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霍爾電流傳感器是什么?它的工作原理是什么?

時間:2023-08-24 14:56:33來源:潛力變實力

導語:?磁場中有一個霍爾半導體片,恒定電流I從A到B通過該片。在洛侖茲力的作用下,I的電子流在通過霍爾半導體時向一側偏移,使該片在CD方向上產生電位差,這就是所謂的霍爾電壓。

  霍爾傳感器的工作原理是:磁場中有一個霍爾半導體片,恒定電流I從A到B通過該片。在洛侖茲力的作用下,I的電子流在通過霍爾半導體時向一側偏移,使該片在CD方向上產生電位差,這就是所謂的霍爾電壓。

  什么是霍爾傳感器?

  霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器。根據霍爾效應,人們用半導體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對磁場敏感、結構簡單、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優點,因此,在測量、自動化、計算機和信息技術等領域得到廣泛的應用。

  霍爾傳感器常見的類型?

  1、霍爾壓力傳感器:敏感元件彈簧片一端固定,另一端安裝著霍爾元件。當輸入壓力增加時,彈簧伸長,使處于恒定梯度磁場中的霍爾元件產生相應的位移,從霍爾元件輸出的電壓的大小即可反映出壓力的大小。

  2、霍爾電流傳感器:在磁芯上開一氣隙,內置一個線性霍爾元件,器件通電后,便可由它輸出的霍爾電壓得出導線中流通電流的大小。

  霍爾傳感器應用領域有?

  1、測量領域:可用于測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉速等;

  2、通訊領域:可用于放大器、振蕩器、相敏檢波、混頻、分頻、以及微波功率測量等;

  3、自動化技術領域:可用于無刷直流電機、速度傳感、位置傳感、自動記數、接近開關等。

  基本原理:霍爾電勢VH的大小與控制電流IC和磁通密度B的乘積成正比,即:H=KHICBsin霍爾電流傳感器是按照霍爾效應原理制成,對安培定律加以應用,即在載流導體周圍產生一正比于該電流的磁場,而霍爾器件則用來測量這一磁場。因此,使電流的非接觸測量成為可能。通過測量霍爾電勢的大小間接測量載流導體電流的大小。因此,電流傳感器經過了電-磁-電的絕緣隔離轉換。工作原理:

  霍爾電流傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器。它有兩種工作方式,即開環(直放式)和閉環(磁平衡式)。直放式霍爾傳感器的優點是電路形式簡單,成本相對較低;其缺點是精度、線性度較差,響應時間較慢,溫度漂移較大。為了克服它的不足,出現了閉環(磁平衡式)霍爾電流傳感器。

  閉環式霍爾電流傳感器又稱零磁通式霍爾電流傳感器,如下圖所示,它是由原邊電路、聚磁環、霍爾元件次級線圈、放大器等組成。當原邊電流IP產生的磁通通過高品質磁芯集中在磁路中,霍爾元件固定在氣隙中檢測磁通,通過繞在磁芯上的多匝線圈輸出反向的補償電流,用于抵消原邊IP產生的磁通,使得磁路中磁通始終保持為零。經過特殊電路的處理,傳感器的輸出端能夠輸出精確反映原邊電流的電流變化.

  開環式電流傳感器,如下圖所示, 當原邊電流IP流過一根長導線時,在導線周圍將產生磁場,這一磁場的大小與流過導線的電流成正比,產生的磁場聚集在磁環內,通過磁環氣隙中霍爾原件進行測量并放大輸出,其輸出電壓VS精確的反映原邊電流IP。由于環形磁芯中的磁感應強度與原邊電流成正比,只要原邊電流足夠大,環形磁芯必然飽和。

  注:不論是哪種霍爾電流傳感器,磁芯發生磁飽和后,可能導致剩磁,而霍爾傳感器的輸出與磁芯的磁通有關,因此,磁飽和后的霍爾電流傳感器,在一次沒有輸入的情況下,也會有一定直流信號的輸出。

