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Hall current transduce

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=KHICBsinΘ

霍爾電流傳感器是按照霍爾效應(yīng)原理制成,對安培定律加以應(yīng)用,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。

我們把U0定標(biāo)為當(dāng)被測電流I1為額定值時,U0等于50mV或100mV。這就制成霍爾直接檢測(無放大)電流傳感器。

知道:Φ1=Φ2

I1N1=I2N2

I2=NI/N2·I1

當(dāng)補償電流I2流過測量電阻RM時,在RM兩端轉(zhuǎn)換成電壓。做為傳感器測量電壓U0即:U0=I2RM

按照霍爾磁補償原理制成了額定輸入從~系列規(guī)格的電流傳感器。

由于磁補償式電流傳感器必須在磁環(huán)上繞成千上萬匝的補償線圈,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。

與電流傳感器所不同的是在測量電壓時,電壓傳感器的原邊多匝繞組通過串聯(lián)一個限流電阻R1,然后并聯(lián)連接在被測電壓U1上,得到與被測電壓U1成比例的電流I1。副邊原理同電流傳感器一樣。當(dāng)補償電流I2流過測量電阻RM時,在RM兩端轉(zhuǎn)換成電壓作為傳感器的測量電壓U0,即 U0=I2RM。

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2KΩ。

磁補償式電流、電壓磁補償式電流、電壓傳感器均為電流輸出型。從圖1-3看出"M"端對電源"O"

端為電流I2的通路。因此,傳感器從"M"端輸出的信號為電流信號。電流信號可以在一定范圍遠(yuǎn)傳,并能保證精度,使用中,測量電阻RM只需設(shè)計在二次儀表輸入或終端控制板接口上。

為了保證高精度測量要注意:①測量電阻的精度選擇,一般選金屬膜電阻,精度≤±0.5%,詳見表1-1,②二次儀表或終端控制板電路輸入阻抗應(yīng)大于測量電阻100倍以上。

U0=I2RM

RM=U0/I2

式中:U0-測量電壓,又叫取樣電壓(V)。

I2-副邊線圈補償電流(A)。

RM-測量電阻(Ω)。

計算時I2可以從磁補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。假如要將I2變換成U0=5V,RM選擇詳見表1-1。

當(dāng)輸出電流I2最大值時,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。

按下式計算

I2max=V+-VCES/RN2+RM

式中:V+-正電源(V)。

VCES-功率管集射飽和電壓,(V)一般為0.5V。

RN2-副邊線圈直流內(nèi)阻(Ω),詳見表,1-2。

RM-測量電阻(Ω)。

從計算可知改變測量電阻RM,飽和點隨之也改變。當(dāng)被測電阻RM確定后,也就有了確定的飽和點。根據(jù)下式計算出最大被測電流I1max:I1max=I1/I2·I2max

在測量交流或脈沖時,當(dāng)RM確定后,要計算出最大被測電流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。

U1/R1=I1、R1=U1/10mA(KΩ),電阻的功率要大于計算值2~4倍,電阻的精度≤±0.5%。R1精密線繞功率電阻,可由廠方代訂。

電流傳感器的接線方法

1、直檢式(無放大)電流傳感器接線圖如圖1-7所示。

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.、VN表示霍爾輸出電壓。

2、直檢放大式電流傳感器接線圖如圖1-8所示。

a、圖是P型接法,(b)圖是C型接法,圖中U0表示輸出電壓,RL表示負(fù)載電阻。

3、磁補償式電流傳感器接線圖如圖1-9所示。

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物的排列方法是一致的,插座插頭接法同實物的排列方法也是一致的,以免接線錯誤。

在以上接線圖上,主回路被測電流I1在穿孔中有一箭頭示出了電流正方向,實物外殼上也標(biāo)明了電流正方向,這是電流傳感器規(guī)定了被測電流I1的電流正方向與輸出電流I2是同極性的。這在三相交流或多路直流檢測量中是致關(guān)重要的。

1、輸出地端集中接大電解上以利降噪。

2、電容位uF,二極管為1N4004。

3、變壓器根據(jù)傳感器功耗而定。

4、傳感器的工作電流。

直檢式(無放大)耗電:最大5mA;直檢放大式耗電:最大±20mA;磁補償式耗電: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算出功耗。

