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。
电流的测量采用磁平衡式霍尔电流传感器,传感器可测量从直流到100kHz的交流量在自动测控系统中,霍尔电流传感器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。
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*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),这种霍尔电流传感器现象称为霍尔效应,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。
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。
霍尔传感器的磁芯使用软磁材料,原边电流产生磁场通过霍尔电流传感器磁芯聚磁,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。
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。
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