霍爾傳感器 交流：7.1 霍爾效應(yīng)及霍爾元件
霍爾傳感器
7.1 霍爾效應(yīng)及霍爾元件7.1.1 霍爾效應(yīng)7.1.2 霍爾元件
7.2 霍爾傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路7.2.1 霍爾傳感器的基本電路7.2.2 霍爾傳感器的集成電路7.2.3 基本誤差及補(bǔ)償
7.3 其他磁傳感器7.3.1 磁阻元件7.3.2 磁敏二極管7.3.3 磁敏三極管
霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)的一種傳感器，廣泛用于電磁、壓力、加速度、振動(dòng)等方面的測(cè)量。其特點(diǎn)是體積小、功耗小、壽命長(zhǎng)、安裝方便，耐腐蝕和污染。1879年美國(guó)物理學(xué)家霍爾在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了金屬材料具有霍爾效應(yīng)，但是由于金屬材料的霍爾效應(yīng)太弱而沒(méi)有得到應(yīng)用。半導(dǎo)體出現(xiàn)后，研究人員開(kāi)始使用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)現(xiàn)象顯著，從此霍爾傳感器才得到應(yīng)用和發(fā)展。
7.1 霍爾效應(yīng)及霍爾元件
7.1.1 霍爾效應(yīng)
7.1.2 霍爾元件
1.霍爾元件的結(jié)構(gòu)
霍爾元件由霍爾片、引線(xiàn)和殼體組成。如圖7-2所示，霍爾元件有4個(gè)引腳，其中引腳1、1′為激勵(lì)電流的引線(xiàn)端子，稱(chēng)為激勵(lì)電極，引腳2、2′為霍爾電壓的引線(xiàn)端子，稱(chēng)為霍爾電極，在電路中通常有兩種符號(hào)表示，如圖7-2（c）所示。
2.霍爾元件的材料
常用霍爾元件的材料有鍺、硅、砷化銦、銻化銦等半導(dǎo)體材料。其中N型鍺容易加工制造，其霍爾系數(shù)、溫度性能和線(xiàn)性度都較好。N型硅的線(xiàn)性度最好，其霍爾系數(shù)、溫度性能與N型鍺相近。銻化銦對(duì)溫度最敏感，尤其在低溫范圍內(nèi)溫度系數(shù)大，但在室溫時(shí)其霍爾系數(shù)較大。砷化銦的霍爾系數(shù)較小，溫度系數(shù)也較小，輸出特性線(xiàn)性度好。如表7-1所示為常用國(guó)產(chǎn)霍爾元件的技術(shù)參數(shù)。
3.霍爾元件的主要參數(shù)
（1）額定激勵(lì)電流和最大允許激勵(lì)電流
在給霍爾元件加激勵(lì)電流時(shí)，霍爾元件的溫度升高10℃，此時(shí)的激勵(lì)電流稱(chēng)為額定激勵(lì)電流，用符號(hào)IC表示。當(dāng)激勵(lì)電流增大時(shí)，霍爾電壓也會(huì)隨著增大。為了獲得較大的霍爾電壓，在應(yīng)用中會(huì)采用較大的激勵(lì)電流，但是激勵(lì)電流過(guò)大，霍爾元件的功耗就會(huì)增大，霍爾元件的溫度升高，會(huì)引起霍爾電壓的溫度漂移增大，影響測(cè)量精度，因此各種型號(hào)的霍爾元件都規(guī)定了對(duì)應(yīng)的最大激勵(lì)電流Im，它的數(shù)值從幾毫安至十幾毫安不等。
（2）輸入電阻和輸出電阻
霍爾元件兩個(gè)激勵(lì)電流端的電阻被稱(chēng)為輸入電阻Ri，兩個(gè)霍爾電壓輸出端子之間的電阻被稱(chēng)為輸出電阻Ro。不同類(lèi)型的霍爾元件，輸入電阻和輸出電阻的阻值一般從幾十歐姆到幾百歐姆不等。
（3）不等位電動(dòng)勢(shì)和不等位電阻
不等位電動(dòng)勢(shì)是指沒(méi)有外加磁場(chǎng)時(shí)，霍爾元件在額定激勵(lì)電流的作用下，霍爾元件輸出的開(kāi)路電壓，一般用符號(hào)UM表示，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因有：
· 霍爾電極安裝位置不對(duì)稱(chēng)或不在同一等電位面上；
· 半導(dǎo)體材料不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻；
· 激勵(lì)電極接觸不良造成激勵(lì)電流不均勻分布等。
（4）寄生直流電動(dòng)勢(shì)
當(dāng)外加磁場(chǎng)為零時(shí)，給霍爾元件通上交流電流，霍爾電極端子會(huì)輸出一個(gè)寄生直流電動(dòng)勢(shì)，是由控制電極和基片之間的非完全歐姆接觸所產(chǎn)生的整流效應(yīng)造成的。
（5）霍爾電壓的溫度系數(shù)
霍爾電壓的溫度系數(shù)α是指在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度和一定的控制電流下，溫度每變化1℃時(shí)，霍爾電壓產(chǎn)生的變化率。
7.2 霍爾傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路
7.2.1 霍爾傳感器的基本電路
7.2.2 霍爾傳感器的集成電路
霍爾傳感器的集成電路的特點(diǎn)是體積較小、靈敏度高、輸出幅度較大、溫漂小、對(duì)電源的穩(wěn)定性要求較低等。常見(jiàn)的類(lèi)型有線(xiàn)性型霍爾傳感器的集成電路和開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器的集成電路。
1.線(xiàn)性型霍爾傳感器的集成電路
**線(xiàn)性型霍爾傳感器的集成電路的內(nèi)部電路由霍爾元件、恒流源、線(xiàn)性差動(dòng)放大器組成，將這幾部分集成制作在一個(gè)芯片上，使用時(shí)可以直接得到電壓輸出信號(hào)，比單獨(dú)使用霍爾元件要方便。**比較典型的線(xiàn)性型霍爾傳感器有UGN3501，如圖7-4所示。圖7-5所示為UGN3501的輸出特性曲線(xiàn)。
如圖7-6所示為雙端差動(dòng)輸出的線(xiàn)性型霍爾傳感器的特性曲線(xiàn)，當(dāng)磁場(chǎng)為零時(shí)，輸出電壓等于零；當(dāng)感受的磁場(chǎng)為正向（磁鐵的S極對(duì)準(zhǔn)霍爾元件的正面）時(shí)，輸出信號(hào)為正；磁場(chǎng)反向時(shí)，輸出信號(hào)為負(fù)。
2.開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路
開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路由霍爾元件、穩(wěn)壓電路、放大器、施密特觸發(fā)器、OC門(mén)（集電極開(kāi)路輸出門(mén)）等組成，如圖7-7 所示，將這些元件集成在一個(gè)芯片上就可制成該集成電路。當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，NPN型OC門(mén)導(dǎo)通，由高電平變?yōu)榈碗娖剑划?dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，OC門(mén)截止，輸出高電平。典型的開(kāi)關(guān)型霍爾器件有UGN3020等。
如圖7-8所示為施密特觸發(fā)電路的輸出特性，當(dāng)回差越大時(shí)，該電路的抗振動(dòng)干擾能力就越強(qiáng)。
7.2.3 基本誤差及補(bǔ)償
1.不等位電動(dòng)勢(shì)誤差的補(bǔ)償
不等位電動(dòng)勢(shì)是霍爾元件產(chǎn)生誤差的原因之一，也是最普遍的一種，其產(chǎn)生的原因如下：
（1）制造過(guò)程中不可能保證霍爾元件的兩個(gè)霍爾電極絕對(duì)對(duì)稱(chēng)地焊接在它的兩側(cè)，這就會(huì)導(dǎo)致霍爾元件的兩個(gè)電極點(diǎn)不能完全位于同一個(gè)等位面上。
（2）由于半導(dǎo)體的電阻特性所造成。
在電路中可以把霍爾元件視為一個(gè)四臂電阻電橋，如圖7-9所示，不等位電動(dòng)勢(shì)就相當(dāng)于電橋的初始不平衡輸出電壓。
2.溫度特性
霍爾元件的溫度特性是指其內(nèi)阻及霍爾電壓與溫度之間的關(guān)系，如圖7-11和圖7-12所示。
3.溫度誤差及其補(bǔ)償
溫度誤差產(chǎn)生的原因有以下兩種：
① 霍爾元件的材料是半導(dǎo)體，半導(dǎo)體對(duì)溫度的變化非常敏感。半導(dǎo)體的載流子的濃度、遷移率、電阻率等參數(shù)都是溫度的函數(shù)，因此容易受到溫度的影響。
② 當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，霍爾元件的特性參數(shù)（如霍爾電動(dòng)勢(shì)、輸入電阻和輸出電阻等）都會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致霍爾傳感器產(chǎn)生溫度誤差。
減小霍爾元件的溫度誤差的方法有：
① 恒溫措施補(bǔ)償，包括以下兩種：
· 將霍爾元件放在恒溫器中；
· 將霍爾元件放在恒溫的空調(diào)房中。
② 恒流源溫度補(bǔ)償霍爾元件的靈敏度與溫度的關(guān)系為
7.3 其他磁傳感器
7.3.1 磁阻元件
