采用霍爾檢測技術,可以克服互感器這些缺點,能測量從直流到上百千赫茲的各種形狀的交流信號,并且達到原副邊不失真?zhèn)鬟f,同時又能實現(xiàn)主電路回路和電子控制電路的隔離,霍爾傳感器的輸出可直接與單片機接口。
因此霍爾傳感器已廣泛應用于微機測控系統(tǒng)及智能儀表中,是替代互感器的新一代產品,在此提出了利用霍爾傳感器對電參量特別是對高電壓,大電流的參數(shù)的測量。
電流的測量采用磁平衡式霍爾電流傳感器,傳感器可測量從直流到100kHz的交流量在自動測控系統(tǒng)中,霍爾電流傳感器常需要測量和顯示有關電參量,目前大多數(shù)測量系統(tǒng)仍采用變壓器式電壓,電流互感器,由于互感器的非理想性,使得變比和相位測量都存在較大的誤差,常需要采用硬件或軟件的方法補償,從而增加了系統(tǒng)的復雜性。
一個N型半導體薄片,長度為L,寬度為S,厚度為d,在垂直于該半導體薄片平面的方向上,施加磁感應強度為B的磁場,若在長度方向通以電流Ic則運動電荷受到洛倫茲力的作用,正負電荷將分別沿垂直于磁場和電流的方向向導體兩端移動,并*在導體兩端形成一個穩(wěn)定的電動勢UH,這就是霍爾電動勢(或稱之為霍爾電壓),這種霍爾電流傳感器現(xiàn)象稱為霍爾效應,霍爾電壓的大小UH=RIB/d=KHICB,其中R為霍爾常數(shù),KH為霍爾元件的乘積靈敏度。
霍爾電流傳感器由于具有精度高,線性好,頻帶寬,響應快,過載能力強和無插入損耗等諸多優(yōu)點,因而被廣泛應用于變頻器,逆變器,電源,電焊機,變電站,電解電鍍,數(shù)控機床,微機監(jiān)測系統(tǒng),電網監(jiān)控系統(tǒng)和需要隔離檢測的大電流,電壓等各個領域中,霍爾傳感器需用到直流電源供電才可正常工作,在做產品設計時需要考慮其功率消耗。
霍爾傳感器的磁芯使用軟磁材料,原邊電流產生磁場通過霍爾電流傳感器磁芯聚磁,在磁芯切開一個均勻的切口,磁芯氣隙處磁感應強度與原邊電流成正比,霍爾元件兩端感應到的霍爾電壓的大小與原邊電流及流過霍爾元件電流的乘積成正比,霍爾電壓經過放大后作為傳感器的輸出。
閉環(huán)電流傳感器在開環(huán)的基礎上增加了反饋線圈,霍爾元件兩端感應到的霍爾電流經過放大后控制后端的三極管電路產生補償電流,補償電路流過纏繞在磁芯上的線圈,產生的磁場與原邊電流產生的磁場方向相反,當磁芯氣隙處的磁場強度補償為0時,傳感器的輸出滿足IS=IP/KN,其中KN為補償線圈的匝數(shù)。
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