發布日期：2022-10-09 點擊率：175
原標題：一文讀懂「霍爾傳感器工作原理」
霍爾器件是一種采用半導體材料制成的磁電轉換器件，霍爾電流傳感器包括開環式和閉環式兩種，高精度的霍爾電流傳感器大多屬于閉環式，閉環式霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，即閉環原理。今天小編就來為大家介紹一下霍爾電流傳感器工作原理、測量方法及應用。
工作原理
開環電流傳感器
當原邊電流IP流過一根長導線時，在導線周圍將產生一磁場，這一磁場的大小與流過導線的電流成正比，產生的磁場聚集在磁環內，通過磁環氣隙中霍爾元件進行測量并放大輸出，其輸出電壓VS精確的反映原邊電流IP。一般的額定輸出標定為4V。
磁平衡式電流傳感器也稱補償式傳感器，即原邊電流Ip在聚磁環處所產生的磁場通過一個次級線圈電流所產生的磁場進行補償，其補償電流Is精確的反映原邊電流Ip，從而使霍爾器件處于檢測零磁通的工作狀態。
具體工作過程為：當主回路有一電流通過時，在導線上產生的磁場被磁環聚集并感應到霍爾器件上，所產生的信號輸出用于驅動功率管并使其導通，從而獲得一個補償電流Is。
這一電流再通過多匝繞組產生磁場，該磁場與被測電流產生的磁場正好相反，因而補償了原來的磁場，使霍爾器件的輸出逐漸減小。當與Ip與匝數相乘所產生的磁場相等時，Is不再增加，這時的霍爾器件起到指示零磁通的作用，此時可以通過Is來測試Ip。當Ip變化時，平衡受到破壞，霍爾器件有信號輸出，即重復上述過程重新達到平衡。
被測電流的任何變化都會破壞這一平衡。一旦磁場失去平衡，霍爾器件就有信號輸出。經功率放大后，立即就有相應的電流流過次級繞組以對失衡的磁場進行補償。從磁場失衡到再次平衡，所需的時間理論上不到1μs，這是一個動態平衡的過程。因此，從宏觀上看，次級的補償電流安匝數在任何時間都與初級被測電流的安匝數相等。
測量方法
1
原邊導線應放置于傳感器內孔中心，盡可能不要放偏。
2
原邊導線盡可能完全放滿傳感器內孔，不要留有空隙。
3
需要測量的電流應接近于傳感器的標準額定值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，可以把原邊導線多繞幾圈，使之接近額定值。
例如當用額定值100A的傳感器去測量10A的電流時，為提高精度可將原邊導線在傳感器的內孔中心繞十圈(一般情況，NP=1;在內孔中繞一圈，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
當欲測量的電流值為IPN/10的時，在25℃仍然可以有較高的精度。
實際應用
近年來，自動化系統中大量使用大功率晶體管、整流器和可控硅，普遍采用交流變頻調速及脈寬調制電路，使得電路中不再只是傳統的50周的正弦波，出現了各種不同的波形。對于這類電路，采用傳統的測量方法不能反應其真實波形，而且電流、電壓檢出元件也不適應中高頻、高di/dt電流波形的傳感和檢測。
霍爾效應傳感器，可以測量任意波形的電流和電壓。輸出端能真實地反映輸入端電流或電壓的波形參數。針對霍爾效應傳感器普遍存在溫度漂移大的缺點，采用補償電路進行控制，有效地減少了溫度對測量精度的影響，確保測量準確;具有精度高、安裝方便、售價低的特點。
霍爾效應傳感器廣泛應用于變頻調速裝置、逆變裝置、ups電源、通信電源、電焊機、電力機車、變電站、數控機床、電解電鍍、微機監測、電網監測等需要隔離檢測電流電壓的設施中。
通過霍爾電流傳感器工作原理、測量方法及應用的講解，相信大家對霍爾電流傳感器應該有所了解了。霍爾電流傳感器尤其是閉環式霍爾電流傳感器因其寬頻帶、交直流兩用、不易磁飽和等特點，在工業測控領域得到了廣泛的應用。返回搜狐，查看更多
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新物聯號：上海高傳電子 2021-8-26 共有: 193 瀏覽
SF6氣體泄漏監測系統可實時監測開關室內SF6濃度。當SF6濃度大于或等于1000ppm時，自動報警并啟動風機。
霍爾電壓互感器的工作原理在測量交變電流的大電壓時,為能夠安全測量而在火線和地線之間并聯一個變壓器(接在變壓器的輸入端),這個變壓器的輸出端接入電壓表,由于輸入線圈的匝數大于輸出線圈的匝數,因此輸出電壓小于輸入電壓,電壓互感器就是降壓變壓器. 按原理分為電磁感應式和電容分壓式兩類。電磁感應式多用于 220kV及以下各種電壓等級。電容分壓式一般用于110kV以上的電力系統,330～765kV超高壓電力系統應用較多。電壓互感器按用途又分為測量用和保護用兩類。對前者的主要技術要求是保證必要的準確度；對后者可能有某些特殊要求，如要求有第三個繞組，鐵心中有零序磁通等。 電磁感應式電壓互感器 其工作原理與變壓器相同，基本結構也是鐵心和原、副繞組。特點是容量很小且比較恒定，正常運行時接近于空載狀態。電壓互感器本身的阻抗很小，一旦副邊發生短路，電流將急劇增長而燒毀線圈。為此，電壓互感器的原邊接有熔斷器，副邊可靠接地，以免原、副邊絕緣損毀時，副邊出現對地高電位而造成人身和設備事故。