當(dāng)霍爾元件置于與電流方向垂直的磁場(chǎng)中時(shí)，會(huì)出現(xiàn)霍爾效應(yīng)，同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)半導(dǎo)體電阻率增大的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱(chēng)為磁阻效應(yīng)。利用磁阻效應(yīng)做成的元件被稱(chēng)為磁阻元件。
如圖7-14 所示，在沒(méi)有外加磁場(chǎng)作用時(shí)，電流方向?yàn)橹本€(xiàn)方向；在受到外加磁場(chǎng)作用后，電流的路徑增長(zhǎng)，電阻率就會(huì)增大，從而導(dǎo)致電阻增大。
磁阻元件具有阻抗低、阻值隨磁場(chǎng)變化大、頻率響應(yīng)好、可非接觸式測(cè)量、動(dòng)態(tài)范圍廣及噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)、角度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等場(chǎng)合。
7.3.2 磁敏二極管
7.3.3 磁敏三極管
霍爾傳感器 交流：霍爾傳感器
霍爾傳感器技術(shù)
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霍爾傳感器
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霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器。霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。后來(lái)發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬?gòu)?qiáng)得多，利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及信息處理等方面。霍爾效應(yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。通過(guò)霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類(lèi)型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。
中文名
霍爾傳感器
外文名
Hall sensor
分 類(lèi)
線(xiàn)型霍爾傳感器
工作原理
霍爾效應(yīng)
用 途
力測(cè)量
子 類(lèi)
霍爾電流傳感器
目錄
1
原理
2
工作原理
3
霍爾效應(yīng)
4
元件
5
分類(lèi)
?
開(kāi)關(guān)型
?
鎖鍵型
?
線(xiàn)性型
6
優(yōu)點(diǎn)
7
用途
?
位移測(cè)量
?
力測(cè)量
?
角速度測(cè)量
?
線(xiàn)速度測(cè)量
8
注意事項(xiàng)
9
應(yīng)用
霍爾傳感器原理
編輯
語(yǔ)音
由霍爾效應(yīng)的原理知，霍爾電勢(shì)的大小取決于：Rh為霍爾常數(shù)，它與半導(dǎo)體材質(zhì)有關(guān)；I為霍爾元件的偏置電流；B為磁場(chǎng)強(qiáng)度；d為半導(dǎo)體材料的厚度。對(duì)于一個(gè)給定的霍爾器件，當(dāng)偏置電流 I 固定時(shí)，UH將完全取決于被測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度B。
霍爾效應(yīng)
一個(gè)霍爾元件一般有四個(gè)引出端子，其中兩根是霍爾元件的偏置電流 I 的輸入端，另兩根是霍爾電壓的輸出端。如果兩輸出端構(gòu)成外回路，就會(huì)產(chǎn)生霍爾電流。一般地說(shuō)，偏置電流的設(shè)定通常由外部的基準(zhǔn)電壓源給出；若精度要求高，則基準(zhǔn)電壓源均用恒流源取代。為了達(dá)到高的靈敏度，有的霍爾元件的傳感面上裝有高導(dǎo)磁系數(shù)的鍍膜合金；這類(lèi)傳感器的霍爾電勢(shì)較大，但在0.05T左右出現(xiàn)飽和，僅適用在低量限、小量程下使用。在半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流I，并在薄片的垂直方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上，將產(chǎn)生電勢(shì)差為UH的霍爾電壓。
霍爾傳感器工作原理
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語(yǔ)音
磁場(chǎng)中有一個(gè)霍爾半導(dǎo)體片，恒定電流I從A到B通過(guò)該片。在洛侖茲力的作用下，I的電子流在通過(guò)霍爾半導(dǎo)體時(shí)向一側(cè)偏移，使該片在CD方向上產(chǎn)生電位差，這就是所謂的霍爾電壓。霍爾電壓隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化，磁場(chǎng)越強(qiáng)，電壓越高，磁場(chǎng)越弱，電壓越低，霍爾電壓值很小，通常只有幾個(gè)毫伏，但經(jīng)集成電路中的放大器放大，就能使該電壓放大到足以輸出較強(qiáng)的信號(hào)。若使霍爾集成電路起傳感作用，需要用機(jī)械的方法來(lái)改變磁感應(yīng)強(qiáng)度。下圖1所示的方法是用一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪作為控制磁通量的開(kāi)關(guān)，當(dāng)葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時(shí)，磁場(chǎng)偏離集成片，霍爾電壓消失。這樣，霍爾集成電路的輸出電壓的變化，就能表示出葉輪驅(qū)動(dòng)軸的某一位置，利用這一工作原理，可將霍爾集成電路片用作用點(diǎn)火正時(shí)傳感器。霍爾效應(yīng)傳感器屬于被動(dòng)型傳感器，它要有外加電源才能工作，這一特點(diǎn)使它能檢測(cè)轉(zhuǎn)速低的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。霍爾效應(yīng)傳感器
圖1
1-霍爾半導(dǎo)體元件 2-永久磁鐵 3-擋隔磁力線(xiàn)的葉片
霍爾傳感器霍爾效應(yīng)
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語(yǔ)音
霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛侖茲力作用引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶電粒子（電子或空穴）被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場(chǎng)的方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的聚積，從而形成附加的橫向電場(chǎng)。對(duì)于圖2所示的半導(dǎo)體試樣，若在X方向通以電流Is，在Z方向加磁場(chǎng)B，則在Y方向即試樣A，A′電極兩側(cè)就開(kāi)始聚積異號(hào)電荷而產(chǎn)生相應(yīng)的附加電場(chǎng)。電場(chǎng)的指向取決定于測(cè)試樣品的電類(lèi)型。顯然，該電場(chǎng)是阻止載流子繼續(xù)向側(cè)面偏移，
[1]
圖2
當(dāng)載流子所受的橫向電場(chǎng)力eEH與洛侖茲力相等時(shí)，樣品兩側(cè)電荷的積累就達(dá)到平衡，故有⑴其中EH為霍爾電場(chǎng)，V是載流子在電流方向上的平均漂移速度。設(shè)試樣的寬為b，厚度為d，載流子濃度為n，則⑵由⑴、⑵兩式可得⑶即霍爾電壓VH（A、A′電極之間的電壓）與ISB乘積正比與試樣厚度d成反比。比例系數(shù) 稱(chēng)為霍爾系數(shù)，它是反映材料霍爾效應(yīng)強(qiáng)弱的重要參數(shù)，只要測(cè)出 VH（伏）以及知道IIs（安）、B（高斯）和d（厘 米）可按下式計(jì)算RH（厘米3/庫(kù)侖）
霍爾傳感器元件
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語(yǔ)音
霍爾傳感器
根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對(duì)磁場(chǎng)敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，在測(cè)量、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
霍爾傳感器分類(lèi)
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語(yǔ)音
