霍爾傳感器用法

、霍爾電流電壓傳感器、變送器的基本原理與使用方法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。如果在輸入端通入控制電流I,當(dāng)有一磁場(chǎng)B穿過(guò)該器件感磁面，貝V在輸出端出現(xiàn)霍爾電勢(shì)V。C h如圖1—1所示。圖1—1 霍爾器件工作原理圖霍爾電勢(shì)V的大小與控制電流I和磁通密度B的乘積成正比，即：V=KIBsinH C HHC0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?chē)a(chǎn)生一正比于該電流的磁場(chǎng)，而霍爾器件則用來(lái)測(cè)量這一磁場(chǎng)。因此，使電流的非接觸測(cè)量成為可能。通過(guò)測(cè)量霍爾電勢(shì)的大小間接測(cè)量載流導(dǎo)體電流的大小。因此，電流傳感器經(jīng)過(guò)了電一磁一電的絕緣隔離轉(zhuǎn)換?；魻栔绷鳈z測(cè)原理如圖1—2所示。由于磁路與霍爾器件的輸出具有良好的線性關(guān)系，因此霍爾我們把U定標(biāo)為當(dāng)被測(cè)電流I為額定值時(shí)，U等于50mV或100mV。這就制成霍爾直接檢測(cè)（無(wú)放大）電流傳感器?！慊魻柎叛a(bǔ)償原理原邊主回路有一被測(cè)電流II，將產(chǎn)生磁通①1,被副邊補(bǔ)償線圈通過(guò)的電流12所產(chǎn)生的磁通①2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(cè)零磁通的作用。所以稱(chēng)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(cè)量精度高，特別適用于弱小電流的檢測(cè)。霍爾磁補(bǔ)償原理如圖1—3所示。從圖1—3知道：①二①12IN=IN1122I=N/N?I當(dāng)補(bǔ)償電流I流過(guò)測(cè)量電阻R時(shí)，在R兩端轉(zhuǎn)換成電壓。做為傳感器測(cè)量電2 M M壓U即：U=IR按照霍爾磁補(bǔ)償原理制成了額定輸入從0.01A?500A系列規(guī)格的電流傳感方器。由于磁補(bǔ)償式電流傳感器必須在磁環(huán)上繞成千上萬(wàn)匝的補(bǔ)償線圈，因而成本增加；其次，工作電流消耗也相應(yīng)增加；但它卻具有直檢式不可比擬的較高精度和快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。磁補(bǔ)償式電壓傳感器為了測(cè)量mA級(jí)的小電流，根據(jù)①戸I』，增加N』勺匝數(shù)，同樣可以獲得高磁通①。采用這種方法制成的小電流傳感器不但可以測(cè)mA級(jí)電流，而且可以測(cè)電壓。與電流傳感器所不同的是在測(cè)量電壓時(shí)，電壓傳感器的原邊多匝繞組通過(guò)串聯(lián)一個(gè)限流電阻R,然后并聯(lián)連接在被測(cè)電壓U上，得到與被測(cè)電壓兒成比例的電流I，如圖1—4所示。 1 11