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)分流器在檢測高頻大電流時帶有不可避免的電感性,不能真實傳遞被測電流波形,更不能真實傳遞非正弦波型。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,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,工作時存在激磁電流,所以這是電感性器件,使它在響應(yīng)時間上只能做到數(shù)十毫秒。眾所周知的電流互感器二次側(cè)一旦開路將產(chǎn)生高壓危害。在使用微機檢測中需信號的多路采集,人們正尋求能隔離又能采集信號的方法。電流電壓傳感器繼承了互感器原副邊可靠絕緣的優(yōu)點,又解決了傳遞變送器價昂體積大還要配用互感器的缺陷,給微機檢測等自動化管理系統(tǒng)提供了模數(shù)轉(zhuǎn)換的機會。在使用中,傳感器輸出信號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,模擬信號送給自動化裝置,數(shù)字信號送給計算機接口。

在3KV以上的高壓系統(tǒng),電流、電壓傳感器都能與傳統(tǒng)的高壓互感器配合,替代傳統(tǒng)的電量變送器,為模數(shù)轉(zhuǎn)換提供方便。

5、傳統(tǒng)的檢測元件受規(guī)定頻率、規(guī)定波形,響應(yīng)滯后等很多因素的限制,不能適應(yīng)大功率變流技術(shù)的發(fā)展,應(yīng)運而產(chǎn)生的新一代霍爾電流電壓傳感器,以及電流電壓傳感器與真有效枝AC/DC轉(zhuǎn)換器組合成為一體化的變送器,已成為人們熟知最佳檢測模塊。另外,電子電力裝置向高頻化、模塊化、組件化、智能化發(fā)展,使裝置設(shè)計者得心應(yīng)手,這將是電子電力技術(shù)史上劃時代的根本性變革。

1、測量范圍廣:它可以測量任意波形的電流和電壓,如直流、交流、脈沖、三角波形等,甚至對瞬態(tài)峰值電流、電壓信號也能忠實地進(jìn)行反映;

2、響應(yīng)速度快:最快者響應(yīng)時間只為1us。

3、測量精度高:其測量精度優(yōu)于1%,該精度適合于對任何波形的測量。普通互感器是感性元件,接入后影響被測信號波形,其一般精度為3%~5%,且只適合于50Hz 正弦波形。

4、線性度好:優(yōu)于0.2%

5、動態(tài)性能好:響應(yīng)時間快,可小于1us;普通互感器的響應(yīng)時間為10~20ms。

6、工作頻帶寬:在0~100KHz 頻率范圍內(nèi)的信號均可以測量。

7、可靠性高,平均無故障工作時間長:平均無故障時間>5 10 小時

8、過載能力強、測量范圍大:0——-幾十安培~上萬安培

9、體積小、重量輕、易于安裝。

由于霍爾電流電壓傳感器以上的優(yōu)點,故而可廣泛應(yīng)用與變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、UPS 電源、逆變焊機、電解電鍍、數(shù)控機床、微機監(jiān)測系統(tǒng)、電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和需要隔離檢測電流電壓的各個領(lǐng)域中。

性能指標(biāo):

執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn):IEC688:1992,QB

輸入范圍:0~800A內(nèi)可選 如0~100 A,0~500A等

精度等級:≤1.0%.F.S

線 性 度:優(yōu)于0.2%

*響應(yīng)時間:≤1Us

頻率特性:0~100KHz

失調(diào)電壓:≤20mV

溫度特性:≤150ppM/℃(0~50℃)

整機功耗:≤30 mA+Ig

隔離耐壓:輸入/輸出/外殼間 AC2.0KV/min*1mA

過載能力:2倍電流連續(xù),30倍1秒

阻燃特性:UL94-V0

工作環(huán)境:-10℃~50℃,20%~90%無凝露

貯存環(huán)境:-40℃~70℃,20%~95%無凝露

2、原邊導(dǎo)線盡可能完全放滿傳感器內(nèi)孔,不要留有空隙;

3、需要測量的電流應(yīng)接近于傳感器的標(biāo)準(zhǔn)額定值IPN,不要相差太大。如條件所限,手頭僅有一個額定值很高的傳感器,而欲測量的電流值又低于額定值很多,為了提高測量精度,可以把原邊導(dǎo)線多繞幾圈,使之接近額定值。例如當(dāng)用額定值100A的傳感器去測量10A的電流時,為提高精度可將原邊導(dǎo)線在傳感器的內(nèi)孔中心繞十圈(一般情況,NP=1;在內(nèi)孔中繞一圈,NP=2;……;繞九圈,NP=10,則NP×10A=100A與傳感器的額定值相等,從而可提高精度);