霍爾傳感器分為線(xiàn)型霍爾傳感器和開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器兩種。（一）開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成，它輸出數(shù)字量。開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器還有一種特殊的形式，稱(chēng)為鎖鍵型霍爾傳感器。（二）線(xiàn)性型霍爾傳感器由霍爾元件、線(xiàn)性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。線(xiàn)性霍爾傳感器又可分為開(kāi)環(huán)式和閉環(huán)式。閉環(huán)式霍爾傳感器又稱(chēng)零磁通霍爾傳感器。線(xiàn)性霍爾傳感器主要用于交直流電流和電壓測(cè)量。
霍爾傳感器開(kāi)關(guān)型
如圖4所示，其中Bnp為工作點(diǎn)“開(kāi)”的磁感應(yīng)強(qiáng)度，BRP為釋放點(diǎn)“關(guān)”的磁感應(yīng)強(qiáng)度。當(dāng)外加的磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)動(dòng)作點(diǎn)Bnp時(shí)，傳感器輸出低電平，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度降到動(dòng)作點(diǎn)Bnp以下時(shí)，傳感器輸出電平不變，一直要降到釋放點(diǎn)BRP時(shí)，傳感器才由低電平躍變?yōu)楦唠娖健np與BRP之間的滯后使開(kāi)關(guān)動(dòng)作更為可靠。
霍爾傳感器鎖鍵型
如圖5所示，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)動(dòng)作點(diǎn)Bnp時(shí)，傳感器輸出由高電平躍變?yōu)榈碗娖剑谕獯艌?chǎng)撤消后，其輸出狀態(tài)保持不變（即鎖存狀態(tài)），必須施加反向磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到BRP時(shí)，才能使電平產(chǎn)生變化。
霍爾傳感器線(xiàn)性型
輸出電壓與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度呈線(xiàn)性關(guān)系，如圖3所示，可見(jiàn)，在B1～B2的磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍內(nèi)有較好的線(xiàn)性度，磁感應(yīng)強(qiáng)度超出此范圍時(shí)則呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。
開(kāi)環(huán)式電流傳感器由于通電螺線(xiàn)管內(nèi)部存在磁場(chǎng)，其大小與導(dǎo)線(xiàn)中的電流成正比，故可以利用霍爾傳感器測(cè)量出磁場(chǎng)，從而確定導(dǎo)線(xiàn)中電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是不與被測(cè)電路發(fā)生電接觸，不影響被測(cè)電路，不消耗被測(cè)電源的功率，特別適合于大電流傳感。霍爾電流傳感器工作原理如圖6所示，標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)鐵芯有一個(gè)缺口，將霍爾傳感器插入缺口中，圓環(huán)上繞有線(xiàn)圈，當(dāng)電流通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，則霍爾傳感器有信號(hào)輸出。閉環(huán)式電流傳感器磁平衡式電流傳感器也叫霍爾閉環(huán)電流傳感器，也稱(chēng)補(bǔ)償式傳感器，即主回路被測(cè)電流Ip在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)一個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈，電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償， 從而使霍爾器件處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài)。
磁平衡式電流傳感器的具體工作過(guò)程為：當(dāng)主回路有一電流通過(guò)時(shí)，在導(dǎo)線(xiàn)上產(chǎn)生的磁場(chǎng)被聚磁環(huán)聚集并感應(yīng)到霍爾器件上， 所產(chǎn)生的信號(hào)輸出用于驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的功率管并使其導(dǎo)通，從而獲得一個(gè)補(bǔ)償電流Is。 這一電流再通過(guò)多匝繞組產(chǎn)生磁場(chǎng) ，該磁場(chǎng)與被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)正好相反，因而補(bǔ)償了原來(lái)的磁場(chǎng)， 使霍爾器件的輸出逐漸減小。當(dāng)與Ip與匝數(shù)相乘 所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相等時(shí)，Is不再增加，這時(shí)的霍爾器件起指示零磁通的作用 ，此時(shí)可以通過(guò)Is來(lái)平衡。被測(cè)電流的任何變化都會(huì)破壞這一平衡。 一旦磁場(chǎng)失去平衡，霍爾器件就有信號(hào)輸出。經(jīng)功率放大后，立即就有相應(yīng)的電流流過(guò)次級(jí)繞組以對(duì)失衡的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償。從磁場(chǎng)失衡到再次平衡，所需的時(shí)間理論上不到1μs，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程。
霍爾傳感器優(yōu)點(diǎn)
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語(yǔ)音
xrdt霍爾傳感器
1、 霍爾傳感器可以測(cè)量任意波形的電流和電壓，如：直流、交流、脈沖波形等，甚至對(duì)瞬態(tài)峰值的測(cè)量。副邊電流忠實(shí)地反應(yīng)原邊電流的波形。而普通互感器則是無(wú)法與其比擬的，它一般只適用于測(cè)量50Hz正弦波；2、 原邊電路與副邊電路之間有良好的電氣隔離，隔離電壓可達(dá)9600Vrms；3、精度高：在工作溫度區(qū)內(nèi)精度優(yōu)于1%，該精度適合于任何波形的測(cè)量；4、線(xiàn)性度好：優(yōu)于0.1%；5、寬帶寬：高帶寬的電流傳感器上升時(shí)間可小于1μs；但是，電壓傳感器帶寬較窄，一般在15kHz以?xún)?nèi)，6400Vrms的高壓電壓傳感器上升時(shí)間約500uS，帶寬約700Hz。6、測(cè)量范圍：霍爾傳感器為系列產(chǎn)品，電流測(cè)量可達(dá)50KA，電壓測(cè)量可達(dá)6400V。霍爾電流傳感器使用時(shí)，需遵循以下注意事項(xiàng)：1、為了得到較好的動(dòng)態(tài)特性和靈敏度，必須注意原邊線(xiàn)圈和副邊線(xiàn)圈的耦合，要耦合得好，最好用單根導(dǎo)線(xiàn)且導(dǎo)線(xiàn)完全填滿(mǎn)霍爾傳感器模塊孔徑。2、使用中當(dāng)大的直流電流流過(guò)傳感器原邊線(xiàn)圈，且次級(jí)電路沒(méi)有接通電源|穩(wěn)壓器或副邊開(kāi)路，則其磁路被磁化，而產(chǎn)生剩磁，影響測(cè)量精度（故使用時(shí)要先接通電源和測(cè)量端M），發(fā)生這種情況時(shí)，要先進(jìn)行退磁處理。其方法是次邊電路不加電源，而在原邊線(xiàn)圈中通一同樣等級(jí)大小的交流電流并逐漸減小其值。3、霍爾傳感器都具有較強(qiáng)的抗外磁場(chǎng)干擾能力，但是，為了獲得較高的測(cè)量準(zhǔn)確度，當(dāng)有較強(qiáng)的磁場(chǎng)干擾時(shí)，要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)解決。通常方法有：調(diào)整模塊方向，使外磁場(chǎng)對(duì)模塊的影響最小；在模塊上加罩一個(gè)抗磁場(chǎng)的金屬屏蔽罩。4、測(cè)量的最佳精度是在額定值下得到的，當(dāng)被測(cè)電流遠(yuǎn)低于額定值時(shí)，要獲得最佳精度，原邊可使用多匝，但是，需要注意導(dǎo)線(xiàn)的空間位置（參照第一條）。
霍爾傳感器用途
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語(yǔ)音
霍爾器件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá)1MHZ），耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。霍爾線(xiàn)性器件的精度高、線(xiàn)性度好；霍爾開(kāi)關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá)μm級(jí)）。取用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達(dá)－55℃～150℃。按被檢測(cè)的對(duì)象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測(cè)出受檢測(cè)對(duì)象本身的磁場(chǎng)或磁特性，后者是檢測(cè)受檢對(duì)象上人為設(shè)置的磁場(chǎng)，用這個(gè)磁場(chǎng)來(lái)作被檢測(cè)的信息的載體，通過(guò)它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和控制。