  功能:

  霍爾電流傳感器主要適用于交流、直流、脈沖等復雜信號的隔離轉換,通過霍爾效應原理使變換后的信號能夠直接被AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集和接受,響應時間快,電流測量范圍寬精度高,過載能力強,線性好,抗干擾能力強

  擴展資料:

  霍爾效應從本質上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力作用引起的偏轉。當帶電粒子(電子或空穴)被約束在固體材料中,這種偏轉就導致在垂直電流和磁場的方向上產生正負電荷的聚積,從而形成附加的橫向電場。

  動力電池包,作為電動汽車上具備獨立功能的電氣單元,需要具備完善的控制和保護功能,并且需要周期性的向整車控制器匯報自身工作狀況,電流電壓等基本電路參數的測量必不可少。具體到電流的測量,主要采集回路總電流。而電池包電路系統末梢的每一只電芯,目前還做不到精確掌握其實時工作電流。電流測量的常用傳感器,一種是分流器,另一種就是霍爾電流傳感器。霍爾電流傳感器屬于依靠電磁特性檢測電流的一種傳感器。

  1 磁電流傳感器分類和工作原理

  磁電流傳感器的種類很多,按照測試原理可以劃分為:羅氏(Rogowski)線圈、電流互感器、分流器、巨磁阻效應(GMR)、巨磁阻抗(GMI)各向異性(AMR)、隧道效應(TMR)、光學效應、霍爾效應等等。

  Rogowski 線圈測量電流的基本原理是電磁感應和安培環路定律,又叫電流測量線圈或者微分電流傳感器,如下圖所示。根據線圈上的感應電流信號與通過線圈的額電流變化率成正比的顧慮,通過積分還原一次回路電流值。這是一種交流電流的測量方法。

  Rogowski 線圈不含磁性材料,所以沒有磁滯效應和磁飽和現象,測量的范圍從數安培到幾千安培,結構簡單,測量回路與被測電流之間沒有直接的關系,具有測量范圍廣、精度高、穩定性高、響應頻率范圍寬等優點,可以用來測量交流、直流和瞬態電流,用在繼電保護、可控硅整流、變頻調速等場合。

  電流互感器是用來測量、保護、監控用電設備的重要器件,廣泛應用于電力系統中,電流互感器的可靠性與整個系統的安全運行非常緊密。

  電流互感器的基本原理圖如下圖所示。通過設計原邊與副邊的繞組匝數關系,用副邊的感應電流值的大小去反應原邊電流值的大小。由于電流互感器的特性,二次負載阻抗很小,接近于零,所以,對外部電路的要求較低。這是一種常見的交流測量方式。準確度高、工藝成熟、制造方便,能滿足一般測量要求。

  分流器測量電流的基本原理是歐姆定律,是通過被測電流電路中串聯電阻兩端的電壓來測量直流電流。

  它的結構簡單,使用方便,在低頻小電流測量中,具有非常高的精度和快的響應時間,在大電流測量中,會有很大的誤差。因為分流器的材料一般是銅的合金,為了測量準確,導體電阻不宜過小,但大電流會產生大量歐姆熱;如果減小導體電阻,又勢必增加分流器的尺寸,降低精度,提高生產的成本。一般分流器更適合于偏小的電流測量,其實物圖如下圖所示。

  各向異性磁電阻(簡稱 AMR)電流傳感器,敏感元件的材料是坡莫合金。鐵磁材料具備一種特別的屬性,鐵磁材料的電阻率隨自身磁化強度和電流方向夾角的改變而變化。外部磁場施加到鐵磁性材料上,鐵磁材料的長度方向上施加一個垂直于磁場的電流,鐵磁材料自身阻值的變化,可以轉化為元件端電壓的變化。如下圖所示。各向異性磁電阻,靈敏度高,對平行磁場的響應迅速,主要應用在伺服系統、變速傳動裝置、過載電流保護等領域。


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