副邊原理同電流傳感器一樣。當(dāng)補(bǔ)償電流I流過(guò)測(cè)量電阻R時(shí)，在R兩端轉(zhuǎn)2 M M換成電壓作為傳感器的測(cè)量電壓U,即U=IR0 0 2M電流傳感器的輸出直接檢測(cè)式（無(wú)放大）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10KQ，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土4V或±5V。圖5—1是兩個(gè)實(shí)用電路，供參考。ffl1—5實(shí)用差動(dòng)比例放大器（A）實(shí)用差動(dòng)比例放天器國(guó)性能較奸’適用于斌度要求高的場(chǎng)合.實(shí)用差動(dòng)比例放天器國(guó)性能較奸’適用于斌度要求高的場(chǎng)合.（a）圖可滿足一般精度要求；（b）圖性能較好，適用于精度要求高的場(chǎng)合。直檢放大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2KQ。磁補(bǔ)償式電流、電壓磁補(bǔ)償式電流、電壓傳感器均為電流輸出型。從圖1—3看出“M”端對(duì)電源“O”端為電流I的通路。因此，傳感器從“M”端輸出的信號(hào)為電流信號(hào)。電流2信號(hào)可以在一定范圍遠(yuǎn)傳，并能保證精度，使用中，測(cè)量電阻R只需設(shè)計(jì)在M二次儀表輸入或終端控制板接口上。為了保證高精度測(cè)量要注意：①測(cè)量電阻的精度選擇，一般選金屬膜電阻，精度＜±0.5%，詳見(jiàn)表1—1,②二次儀表或終端控制板電路輸入阻抗應(yīng)大于測(cè)量電阻100倍以上。取樣電壓與測(cè)量電阻的計(jì)算從前面公式知道U=IR0 2MR=U/I2式中：u°—測(cè)量電壓，又叫取樣電壓（V）。I：—副邊線圈補(bǔ)償電流（A）。R—測(cè)量電阻（Q）。M計(jì)算時(shí)I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(cè)電流（額定有2 TOC\o"1-5"\h\z效值）I相對(duì)應(yīng)的輸出電流（額定有效值）1。假如要將I變換成U=5，RM… ，1 . 2 2 0V選擇詳見(jiàn)表1—1。飽和點(diǎn)與最大被測(cè)電流的計(jì)算從圖1—3可知輸出電流I的回路是：V-末級(jí)功放管集射極一NfR—0,回2 + 2M路等效電阻如圖1—6°（V?0的回路相同，電流相反）仃￡ R出 Rw Rm 0O a ； CZZZ ^^1 1『血 Vm Un圖1—6 。回路的等效電阻當(dāng)輸出電流I最大值時(shí)，電流值不再跟著I的增加而增加，我們稱(chēng)為傳感器21的飽和點(diǎn)。按下式計(jì)算I=V-V/R+R2max+CESN2M式中：V—正電源（V）。+V—功率管集射飽和電壓，（V）—般為0.5V。CESR—副邊線圈直流內(nèi)阻（Q）,詳見(jiàn)表，1—2。N2R—測(cè)量電阻（Q）。M

從計(jì)算可知改變測(cè)量電阻R,飽和點(diǎn)隨之也改變。當(dāng)被測(cè)電阻R確定后，也M M就有了確定的飽和點(diǎn)。根據(jù)下式計(jì)算出最大被測(cè)電流1殞?zhuān)?打皿在測(cè)量交流或脈沖時(shí)，當(dāng)R確定后，要計(jì)算出最大被測(cè)電流I，如果I值低于交流電流峰值或低于脈沖幅值，將會(huì)造成輸出波形削波或限幅現(xiàn)象，此種情況可將R選小一些來(lái)解決。M計(jì)算舉例：舉例1以電流傳感器LT100—P為例：要求測(cè)量額定電流：直流100A最大電流：直流200A(過(guò)載時(shí)間W1分鐘/小時(shí))查表，知工作電壓：穩(wěn)壓±15V,線圈內(nèi)阻20Q(詳見(jiàn)表1—2)輸出電流：0.1A(額定值)要求取樣電壓：5V計(jì)算測(cè)量電流與取樣電壓是否合適R=U/I=5/0.1=50(Q)M0 2I=V—V/R+R=15—0.5/20+50=0.207(A)2max+CESN2MI=I/I?I=100/0.1X0.207=207(A)從以上計(jì)算結(jié)果得知滿足(1)、(3)的要求。