測量用電壓互感器一般都做成單相雙線圈結構，其原邊電壓為被測電壓（如電力系統的線電壓），可以單相使用,也可以用兩臺接成V-V形作三相使用。實驗室用的電壓互感器往往是原邊多抽頭的，以適應測量不同電壓的需要。供保護接地用電壓互感器還帶有一個第三線圈，稱三線圈電壓互感器。三相的第三線圈接成開口三角形（圖1）， 開口三角形的兩引出端與接地保護繼電器的電壓線圈聯接。正常運行時，電力系統的三相電壓對稱，第三線圈上的三相感應電動勢之和為零。一旦發生單相接地時,中性點出現位移,開口三角的端子間就會出現零序電壓使繼電器動作，從而對電力系統起保護作用。線圈出現零序電壓則相應的鐵心中就會出現零序磁通。為此，這種三相電壓互感器采用旁軛式鐵心（10kV及以下時）或采用三臺單相電壓互感器。對于這種互感器，第三線圈的準確度要求不高，但要求有一定的過勵磁特性（即當原邊電壓增加時，鐵心中的磁通密度也增加相應倍數而不會損壞）。 電磁感應式電壓互感器的等值電路與變壓器的等值電路相同。 電容分壓式電壓互感器 在電容分壓器的基礎上制成。其原理接線見圖2。 電容C1和C2串聯，U1為原邊電壓,為C2上的電壓。空載時,電容C2上的電壓為 由于C1和C2均為常數，因此正比于原邊電壓。但實際上，當負載并聯于電容C2兩端時,將大大減小,以致誤差增大而無法作電壓互感器使用。為了克服這個缺點，在電容C2兩端并聯一帶電抗的電磁式電壓互感器YH，組成電容分壓式電壓互感器(圖3)。 電抗可補償電容器的內阻抗。YH有兩個副繞組，第一副繞組可接補償電容Ck供測量儀表使用；第二副繞組可接阻尼電阻Rd，用以防止諧振引起的過電壓。 電容式電壓互感器多與電力系統載波通信的耦合電容器合用，以簡化系統，降低造價。此時，它還需滿足通信運行上的要求。電壓互感器工作原理 電磁式電壓互感器的工作原理和變壓器相同。 圖為電磁式電壓互感器原理接線圖，電壓互感器的特點是：(1)容量很小，類似一臺小容量變壓器；(2)二次側負荷比較恒定，所接測量儀表和繼電器的電壓線圈阻抗很大，因此，在正常運行時，電壓互感器接近于空載狀態。電壓互感器的一、二次線圈額定電壓之比，稱為電壓互感器的額定電壓比。即：kn=U1n/U2n其中一次線圈額定電壓U1n是電網的額定電壓，且已標準化(如10，35,110，220，330，500千伏等),二次電壓U2n，則統一定為100(或100/ )伏，所以 kn也標準化。互感器原理 在供電用電的線路中電流電壓大大小小相差懸殊從幾安到幾萬安都有。為便于二次儀表測量需要轉換為比較統一的電流，另外線路上的電壓都比較高如直接測量是非常危險的。電流互感器就起到變流和電氣隔離作用。較早前，顯示儀表大部分是指針式的電流電壓表，所以電流互感器的二次電流大多數是安培級的（如5A等）。現在的電量測量大多數字化，而計算機的采樣的信號一般為毫安級（0-5V、4-20mA等）。微型電流互感器二次電流為毫安級，主要起大互感器與采樣之間的橋梁作用。微型電流互感器也有人稱之為“儀用電流互感器”。（“儀用電流互感器”有一層含義是在實驗室使用的多電流比精密電流互感器，一般用于擴大儀表量程。）電流互感器原理線路圖微型電流互感器與變壓器類似也是根據電磁感應原理工作,變壓器變換的是電壓而微型電流互感器變換的是電流罷了。如圖繞組N1接被測電流，稱為一次繞組（或原邊繞組、初級繞組）；繞組N2接測量儀表，稱為二次繞組（或副邊繞組、次級繞組）。微型電流互感器一次繞組電流I1與二次繞組I2的電流比，叫實際電流比K。微型電流互感器在額定工作電流下工作時的電流比叫電流互感器額定電流比，用Kn表示。Kn=I1n/I2n微型電流互感器大致可分為兩類，測量用電流互感器和保護用電流互感器。測量用電流互感器 測量用電流互感器主要與測量儀表配合，在線路正常工作狀態下，用來測量電流、電壓、功率等。測量用微型電流互感器主要要求：1、絕緣可靠，2、足夠高的測量精度，3、當被測線路發生故障出現的大電流時互感器應在適當的量程內飽和（如500%的額定電流）以保護測量儀表。保護用電流互感器 保護用電流互感器主要與繼電裝置配合，在線路發生短路過載等故障時，向繼電裝置提供信號切斷故障電路，以保護供電系統的安全。保護用微型電流互感器的工作條件與測量用互感器完全不同，保護用互感器只是在比正常電流大幾倍幾十倍的電流時才開始有效的工作。保護用互感器主要要求：1、絕緣可靠，2、足夠大的準確限值系數，3、足夠的熱穩定性和動穩定性。保護用互感器在額定負荷下能夠滿足準確級的要求最大一次電流叫額定準確限值一次電流。準確限值系數就是額定準確限值一次電流與額定一次電流比。當一次電流足夠大時鐵芯就會飽和起不到反映一次電流的作用，準確限值系數就是表示這種特性。保護用互感器準確等級5P、10P
電磁感應式多用于 220kV及以下各種電壓等級。電容分壓式一般用于110kV以上的電力系統,330～765kV超高壓電力系統應用較多。
當被測線路發生故障出現的大電流時互感器應在適當的量程內飽和（如500%的額定電流）以保護測量儀表。
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