霍爾傳感器位移測(cè)量
兩塊永久磁鐵同極性相對(duì)放置，將線(xiàn)性型霍爾傳感器置于中間，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，這個(gè)點(diǎn)可作為位移的零點(diǎn)，當(dāng)霍爾傳感器在Z軸上作△Z位移時(shí)，傳感器有一個(gè)電壓輸出，電壓大小與位移大小成正比。
霍爾傳感器力測(cè)量
如果把拉力、壓力等參數(shù)變成位移，便可測(cè)出拉力及壓力的大小，按這一原理可制成的力傳感器。
霍爾傳感器角速度測(cè)量
在非磁性材料的圓盤(pán)邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤(pán)邊緣處，圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個(gè)脈沖，從而可測(cè)出轉(zhuǎn)數(shù)（計(jì)數(shù)器），若接入頻率計(jì)，便可測(cè)出轉(zhuǎn)速。
霍爾傳感器線(xiàn)速度測(cè)量
如果把開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在軌道上，當(dāng)裝在運(yùn)動(dòng)車(chē)輛上的永磁體經(jīng)過(guò)它時(shí)，可以從測(cè)量電路上測(cè)得脈沖信號(hào)。根據(jù)脈沖信號(hào)的分布可以測(cè)出車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)速度。
霍爾傳感器注意事項(xiàng)
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語(yǔ)音
霍爾傳感器
（1）電流傳感器必須根據(jù)被測(cè)電流的額定有效值適當(dāng)選用不同的規(guī)格的產(chǎn)品。被測(cè)電流長(zhǎng)時(shí)間超額，會(huì)損壞末極功放管（指磁補(bǔ)償式），一般情況下，2倍的過(guò)載電流持續(xù)時(shí)間不得超過(guò)1分鐘。（2）電壓傳感器必須按產(chǎn)品說(shuō)明在原邊串入一個(gè)限流電阻R1，以使原邊得到額定電流，在一般情況下，2倍的過(guò)壓持續(xù)時(shí)間不得超過(guò)1分鐘。（3）電流電壓傳感器的最佳精度是在原邊額定值條件下得到的，所以當(dāng)被測(cè)電流高于電流傳感器的額定值時(shí)，應(yīng)選用相應(yīng)大的傳感器；當(dāng)被測(cè)電壓高于電壓傳感器的額定值時(shí)，應(yīng)重新調(diào)整限流電阻。當(dāng)被測(cè)電流低于額定值1/2以下時(shí)，為了得到最佳精度，可以使用多繞圈數(shù)的辦法。（4）絕緣耐壓為3KV的傳感器可以長(zhǎng)期正常工作在1KV及以下交流系統(tǒng)和1.5KV及以下直流系統(tǒng)中，6KV的傳感器可以長(zhǎng)期正常工作在2KV及以下交流系統(tǒng)和2.5KV及以下直流系統(tǒng)中，注意不要超壓使用。（5）在要求得到良好動(dòng)態(tài)特性的裝置上使用時(shí)，最好用單根銅鋁母排并與孔徑吻合，以大代小或多繞圈數(shù)，均會(huì)影響動(dòng)態(tài)特性。
霍爾傳感器
（6）在大電流直流系統(tǒng)中使用時(shí)，因某種原因造成工作電源開(kāi)路或故障，則鐵心產(chǎn)生較大剩磁，是值得注意的。剩磁影響精度。退磁的方法是不加工作電源，在原邊通一交流并逐漸減小其值。（7）傳感器抗外磁場(chǎng)能力為：距離傳感器5～10cm一個(gè)超過(guò)傳感器原邊電流值2倍的電流，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾可以抵抗。三相大電流布線(xiàn)時(shí)，相間距離應(yīng)大于5～10cm。（8）為了使傳感器工作在最佳測(cè)量狀態(tài)，應(yīng)使用圖1－10介紹的簡(jiǎn)易典型穩(wěn)壓電源。（9）傳感器的磁飽和點(diǎn)和電路飽和點(diǎn)，使其有很強(qiáng)的過(guò)載能力，但過(guò)載能力是有時(shí)間限制的，試驗(yàn)過(guò)載能力時(shí)，2倍以上的過(guò)載電流不得超過(guò)1分鐘。
變頻功率傳感器(4張)
（10）原邊電流母線(xiàn)溫度不得超過(guò)85℃，這是ABS工程塑料的特性決定的，用戶(hù)有特殊要求，可選高溫塑料做外殼。霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器主要適用于工業(yè)控制領(lǐng)域的電壓和電流測(cè)量。由于傳感器一般不提供角差指標(biāo)，對(duì)于需要準(zhǔn)確測(cè)量交流電功率的場(chǎng)合，應(yīng)對(duì)其角差指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，這一點(diǎn)需特別注意。工頻電量測(cè)量可用互感器替代，變頻電量測(cè)量可用電壓、電流組合式的變頻功率傳感器替代。
霍爾傳感器應(yīng)用
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語(yǔ)音
霍爾傳感器技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)霍爾傳感器技術(shù)在汽車(chē)工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，包括動(dòng)力、車(chē)身控制、牽引力控制以及防抱死制動(dòng)系統(tǒng)。為了滿(mǎn)足不同系統(tǒng)的需要，霍爾傳感器有開(kāi)關(guān)式、模擬式和數(shù)字式傳感器三種形式。霍爾傳感器可以采用金屬和半導(dǎo)體等制成，效應(yīng)質(zhì)量的改變?nèi)Q于導(dǎo)體的材料，材料會(huì)直接影響流過(guò)傳感器的正離子和電子。制造霍爾元件時(shí)，汽車(chē)工業(yè)通常使用三種半導(dǎo)體材料，即砷化鎵、銻化銦以及砷化銦。最常用的半導(dǎo)體材料當(dāng)屬砷化銦。霍爾傳感器的形式?jīng)Q定了放大電路的不同，其輸出要適應(yīng)所控制的裝置。這個(gè)輸出可能是模擬式，如加速位置傳感器或節(jié)氣門(mén)位置傳感器，也可能是數(shù)字式。如曲軸或凸輪軸位置傳感器。當(dāng)霍爾元件用于模擬式傳感器時(shí)，這個(gè)傳感器可以用于空調(diào)系統(tǒng)中的溫度表或動(dòng)力控制系統(tǒng)中的節(jié)氣門(mén)位置傳感器。霍爾元件與微分放大器連接，放大器與NPN晶體管連接。磁鐵固定在旋轉(zhuǎn)軸上，軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾元件上的磁場(chǎng)加強(qiáng)。其產(chǎn)生的霍爾電壓與磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例。當(dāng)霍爾元件用于數(shù)字信號(hào)時(shí)，例如曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器或車(chē)速傳感器，必須首先改變電路。霍爾元件與微分放大器連接，微分放大器與施密特觸發(fā)器連接。在這種配置中。傳感器輸出一個(gè)開(kāi)或關(guān)的信號(hào)。在多數(shù)汽車(chē)電路中，霍爾傳感器是電流吸收器或者使信號(hào)電路接地。要完成這項(xiàng)工作，需要一個(gè)NPN晶體管與施密特觸發(fā)器的輸出連接。磁場(chǎng)穿過(guò)霍爾元件，一個(gè)觸發(fā)器輪上的葉片在磁場(chǎng)和霍爾元件之間通過(guò)。霍爾傳感器應(yīng)用于出租車(chē)計(jì)價(jià)器霍爾傳感器在出租車(chē)計(jì)價(jià)器上的應(yīng)用：通過(guò)安裝在車(chē)輪上的霍爾傳感器A44E檢測(cè)到的信號(hào)，送到單片機(jī)，經(jīng)處理計(jì)算，送給顯示單元，這樣便完成了里程計(jì)算。檢測(cè)原理，P3.2口作為信號(hào)的輸入端，內(nèi)部采用外部中斷0，車(chē)輪每轉(zhuǎn)一圈（設(shè)車(chē)輪的周長(zhǎng)是1 m），霍爾開(kāi)關(guān)就檢測(cè)并輸出信號(hào)，引起單片機(jī)的中斷，對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到1 000次時(shí)，也就是1 km，單片機(jī)就控制將金額自動(dòng)增加。