基于霍尔传感器电参量测量系统的设计

2011-10-06 10:22:02来源: 互联网

    在自动测控系统中,常需要测量和显示有关电参量。目前大多数测量系统仍采用变压器式电压、电流互感器,由于互感器的非理想性,使得变比和相位测量都存在较大的误差,常需要采用硬件或软件的方法补偿,从而增加了系统的复杂性。采用霍尔检测技术,可以克服互感器这些缺点,能测量从直流到上百千赫兹的各种形状的交流信号,并且达到原副边不失真传递,同时又能实现主电路回路和电子控制电路的隔离,霍尔传感器的输出可直接与单片机接口。因此霍尔传感器已广泛应用于微机测控系统及智能仪表中,是替代互感器的新一代产品。在此提出了利用霍尔传感器对电参量特别是对高电压、大电流的参数的测量。


l 测量原理
1.1 霍尔效应原理
    如图1所示,一个N型半导体薄片,长度为L,宽度为S,厚度为d,在垂直于该半导体薄片平面的方向上,施加磁感应强度为B的磁场,若在长度方向通以电流Ic则运动电荷受到洛伦兹力的作用,正负电荷将分别沿垂直于磁场和电流的方向向导体两端移动,并聚集在导体两端形成一个稳定的电动势UH,这就是霍尔电动势(或称之为霍尔电压),这种现象称为霍尔效应。霍尔电压的大小UH=RIB/d=KHICB,其中R为霍尔常数;KH为霍尔元件的乘积灵敏度。

1.2 用霍尔传感器测量电参量的原理
    由霍尔电压公式可知:对于一个成型的霍尔传感器,乘积灵敏度KH是一恒定值,则UH∝ICB,只要通过测量电路测出UH的大小,在B和IC两个参数中,已知一个,就可求出另一个,因而任何可转换成B或J的未知量均可利用霍尔元件来测量,任何转换成B和I乘积的未知量亦可进行测量。电参量的测量就是根据这一原理实现的。若控制电流IC为常数,磁感应强度B与被测电流成正比,就可以做成霍尔电流传感器测电流,若磁感应强度B为常数,IC与被测电压成正比,可制成电压传感器测电压,利用霍尔电压、电流传感器可测交流电的功率因数、电功率和交流电的频率。
    由UH=KICB可知:若IC为直流,产生磁场B的电流IO为交流时,UH为交流;若IO亦为直流,则输出也为直流。当IC为交流,IO亦为直流时,输出与IC同频率的交流且其幅值与被测直流IO大小成正比,改变被测电流IO的方向,输出电压UH极性随之改变。故利用霍尔传感器,既可对直流量进行测量,亦可对交流量进行测量。


2 系统结构简图
    检测系统构成如图2,被测量经霍尔传感器转换为电压信号,经信号调理电路和多路转换开关选择,通过A/D转换器送给单片机,单片机采用89C51,是该系统的主控器,键盘选用2×4键盘,用于选择被测量的种类,采用数码管或液晶显示被测量的大小。

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关键字:霍尔传感器  电参量测量

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/1006/article_3613.html
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