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霍尔电流传感器如何使用(霍尔电流传感器的应用)

时间:2023-06-11 作者: 小编 阅读量: 2 栏目名: 法律大全

因此,考虑偏移电流ISO的最大变化是很重要的,其中,IOT是指电流传感器性能表中的温度漂移值。孔径大小与产品型号、测量电流大小有着必然的关系。因此下列因素直接影响传感器是否受外部电磁场干扰。

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。

1,电流传感器的输出信号是副边电流IS,它与输入信号(原边电流IP)成正比,

IS一般很小,只有10~400mA。如果输出电流经过测量电阻RM,则可以得到一个与原边

电流成正比的大小为几伏的电压输出信号。

2、传感器供电电压VA

VA指电流传感器的供电电压,它必须在传感器所规定的范围内。超过此范围,传感器不能正常工作或可靠性降低,另外,传感器的供电电压VA又分为正极供电电压VA 和负极供电电压VA-。要注意单相供电的传感器,其供电电压VAmin是双相供电电压VAmin的2倍,所以其测量范围要相供高于双电的传感器。

3、测量范围Ipmax

测量范围指电流传感器可测量的最大电流值,测量范围一般高于标准额定值IPN。

 电流传感器主要特性参数

1、标准额定值IPN和额定输出电流ISN

IPN指电流传感器所能测试的标准额定值,用有效值表示(A。r。m。s),IPN的大小与传感器产品的型号有关。 ISN指电流传感器额定输出电流,一般为10~400mA,当然根据某些型号具体可能会有所不同。

2、 偏移电流ISO

偏移电流也叫残余电流或剩余电流,它主要是由霍尔元件或电子电路中运算放大器工作状态不稳造成的。电流传感器在生产时,在25℃,IP=0时的情况下,偏移电流已调至最小,但传感器在离开生产线时,都会产生一定大小的偏移电流。产品技术文档中提到的精度已考虑了偏移电流增加的影响。

3、 线性度

线性度决定了传感器输出信号(副边电流IS)与输入信号(原边电流IP)在测量范围内成正比的程度,南京中旭电子科技有限公司的电流传感器线性度要优于0。5%。

4、 温度漂移

偏移电流ISO是在25℃时计算出来的,当霍尔电极周边环境温度变化时,ISO会产生变化。因此,考虑偏移电流ISO的最大变化是很重要的,其中,IOT是指电流传感器性能表中的温度漂移值。

5、 过载

电流传感器的过载能力是指发生电流过载时,在测量范围之外,原边电流仍会增加,而且过载电流的持续时间可能很短,而过载值有可能超过传感器的允许值,过载电流值传感器一般测量不出来,但不会对传感器造成损坏。

6、 精度

霍尔效应传感器的精度取决于标准额定电流IPN。在 25℃时,传感器测量精度与原边电流有一定影响,同时评定传感器精度时还必须考虑偏移电流、线性度、温度漂移的影响。

 传感器型号、结构和安装方法

传感器产品标签一般由“传感器产品型号”和“生产日期”两部分构成。“传感器产品型号”用于标明传感器的型号、额定测量值、工作电源及接线指示,“传感器生产日期”则是由8位数字构成,表明传感器的生产年月份、批次(一月中的第几批产品)。

传感器产品很多,每种传感器的外形结构、尺寸大小等都有所不同,下面介绍几种典型的外形结构及安装接线方法。

1、 25A电流传感器

25A电流传感器一种量程很小的传感器,所能测量的额定电流为5、6、8、12、25A,原边管脚的不同接法可确定额定测量电流为多少,参见说明书。

2、带线电流传感器

如常规电流传感器一样,一般传感器都有正极( )、负极(-)、测量端(M)及地(0)四个管脚,但带线电流传感器则没有此四个管脚,而是有红、黑、黄、绿三根引线,分别对应于正极、负极、测量端及地。同时在大多传感器中有一内孔,测量原边电流时要将导线穿过该内孔。孔径大小与产品型号、测量电流大小有着必然的关系。

不管是什么型号的电流传感器,安装时管脚的接线应根据说明书所注情况进行相应连线。

(1)在测量交流电时,必须强制使用双极性供电电源。即传感器的正极( )接供电电源“ VA”端,负极接电源的“-VA”端,这种接法叫双极性供电电源。同时测量端(M)通过电阻接电源“0V”端(单指零磁通式)。

(2)在测量直流电流时,可使用单极性或单相供电电源,即将正极或负极与“0V”端短接,从而形成只有一个电极相接的情况。

另外,安装时必须全面考虑产品的用途、型号、量程范围、安装环境等。比如传感器应尽量安装在利于散热的场合。

 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。

传感器的抗干扰性

(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;

