采用霍爾檢測技術,可以克服互感器這些缺點,能測量從直流到上百千赫茲的各種形狀的交流信號,并且達到原副邊不失真?zhèn)鬟f,同時又能實現(xiàn)主電路回路和電子控制電路的隔離,霍爾傳感器的輸出可直接與單片機接口。
因此霍爾傳感器已廣泛應用于微機測控系統(tǒng)及智能儀表中,是替代互感器的新一代產品,在此提出了利用霍爾傳感器對電參量特別是對高電壓,大電流的參數(shù)的測量。
電流的測量采用磁平衡式霍爾電流傳感器,傳感器可測量從直流到100kHz的交流量在自動測控系統(tǒng)中,霍爾電流傳感器常需要測量和顯示有關電參量,目前大多數(shù)測量系統(tǒng)仍采用變壓器式電壓,電流互感器,由于互感器的非理想性,使得變比和相位測量都存在較大的誤差,常需要采用硬件或軟件的方法補償,從而增加了系統(tǒng)的復雜性。
一個N型半導體薄片,長度為L,寬度為S,厚度為d,在垂直于該半導體薄片平面的方向上,施加磁感應強度為B的磁場,若在長度方向通以電流Ic則運動電荷受到洛倫茲力的作用,正負電荷將分別沿垂直于磁場和電流的方向向導體兩端移動,并*在導體兩端形成一個穩(wěn)定的電動勢UH,這就是霍爾霍爾電壓傳感器電動勢(或稱之為霍爾電壓),這種現(xiàn)象稱為霍爾效應,霍爾電壓的大小UH=RIB/d=KHICB,其中R為霍爾常數(shù),KH為霍爾元件的乘積靈敏度。
由霍爾電壓公式可知:對于一個成型的霍爾傳感器,乘積靈敏度KH是一恒定值,則UH∝ICB,只要通過測量電路測出UH的大小,在B和IC兩個參數(shù)中,已知一個,就可求出另一個,因而任何可轉換成B或J的未知量均可利用霍爾元件來測量,任何轉換成B和I乘積的未知量亦可進行測量,電參量的測量就是根據(jù)這一原理實現(xiàn)的。
若控制電流變送器電流IC為常數(shù),磁感應強度B與被測電流成正比,就可以做成霍爾電流傳感器測電流,若磁感應強度B為常數(shù),IC與被測電壓成正比,可制成電壓傳感器測電壓,利用霍爾電壓,電流傳感器可測交流電的功率因數(shù),電功率和交流電的頻率。
由UH=KICB可知:若IC為直流,產生磁場B的電流IO為交流時,UH為交流,若IO亦為直流,則輸出也為直流,當IC為交流,IO亦為直流時,輸出與IC同頻率的交流且其幅值與被測直流IO大小成正比,改變被測電流IO的方向,輸出電壓UH極性電壓變送器隨之改變,故利用霍爾傳感器,既可對直流量進行測量,亦可對交流量進行測量。
第一,測量電壓時,被測電壓應先串接限流電阻,在得到傳感器所規(guī)定的原邊電流后,再接入電壓傳感器原邊端子。
第二,模塊的最佳精度是在額定值下測得的,當被測電流低于額定值時,為了獲得較好的精度,原邊可以使用多匝,即:Ip×Np=額定安匝數(shù)。
第三,使用霍爾傳感器時,應先接通副邊電源,再接通原邊電流或電壓。
第四,測量電流時,最好用單根導線充滿模塊孔徑,以獲得最佳動態(tài)特性和靈敏度。
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