霍尔传感器用法

一、霍尔电流电压传感器、变送器的基本原理与使用方法

1．霍尔器件

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I

C ，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V

H

。

如图1－1所示。

霍尔电势V

H 的大小与控制电流I

C

和磁通密度B的乘积成正比，即：V

H

＝K

H

I

C

Bsin

Θ

霍尔电流传感器是按照安培定律原理做成，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。

2．霍尔直流检测原理

如图1－2所示。由于磁路与霍尔器件的输出具有良好的线性关系，因此霍尔

器件输出的电压讯号U

0可以间接反映出被测电流I

1

的大小，即：I

1

∝B

1

∝U

我们把U

0定标为当被测电流I

1

为额定值时，U

等于50mV或100mV。这就制成

霍尔直接检测（无放大）电流传感器。

3．霍尔磁补偿原理

原边主回路有一被测电流I1，将产生磁通Φ1，被副边补偿线圈通过的电流I2所产生的磁通Φ2进行补偿后保持磁平衡状态，霍尔器件则始终处于检测零磁通的作用。所以称为霍尔磁补偿电流传感器。这种先进的原理模式优于直检原理模式，突出的优点是响应时间快和测量精度高，特别适用于弱小电流的检测。霍尔磁补偿原理如图1－3所示。

从图1－3知道：Φ

1＝Φ

2

I

1N

1

＝I

2

N

2

I

2＝N

I

/N

2

·I

1

当补偿电流I

2流过测量电阻R

M

时，在R

M

两端转换成电压。做为传感器测量电

压U

0即：U

＝I

2

R

M

按照霍尔磁补偿原理制成了额定输入从0.01A～500A系列规格的电流传感器。

由于磁补偿式电流传感器必须在磁环上绕成千上万匝的补偿线圈，因而成本增加；其次，工作电流消耗也相应增加；但它却具有直检式不可比拟的较高精度和快速响应等优点。

4．磁补偿式电压传感器

为了测量mA级的小电流，根据Φ

1＝I

1

N

1

，增加N

1

的匝数，同样可以获得高磁

通Φ

1

。采用这种方法制成的小电流传感器不但可以测mA级电流，而且可以测电压。

与电流传感器所不同的是在测量电压时，电压传感器的原边多匝绕组通过串

联一个限流电阻R

1，然后并联连接在被测电压U

1

上，得到与被测电压U

1

成比

例的电流I

1

，如图1－4所示。

副边原理同电流传感器一样。当补偿电流I

2流过测量电阻R

M

时，在R

M

两端转

换成电压作为传感器的测量电压U

0，即 U

＝I

2

R

M

5．电流传感器的输出

直接检测式（无放大）电流传感器为高阻抗输出电压，在应用中，负载阻抗要大于10KΩ，通常都是将其±50mV或±100mV悬浮输出电压用差动输入比例放大器放大到±4V或±5V。图5－1是两个实用电路，供参考。

（a）图可满足一般精度要求；（b）图性能较好，适用于精度要求高的场

合。

直检放大式电流传感器为高阻抗输出电压。在应用中，负载阻抗要大于2K Ω。

磁补偿式电流、电压磁补偿式电流、电压传感器均为电流输出型。从图1－3看出“M”端对电源“O”

端为电流I

2

的通路。因此，传感器从“M”端输出的信号为电流信号。电流

信号可以在一定范围远传，并能保证精度，使用中，测量电阻R

M

只需设计在二次仪表输入或终端控制板接口上。

为了保证高精度测量要注意：①测量电阻的精度选择，一般选金属膜电阻，精度≤±0.5％，详见表1－1，②二次仪表或终端控制板电路输入阻抗应大于测量电阻100倍以上。

6．取样电压与测量电阻的计算

从前面公式知道

U 0＝I

2

R

M

R M ＝U

/I

2

式中：U

－测量电压，又叫取样电压（V）。

I

2

－副边线圈补偿电流（A）。

R

M

－测量电阻（Ω）。

计算时I

2

可以从磁补偿式电流传感器技术参数表中查出与被测电流（额定有

效值）I

1相对应的输出电流（额定有效值）I

2

。假如要将I

2

变换成U

＝5

V

，RM

选择详见表1－1。

7．饱和点与最大被测电流的计算

从图1－3可知输出电流I

2的回路是：V

+

→末级功放管集射极→N

2

→R

M

→0，回

路等效电阻如图1－6。（V

-

～0的回路相同，电流相反）

当输出电流I

2最大值时，电流值不再跟着I

1

的增加而增加，我们称为传感器

的饱和点。按下式计算

I 2max ＝V

+

-V

CES

/R

N2

+R

M

式中：V

+

－正电源（V）。

V

CES

－功率管集射饱和电压，（V）一般为0.5V。

R

N2

－副边线圈直流内阻（Ω），详见表，1－2。

R

M

－测量电阻（Ω）。