磁補(bǔ)償式電壓傳感器說(shuō)明與舉例LV50—P型電壓傳感器原邊與副邊抗電強(qiáng)度±4000Vrms(50Hz.1min)，用以測(cè)量直流、交流、脈沖電壓。在測(cè)量電壓時(shí)，根據(jù)電壓額定值，在原邊+HT端串一限流電阻，即被測(cè)電壓通過(guò)電阻得到原邊電流U/R=I、R=U/10mA(KQ)，電阻的功率要大于計(jì)算值2?4倍，電阻的精度W±0.5%「R精密線繞功率電阻，可由廠方代訂。電流傳感器的接線方法直檢式(無(wú)放大)電流傳感器接線圖如圖1—7所示。直稚式電流便感器接線圖直稚式電流便感器接線圖(a) 圖是P型(印板插腳式)接發(fā)，(b)圖是C型(插座插頭式)接法,VN.、V表示霍爾輸出電壓。N直檢放大式電流傳感器接線圖如圖1—8所示。

K1—R貳檢放大式電流件感器接線圖(a) 圖是P型接法，(b)圖是C型接法，圖中U表示輸出電壓，R表示0 L負(fù)載電阻。磁補(bǔ)償式電流傳感器接線圖如圖1—9所示。IS1-9碟補(bǔ)償式電流餐惑器接線圖(a)圖是P型接法，(b)圖是C型接法(注意四針插座第三針是空腳)以上三種傳感器的印板插腳式接法同實(shí)物的排列方法是一致的，插座插頭接法同實(shí)物的排列方法也是一致的，以免接線錯(cuò)誤。在以上接線圖上，主回路被測(cè)電流I在穿孔中有一箭頭示出了電流正方向，實(shí)物外殼上也標(biāo)明了電流正方向，這是電流傳感器規(guī)定了被測(cè)電流I的電流正方向與輸出電流I是同極性的。這在三相交流或多路直流檢測(cè)量中是致關(guān)重要的。 2電流電壓傳感器的工作電源電流傳感器是一種有源模塊，如霍爾器件、運(yùn)放、末級(jí)功率管，都需要工作電源，并且還有功耗，圖1—10是實(shí)用的典型工作電源原理圖。1)輸出地端集中接大電解上以利降噪。電容位uF,二極管為1N4004。變壓器根據(jù)傳感器功耗而定。傳感器的工作電流。直檢式(無(wú)放大)耗電：最大5mA；直檢放大式耗電：最大±20mA；磁補(bǔ)償式耗電：20+輸出電流；最大消耗工作電流20+輸出電流的2倍。根據(jù)消耗工作電流可以計(jì)算出功耗。電流電壓傳感器使用注意事項(xiàng)電流傳感器必須根據(jù)被測(cè)電流的額定有效值適當(dāng)選用不同的規(guī)格的產(chǎn)品。被測(cè)電流長(zhǎng)時(shí)間超額，會(huì)損壞末極功放管(指磁補(bǔ)償式)，一般情況下,2倍的過(guò)載電流持續(xù)時(shí)間不得超過(guò)1分鐘。電壓傳感器必須按產(chǎn)品說(shuō)明在原邊串入一個(gè)限流電阻R1，以使原邊得到額定電流，在一般情況下，2倍的過(guò)壓持續(xù)時(shí)間不得超過(guò)1分鐘。電流電壓傳感器的最佳精度是在原邊額定值條件下得到的，所以當(dāng)被測(cè)電流高于電流傳感器的額定值時(shí)，應(yīng)選用相應(yīng)大的傳感器；當(dāng)被測(cè)電壓高于電壓傳感器的額定值時(shí)，應(yīng)重新調(diào)整限流電阻。當(dāng)被測(cè)電流低于額定值1/2以下時(shí)，為了得到最佳精度，可以使用多繞圈數(shù)的辦法。