霍尔电流传感器选型方法_霍尔电流传感器工作原理

屈育成 2018-03-29 17646

传感器

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描述

　　霍尔电流传感器概述

　　霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理，根据霍尔效应原理，从霍尔元件的控制电流端通入电流Ic，并在霍尔元件平面的法线方向上施加磁场强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向（即霍尔输出端之间），将产生一个电势VH，称其为霍尔电势，其大小正比于控制电流I。与磁场强度B的乘积。即有式中：K为霍尔系数，由霍尔元件的材料决定;I。为控制电流;B为磁场强度;VH为霍尔电势。

　　霍尔电流传感器工作原理

　　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。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霍尔效应原理制成，对安培定律加以应用，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。

　　1、直放式（开环）电流传感器（CS系列）

　　当原边电流IP流过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压VS精确的反映原边电流IP。一般的额定输出标定为4V。

　　2、磁平衡式（闭环）电流传感器（CSM系列）

　　磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。

　　具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用，此时可以通过Is来测试Ip。当Ip变化时，平衡受到破坏，霍尔器件有信号输出，即重复上述过程重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。因此，从宏观上看，次级的补偿电流安匝数在任何时间都与初级被测电流的安匝数相等。

　　3、霍尔电压（闭环）传感器（VSM系列）

　　霍尔电压传感器的工作原理与闭环式电流传感器相似，也是以磁平衡方式工作的。原边电压VP通过限流电阻Ri产生电流，流过原边线圈产生磁场，聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件输出信号控制的补偿电流IS流过副边线圈产生的磁场进行补偿，其补偿电流IS精确的反映原边电压VP。

　　4、交流电流传感器（A-CS系列）

　　交流电流传感器主要测量交流信号灯电流。是将霍尔感应出的交流信号经过AC-DC及其他转换，变为0～4V、0～20mA（或4～20mA）的标准直流信号输出供各种系统使用。

　　工作过程

　　开环的霍尔电流传感器采用的是霍尔直放式原理，闭环的霍尔电流传感器采用的是磁平衡原理。所以闭环的在响应时间跟精度上要比开环的好很多。开环和闭环都可以监测交流电，一般开环的适用于大电流监测，闭环适用于小电流监测。

　　霍尔电流传感器优点

　　1.测量范围广：它可以测量任意波形的电流和电压，如直流、交流、脉冲、三角波形等，甚至对瞬态峰值电流、电压信号也能忠实地进行反映;

　　2.响应速度快：最快者响应时间只为1us。

　　3.测量精度高：其测量精度优于1%，该精度适合于对任何波形的测量。普通互感器是感性元件，接入后影响被测信号波形，其一般精度为3%~5%，且只适合于50Hz正弦波形。

　　4.线性度好：优于0.2%

　　5.动态性能好：响应时间快，可小于1us;普通互感器的响应时间为10~20ms。

　　6.工作频带宽：在0~100KHz频率范围内的信号均可以测量。

　　7.可靠性高，平均无故障工作时间长：平均无故障时间》510小时

　　8.过载能力强、测量范围大：0---几十安培~上万安培

　　9.体积小、重量轻、易于安装。

　　霍尔电流传感器选型方法

　　霍尔电流传感器是利用霍尔效应将一次大电流变换为二次微小电压信号的传感器。实际设计的霍尔传感器往往通过运算放大器等电路，将微弱的电压信号放大为标准电压或电流信号。

　　CSN系列霍尔效应电流传感器可用于监测直流或交流电流。这一系列的产品包括可调节线性、零点平衡、数字以及线性电流传感器。CSN系列磁阻电流传感器使用了ASIC（专用集成电路）和霍尼韦尔磁阻式（MR）传感器，温度漂移极低，因此其测量结果稳定、重复性好且精度很高。这是因为所使用的ASIC充分利用了磁阻传感器独有的特性。其根据霍尼韦尔的专利技术设计，在电流测量应用，能提供卓越的传感器性能和极高的精度。在选择霍尔电流传感器时应考虑几下几个方面。

　　霍尔电流传感器选型考虑因素：

　　1.、依据测量对象和使用条件确定霍尔电流传感器的类型

　　众所周知，同一霍尔电流传感器可用来分别测量多种被测量；而同一被测量，义常有多种原理的霍尔电流传感器可供选用。在进行一项具体的测量量工作之前，首先要分析并确定采用何种原理或类删的霍尔电流传感器更合适。这就需要对与霍尔电流传感器工作有关联的方方面面作番调查研究。要了解被测量的特点：如被测量的状态、性质，测量的范围、幅值和频带，测量的速度、时间、精度要求、过载的幅度和和出现频率等。

　　2、要了解使用的条件。这包含两个方面：

　　（1）现场环境条件：如温度、湿度、气压，能源、光照，尘污、振动、噪声，电磁场及辐射干扰等；

　　（2）现有基础条件：如财力，配套设施，人力即技术水平等。选择霍尔电流传感器所需考虑的方面和事项很多，实际中不可能也没有必要面面俱到满足所有要求。设计者应从系统总体对霍尔电流传感器使用的目的、要求出发，综合分析主次，权衡利弊，抓住要方面，突出重要事项加以优先考虑。在此基础七．就可以明确选择霍尔电流传感器类型的具体问题：量程的大小和过载量；被测对象或位置对霍尔电流传感器重量和体积的要求；测量的方式是接触。

　　霍尔电流传感器选型注意事项：

　　A、选择电流传感器时需要注意穿孔尺寸是否能够保证电线可以穿过传感器；

　　B、选择电流传感器时需要注意现场的应用环境是否有高温、低温、高潮湿、强震等特殊环境；

　　C、选择电流传感器时需要注意空间结构是否满足；

　　霍尔电流传感器使用注意事项

　　A、接线时注意接线端子的裸露导电部分，尽量防止ESD冲击，需要有专业施工经验的工程师才能对该产品进行接线操作。电源、输入、输出的各连接导线必须正确连接，不可错位或反接，否则可能导致产品损坏。

　　B、产品安装使用环境应无导电尘埃及腐蚀性

　　C、剧烈震动或高温也可能导致产品损坏，必须注意使用场合。

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