电流霍尔传感器:单电源霍尔电流传感器,电压传感器 ,电流变送器,霍尔电压变送器,霍尔电流传感器,直流漏电流传感器

2021/11/07 16:45 · 传感器知识资讯 ·  · 电流霍尔传感器:单电源霍尔电流传感器,电压传感器 ,电流变送器,霍尔电压变送器,霍尔电流传感器,直流漏电流传感器已关闭评论
摘要:

电流霍尔传感器:单电源霍尔电流传感器,电压传感器,电流变送器,霍尔电压变送器,霍尔电流传感器,直流漏电流传感器江苏中霍传感科技有限公司一家专业从事电流/电压传感器,工业采集模块的研发、制造、销售及服务的高新技术企业。公司主营:电流/电压传感器、接近开关、齿轮传感器,隔离放大器,特种互感器,工业采集单元,

电流霍尔传感器:单电源霍尔电流传感器,电压传感器 ,电流变送器,霍尔电压变送器,霍尔电流传感器,直流漏电流传感器

江苏中霍传感科技有限公司一家专业从事电流/电压传感器,工业采集模块的研发、制造、销售及服务的高新技术企业。公司主营:电流/电压传感器、接近开关、齿轮传感器,隔离放大器,特种互感器,工业采集单元,模拟电路应用技术服务,伺服系统的部分集成等。广泛应用于伺服系统,变频控制,电力及微网建设、工业物联网、高低频电源、UPS电源,焊接设备,航空航天,EV&HEV电机驱动控制、医疗设备,家用电器等领域。
我们不是终端,每一位客户都是利益共同体,更是我们的上帝。延伸服务,努力学习,为客户提供系统的解决方案,是我们不断追求。
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China-Hall Sensor 霍尔电流电压传感器
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电流霍尔传感器:霍尔电流传感器

