霍爾電流傳感器工作原理介紹及應(yīng)用分析

　　伴隨著城市人口和建設(shè)規(guī)模的擴大，各種用電設(shè)備的增多，用電量越來越大，城市的供電設(shè)備經(jīng)常超負荷運轉(zhuǎn)，用電環(huán)境變得越來越惡劣，對電源的“考驗”越來越嚴重。據(jù)統(tǒng)計，每天，用電設(shè)備都要遭受120次左右各種的電源問題的侵擾，電子設(shè)備故障的60%來自電源。因此，電源問題的重要性日益凸顯出來。原先作為配角，資金投入較少的電源越來越受到廠商和研究人員的重視，電源技術(shù)遂發(fā)展成為一門嶄新的技術(shù)。
　　而今，小小的電源設(shè)備已經(jīng)融合了越來越多的新技術(shù)。例如開關(guān)電源、硬開關(guān)、軟開關(guān)、參數(shù)穩(wěn)壓、線性反饋穩(wěn)壓、磁放大器技術(shù)、數(shù)控調(diào)壓、PWM、SPWM、電磁兼容等等。實際需求直接推動電源技術(shù)不斷發(fā)展和進步，為了自動檢測和顯示電流，并在過流、過壓等危害情況發(fā)生時具有自動保護功能和更高級的智能控制，具有傳感檢測、傳感采樣、傳感保護的電源技術(shù)漸成趨勢，檢測電流或電壓的傳感器便應(yīng)運而生并在我國開始受到廣大電源設(shè)計者的青睞。
　　霍爾電流傳感器的工作原理
　　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(yīng)原理。（本文下面多以以零磁通閉環(huán)產(chǎn)品原理為例）
　　當原邊導(dǎo)線經(jīng)過電流傳感器時，原邊電流IP會產(chǎn)生磁力線，原邊磁力線集中在磁芯氣隙周圍，內(nèi)置在磁芯氣隙中的霍爾電片可產(chǎn)生和原邊磁力線成正比的，大小僅為幾毫伏的感應(yīng)電壓，通過后續(xù)電子電路可把這個微小的信號轉(zhuǎn)變成副邊電流IS，并存在以下關(guān)系式： IS* NS= IP*NP
　　其中，IS—副邊電流；
　　IP—原邊電流；
　　NP—原邊線圈匝數(shù)；
　　NS—副邊線圈匝數(shù)；
　　NP/NS—匝數(shù)比，一般取NP=1。
　　提高測量精度的方法
　　除了安裝接線、即時標定校準、注意傳感器的工作環(huán)境外，通過下述方法還可以提高測量精度：
　　1、原邊導(dǎo)線應(yīng)放置于傳感器內(nèi)孔中心，盡可能不要放偏；
　　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(dǎo)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(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、當欲測量的電流值為IPN/10的時，在25℃仍然可以有較高的精度。

　　傳感器的抗干擾性
　?。?）電磁場
　　霍爾效應(yīng)電流傳感器，利用了原邊導(dǎo)線的電磁場原理。因此下列因素直接影響傳感器是否受外部電磁場干擾。
　?。?）傳感器附近的外部電流大小及電流頻率是否變化；
　?。?）外部導(dǎo)線與傳感器的距離、外部導(dǎo)線的形狀、位置和傳感器內(nèi)霍爾電極的位置；
　　（4）安裝傳感器所使用的材料有無磁性；
　　（5）所使用的電流傳感器是否屏蔽；
　　電源技術(shù)發(fā)展到今天，已融合了電子、功率集成、自動控制、材料、傳感、計算機、電磁兼容、熱工等諸多技術(shù)領(lǐng)域的精華，我們有理由相信，在21世紀的電源技術(shù)中，傳感器也將發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，所以對電流傳感器的應(yīng)用和設(shè)計開發(fā)，傳感器工作者應(yīng)該給予足夠重視。
　　霍爾電流傳感器因其型號多，量程寬（電流5~10000A；電壓5~5000V）、高精度、靈敏度高、線性度好、規(guī)范、易安裝、抗干擾能力強、質(zhì)量可靠、平均無故障時間MTBF長等優(yōu)點，在各個領(lǐng)域特別是在機車牽引和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中值得用戶信賴。（維庫電子網(wǎng)）

分析如何合理選擇傳感器

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/201702/338250.htm　　現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。當傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。
　　1、根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類別
　　要進行一個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大?。槐粶y位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口，價格能否承受，還是自行研制。
　　在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標。
　　2、靈敏度的選擇
　　通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡員減少從外界引入的廠擾信號。
　　傳感器的靈敏度是有方向性的。當被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。
　　3、頻率響應(yīng)特性
　　傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應(yīng)總有-定延遲，希望延遲時間越短越好。
　　傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。
　　在動態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號的特點（穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機等）響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過火的誤差。
　　4、線性范圍
　　傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。
　　但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。

　　5、穩(wěn)定性
　　傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強的環(huán)境適應(yīng)能力。
　　在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當?shù)拇胧瑴p小環(huán)境的影響。
　　傳感器的穩(wěn)定性有定量指標，在超過使用期后，在使用前應(yīng)重新進行標定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。
　　在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴格，要能夠經(jīng)受住長時間的考驗。
　　6、精度
　　精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。
　　如果測量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。
　　對某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。