近年來，隨著交流變頻調速、逆變裝置、開關電源等技術日漸普及，原有的電流、電壓檢出元件，已不適應中高頻、高di/dt電流波形的傳遞和檢測。霍爾電流傳感器是近十幾年發(fā)展起來的測量控制電流、電壓的新一代工業(yè)用電量傳感器，是彌補這一空缺的高性能電檢測元件。

一霍爾電流傳感器的應用——基本工作原理

 

圖示：霍爾電流傳感器原理示意圖

　　霍爾電流傳感器可以測量各種類型的電流，從直流電到幾十千赫茲的交流電，其所依據(jù)的工作原理主要是霍爾效應原理。

　　如上圖——霍爾電流傳感器原理示意圖中結構的磁路，將載流體周圍的磁通集中穿過霍爾元件，同時霍爾元件電流端子通以規(guī)定的直流I。則霍爾元件電壓端上就會產(chǎn)生霍爾電勢，將此電勢放大后輸入磁芯補償線圈，當補償線圈產(chǎn)生的磁通完全補償被測電流產(chǎn)生的磁通時，補償線圈的電流按比例反應了被測電流的數(shù)值。圖中被測電流為I，原邊的安匝數(shù)為I*1安匝，設補償線圈為N匝。補償電流為I0，則在安匝數(shù)平衡時

　　I*1=I0N

　　I0可通過取樣電阻R轉換成電壓輸出，則R兩端電壓U0為

　　U0=I0*R=IR/N

　　顯然U0與被測電流I成正比，只要測得U0即可換算得I，此即霍爾電流傳感器的工作原理。

二霍爾電流傳感器的應用——與其他檢測元件比較

　　以往檢測電流的常用元件有分流器和電流互感器。

　　使用分流器存在的最大問題是輸入與輸出之間沒有電隔離。此外，用分流器檢測高頻或大電流時，不可避免地帶有感性，因此分流器的接入既影響被測電流波形，也不能真實傳遞非正弦波形。

　　電流互感器在規(guī)定的工作頻率下有較高的精確度，但是它能適應的頻率范圍很窄，尤其不能傳遞直流。此外，電流互感器工作時存在激勵電流，所以它是電感性元件，存在和分流器相同的缺點。

三霍爾電流傳感器的應用——霍爾傳感器主要技術參數(shù)

01霍爾電流傳感器的供電電壓VA

　　傳感器供電電壓VA是指電流傳感器的供電電壓，它必須在傳感器所規(guī)定的范圍內。超過此范圍，傳感器不能正常工作或可靠性降低，另外，傳感器的供電電壓VA又分為正極供電電壓VA+和負極供電電壓VA-。要注意單相供電的傳感器，其供電電壓VAmin是雙相供電電壓VAmin的2倍，所以其測量范圍要供高于雙電的傳感器。

02測量范圍Ipmax

　　是指指電流傳感器可測量的最大電流值，測量范圍一般高于標準額定值IPN。

03標準額定值IPN和額定輸出電流ISN

　　IPN指電流傳感器所能測試的標準額定值，用有效值表示(Arms)，IPN的大小與傳感器產(chǎn)品的型號有關。ISN指電流傳感器額定輸出電流，一般為10~400mA，當然根據(jù)某些型號具體可能會有所不同。如果輸出電流經(jīng)過測量電阻R，則可以得到一個與原邊電流成正比的大小為幾伏的電壓輸出信號。

04偏移電流ISO

　　偏移電流也叫殘余電流或剩余電流，它主要是由霍爾元件或電子電路中運算放大器工作狀態(tài)不穩(wěn)造成的。電流傳感器在生產(chǎn)時，在25℃，IP=0時的情況下，偏移電流已調至最小，但傳感器在離開生產(chǎn)線時，都會產(chǎn)生一定大小的偏移電流。

05線性度

　　線性度決定了傳感器輸出信號(副邊電流I0)與輸入信號(原邊電流I)在測量范圍內成正比的程度。

06溫度漂移

　　偏移電流ISO是在25℃時計算出來的，當霍爾電極周邊環(huán)境溫度變化時，ISO會產(chǎn)生變化。因此，考慮偏移電流ISO的最大變化是很重要的，其中，IOT是指電流傳感器性能表中的溫度漂移值。

07過載

　　電流傳感器的過載能力是指發(fā)生電流過載時，在測量范圍之外，原邊電流仍會增加，而且過載電流的持續(xù)時間可能很短，而過載值有可能超過傳感器的允許值，過載電流值傳感器一般測量不出來，但不會對傳感器造成損壞。

08精度

　　霍爾效應傳感器的精度取決于標準額定電流IPN。在+25℃時，傳感器測量精度與原邊電流有一定影響，同時評定傳感器精度時還必須考慮偏移電流、線性度、溫度漂移的影響。

四霍爾電流傳感器的應用——注意事項

　　如常規(guī)電流傳感器一樣，一般霍爾電流傳感器都有正極(+)、負極(-)、測量端(M)及地(0)四個管腳，但帶線電流傳感器則沒有此四個管腳，而是有紅、黑、黃、綠三根引線，分別對應于正極、負極、測量端及地。同時在大多傳感器中有一內孔，測量原邊電流時要將導線穿過該內孔?？讖酱笮∨c產(chǎn)品型號、測量電流大小有著必然的關系。

　　不管是什么型號的電流傳感器，安裝時管腳的接線應根據(jù)說明書所注情況進行相應連線。

　　1) 在測量交流電時，必須強制使用雙極性供電電源。即傳感器的正極(+)接供電電源“+VA”端，負極接電源的“-VA”端，這種接法叫雙極性供電電源。同時測量端(M)通過電阻接電源“0V”端(單指零磁通式)。

　　2) 在測量直流電流時，可使用單極性或單相供電電源，即將正極或負極與“0V”端短接，從而形成只有一個電極相接的情況。

　　另外，安裝時必須全面考慮產(chǎn)品的用途、型號、量程范圍、安裝環(huán)境等。比如傳感器應盡量安裝在利于散熱的場合。

　　除了安裝接線、即時標定校準、注意傳感器的工作環(huán)境外，還應注意一下事項以保證測試精度：

　　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)。

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