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霍尔电流传感器
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同义词
电流霍尔传感器一般指霍尔电流传感器
霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理,根据霍尔效应原理,从霍尔元件的控制电流端通入电流Ic,并在霍尔元件平面的法线方向上施加磁感应强度为B的磁场,那么在垂直于电流和磁场方向(即霍尔输出端之间),将产生一个电势VH,称其为霍尔电势,其大小正比于控 制电流I。与磁感应强度B的乘积。即有式中:K为霍尔系数,由霍尔元件的材料决定;I为控制电流;B为磁感应强度;VH为霍尔电势。
中文名
霍尔电流传感器
外文名
Hall Current Sensor
名词解释
基本原理 检测原理 补偿原理
工作电源
电流传感器在使用中的优越性
发 展
提高灵敏度、恶劣条件下的稳定性
测电流
为了测量mA级的小电流
参 数
LF-AI12-32A1-0.5/0~5A
工作环境
-10℃~50℃,20%~90%无凝露
响应时间
≤300mS
精度等级
≤0.5%.F.S
目录
1
英文解释
2
基本原理
3
检测原理
4
补偿原理
5
发展
6
测电压
7
输出
8
电压电阻
9
电流计算
10
举例说明
11
工作电源
12
优越性
13
测量方法
14
特点
15
应用方式
16
注意事项
?
如何选型
?
使用须知
?
注意事项
17
工作过程
霍尔电流传感器英文解释
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语音
Hall Current SensorHall current transducer
霍尔电流传感器基本原理
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霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控制电流IC,当有一磁场B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=KHICBsinΘ霍尔电流传感器是按照霍尔效应原理制成,对安培定律加以应用,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。
霍尔电流传感器检测原理
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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U0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(无放大)电流传感器。
霍尔电流传感器补偿原理
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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。知道:Φ1=Φ2I1N1=I2N2I2=NI/N2·I1当补偿电流I2流过测量电阻RM时,在RM两端转换成电压。做为传感器测量电压U0即:U0=I2RM按照霍尔磁补偿原理制成了额定输入从~系列规格的电流传感器。由于磁补偿式电流传感器必须在磁环上绕成千上万匝的补偿线圈,因而成本增加;其次,工作电流消耗也相应增加;但它却具有直检式不可比拟的较高精度和快速响应等优点。
霍尔电流传感器发展
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霍尔电流传感器要想得到发展。首先就要提高灵敏度、恶劣条件下的稳定性、降低工作电压、微功耗;其次是敏感元件及其处理电路集成化、小型化;第三必须做到功能多样化,同一种敏感机理的敏感器,引用和融合了电子技术其他分支的相关成熟技术,可形成新功能或复合功能的新型品种;最后要便于组网,传感器捕获的信息便于与其上层、下层机接口和有线或无线传输,以利执行、保存、处理。
[1]
霍尔电流传感器测电压
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为了测量mA级的小电流,根据Φ1=I1N1,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
霍尔电流传感器输出
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直接检测式(无放大)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。 (a) 图可满足一般精度要求;(b)图性能较好,适用于精度要求高的场合。直检放大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2KΩ。磁补偿式电流、电压磁补偿式电流、电压传感器均为电流输出型。“M”端对电源“O”端为电流I2的通路。因此,传感器从“M”端输出的信号为电流信号。电流信号可以在一定范围远传,并能保证精度,使用中,测量电阻RM只需设计在二次仪表输入或终端控制板接口上。为了保证高精度测量要注意:①测量电阻的精度选择,一般选金属膜电阻,精度≤±0.5%,详见表1-1,②二次仪表或终端控制板电路输入阻抗应大于测量电阻100倍以上。
霍尔电流传感器电压电阻
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从前面公式知道U0=I2RMRM=U0/I2式中:U0-测量电压,又叫取样电压(V)。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。假如要将I2变换成U0=5V,RM选择详见表1-1。
霍尔电流传感器电流计算