每當(dāng)霍爾傳感器輸出一個(gè)低電平信號(hào)就使單片機(jī)中斷一次，當(dāng)里程計(jì)數(shù)器對(duì)里程脈沖計(jì)滿(mǎn)1 000次時(shí)，就有程序?qū)?dāng)前總額累加，使微機(jī)進(jìn)入里程計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序中。在該程序中，需要完成當(dāng)前行駛里程數(shù)和總額的累加操作，并將結(jié)果存入里程和總額寄存器中。霍爾電流傳感器在變頻器中的應(yīng)用在有電流流過(guò)的導(dǎo)線(xiàn)周?chē)鷷?huì)感生出磁場(chǎng)，再用霍爾器件檢測(cè)由電流感生的磁場(chǎng),即可測(cè)出產(chǎn)生這個(gè)磁場(chǎng)的電流的量值。由此就可以構(gòu)成霍爾電流、電壓傳感器。因?yàn)榛魻柶骷妮敵鲭妷号c加在它上面的磁感應(yīng)強(qiáng)度以及流過(guò)其中的工作電流的乘積成比例，是一個(gè)具有乘法器功能的器件，并且可與各種邏輯電路直接接口，還可以直接驅(qū)動(dòng)各種性質(zhì)的負(fù)載。因?yàn)榛魻柶骷膽?yīng)用原理簡(jiǎn)單，信號(hào)處理方便，器件本身又具有一系列的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，所以在變頻器中也發(fā)揮了非常重要的作用。在變頻器中，霍爾電流傳感器的主要作用是保護(hù)昂貴的大功率晶體管。由于霍爾電流傳感器的響應(yīng)時(shí)間短于1μs，因此，出現(xiàn)過(guò)載短路時(shí)，在晶體管未達(dá)到極限溫度之前即可切斷電源，使晶體管得到可靠的保護(hù)。霍爾電流傳感器按其工作模式可分為直接測(cè)量式和零磁通式，在變頻器中由于需要精準(zhǔn)的控制及計(jì)算，因此選用了零磁通方式。將霍爾器件的輸出電壓進(jìn)行放大，再經(jīng)電流放大后，讓這個(gè)電流通過(guò)補(bǔ)償線(xiàn)圈，并令補(bǔ)償線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)和被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，若滿(mǎn)足條件IoN1=IsN2，則磁芯中的磁通為0，這時(shí)下式成立：Io=Is(N2/N1)式中，Io為被測(cè)電流，即磁芯中初級(jí)繞組中的電流，N1為初級(jí)繞組的匝數(shù)，Is為補(bǔ)償繞組中的電流，N2為補(bǔ)償繞組的匝數(shù)。由上式可知，達(dá)到磁平衡時(shí)，即可由Is及匝數(shù)比N2/N1得到Io。霍爾電流傳感器的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)電流的“無(wú)電位”檢測(cè)。即測(cè)量電路不必接入被測(cè)電路即可實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)，它們靠磁場(chǎng)進(jìn)行耦合。因此，檢測(cè)電路的輸入、輸出電路是完全電隔離的。檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)電路與被檢電路互不影響。
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羅羅日記
我是羅羅，專(zhuān)注寫(xiě)成長(zhǎng)和科普干貨，歡迎關(guān)注
霍爾傳感器的原理是什么？有哪些應(yīng)用？有什么優(yōu)缺點(diǎn)？
成都的冬天是不是來(lái)了，昨天竟開(kāi)始變得有點(diǎn)小冷了。估計(jì)米亞羅的紅葉又開(kāi)始“泛濫”了。但是我哪里也不去，呆在家里寫(xiě)日記。本來(lái)我是想接著上一篇，再寫(xiě)一下直流電機(jī)，還有伺服電機(jī)的。但是，我在看直流電機(jī)文檔時(shí)，發(fā)現(xiàn)需要先理解霍爾傳感器。所以今天還是先說(shuō)下霍爾傳感器的原理。這篇日記不長(zhǎng)...
2020-11-242
Grace的修行日志
歡迎電氣行業(yè)的朋友一起交流學(xué)習(xí)~
關(guān)于電流檢測(cè)的霍爾傳感器選型和應(yīng)用
安科瑞 高佳樂(lè)摘 要：電流檢測(cè)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，傳統(tǒng)的霍爾傳感器的靈敏度比較低，受外界影響較大，由此應(yīng)用新型霍爾傳感器來(lái)彌補(bǔ)其功能缺陷，介紹了萊姆HO系列霍爾傳感器的多項(xiàng)功能，以HO-15-NP霍爾傳感器為例，著重介紹了霍爾傳感器在電流檢測(cè)及其線(xiàn)性度方面的介紹。關(guān)...
2020-09-070
Acrelwangyang
Acrel Sales Engineer
淺談基于霍爾傳感器的電流監(jiān)測(cè)及過(guò)流保護(hù)設(shè)計(jì)-安科瑞 王陽(yáng)
摘要：根據(jù)機(jī)載電子設(shè)備健康監(jiān)測(cè)和視情維修的要求，發(fā)射裝置內(nèi)場(chǎng)測(cè)試儀需增加對(duì)被測(cè)產(chǎn)品進(jìn)行電流監(jiān)測(cè)的功能;同時(shí)，為避免測(cè)試期間因過(guò)流而導(dǎo)致的產(chǎn)品或測(cè)試設(shè)備損壞，亟需實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)過(guò)流保護(hù)。基于此需求，設(shè)計(jì)了一種基于霍爾傳感器的實(shí)現(xiàn)方案。硬件方面，電路由器件、電流監(jiān)測(cè)電路和...
2021-04-270
計(jì)量互感器
河北冠赫實(shí)業(yè)有限公司
霍爾傳感器的優(yōu)勢(shì)及主要用途
霍爾傳感器是世界排名第三的感應(yīng)器商品，它被廣泛運(yùn)用到工業(yè)生產(chǎn)、汽車(chē)行業(yè)、電腦上、手機(jī)上及其新起消費(fèi)電子產(chǎn)品行業(yè)。霍爾效應(yīng)是磁電效用的一種，這一狀況是霍爾于1879年在科學(xué)研究金屬材料的導(dǎo)電性組織時(shí)發(fā)覺(jué)的。接下來(lái)小編帶大家看看霍爾傳感器的優(yōu)勢(shì)及主要用途：很多人都了解，小汽車(chē)的...
2020-12-080
響拇指電子
深圳響拇指電子科技有限公司
霍爾傳感器在智能坐便器上的應(yīng)用
智能坐便器起源于美國(guó)，用于醫(yī)療和老年保健，最初設(shè)置有溫水洗凈功能。后經(jīng)韓國(guó)，日本的衛(wèi)浴公司逐漸引進(jìn)技術(shù)開(kāi)始制造，加入了座便蓋加熱、溫水洗凈、暖風(fēng)干燥、殺菌等多種功能。目前市場(chǎng)上的智能坐便器大體上分為兩種，一種為帶清洗、加熱、殺菌等的智能坐便器，另一種為可自動(dòng)更換薄膜的智能坐...
2020-04-290
參考資料
1.
霍爾效應(yīng)
．北京航空航天大學(xué)．2013-03[引用日期2013-07-18]
霍爾傳感器 交流：霍爾電流傳感器
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霍爾電流傳感器
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霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，從霍爾元件的控制電流端通入電流Ic，并在霍爾元件平面的法線(xiàn)方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，那么在垂直于電流和磁場(chǎng)方向（即霍爾輸出端之間），將產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)VH，稱(chēng)其為霍爾電勢(shì)，其大小正比于控 制電流I。與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的乘積。即有式中：K為霍爾系數(shù)，由霍爾元件的材料決定；I為控制電流；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；VH為霍爾電勢(shì)。
中文名
霍爾電流傳感器
外文名
Hall Current Sensor
名詞解釋
基本原理 檢測(cè)原理 補(bǔ)償原理
工作電源
電流傳感器在使用中的優(yōu)越性
發(fā) 展
提高靈敏度、惡劣條件下的穩(wěn)定性
測(cè)電流
為了測(cè)量mA級(jí)的小電流
參 數(shù)
LF-AI12-32A1-0.5/0~5A
工作環(huán)境
-10℃~50℃，20%~90%無(wú)凝露
響應(yīng)時(shí)間
≤300mS
精度等級(jí)
≤0.5%.F.S
目錄
1
英文解釋
2
基本原理
3
檢測(cè)原理
4
補(bǔ)償原理
5
發(fā)展
6
測(cè)電壓
7
輸出
8
電壓電阻
9
電流計(jì)算
10
舉例說(shuō)明
11
工作電源
12
優(yōu)越性
13
測(cè)量方法
14
特點(diǎn)
15
應(yīng)用方式
16
注意事項(xiàng)
?
