一、
霍爾電流傳感器、變送器的基本原理與使用方法
1.霍爾器件
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。如果在輸入端通途看著電流IC,當(dāng)有意磁場R穿過該器件感磁面,則在輸出端出現(xiàn)霍爾電勢VH。
霍爾電勢VH的大小與控制電流IC和磁通密度B的乘積成正比,即VH=KHIVBsin
霍爾電流傳感器是按照安培定律原理做成,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。
2.霍爾直流檢測原理
由于磁路與霍爾器件的輸出具有良好的線性關(guān)系,因此霍爾器件輸出的電壓訊號U0可以間接反映出被測電流I1的大小,即:I1∝B1∝U0
我們把UO定標(biāo)為當(dāng)被測電流I1為額定值時(shí),U0等于50mV或100mV。這就制成霍爾直接檢測電流傳感器。
3.霍爾磁補(bǔ)償原理
原邊主回路有一被測電流I1,將產(chǎn)生磁通Φ1,被副邊補(bǔ)償線圈通過的電流I2所產(chǎn)生的磁通Φ2進(jìn)行補(bǔ)償后保持磁平衡狀態(tài),霍爾器件則始終處于檢測零磁通的作用。所以稱為霍爾磁補(bǔ)償電流傳感器。這種先進(jìn)的原理模式優(yōu)于直檢原理模式,突出的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間快和測量精度高,特別適用于弱小電流的檢測。
4.磁補(bǔ)償式電壓傳感器
為了測量mA級的小電流,根據(jù)Φ1=T1N1,增加N1的匝數(shù),同樣可以獲得高磁通Φ1。采用這種方法制成的小電流傳感器不但可以測mA級電流,而且可以測電壓。
與電流傳感器所不同的是在測量電壓時(shí),電壓傳感器的原邊多匝繞組通過串聯(lián)一個(gè)限流電阻R1,然后并聯(lián)連接在被測電壓U1上,得到與被測電壓U1成正比例的電流I1
副邊原理同電流傳感器一樣,當(dāng)補(bǔ)償電流I2流過測量電阻RM時(shí),在RM兩端轉(zhuǎn)換成電壓作為傳感器的測量電壓U0,即U0=I2RM
5.電流傳感器的輸出
直接檢測式電流傳感器為高阻抗輸出電壓,在應(yīng)用中,負(fù)載阻抗要大于10KΩ,通常都是將其±50mV或±100mV懸浮輸出電壓用差動(dòng)輸入比例放大器放大到±4V或±5V。
6.取樣電壓與測量電阻的計(jì)算
從前面公式知道
U0=I2RM 式中:U0-測量電壓,又叫取樣電壓(V)
RM=U0/I2 I2-副邊線圈補(bǔ)償電流(A)
RM-測量電阻(Ω)
計(jì)算時(shí)I2可以從磁補(bǔ)償式電流傳感器技術(shù)參數(shù)表中查出與被測電流(額定有效值)I1相對應(yīng)的輸出電流(額定有效值)I2
7.飽和點(diǎn)與最大被測電流的計(jì)算
當(dāng)輸出電流I2最大值時(shí),電流值不再跟著I1的增加而增加,我們稱為傳感器的飽和點(diǎn)。
在測量交流或脈沖時(shí),當(dāng)RM確定后,要計(jì)算出最大被測電流I1MAX,如果I1max值低于交流電流峰值或低于脈沖幅值,將會造成輸出波形削波或限幅現(xiàn)象,此種情況可將RM選小一些來解決