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输出电流I2的回路是:V+→末级功放管集射极→N2→RM→0,回路等效电阻。(V-~0的回路相同,电流相反)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。按下式计算I2max=V+-VCES/RN2+RM式中:V+-正电源(V)。VCES-功率管集射饱和电压,(V)一般为0.5V。RN2-副边线圈直流内阻(Ω),详见表,1-2。RM-测量电阻(Ω)。从计算可知改变测量电阻RM,饱和点随之也改变。当被测电阻RM确定后,也就有了确定的饱和点。根据下式计算出最大被测电流I1max:I1max=I1/I2·I2max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。
霍尔电流传感器举例说明
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电压传感器原边与副边抗电强度≥4000VRMS(50Hz.1min),用以测量直流、交流、脉冲电压。在测量电压时,根据电压额定值,在原边+HT端串一限流电阻,即被测电压通过电阻得到原边电流U1/R1=I1、R1=U1/10mA(KΩ),电阻的功率要大于计算值2~4倍,电阻的精度≤±0.5%。R1精密线绕功率电阻,可由厂方代订。电流传感器的接线方法(1) 直检式(无放大)电流传感器接线图。(a) 图是P型(印板插脚式)接发,(b)图是C型(插座插头式)接法,VN.、VN表示霍尔输出电压。(2) 直检放大式电流传感器接线图。(a) 图是P型接法,(b)图是C型接法,图中U0表示输出电压,RL表示负载电阻。(3) 磁补偿式电流传感器接线图。(a) 图是P型接法,(b)图是C型接法(注意四针插座第三针是空脚)以上三种传感器的印板插脚式接法同实物的排列方法是一致的,插座插头接法同实物的排列方法也是一致的,以免接线错误。在以上接线图上,主回路被测电流I1在穿孔中有一箭头示出了电流正方向,实物外壳上也标明了电流正方向,这是电流传感器规定了被测电流I1的电流正方向与输出电流I2是同极性的。这在三相交流或多路直流检测量中是致关重要的。
霍尔电流传感器工作电源
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电流传感器是一种有源模块,如霍尔器件、运放、末级功率管,都需要工作电源,并且还有功耗,实用的典型工作电源原理图。(1) 输出地端集中接大电解上以利降噪。(2) 电容位uF,二极管为1N4004。(3) 变压器根据传感器功耗而定。(4) 传感器的工作电流。直检式(无放大)耗电:最大5mA;直检放大式耗电:最大±20mA;磁补偿式耗电:20+输出电流;最大消耗工作电流20+输出电流的2倍。根据消耗工作电流可以计算出功耗。
霍尔电流传感器优越性
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(1)非接触检测。在进口设备的再改造中,以及老旧设备的技术改造中,显示出非接触测量的优越性;原有设备的电气接线不用丝毫改动就可以测得电流的数值。(2)使用分流器的弊端是不能电隔离,且还有插入损耗,电流越大,损耗越大,体积也越大,人们还发现分流器在检测高频大电流时带有不可避免的电感性,不能真实传递被测电流波形,更不能真实传递非正弦波型。电流传感器完全消除了分流器以上的种种弊端,且精度和输出电压值可以和分流器做的一样,如精度0.5、1.0级,输出电压50、75mV和100mV均可。(3)使用非常方便,取一只LT100-C型电流传感器,在M端与电源零端串入一只100mA的模拟表头或数字万用表,接上工作电源,将传感器套在电线回路上,即可准确显示主回路0~100A电流值。(4)传统的电流电压互感器,虽然工作电流电压等级多,在规定的正弦工作频率下有较高的精度,但它能适合的频带非常窄,且不能传递直流。此外,工作时存在激磁电流,所以这是电感性器件,使它在响应时间上只能做到数十毫秒。众所周知的电流互感器二次侧一旦开路将产生高压危害。在使用微机检测中需信号的多路采集,人们正寻求能隔离又能采集信号的方法。电流电压传感器继承了互感器原副边可靠绝缘的优点,又解决了传递变送器价昂体积大还要配用互感器的缺陷,给微机检测等自动化管理系统提供了模数转换的机会。在使用中,传感器输出信号既可直接输入到高阻抗模拟表头或数字面板表,也可经二次处理,模拟信号送给自动化装置,数字信号送给计算机接口。在3KV以上的高压系统,电流、电压传感器都能与传统的高压互感器配合,替代传统的电量变送器,为模数转换提供方便。(5)传统的检测元件受规定频率、规定波形,响应滞后等很多因素的限制,不能适应大功率变流技术的发展,应运而产生的新一代霍尔电流电压传感器,以及电流电压传感器与真有效枝AC/DC转换器组合成为一体化的变送器,已成为人们熟知最佳检测模块。另外,电子电力装置向高频化、模块化、组件化、智能化发展,使装置设计者得心应手,这将是电子电力技术史上划时代的根本性变革。1. 测量范围广:它可以测量任意波形的电流和电压,如直流、交流、脉冲、三角波形等,甚至对瞬态峰值电流、电压信号也能忠实地进行反映;2. 响应速度快:最快者响应时间只为1us。3. 测量精度高:其测量精度优于1%,该精度适合于对任何波形的测量。普通互感器是感性元件,接入后影响被测信号波形,其一般精度为3%~5%,且只适合于50Hz 正弦波形。4. 线性度好:优于0.2%5. 动态性能好:响应时间快,可小于1us;普通互感器的响应时间为10~20ms。6. 工作频带宽:在0~100KHz 频率范围内的信号均可以测量。7. 可靠性高,平均无故障工作时间长:平均无故障时间>5 10 小时8. 过载能力强、测量范围大:0---几十安培~上万安培9. 体积小、重量轻、易于安装。由于霍尔电流电压传感器以上的优点,故而可广泛应用与变频调速装置、逆变装置、UPS 电源、逆变焊机、电解电镀、数控机床、微机监测系统、电网监控系统和需要隔离检测电流电压的各个领域中。
大口径,开口型电流传感器,交直两用
性能指标:* 执行标准:IEC688:1992,QB* 输入范围:0~800A内可选 如0~100 A,0~500A等* 精度等级:≤1.0%.F.S* 线 性 度:优于0.2%*响应时间:≤1Us
霍尔电流传感器
* 频率特性:0~100KHz* 失调电压:≤20mV* 温度特性:≤150PPM/℃(0~50℃)* 整机功耗:≤30 mA+Ig* 隔离耐压:输入/输出/外壳间 AC2.0KV/min*1mA* 过载能力:2倍电流连续,30倍1秒* 阻燃特性:UL94-V0* 工作环境:-10℃~50℃,20%~90%无凝露* 贮存环境:-40℃~70℃,20%~95%无凝露