如何選型
?
使用須知
?
注意事項(xiàng)
17
工作過(guò)程
霍爾電流傳感器英文解釋
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語(yǔ)音
Hall Current SensorHall current transducer
霍爾電流傳感器基本原理
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語(yǔ)音
霍爾器件是一種采用半導(dǎo)體材料制成的磁電轉(zhuǎn)換器件。如果在輸入端通入控制電流IC，當(dāng)有一磁場(chǎng)B穿過(guò)該器件感磁面，則在輸出端出現(xiàn)霍爾電勢(shì)VH。霍爾電勢(shì)VH的大小與控制電流IC和磁通密度B的乘積成正比，即：VH=KHICBsinΘ霍爾電流傳感器是按照霍爾效應(yīng)原理制成，對(duì)安培定律加以應(yīng)用，即在載流導(dǎo)體周?chē)a(chǎn)生一正比于該電流的磁場(chǎng)，而霍爾器件則用來(lái)測(cè)量這一磁場(chǎng)。因此，使電流的非接觸測(cè)量成為可能。通過(guò)測(cè)量霍爾電勢(shì)的大小間接測(cè)量載流導(dǎo)體電流的大小。因此，電流傳感器經(jīng)過(guò)了電－磁－電的絕緣隔離轉(zhuǎn)換。
霍爾電流傳感器檢測(cè)原理
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語(yǔ)音
由于磁路與霍爾器件的輸出具有良好的線(xiàn)性關(guān)系，因此霍爾器件輸出的電壓訊號(hào)U0可以間接反映出被測(cè)電流I1的大小，即：I1∝B1∝U0我們把U0定標(biāo)為當(dāng)被測(cè)電流I1為額定值時(shí)，U0等于50mV或100mV。這就制成霍爾直接檢測(cè)（無(wú)放大）電流傳感器。
霍爾電流傳感器補(bǔ)償原理
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語(yǔ)音
原邊主回路有一被測(cè)電流I1，將產(chǎn)生磁通Φ1，被副邊補(bǔ)償線(xiàn)圈通過(guò)的電流I2所產(chǎn)生的磁通Φ2進(jìn)行補(bǔ)償后保持磁平衡狀態(tài)，霍爾器件則始終處于檢測(cè)零磁通的作用。所以稱(chēng)為霍爾磁補(bǔ)償電流傳感器。這種先進(jìn)的原理模式優(yōu)于直檢原理模式，突出的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間快和測(cè)量精度高，特別適用于弱小電流的檢測(cè)。知道：Φ1=Φ2I1N1=I2N2I2=NI/N2·I1當(dāng)補(bǔ)償電流I2流過(guò)測(cè)量電阻RM時(shí)，在RM兩端轉(zhuǎn)換成電壓。做為傳感器測(cè)量電壓U0即：U0=I2RM按照霍爾磁補(bǔ)償原理制成了額定輸入從～系列規(guī)格的電流傳感器。由于磁補(bǔ)償式電流傳感器必須在磁環(huán)上繞成千上萬(wàn)匝的補(bǔ)償線(xiàn)圈，因而成本增加；其次，工作電流消耗也相應(yīng)增加；但它卻具有直檢式不可比擬的較高精度和快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。
霍爾電流傳感器發(fā)展
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語(yǔ)音
霍爾電流傳感器要想得到發(fā)展。首先就要提高靈敏度、惡劣條件下的穩(wěn)定性、降低工作電壓、微功耗；其次是敏感元件及其處理電路集成化、小型化；第三必須做到功能多樣化，同一種敏感機(jī)理的敏感器，引用和融合了電子技術(shù)其他分支的相關(guān)成熟技術(shù)，可形成新功能或復(fù)合功能的新型品種；最后要便于組網(wǎng)，傳感器捕獲的信息便于與其上層、下層機(jī)接口和有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)傳輸，以利執(zhí)行、保存、處理。
[1]
霍爾電流傳感器測(cè)電壓
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語(yǔ)音
為了測(cè)量mA級(jí)的小電流，根據(jù)Φ1=I1N1，增加N1的匝數(shù)，同樣可以獲得高磁通Φ1。采用這種方法制成的小電流傳感器不但可以測(cè)mA級(jí)電流，而且可以測(cè)電壓。與電流傳感器所不同的是在測(cè)量電壓時(shí)，電壓傳感器的原邊多匝繞組通過(guò)串聯(lián)一個(gè)限流電阻R1，然后并聯(lián)連接在被測(cè)電壓U1上，得到與被測(cè)電壓U1成比例的電流I1。副邊原理同電流傳感器一樣。當(dāng)補(bǔ)償電流I2流過(guò)測(cè)量電阻RM時(shí)，在RM兩端轉(zhuǎn)換成電壓作為傳感器的測(cè)量電壓U0，即 U0=I2RM
霍爾電流傳感器輸出
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語(yǔ)音
直接檢測(cè)式（無(wú)放大）電流傳感器為高阻抗輸出電壓，在應(yīng)用中，負(fù)載阻抗要大于10KΩ，通常都是將其±50mV或±100mV懸浮輸出電壓用差動(dòng)輸入比例放大器放大到±4V或±5V。 （a） 圖可滿(mǎn)足一般精度要求；（b）圖性能較好，適用于精度要求高的場(chǎng)合。直檢放大式電流傳感器為高阻抗輸出電壓。在應(yīng)用中，負(fù)載阻抗要大于2KΩ。磁補(bǔ)償式電流、電壓磁補(bǔ)償式電流、電壓傳感器均為電流輸出型。“M”端對(duì)電源“O”端為電流I2的通路。因此，傳感器從“M”端輸出的信號(hào)為電流信號(hào)。電流信號(hào)可以在一定范圍遠(yuǎn)傳，并能保證精度，使用中，測(cè)量電阻RM只需設(shè)計(jì)在二次儀表輸入或終端控制板接口上。為了保證高精度測(cè)量要注意：①測(cè)量電阻的精度選擇，一般選金屬膜電阻，精度≤±0.5%，詳見(jiàn)表1－1，②二次儀表或終端控制板電路輸入阻抗應(yīng)大于測(cè)量電阻100倍以上。
霍爾電流傳感器電壓電阻
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語(yǔ)音
從前面公式知道U0=I2RMRM=U0/I2式中：U0－測(cè)量電壓，又叫取樣電壓（V）。I2－副邊線(xiàn)圈補(bǔ)償電流（A）。RM－測(cè)量電阻（Ω）。計(jì)算時(shí)I2可以從磁補(bǔ)償式電流傳感器技術(shù)參數(shù)表中查出與被測(cè)電流（額定有效值）I1相對(duì)應(yīng)的輸出電流（額定有效值）I2。假如要將I2變換成U0=5V，RM選擇詳見(jiàn)表1－1。
霍爾電流傳感器電流計(jì)算
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語(yǔ)音
輸出電流I2的回路是：V+→末級(jí)功放管集射極→N2→RM→0，回路等效電阻。（V-～0的回路相同，電流相反）當(dāng)輸出電流I2最大值時(shí)，電流值不再跟著I1的增加而增加，我們稱(chēng)為傳感器的飽和點(diǎn)。按下式計(jì)算I2max=V+-VCES/RN2+RM式中：V+－正電源（V）。VCES－功率管集射飽和電壓，（V）一般為0.5V。RN2－副邊線(xiàn)圈直流內(nèi)阻（Ω），詳見(jiàn)表，1－2。RM－測(cè)量電阻（Ω）。從計(jì)算可知改變測(cè)量電阻RM，飽和點(diǎn)隨之也改變。當(dāng)被測(cè)電阻RM確定后，也就有了確定的飽和點(diǎn)。根據(jù)下式計(jì)算出最大被測(cè)電流I1max：I1max=I1/I2·I2max在測(cè)量交流或脈沖時(shí)，當(dāng)RM確定后，要計(jì)算出最大被測(cè)電流I1MAX，如果I1max值低于交流電流峰值或低于脈沖幅值，將會(huì)造成輸出波形削波或限幅現(xiàn)象，此種情況可將RM選小一些來(lái)解決。
霍爾電流傳感器舉例說(shuō)明
