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场强度为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,与磁场强度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为磁场强度,VH为霍尔电势。
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。
当原边电流IP流过一根长导线时,在导线周围将产生一磁场,这一磁场的大小与流过导线的电流成正比,产生的磁场聚集在磁环内,通过磁环气隙尔元件进行测量并放大输出,其输出电压VS精确的反映原边电流IP,一般的额定输出标定为4V。
霍尔电流传感器是依据霍尔效应原理,除了霍尔效应原理之外,还有磁通门技术和磁阻技术来测量电流,磁通门技术从原理上测量精度高于霍尔效应原理,通常用作测量仪器的开发,如高精度的实验室用电流传感器。
霍尔电流传感器在测量方式上可以分为两种,开环式霍尔电流传感器和闭环式霍尔电流传感器,这两种类型的传感器在结构上来说闭环式传感器比开环式多了一个线圈,在精度上闭环式要优于开环式。
开环式霍尔电流传感器由铁芯,霍尔芯片,运放等关键元器件构成,当电流穿过铁芯时会在铁芯上感应出磁场,铁芯将磁场聚集于豁口处被霍尔元器件感应到,从而感应出相应的电压,该电压被运放处理后输出,运放所输出的电压信号和原边电流满足一定的线性关系,从而将被测电流信号转化为电压信号,单片机采样该电压信号就可计算出被测电流的大小,从而实现测量电流的作用,开环式霍尔电流传感器又叫直测式。
闭环霍尔电流传感器工作原理与开环霍尔电流传感器相比,闭环霍尔电流传感器多了一个补偿线圈,该线圈缠绕在铁芯上。 |