霍尔电流传感器测量方法
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1.原边导线应放置于传感器内孔中心,尽可能不要放偏;2.原边导线尽可能完全放满传感器内孔,不要留有空隙;3.需要测量的电流应接近于传感器的标准额定值IPN,不要相差太大。如条件所限,手头仅有一个额定值很高的传感器,而欲测量的电流值又低于额定值很多,为了提高测量精度,可以把原边导线多绕几圈,使之接近额定值。例如当用额定值100A的传感器去测量10A的电流时,为提高精度可将原边导线在传感器的内孔中心绕十圈(一般情况,NP=1;在内孔中绕一圈,NP=2;……;绕九圈,NP=10,则NP×10A=100A与传感器的额定值相等,从而可提高精度);
[2]
4.当欲测量的电流值为IPN/10的时,在25℃仍然可以有较高的精度。
霍尔电流传感器特点
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霍尔传感器不论是开环还是闭环原理,基本的性能区别不大,基本的优点在于:响应时间快、低温漂、精度高、体积小、频带宽、抗干扰能力强、过载能力强。
霍尔电流传感器应用方式
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基本是HIA-C01和HIB-C15两种闭环原理的霍尔电流传感器较多,基本应用方式是HIA-C01霍尔电流传感器检测前端每一块电池板的发电情况,输出信号给信号采集装置,由信号采集装置经过采集、信号转换等步骤,有线传输至控制中心,由控制中心统一对各个阵列的发电情况进行监控。
霍尔电流传感器注意事项
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霍尔电流传感器如何选型
A.选择电流传感器时需要注意穿孔尺寸是否能够保证电线可以穿过传感器;B.选择电流传感器时需要注意现场的应用环境是否有高温、低温、高潮湿、强震等特殊环境;C.选择电流传感器时需要注意空间结构是否满足。
霍尔电流传感器使用须知
A.接线时注意接线端子的裸露导电部分,尽量防止ESD冲击,需要有专业施工经验的工程师才能对该产品进行接线操作。电源、输入、输出的各连接导线必须正确连接,不可错位或反接,否则可能导致产品损坏。B.产品安装使用环境应无导电尘埃及腐蚀性。C.剧烈震动或高温也可能导致产品损坏,必须注意使用场合。
霍尔电流传感器注意事项
(1)电流传感器必须根据被测电流的额定有效值适当选用不同的规格的产品。被测电流长时间超额,会损坏末极功放管(指磁补偿式),一般情况下,2倍的过载电流持续时间不得超过1分钟。(2)电压传感器必须按产品说明在原边串入一个限流电阻R1,以使原边得到额定电流,在一般情况下,2倍的过压持续时间不得超过1分钟。(3)电流电压传感器的最佳精度是在原边额定值条件下得到的,所以当被测电流高于电流传感器的额定值时,应选用相应大的传感器;当被测电压高于电压传感器的额定值时,应重新调整限流电阻。当被测电流低于额定值1/2以下时,为了得到最佳精度,可以使用多绕圈数的办法。(4)绝缘耐压为3KV的传感器可以长期正常工作在1KV及以下交流系统和1.5KV及以下直流系统中,6KV的传感器可以长期正常工作在2KV及以下交流系统和2.5KV及以下直流系统中,注意不要超压使用。(5)在要求得到良好动态特性的装置上使用时,最好用单根铜铝母排并与孔径吻合,以大代小或多绕圈数,均会影响动态特性。(6)在大电流直流系统中使用时,因某种原因造成工作电源开路或故障,则铁心产生较大剩磁,是值得注意的。剩磁影响精度。退磁的方法是不加工作电源,在原边通一交流并逐渐减小其值。(7)传感器抗外磁场能力为:距离传感器5~10cm一个超过传感器原边电流值2倍的电流,所产生的磁场干扰可以抵抗。三相大电流布线时,相间距离应大于5~10cm。(8)为了使传感器工作在最佳测量状态,应使用介绍的简易典型稳压电源。(9)传感器的磁饱和点和电路饱和点,使其有很强的过载能力,但过载能力是有时间限制的,试验过载能力时,2倍以上的过载电流不得超过1分钟。(10)原边电流母线温度不得超过85℃,这是ABS工程塑料的特性决定的,用户有特殊要求,可选高温塑料做外壳。
霍尔电流传感器工作过程
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语音
开环的霍尔电流传感器采用的是霍尔直放式原理,闭环的霍尔电流传感器采用的是磁平衡原理。所以闭环的在响应时间跟精度上要比开环的好很多。开环和闭环都可以监测交流电,一般开环的适用于大电流监测,闭环适用于小电流监测。开环式霍尔传感器的工作过程:原边电流(Ip)通过一根导线时,在导线四周将会产生一个磁场,这一磁场的大小与流过导线的电流成正比,它能通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出。这一信号经信号放大器放大后直接输出,霍尔器件输出的信号准确反映了原边电流的输出情况。优点:封装尺寸小 ,测量范围广 ,重量轻,低电源损耗,无插损闭环霍尔电流传感器的工作过程:当原边电流IP产生的磁通通过磁芯集中在磁路中,霍尔器件固定在气隙中检测磁通,通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流,用于抵消原边电流(IP)产生的磁通,使得磁路中磁通始终保持为零。霍尔器件和辅助电路产生的副边补偿电流准确反映了原边电流的大小。经过特殊电路的处理,传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变化。
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霍尔电流传感器的原理及磁饱和问题
霍尔电流传感器工作原理:霍尔电流传感器依据工作原理不同分为开环式霍尔电流传感器和闭环式霍尔电流传感器。1、开环式霍尔电流传感器工作原理开环式霍尔电流传感器也称:直放式霍尔电流传感器、直检式霍尔电流传感器等。如图1,开环式霍尔电流传感器由磁芯、霍尔元件和放大电路构成。磁芯有一...
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参考资料
1.