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語(yǔ)音
電壓傳感器原邊與副邊抗電強(qiáng)度≥4000VRMS（50Hz.1min），用以測(cè)量直流、交流、脈沖電壓。在測(cè)量電壓時(shí)，根據(jù)電壓額定值，在原邊+HT端串一限流電阻，即被測(cè)電壓通過(guò)電阻得到原邊電流U1/R1=I1、R1=U1/10mA（KΩ），電阻的功率要大于計(jì)算值2～4倍，電阻的精度≤±0.5%。R1精密線(xiàn)繞功率電阻，可由廠(chǎng)方代訂。電流傳感器的接線(xiàn)方法（1） 直檢式（無(wú)放大）電流傳感器接線(xiàn)圖。（a） 圖是P型（印板插腳式）接發(fā)，（b）圖是C型（插座插頭式）接法，VN.、VN表示霍爾輸出電壓。（2） 直檢放大式電流傳感器接線(xiàn)圖。（a） 圖是P型接法，（b）圖是C型接法，圖中U0表示輸出電壓，RL表示負(fù)載電阻。（3） 磁補(bǔ)償式電流傳感器接線(xiàn)圖。（a） 圖是P型接法，（b）圖是C型接法（注意四針插座第三針是空腳）以上三種傳感器的印板插腳式接法同實(shí)物的排列方法是一致的，插座插頭接法同實(shí)物的排列方法也是一致的，以免接線(xiàn)錯(cuò)誤。在以上接線(xiàn)圖上，主回路被測(cè)電流I1在穿孔中有一箭頭示出了電流正方向，實(shí)物外殼上也標(biāo)明了電流正方向，這是電流傳感器規(guī)定了被測(cè)電流I1的電流正方向與輸出電流I2是同極性的。這在三相交流或多路直流檢測(cè)量中是致關(guān)重要的。
霍爾電流傳感器工作電源
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語(yǔ)音
電流傳感器是一種有源模塊，如霍爾器件、運(yùn)放、末級(jí)功率管，都需要工作電源，并且還有功耗，實(shí)用的典型工作電源原理圖。（1） 輸出地端集中接大電解上以利降噪。（2） 電容位uF，二極管為1N4004。（3） 變壓器根據(jù)傳感器功耗而定。（4） 傳感器的工作電流。直檢式（無(wú)放大）耗電：最大5mA；直檢放大式耗電：最大±20mA；磁補(bǔ)償式耗電：20+輸出電流；最大消耗工作電流20+輸出電流的2倍。根據(jù)消耗工作電流可以計(jì)算出功耗。
霍爾電流傳感器優(yōu)越性
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語(yǔ)音
（1）非接觸檢測(cè)。在進(jìn)口設(shè)備的再改造中，以及老舊設(shè)備的技術(shù)改造中，顯示出非接觸測(cè)量的優(yōu)越性；原有設(shè)備的電氣接線(xiàn)不用絲毫改動(dòng)就可以測(cè)得電流的數(shù)值。（2）使用分流器的弊端是不能電隔離，且還有插入損耗，電流越大，損耗越大，體積也越大，人們還發(fā)現(xiàn)分流器在檢測(cè)高頻大電流時(shí)帶有不可避免的電感性，不能真實(shí)傳遞被測(cè)電流波形，更不能真實(shí)傳遞非正弦波型。電流傳感器完全消除了分流器以上的種種弊端，且精度和輸出電壓值可以和分流器做的一樣，如精度0.5、1.0級(jí)，輸出電壓50、75mV和100mV均可。（3）使用非常方便，取一只LT100－C型電流傳感器，在M端與電源零端串入一只100mA的模擬表頭或數(shù)字萬(wàn)用表，接上工作電源，將傳感器套在電線(xiàn)回路上，即可準(zhǔn)確顯示主回路0～100A電流值。（4）傳統(tǒng)的電流電壓互感器，雖然工作電流電壓等級(jí)多，在規(guī)定的正弦工作頻率下有較高的精度，但它能適合的頻帶非常窄，且不能傳遞直流。此外，工作時(shí)存在激磁電流，所以這是電感性器件，使它在響應(yīng)時(shí)間上只能做到數(shù)十毫秒。眾所周知的電流互感器二次側(cè)一旦開(kāi)路將產(chǎn)生高壓危害。在使用微機(jī)檢測(cè)中需信號(hào)的多路采集，人們正尋求能隔離又能采集信號(hào)的方法。電流電壓傳感器繼承了互感器原副邊可靠絕緣的優(yōu)點(diǎn)，又解決了傳遞變送器價(jià)昂體積大還要配用互感器的缺陷，給微機(jī)檢測(cè)等自動(dòng)化管理系統(tǒng)提供了模數(shù)轉(zhuǎn)換的機(jī)會(huì)。在使用中，傳感器輸出信號(hào)既可直接輸入到高阻抗模擬表頭或數(shù)字面板表，也可經(jīng)二次處理，模擬信號(hào)送給自動(dòng)化裝置，數(shù)字信號(hào)送給計(jì)算機(jī)接口。在3KV以上的高壓系統(tǒng)，電流、電壓傳感器都能與傳統(tǒng)的高壓互感器配合，替代傳統(tǒng)的電量變送器，為模數(shù)轉(zhuǎn)換提供方便。（5）傳統(tǒng)的檢測(cè)元件受規(guī)定頻率、規(guī)定波形，響應(yīng)滯后等很多因素的限制，不能適應(yīng)大功率變流技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)運(yùn)而產(chǎn)生的新一代霍爾電流電壓傳感器，以及電流電壓傳感器與真有效枝AC/DC轉(zhuǎn)換器組合成為一體化的變送器，已成為人們熟知最佳檢測(cè)模塊。另外，電子電力裝置向高頻化、模塊化、組件化、智能化發(fā)展，使裝置設(shè)計(jì)者得心應(yīng)手，這將是電子電力技術(shù)史上劃時(shí)代的根本性變革。1. 測(cè)量范圍廣：它可以測(cè)量任意波形的電流和電壓，如直流、交流、脈沖、三角波形等，甚至對(duì)瞬態(tài)峰值電流、電壓信號(hào)也能忠實(shí)地進(jìn)行反映;2. 響應(yīng)速度快：最快者響應(yīng)時(shí)間只為1us。3. 測(cè)量精度高：其測(cè)量精度優(yōu)于1%，該精度適合于對(duì)任何波形的測(cè)量。普通互感器是感性元件，接入后影響被測(cè)信號(hào)波形，其一般精度為3%~5%，且只適合于50Hz 正弦波形。4. 線(xiàn)性度好：優(yōu)于0.2%5. 動(dòng)態(tài)性能好：響應(yīng)時(shí)間快，可小于1us;普通互感器的響應(yīng)時(shí)間為10~20ms。6. 工作頻帶寬：在0~100KHz 頻率范圍內(nèi)的信號(hào)均可以測(cè)量。7. 可靠性高，平均無(wú)故障工作時(shí)間長(zhǎng)：平均無(wú)故障時(shí)間>5 10 小時(shí)8. 過(guò)載能力強(qiáng)、測(cè)量范圍大：0---幾十安培~上萬(wàn)安培9. 體積小、重量輕、易于安裝。由于霍爾電流電壓傳感器以上的優(yōu)點(diǎn)，故而可廣泛應(yīng)用與變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、UPS 電源、逆變焊機(jī)、電解電鍍、數(shù)控機(jī)床、微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和需要隔離檢測(cè)電流電壓的各個(gè)領(lǐng)域中。
大口徑,開(kāi)口型電流傳感器，交直兩用
性能指標(biāo)：* 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：IEC688：1992，QB* 輸入范圍：0~800A內(nèi)可選 如0~100 A，0~500A等* 精度等級(jí)：≤1.0%.F.S* 線(xiàn) 性 度：優(yōu)于0.2%*響應(yīng)時(shí)間：≤1Us
霍爾電流傳感器
* 頻率特性：0~100KHz* 失調(diào)電壓：≤20mV* 溫度特性：≤150PPM/℃(0~50℃)* 整機(jī)功耗：≤30 mA+Ig* 隔離耐壓：輸入/輸出/外殼間 AC2.0KV/min*1mA* 過(guò)載能力：2倍電流連續(xù)，30倍1秒* 阻燃特性：UL94-V0* 工作環(huán)境：-10℃~50℃，20%~90%無(wú)凝露* 貯存環(huán)境：-40℃~70℃，20%~95%無(wú)凝露
霍爾電流傳感器測(cè)量方法
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語(yǔ)音
