霍尔电流传感器工作原理介绍及应用分析

2015-04-20 10:49:59来源: eechina
  伴随着城市人口和建设规模的扩大,各种用电设备的增多,用电量越来越大,城市的供电设备经常超负荷运转,用电环境变得越来越恶劣,对电源的“考验”越来越严重。据统计,每天,用电设备都要遭受120次左右各种的电源问题的侵扰,电子设备故障的60%来自电源。因此,电源问题的重要性日益凸显出来。原先作为配角,资金投入较少的电源越来越受到厂商和研究人员的重视,电源技术遂发展成为一门崭新的技术。
  而今,小小的电源设备已经融合了越来越多的新技术。例如开关电源、硬开关、软开关、参数稳压、线性反馈稳压、磁放大器技术、数控调压、PWM、SPWM、电磁兼容等等。实际需求直接推动电源技术不断发展和进步,为了自动检测和显示电流,并在过流、过压等危害情况发生时具有自动保护功能和更高级的智能控制,具有传感检测、传感采样、传感保护的电源技术渐成趋势,检测电流或电压的传感器便应运而生并在我国开始受到广大电源设计者的青睐。
  霍尔电流传感器的工作原理
  电流传感器可以测量各种类型的电流,从直流电到几十千赫兹的交流电,其所依据的工作原理主要是霍尔效应原理。(本文下面多以以零磁通闭环产品原理为例)
  当原边导线经过电流传感器时,原边电流IP会产生磁力线,原边磁力线集中在磁芯气隙周围,内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的,大小仅为几毫伏的感应电压,通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS,并存在以下关系式: IS* NS= IP*NP
  其中,IS—副边电流;
  IP—原边电流;
  NP—原边线圈匝数;
  NS—副边线圈匝数;
  NP/NS—匝数比,一般取NP=1。
  提高测量精度的方法
  除了安装接线、即时标定校准、注意传感器的工作环境外,通过下述方法还可以提高测量精度:
  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。

  传感器的抗干扰
  (1)电磁场
  霍尔效应电流传感器,利用了原边导线的电磁场原理。因此下列因素直接影响传感器是否受外部电磁场干扰。
  (2)传感器附近的外部电流大小及电流频率是否变化;
  (3)外部导线与传感器的距离、外部导线的形状、位置和传感器内霍尔电极的位置;
  (4)安装传感器所使用的材料有无磁性;
  (5)所使用的电流传感器是否屏蔽;
  电源技术发展到今天,已融合了电子、功率集成、自动控制、材料、传感、计算机、电磁兼容、热工等诸多技术领域的精华,我们有理由相信,在21世纪的电源技术中,传感器也将发挥着至关重要的作用,所以对电流传感器的应用和设计开发,传感器工作者应该给予足够重视。
  霍尔电流传感器因其型号多,量程宽(电流5~10000A;电压5~5000V)、高精度、灵敏度高、线性度好、规范、易安装、抗干扰能力强、质量可靠、平均无故障时间MTBF长等优点,在各个领域特别是在机车牵引和工业应用领域中值得用户信赖。(维库电子网)

分析如何合理选择传感器

  现代传感器在原理与结构上千差万别,如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器,是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后,与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败,在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。
  1、根据测量对象与测量环境确定传感器的类别
  要进行一个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为,即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用,哪一种原理的传感器更为合适,则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题:量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法,有线或是非接触测量;传感器的来源,国产还是进口,价格能否承受,还是自行研制。
  在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器,然后再考虑传感器的具体性能指标。
  2、灵敏度的选择
  通常,在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度。因此,要求传感器本身应具有较高的信噪比,尽员减少从外界引入的厂扰信号。
  传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则应选择其它方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量,则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。
  3、频率响应特性
  传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件,实际上传感器的响应总有-定延迟,希望延迟时间越短越好。
  传感器的频率响应高,可测的信号频率范围就宽,而由于受到结构特性的影响,机械系统的惯性较大,因有频率低的传感器可测信号的频率较低。
  在动态测量中,应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性,以免产生过火的误差。
  4、线性范围
  传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。
  但实际上,任何传感器都不能保证绝对的线性,其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时,在一定的范围内,可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的,这会给测量带来极大的方便。

  5、稳定性
  传感器使用一段时间后,其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外,主要是传感器的使用环境。因此,要使传感器具有良好的稳定性,传感器必须要有较强的环境适应能力。
  在选择传感器之前,应对其使用环境进行调查,并根据具体的使用环境选择合适的传感器,或采取适当的措施,减小环境的影响。
  传感器的稳定性有定量指标,在超过使用期后,在使用前应重新进行标定,以确定传感器的性能是否发生变化。
  在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合,所选用的传感器稳定性要求更严格,要能够经受住长时间的考验。
  6、精度
  精度是传感器的一个重要的性能指标,它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高,其价格越昂贵,因此,传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以,不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。
  如果测量目的是定性分析的,选用重复精度高的传感器即可,不宜选用绝对量值精度高的;如果是为了定量分析,必须获得精确的测量值,就需选用精度等级能满足要求的传感器。
  对某些特殊使用场合,无法选到合适的传感器,则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。

关键字:霍尔电流传感器  测量精度  抗干扰

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0420/article_11460.html
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