霍尔电流传感器未来有着更广泛的应用
.中国移动物联网[引用日期2013-05-13]
2.

提高测量精度的方法
.仪器仪表世界网[引用日期2013-04-23]
电流霍尔传感器:单电源霍尔电流传感器,电压传感器 ,电流变送器,霍尔电压变送器,霍尔电流传感器,直流漏电流传感器  第2张

电流霍尔传感器:霍尔电流传感器与电源计算方式

霍尔电流传感器与电源计算方式

霍尔电流传感器由于具有精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强和无插入损耗等诸多优点,因而被广泛应用于变频器、逆变器、电源、电焊机、变电站、电解电镀、数控机床、微机监测系统、电网监控系统和需要隔离检测的大电流、电压等各个领域中。霍尔传感器需用到直流电源供电才可正常工作,在做产品设计时需要考虑其功率消耗,本文基于传统的霍尔电流传感器,精确计算其电流消耗,并利用LTspice软件进行仿真,所推导的理论计算公式可为产品设计提供参考。
霍尔电流传感器工作原理
从工作原理上,霍尔电流传感器可以分为霍尔开环电流传感器和霍尔闭环电流传感器。
●霍尔开环电流传感器
图1 霍尔开环电压传感器的工作原理
霍尔传感器的磁芯使用软磁材料,原边电流产生磁场通过磁芯聚磁,在磁芯切开一个均匀的切口,磁芯气隙处磁感应强度与原边电流成正比,霍尔元件两端感应到的霍尔电压的大小与原边电流及流过霍尔元件电流的乘积成正比,霍尔电压经过放大后作为传感器的输出。其输出关系式满足:
VOUT=K*IP*IHall
其中K为固定的常数,其大小通常与磁芯的尺寸,材料性质,气隙开口的宽度,以及处理电路的放大倍数有关。
●霍尔闭环电流传感器的工作原理:
闭环电流传感器在开环的基础上增加了反馈线圈,霍尔元件两端感应到的霍尔电流经过放大后控制后端的三极管电路产生补偿电流,补偿电路流过缠绕在磁芯上的线圈,产生的磁场与原边电流产生的磁场方向相反,当磁芯气隙处的磁场强度补偿为0时,传感器的输出满足IS=IP/KN,其中KN为补偿线圈的匝数。
图2 霍尔闭环电压传感器的工作原理
传感器的功耗计算
●开环电流传感器的功耗计算
对于开环电流传感器,因为其输出信号为电压,所以其功耗相对较为稳定。通常霍尔电流传感器的电流设计为采用正负电源供电,其额定输出电压一般为几伏,一般不超过10伏。输出端对负载的要求一般为大于10KΩ,所以流过负载的电流一般小于1个mA。通常开环传感器的电流消耗小于15mA。电流消耗主要是霍尔元件消耗的电流,流入霍尔元件两端的电流通常要求小于20mA,LEM的产品霍尔电流通常在10mA左右。另外在调压支路还有几mA的电流消耗。这样开环传感器的电流消耗可以维持在十几mA的水平内,通常说明书上标的都是不超过15mA。
●闭环电流传感器的功耗计算
闭环传感器输出信号为电流,其功耗相对于开环传感器多很多,下面以LF 205-S为例来分析闭环电流传感器的电流消耗。
图3为LF 205-S的原理示意
图4为 LF205-S原理图
从图中可以看出闭环电流传感器的主要电路包括几部分:首先是霍尔元件的驱动电路,传感器可以测量准确的前提是首先要给霍尔元件提供一个稳定的电流,通常在10mA左右。一般可通过稳压二极管和三极管来实现。这一部分的电流消耗主要集中在霍尔元件,按照通常的设计流过霍尔元件的电流控制在10mA以内。其次是补偿电流驱动电路,对于输出电流较小的传感器,补偿电流驱动电路可只由运放组成。而对于需要输出较大电流的传感器,补偿电流驱动电路通常由运放和一对串联的三极管电路组成。此部分消耗的电流通常很小,一般为几个mA。补偿电流产生电路,在前面补偿电流驱动电路的驱动作用下,三极管输出补偿电流。三极管补偿电流即是传感器的输出电流,其大小取决于原边被测电流。在静态即无被测电流的情况下,无补偿电流输出。所以对于闭环电流传感器,其静态电流主要是霍尔驱动电流和补偿电流驱动电路电流两部分的总和。因为此时输出电流为零,所以传感器从+VC和-VC消耗的电流相等。即IC0(+VC)=IC0(-VC)图4? 闭环电流传感器静态消耗电流流向而在动态情况下,即在测量电流的情况下,传感器输出电流不为零,IC0 (+VC)和IC0 (-VC)的大小取决于被测电流的大小和方向。如果被测电流为直流,假设其方向和传感器的正方向一致。此时补偿电流完全由上半部的三极管产生,也就是说此时输出电流完全由+VC提供。而-VC的电流大小仍然为IC0 (-VC)。IC(+VC)=IC0 (+VC)+ IS
图5 闭环电流传感器测量直流电流时消耗电流流向
如果被测电流为交流,则上半部分和下半部分的三极管轮流导通来产生补偿电流。假设被测电流为正弦波,其电流的有效值为IP,则输出电流同样也为正弦交流,其有效值为IS=IP/KN。因为三极管轮流导通,所以补偿电流是轮流从+VC和-VC输出的,当被测电流方向为正,即和传感器的正方向一致时补偿电流完全由上半部的三极管产生;当被测流方向为负,即
和传感器的负方向一致时补偿电流完全由下半部的三极管产生。此时消耗电流的波形为一直流叠加了半个周期的正弦波,整个电流的波形峰值为Icpeak=Ic0(+VC)+ 2 IS则此时的电流有效值为ICrms(+VC)=π/ 2 222) (020 S CI IsI VCcI ? + + +平均值为Cave(+VC)=IC0+ π/ 2SI
同理-VC端消耗电流的有效值和平均值与+VC端的相同。
图6 闭环电流传感器测量交流电流时消耗电流流向
传感器电流消耗的LTspice仿真
使用LTspice对传感器的电流消耗进行仿真,按照图4的电路分别对静态、测量直流和测量交流电流的情况进行仿真。从图7中可以看出,静态时+VC的消耗电流为15.33mA,-VC的静态消耗电流为15.27mA,此处正负电源的消耗不完全相等,主要是因为零点的存在,此时传感器的零点为0.06mA。其中流过霍尔元件的电流为8.83mA,补偿电路驱动电路消耗电流为5.24mA,从数据中可以看出,这两部分电流加起来为14.07mA,约占整个+VC消耗电流的91.8%
图7 闭环电流传感器IP=0时的输出电流及消耗电流
当施加200ADC原边电流后,传感器的输出为100.06mA,此时+VC端的消耗电流为116.21mA,-VC端的消耗电流为16.15mA
图8闭环电流传感器测量200ADC时的输出电流及消耗电流
当在原边施加有效值200Arms的正弦交流电后,传感器的输出为正弦交流,因为上下三极管轮流导通,补偿电流按照半个周期的间隔分别叠加到+VC和-VC的消耗电流上。此时传感器输出电流的有效值为100.00mA。+VC端的消耗电流波形如图所示,根据仿真的结果,VC的消耗电流有效值为81.99mA,平均电流为60.96mA,-VC端消耗电流的有效值为81.72mA,平均值为60.90mA。而根据前面的公式,在不考虑零点的情况下计算出的+VC理论消耗电流为81.33mA,平均值为60.34mA,-VC端的消耗电流为81.29mA,平均值为60.28mA,与仿真结果一致。

