流就是原邊電流縮放后的，縮放比例與補償線圈的圈數(shù)呈線性關(guān)系。閉環(huán)式霍爾電流傳感器又叫間接測量法。

霍爾電流關(guān)鍵元器件-霍爾元器件

在霍爾電流傳感器中，霍爾元器件是關(guān)鍵元器件，其性能影響著產(chǎn)品的性能。霍爾元器件的作用是將一定范圍內(nèi)的磁通量轉(zhuǎn)化成電壓信號。如下圖所示，霍爾元器件將50mT內(nèi)的磁通密度轉(zhuǎn)化成電壓信號。所以選用該芯片時，一定不要讓鐵芯產(chǎn)生的磁通密度超過50mT。

霍爾電流關(guān)鍵元器件-鐵芯

霍爾電流傳感器是由結(jié)構(gòu)和電路緊密配合的一個產(chǎn)品，這其中，霍爾元器件的高度、位置，鐵芯的材料、長度、橫截面積都決定著產(chǎn)品的性能。在設計產(chǎn)品時，一定要注意嚴格根據(jù)測量范圍計算鐵芯的磁路長度、鐵芯的橫截面積、磁隙間距以及霍爾芯片的高度。當然這部分的計算是設計霍爾電流傳感器中最核心的部分。

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