絕緣耐壓為3KV的傳感器可以長(zhǎng)期正常工作在1KV及以下交流系統(tǒng)和1.5KV及以下直流系統(tǒng)中，6KV的傳感器可以長(zhǎng)期正常工作在2KV及以下交流系統(tǒng)和2.5KV及以下直流系統(tǒng)中，注意不要超壓使用。在要求得到良好動(dòng)態(tài)特性的裝置上使用時(shí)，最好用單根銅鋁母排并與孔徑吻合，以大代小或多繞圈數(shù)，均會(huì)影響動(dòng)態(tài)特性。在大電流直流系統(tǒng)中使用時(shí)，因某種原因造成工作電源開(kāi)路或故障，則鐵心產(chǎn)生較大剩磁，是值得注意的。剩磁影響精度。退磁的方法是不加工作電源，在原邊通一交流并逐漸減小其值。傳感器抗外磁場(chǎng)能力為：距離傳感器5?10cm—個(gè)超過(guò)傳感器原邊電流值2倍的電流，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾可以抵抗。三相大電流布線時(shí)，相間距離應(yīng)大于5?10cm。為了使傳感器工作在最佳測(cè)量狀態(tài)，應(yīng)使用圖1—10介紹的簡(jiǎn)易典型穩(wěn)壓電源。傳感器的磁飽和點(diǎn)和電路飽和點(diǎn)，使其有很強(qiáng)的過(guò)載能力，但過(guò)載能力是有時(shí)間限制的，試驗(yàn)過(guò)載能力時(shí)，2倍以上的過(guò)載電流不得超過(guò)1分鐘。原邊電流母線溫度不得超過(guò)85°C，這是ABS工程塑料的特性決定的，用戶有特殊要求，可選高溫塑料做外殼。電流傳感器在使用中的優(yōu)越性1）非接觸檢測(cè)。在進(jìn)口設(shè)備的再改造中，以及老舊設(shè)備的技術(shù)改造中，顯示出非接觸測(cè)量的優(yōu)越性；原有設(shè)備的電氣接線不用絲毫改動(dòng)就可以測(cè)得電流的數(shù)值。2）使用分流器的弊端是不能電隔離，且還有插入損耗，電流越大，損耗越大，體積也越大，人們還發(fā)現(xiàn)分流器在檢測(cè)高頻大電流時(shí)帶有不可避免的電感性，不能真實(shí)傳遞被測(cè)電流波形，更不能真實(shí)傳遞非正弦波型。電流傳感器完全消除了分流器以上的種種弊端，且精度和輸出電壓值可以和分流器做的一樣，如精度0.5、1.0級(jí)，輸出電壓50、75mV和100mV均可。（3）使用非常方便，取一只LT100—C型電流傳感器，在M端與電源零端串入一只100mA的模擬表頭或數(shù)字萬(wàn)用表，接上工作電源，將傳感器套在電線回路上，即可準(zhǔn)確顯示主回路0?100A電流值。4） 傳統(tǒng)的電流電壓互感器，雖然工作電流電壓等級(jí)多，在規(guī)定的正弦工作頻率下有較高的精度，但它能適合的頻帶非常窄，且不能傳遞直流。此外，工作時(shí)存在激磁電流，所以這是電感性器件，使它在響應(yīng)時(shí)間上只能做到數(shù)十毫秒。眾所周知的電流互感器二次側(cè)一旦開(kāi)路將產(chǎn)生高壓危害。在使用微機(jī)檢測(cè)中需信號(hào)的多路采集，人們正尋求能隔離又能采集信號(hào)的方法。電流電壓傳感器繼承了互感器原副邊可靠絕緣的優(yōu)點(diǎn)，又解決了傳遞變送器價(jià)昂體積大還要配用互感器的缺陷，給微機(jī)檢測(cè)等自動(dòng)化管理系統(tǒng)提供了模數(shù)轉(zhuǎn)換的機(jī)會(huì)。在使用中，傳感器輸出信號(hào)既可直接輸入到高阻抗模擬表頭或數(shù)字面板表，也可經(jīng)二次處理，模擬信號(hào)送給自動(dòng)化裝置，數(shù)字信號(hào)送給