图9? 环电流传感器测量200A?AC时的输出电流及消耗电流
对于电源消耗功率的计算,因为传感器采用直流电源供电,电压稳定不变,所以传感器的平均功耗功率为VC*IVCave。根据前面的推导,使用开环电流传感器时+VC和-VC消耗电流基本相等。可按照说明书上给出的IC值来选择电源功率。而使用闭环电流传感器时,因为+VC和-VC消耗电流的大小取决于被测电流方向和幅值。测量直流时如果方向不变,则+VC,和-VC消耗电流会相差较大,具体可按照上面的推导方法来分别计算+VC和-VC平均消耗的功率。测量交流时,消耗电流的波形为一直流叠加了半个周期的正弦波,精确的计算可按照上面推导的公式来计算。因上面的推导公式需要较多计算,简便的算法可按照I0+IS来估算。
总结
本文在介绍霍尔电流传感器工作原理的基础上,分析了霍尔电流传感器的电流消耗组成,并推导了传感器+VC和-VC在静态及在测试直流和交流电流时的消耗电流,并利用LTspice软件进行了仿真模拟,仿真结果与理论推导的结果一致。主要结论有:
●对于霍尔开环电流传感器,因为其输出信号为电压,
所以其功耗相对较为稳定。通常开环传感器的电流消耗小于15mA。其中主要电流消耗在霍尔元件的驱动电流上。
●对于霍尔闭环电流感器,其电流消耗主要分为静态消耗电流和动态消耗电流:
■静态消耗电流主要包括两部分:一部分是霍尔元件的驱动电路,在10mA左右;另外一部分为补偿电流驱动电路,约为5mA左右。
■当施加原边电流进行测试时,I0(+VC)和I0(-VC)的大小
取决于被测电流的大小和方向:
◆在被测电流为直流,消耗电流的大小取决于被测电流的方向和幅值。若其方向和传感器的正方向一致。此时补偿电流完全由上半部的三极管产生,也就是说此时输出电流完全由+VC提供,此时+VC的消耗电流为IC(+VC)=IC0 (+VC)+ IS,而-VC的电流大小仍然为I0(-VC)。当被测电流方向与传感器的负方向一致时,IS叠加到-VC上,其大小与IC(-VC)=IC0 (-VC)+ IS
◆在被测电流为交流的情况下,则上半部分和下半部分的
三极管轮流导通来产生补偿电流,所以补偿电流是轮流从+VC和-VC输出的,当被测电流方向为正,即和传感器的正方向一致时补偿电流完全由上半部的三极管产生;当被测电流方向为负方向时,即和传感器的负方向一致时补偿电流完全由下半部的三极管产生。此时消耗电流的波形为一直流叠加了半个周期的正弦波,整个电流的波形峰值为Icpeak=Ic0 (+VC)+,则此时的电流有效值为。-VC的消耗与+VC一样,可按照上面的两个公式来计算。※

电流霍尔传感器:单电源霍尔电流传感器,电压传感器 ,电流变送器,霍尔电压变送器,霍尔电流传感器,直流漏电流传感器  第3张

电流霍尔传感器:霍尔电流传感器如何测量电流 - 全文

  霍尔电流传感器概述
  霍尔电流传感器是按照霍尔效应原理制成,对安培定律加以应用,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。
  霍尔电流传感器可分为直检式和闭环式霍尔电流传感器。
  霍尔效应在1879年被E.H.霍尔发现,它定义了磁场和感应电压之间的关系,这种效应和传统的感应效果完全不同。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候,磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力,从而在导体的两端产生电压差。
  霍尔电流传感器是利用霍尔效应将一次大电流变换为二次微小电压信号的传感器。实际设计的霍尔传感器往往通过运算放大器等电路,将微弱的电压信号放大为标准电压或电流信号。上述原理制作而成的霍尔电流传感器,被称为直检式霍尔电流传感器或开环式霍尔电流传感器。
  闭环式霍尔电流传感器,也称零磁通霍尔电流传感器或磁平衡式霍尔电流传感器,是基于磁平衡式霍尔原理,即闭环原理,当原边电流IP产生的磁通通过高品质磁芯集中在磁路中,霍尔元件固定在气隙中检测磁通,通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流,用于抵消原边IP产生的磁通,使得磁路中磁通始终保持为零。经过特殊电路的处理,传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变化。

