一、
霍尔电流传感器、变送器的基本原理与使用方法
1.霍尔器件
霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通途看着电流IC,当有意磁场R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=KHIVBsin
霍尔电流传感器是按照安培定律原理做成,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。
2.霍尔直流检测原理
由于磁路与霍尔器件的输出具有良好的线性关系,因此霍尔器件输出的电压讯号U0可以间接反映出被测电流I1的大小,即:I1∝B1∝U0
我们把UO定标为当被测电流I1为额定值时,U0等于50mV或100mV。这就制成霍尔直接检测电流传感器。
3.霍尔磁补偿原理
原边主回路有一被测电流I1,将产生磁通Φ1,被副边补偿线圈通过的电流I2所产生的磁通Φ2进行补偿后保持磁平衡状态,霍尔器件则始终处于检测零磁通的作用。所以称为霍尔磁补偿电流传感器。这种先进的原理模式优于直检原理模式,突出的优点是响应时间快和测量精度高,特别适用于弱小电流的检测。
4.磁补偿式电压传感器
为了测量mA级的小电流,根据Φ1=T1N1,增加N1的匝数,同样可以获得高磁通Φ1。采用这种方法制成的小电流传感器不但可以测mA级电流,而且可以测电压。
与电流传感器所不同的是在测量电压时,电压传感器的原边多匝绕组通过串联一个限流电阻R1,然后并联连接在被测电压U1上,得到与被测电压U1成正比例的电流I1
副边原理同电流传感器一样,当补偿电流I2流过测量电阻RM时,在RM两端转换成电压作为传感器的测量电压U0,即U0=I2RM
5.电流传感器的输出
直接检测式电流传感器为高阻抗输出电压,在应用中,负载阻抗要大于10KΩ,通常都是将其±50mV或±100mV悬浮输出电压用差动输入比例放大器放大到±4V或±5V。
6.取样电压与测量电阻的计算
从前面公式知道
U0=I2RM 式中:U0-测量电压,又叫取样电压(V)
RM=U0/I2 I2-副边线圈补偿电流(A)
RM-测量电阻(Ω)
计算时I2可以从磁补偿式电流传感器技术参数表中查出与被测电流(额定有效值)I1相对应的输出电流(额定有效值)I2
7.饱和点与最大被测电流的计算
当输出电流I2最大值时,电流值不再跟着I1的增加而增加,我们称为传感器的饱和点。
在测量交流或脉冲时,当RM确定后,要计算出最大被测电流I1MAX,如果I1max值低于交流电流峰值或低于脉冲幅值,将会造成输出波形削波或限幅现象,此种情况可将RM选小一些来解决