4、當(dāng)欲測量的電流值為IPN/10的時,在25℃仍然可以有較高的精度。

A、選擇電流傳感器時需要注意穿孔尺寸是否能夠保證電線可以穿過傳感器;

B、選擇電流傳感器時需要注意現(xiàn)場的應(yīng)用環(huán)境是否有高溫、低溫、高潮濕、強震等特殊環(huán)境;

C、選擇電流傳感器時需要注意空間結(jié)構(gòu)是否滿足;

使用須知

A、接線時注意接線端子的裸露導(dǎo)電部分,盡量防止ESD沖擊,需要有專業(yè)施工經(jīng)驗的工程師才能對該產(chǎn)品進(jìn)行接線操作。電源、輸入、輸出的各連接導(dǎo)線必須正確連接,不可錯位或反接,否則可能導(dǎo)致產(chǎn)品損壞。

B、產(chǎn)品安裝使用環(huán)境應(yīng)無導(dǎo)電塵埃及腐蝕性

C、劇烈震動或高溫也可能導(dǎo)致產(chǎn)品損壞,必須注意使用場合。

注意事項

1、電流傳感器必須根據(jù)被測電流的額定有效值適當(dāng)選用不同的規(guī)格的產(chǎn)品。被測電流長時間超額,會損壞末極功放管(指磁補償式),一般情況下,2倍的過載電流持續(xù)時間不得超過1分鐘。

2、電壓傳感器必須按產(chǎn)品說明在原邊串入一個限流電阻R1,以使原邊得到額定電流,在一般情況下,2倍的過壓持續(xù)時間不得超過1分鐘。

3、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)被測電流高于電流傳感器的額定值時,應(yīng)選用相應(yīng)大的傳感器;當(dāng)被測電壓高于電壓傳感器的額定值時,應(yīng)重新調(diào)整限流電阻。當(dāng)被測電流低于額定值1/2以下時,為了得到最佳精度,可以使用多繞圈數(shù)的辦法。

4、絕緣耐壓為3KV的傳感器可以長期正常工作在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。

5、在要求得到良好動態(tài)特性的裝置上使用時,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),均會影響動態(tài)特性。

6、在大電流直流系統(tǒng)中使用時,因某種原因造成工作電源開路或故障,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。

7、傳感器抗外磁場能力為:距離傳感器5~10cm一個超過傳感器原邊電流值2倍的電流,所產(chǎn)生的磁場干擾可以抵抗。三相大電流布線時,相間距離應(yīng)大于5~10cm。

8、為了使傳感器工作在最佳測量狀態(tài),應(yīng)使用圖1-10介紹的簡易典型穩(wěn)壓電源。

9、傳感器的磁飽和點和電路飽和點,使其有很強的過載能力,但過載能力是有時間限制的,試驗過載能力時,2倍以上的過載電流不得超過1分鐘。

10、原邊電流母線溫度不得超過85℃,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。

開環(huán)式霍爾傳感器的工作過程:

原邊電流(Ip)通過一根導(dǎo)線時,在導(dǎo)線四周將會產(chǎn)生一個磁場,這一磁場的大小與流過導(dǎo)線的電流成正比,它能通過磁芯聚集感應(yīng)到霍爾器件上并使其有一信號輸出。這一信號經(jīng)信號放大器放大后直接輸出,霍爾器件輸出的信號準(zhǔn)確反映了原邊電流的輸出情況。

優(yōu)點:封裝尺寸小 ,測量范圍廣 ,重量輕,低電源損耗,無插損

閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作過程:

當(dāng)原邊電流IP產(chǎn)生的磁通通過磁芯集中在磁路中,霍爾器件固定在氣隙中檢測磁通,通過繞在磁芯上的多匝線圈輸出反向的補償電流,用于抵消原邊電流(IP)產(chǎn)生的磁通,使得磁路中磁通始終保持為零�；魻柶骷�和輔助電路產(chǎn)生的副邊補償電流準(zhǔn)確反映了原邊電流的大小。經(jīng)過特殊電路的處理,傳感器的輸出端能夠輸出精確反映原邊電流的電流變化。