  霍尔电流传感器主要特性参数
  1、标准额定值IPN和额定输出电流ISN
  IPN指电流传感器所能测试的标准额定值,用有效值表示(A.r.m.s),IPN的大小与传感器产品的型号有关。ISN指电流传感器额定输出电流,一般为10~400mA,当然根据某些型号具体可能会有所不同。
  2、偏移电流ISO
  偏移电流也叫残余电流或剩余电流,它主要是由霍尔元件或电子电路中运算放大器工作状态不稳造成的。电流传感器在生产时,在25℃,IP=0时的情况下,偏移电流已调至最小,但传感器在离开生产线时,都会产生一定大小的偏移电流。产品技术文档中提到的精度已考虑了偏移电流增加的影响。
  3、线性度
  线性度决定了传感器输出信号(副边电流IS)与输入信号(原边电流IP)在测量范围内成正比的程度,南京中旭电子科技有限公司的电流传感器线性度要优于0.5%。
  4、温度漂移
  偏移电流ISO是在25℃时计算出来的,当霍尔电极周边环境温度变化时,ISO会产生变化。因此,考虑偏移电流ISO的最大变化是很重要的,其中,IOT是指电流传感器性能表中的温度漂移值。
  5、过载
  电流传感器的过载能力是指发生电流过载时,在测量范围之外,原边电流仍会增加,而且过载电流的持续时间可能很短,而过载值有可能超过传感器的允许值,过载电流值传感器一般测量不出来,但不会对传感器造成损坏。
  6、精度
  霍尔效应传感器的精度取决于标准额定电流IPN。在+25℃时,传感器测量精度与原边电流有一定影响,同时评定传感器精度时还必须考虑偏移电流、线性度、温度漂移的影响。

  霍尔电流传感器的测量方法
  1、原边导线应放置于传感器内孔中心,尽可能不要放偏;
  2、原边导线尽可能完全放满传感器内孔,不要留有空隙;
  3、需要测量的电流应接近于传感器的标准额定值IPN,不要相差太大。如条件所限,手头仅有一个额定值很高的传感器,而欲测量的电流值又低于额定值很多,为了提高测量精度,可以把原边导线多绕几圈,使之接近额定值。例如当用额定值100A的传感器去测量10A的电流时,为提高精度可将原边导线在传感器的内孔中心绕十圈(一般情况,NP=1;在内孔中绕一圈,NP=2;……;绕九圈,NP=10,则NP×10A=100A与传感器的额定值相等,从而可提高精度);
  4、当欲测量的电流值为IPN/10的时,在25℃仍然可以有较高的精度。

  霍尔电流传感器的使用注意事项
  A、接线时注意接线端子的裸露导电部分,尽量防止ESD冲击,需要有专业施工经验的工程师才能对该产品进行接线操作。电源、输入、输出的各连接导线必须正确连接,不可错位或反接,否则可能导致产品损坏。
  B、产品安装使用环境应无导电尘埃及腐蚀性
  C、剧烈震动或高温也可能导致产品损坏,必须注意使用场合。

  霍尔电流传感器如何测量电流
  三种方式可以测量霍尔电流传感器的电流:
  1、用霍尔电流传感器;霍尔电流传感器最大的可以达到几十万A,完全可以检测,不过成本比较高。
  2、如果是交流电流的话,可以用交流电流互感器;输出信号是AC0-1A或者AC0-5A信号,数显表和变送器都可以来接收这个信号。
  3、罗氏线圈;罗氏线圈只能检测工频交流电流,还需要一个外置的积分器,最后满量程输出的电压是原始波形的AC0-1V,你可以给数显表或者给变送器在进行下一步的转换。