为了尽量减小外部电磁场的干扰,最好按上述要求安装传感器。

传感器标定

1、偏移电流ISO

偏移电流必须在IP=0、环境温度T≈25℃的条件下进行校准,(双极性供电)接线,且测量电压VM必须满足:

VM≦RM×ISO

2、精度

在IP=IPN(AC or DC)、环境温度T≈25℃、传感器双极性供电、RM为实际测量电阻的条件下进行测量。

3、保护性测试

传感器在测量电路短路、测量电路开路、供电电源开路、原边电流过载、电源意外倒置的条件下都可受到保护。对上述各项测试举例如下:

(1)测量电路短路

此项测试必须在IP=IPN、环境温度T≈25℃、传感器双向供电、RM为实际应用中的电阻条件下进行,输出与地接一开关,开关应在一分钟之内合上和打开。

(2)测量电路开路

此项测试条件为IP=IPN、环境温度T≈25℃、传感器双向供电、RM是实际应用中的电阻条件下进行,输出与电阻接一开关,开关S应在一分钟之内完成闭合/打开切换动作。

(3)电源意外倒置测试

为防止电源意外倒置而使传感器损坏,在电路中专门加装了保护二极管,此项测试可使用万用表测试二极管两端,测试应在IP=0、环境温度T≈25℃、传感器不供电、不连接测量电阻的条件下进行。可使用以下两种方法测试:

第一种:万用表红表笔端接传感器“M”端,万用表黑表笔端接传感器“ ”端;

第二种:万用表红表笔接传感器负极,万用表黑表笔接传感器M端;

在测试中,如万用表鸣笛,说明二极管已损坏。

八、传感器应用计算

电流传感器的主要计算公式如下:

NPIP=NSIS; 计算原边或副边电流

VM=RMI; 计算测量电压

VS=RSIS; 计算副边电压

VA=e VS VM; 计算供电电压

其中,e是二极管内部和晶体管输出的压降,不同型号的传感器有不同的e值。这里我们仅以HNC-300LT为例,这种传感器的匝数比NP/NS=1/2000、标准额定电流值IPN=300A rms 、供电电压VA的范围为±12V~±15V(±5%)、副边电阻RS=30Ω ,在双极性(±VA)供电,其传感器测量量程>100A且无防止供电电源意外倒置的保护二极管的情况下,e=1V。在上述条件下:

(1)给定供电电压VA,计算测量电压VM和测量电阻RM:

假设:供电电压VA=±15V

根据上述公式得:

测量电压VM=9。5V;

测量电阻RM=VM/IS =63。33Ω;

副边电流IS=0。15A。

所以当我们选用63。33Ω的测量电阻时,在传感器满额度测量时,其输出电流信号为0。15A ,测量电压为9。5V。

(2)给定供电电压和测量电阻,计算欲测量的峰值电流;

假设:供电电压VA=±15V,测量电阻RM=12Ω,

则:VM VS=(RM RS)×IS =VA-e=14V

而:RM RS=12W 30W=42W,

则最大输出副边电流:ISmax= 0。333A

原边峰值电流:IPmax=ISmax(NS/NP)=666A

这说明,在上述条件下,传感器所能测量的最大电流即原边峰值电流为666A。如果原边电流大于此值,传感器虽测量不出来,但传感器不会被损坏。

(3)测量电阻(负载电阻)能影响传感器的测量范围。

测量电阻对传感器测量范围也存在影响,所以我们需要精心选择测量电阻。用下式可计算出测量电阻:

其中,VAmin—扣除误差后的最小供电电压;

e—传感器内部晶体管的电压降;

RS—传感器副边线圈的电阻;

ISmax—原边电流IP为最大值时的副边电流值。

另外我们可以通过下式确认所选传感器的稳定性。

如果VAmin不符合上式,则会造成传感器的不稳定。一旦出现这种情况,我们可以有以下三种方法克服:

1)更换电压更大的供电电源;

2)减小测量电阻的值;

3)将传感器更换成RS较小的传感器。

例如,某种型号的电流传感器,其标准额定电流IPN=1000A,匝数比NP/NS=1/2000,e值为1。5V,副边电阻RS=30Ω,测量电阻RM=15W,用15V电源单极性供电。则VA=30V(单极性供电是双极性供电的2倍), 而:

IS=IP×NP/NS =0。5A

VS=RS×IS=15V

VM=RM×IS=7。5V

=24V<30V

通过以上检验,可知这种传感器在此条件下测量能保证稳定性。它所能测量的原边电流的最大值(即测量范围)=1267A

在城市用电设备增多,农村供电设备老化欠修的情况下,城乡各地经常会出现电压不稳、电路短路、过流等现象,结果造成人民生活不便和仪器损毁。在电源技术中使用传感检测功能可以使电源设备更加小型化、智能化和安全可靠。

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。

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