  霍尔电流传感器的应用
  1继电保护与测量:在工业应用中,来自高压三相输电线路电流互感器的二次电流,如分别经三只霍尔电流传感器,按比例转换成毫伏电压输出,然后再经运算放大器放大及有源滤波,得到符合要求的电压信号,可送微机进行测量或处理。在这里使用霍尔电流传感器可以很方便地实现了无畸变、无延时的信号转换。
  2、在直流自动控制调速系统中的应用:在直流自动控制调速系统中,用霍尔电流电压传感器可以直接代替电流互感器,不仅动态响应好,还可实现对转子电流的最佳控制以及对晶闸管进行过载保护。
  3、在逆变器中的应用:在逆变器中,用霍尔电流传感器可进行接地故障检测、直接侧和交流侧的模拟量传感,以保证逆变器能安全工作。
  4、在不间断电源中的应用:在该应用中,用霍尔电流传感器进行控制,保证逆变电源正常工作。使用霍尔电流传感器1发出信号并进行反馈,以控制晶闸管的触发角,霍尔电流传感器2发出的信号控制逆变器,霍尔电流传感器3控制浮充电源。由于其响应速度快,霍尔电流传感器特别适用于计算机中的不间断电源。
  5、在电子点焊机中的应用:在电子点焊机电源中,霍尔电流传感器起测量和控制作用。它的快速响应能再现电流、电压波形,将它们反馈到可控整流器A、B,可控制其输出。用斩波器给直流迭加上一个交流,可更精确地控制电流。用霍尔电流传感器进行电流检测,既可测量电流的真正瞬时值,又不致引入损耗。
  6、用于电车斩波器的控制:电车中的调速是由调整电压实现的。而将霍尔电流传感器和其它元件配合使用,并将传感器的所有信号输入控制系统,可确保电车正常工作。
  7、在交流变频调速电机中的应用:用变频器来对交流电机实施调速,在世界各发达国家已普遍使用,且有取代直流调速的趋势。用变频器控制电机实现调速,可节省10%以上的电能。在变频器中,霍尔电流传感器的主要作用是保护昂贵的大功率晶体管。由于霍尔电流传感器的响应时间往往小于5μs,因此,出现过载短路时,在晶全管未达到极限温度之前即可切断电源,使晶体管得到可靠的保护。
  8、用于电能管理:霍尔电流传感器,可安装到配电线路上进行负载管理。霍尔电流传感器的输出和计算机连接起来,对用电情况进行监控,若发现过载,便及时使受控的线路断开,保证用电设备的安全。用这种装置,也可进行负载分配及电网的遥控、遥测和巡检等。
  9、在接地故障检测中的应用:在配电和各种用电设备中,可靠的接地是保证配电和用电设备安全的重要措施。采用霍尔电流传感器来进行接地故障的自动监测,可保证用电安全。
  10、在电网无功功率自动补偿中的应用:电力系统无功功率的自动补偿,是指补偿容量随负荷和电压波动而变化,及时准确地投入和切除电容器,避免补偿过程中出现过补偿和欠补偿的不合理和不经济,使电网的功率因数始终保持最佳。无功功率的自动采样若用霍尔电流、电压传感器来进行,由于它们的响应速度快,且无相位差,在保证“及时、准确”上会具有显著的优点。
  11、霍尔钳形电流表:将磁芯做成张合结构,在磁芯开口处放置霍尔器件,将环形磁芯夹在被测电流流过的导线外,即可测出其中流过的电流。这种钳形表既可测交流也可测直流。用钳形表可对各种供电和用电设备进行随机电流检测。12、电功率测量:将负载电压进行变换,令其与霍尔器件的工作电流成比例,将负载电流通入磁芯绕组中,作为霍尔电流传感器的被测电流,霍尔电流传感器输出的霍尔电压即可指示功率,以构成霍尔功率计。
  12、在力工频谐波分析仪中的应用:在电力系统中,电网的谐波含量一般用电力工频谐波仪来进行测试。为了将被测电压和电流变换成适合计算机A/D采样的电压,人们曾将各种电力工频谐波分析仪的取样装置,如电流互感器、电压互感器、电阻取样与光隔离耦合电路等和霍尔电流传感取样测试对比,结果表明霍尔电流传感器最为适用。
  13、开关电源中的应用:近代出现的开关电源,是将电网的非稳定的交流电压变换成稳定的直流电压输出的功率变换装置。无论是电压控制型还是电流控制型开关电源,均采用脉冲宽度调制,借助驱动脉冲宽度与输出电压幅值之间存在的某种比例关系来维持恒压输出。其中,宽度变化的脉冲电压或电流的采样、传感等均需用电流、电压传感器来完成。霍尔电流、电压传感器以其频带宽、响应时间快以及安装简便而成为首选的电流、电压传感器。
  14、在大电流检测中的应用:在冶金、化工、超导体的应用以及高能物理(例如可控核聚变)试验装置中都有许多超大型电流用电设备。用多霍尔探头制成的电流传感器来进行大电流的测量和控制,既可满足测量准确的要求,又不引入插入损耗,还免除了像使用罗果勘斯基线圈法中需用的昂贵的测试装置。图47示出一种用于DⅢ-D托卡马克中的霍尔电流传感器装置。采用这种霍尔电流传感器,可检测高达到300kA的电流。
  15、用作电磁隔离耦合器:用霍尔电流传感器的工作原理,可做成电磁耦合器。用初级线圈的电流控制霍尔器件的输出,用这个输出信号控制其它的电路,既收到隔离的效果,又达到耦合的目的。用这种电路可做成霍尔继电器、过载保护器、通信线路的保护开关等等。这种电磁耦合器既可做成开关式,也可做成模拟量输出式。

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