1.原邊導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)放置于傳感器內(nèi)孔中心，盡可能不要放偏；2.原邊導(dǎo)線(xiàn)盡可能完全放滿(mǎn)傳感器內(nèi)孔，不要留有空隙；3.需要測(cè)量的電流應(yīng)接近于傳感器的標(biāo)準(zhǔn)額定值IPN，不要相差太大。如條件所限，手頭僅有一個(gè)額定值很高的傳感器，而欲測(cè)量的電流值又低于額定值很多，為了提高測(cè)量精度，可以把原邊導(dǎo)線(xiàn)多繞幾圈，使之接近額定值。例如當(dāng)用額定值100A的傳感器去測(cè)量10A的電流時(shí)，為提高精度可將原邊導(dǎo)線(xiàn)在傳感器的內(nèi)孔中心繞十圈(一般情況，NP=1；在內(nèi)孔中繞一圈，NP=2；……；繞九圈，NP=10，則NP×10A=100A與傳感器的額定值相等，從而可提高精度)；
[2]
4.當(dāng)欲測(cè)量的電流值為IPN/10的時(shí)，在25℃仍然可以有較高的精度。
霍爾電流傳感器特點(diǎn)
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語(yǔ)音
霍爾傳感器不論是開(kāi)環(huán)還是閉環(huán)原理，基本的性能區(qū)別不大，基本的優(yōu)點(diǎn)在于：響應(yīng)時(shí)間快、低溫漂、精度高、體積小、頻帶寬、抗干擾能力強(qiáng)、過(guò)載能力強(qiáng)。
霍爾電流傳感器應(yīng)用方式
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語(yǔ)音
基本是HIA-C01和HIB-C15兩種閉環(huán)原理的霍爾電流傳感器較多，基本應(yīng)用方式是HIA-C01霍爾電流傳感器檢測(cè)前端每一塊電池板的發(fā)電情況，輸出信號(hào)給信號(hào)采集裝置，由信號(hào)采集裝置經(jīng)過(guò)采集、信號(hào)轉(zhuǎn)換等步驟，有線(xiàn)傳輸至控制中心，由控制中心統(tǒng)一對(duì)各個(gè)陣列的發(fā)電情況進(jìn)行監(jiān)控。
霍爾電流傳感器注意事項(xiàng)
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語(yǔ)音
霍爾電流傳感器如何選型
A.選擇電流傳感器時(shí)需要注意穿孔尺寸是否能夠保證電線(xiàn)可以穿過(guò)傳感器；B.選擇電流傳感器時(shí)需要注意現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用環(huán)境是否有高溫、低溫、高潮濕、強(qiáng)震等特殊環(huán)境；C.選擇電流傳感器時(shí)需要注意空間結(jié)構(gòu)是否滿(mǎn)足。
霍爾電流傳感器使用須知
A.接線(xiàn)時(shí)注意接線(xiàn)端子的裸露導(dǎo)電部分，盡量防止ESD沖擊，需要有專(zhuān)業(yè)施工經(jīng)驗(yàn)的工程師才能對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行接線(xiàn)操作。電源、輸入、輸出的各連接導(dǎo)線(xiàn)必須正確連接，不可錯(cuò)位或反接，否則可能導(dǎo)致產(chǎn)品損壞。B.產(chǎn)品安裝使用環(huán)境應(yīng)無(wú)導(dǎo)電塵埃及腐蝕性。C.劇烈震動(dòng)或高溫也可能導(dǎo)致產(chǎn)品損壞，必須注意使用場(chǎng)合。
霍爾電流傳感器注意事項(xiàng)
（1）電流傳感器必須根據(jù)被測(cè)電流的額定有效值適當(dāng)選用不同的規(guī)格的產(chǎn)品。被測(cè)電流長(zhǎng)時(shí)間超額，會(huì)損壞末極功放管（指磁補(bǔ)償式），一般情況下，2倍的過(guò)載電流持續(xù)時(shí)間不得超過(guò)1分鐘。（2）電壓傳感器必須按產(chǎn)品說(shuō)明在原邊串入一個(gè)限流電阻R1，以使原邊得到額定電流，在一般情況下，2倍的過(guò)壓持續(xù)時(shí)間不得超過(guò)1分鐘。（3）電流電壓傳感器的最佳精度是在原邊額定值條件下得到的，所以當(dāng)被測(cè)電流高于電流傳感器的額定值時(shí)，應(yīng)選用相應(yīng)大的傳感器；當(dāng)被測(cè)電壓高于電壓傳感器的額定值時(shí)，應(yīng)重新調(diào)整限流電阻。當(dāng)被測(cè)電流低于額定值1/2以下時(shí)，為了得到最佳精度，可以使用多繞圈數(shù)的辦法。（4）絕緣耐壓為3KV的傳感器可以長(zhǎng)期正常工作在1KV及以下交流系統(tǒng)和1.5KV及以下直流系統(tǒng)中，6KV的傳感器可以長(zhǎng)期正常工作在2KV及以下交流系統(tǒng)和2.5KV及以下直流系統(tǒng)中，注意不要超壓使用。（5）在要求得到良好動(dòng)態(tài)特性的裝置上使用時(shí)，最好用單根銅鋁母排并與孔徑吻合，以大代小或多繞圈數(shù)，均會(huì)影響動(dòng)態(tài)特性。（6）在大電流直流系統(tǒng)中使用時(shí)，因某種原因造成工作電源開(kāi)路或故障，則鐵心產(chǎn)生較大剩磁，是值得注意的。剩磁影響精度。退磁的方法是不加工作電源，在原邊通一交流并逐漸減小其值。（7）傳感器抗外磁場(chǎng)能力為：距離傳感器5～10cm一個(gè)超過(guò)傳感器原邊電流值2倍的電流，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾可以抵抗。三相大電流布線(xiàn)時(shí)，相間距離應(yīng)大于5～10cm。（8）為了使傳感器工作在最佳測(cè)量狀態(tài)，應(yīng)使用介紹的簡(jiǎn)易典型穩(wěn)壓電源。（9）傳感器的磁飽和點(diǎn)和電路飽和點(diǎn)，使其有很強(qiáng)的過(guò)載能力，但過(guò)載能力是有時(shí)間限制的，試驗(yàn)過(guò)載能力時(shí)，2倍以上的過(guò)載電流不得超過(guò)1分鐘。（10）原邊電流母線(xiàn)溫度不得超過(guò)85℃，這是ABS工程塑料的特性決定的，用戶(hù)有特殊要求，可選高溫塑料做外殼。
霍爾電流傳感器工作過(guò)程
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語(yǔ)音
開(kāi)環(huán)的霍爾電流傳感器采用的是霍爾直放式原理，閉環(huán)的霍爾電流傳感器采用的是磁平衡原理。所以閉環(huán)的在響應(yīng)時(shí)間跟精度上要比開(kāi)環(huán)的好很多。開(kāi)環(huán)和閉環(huán)都可以監(jiān)測(cè)交流電，一般開(kāi)環(huán)的適用于大電流監(jiān)測(cè)，閉環(huán)適用于小電流監(jiān)測(cè)。開(kāi)環(huán)式霍爾傳感器的工作過(guò)程：原邊電流(Ip)通過(guò)一根導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，在導(dǎo)線(xiàn)四周將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，這一磁場(chǎng)的大小與流過(guò)導(dǎo)線(xiàn)的電流成正比，它能通過(guò)磁芯聚集感應(yīng)到霍爾器件上并使其有一信號(hào)輸出。這一信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器放大后直接輸出，霍爾器件輸出的信號(hào)準(zhǔn)確反映了原邊電流的輸出情況。優(yōu)點(diǎn)：封裝尺寸小 ，測(cè)量范圍廣 ，重量輕，低電源損耗，無(wú)插損閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作過(guò)程：當(dāng)原邊電流IP產(chǎn)生的磁通通過(guò)磁芯集中在磁路中，霍爾器件固定在氣隙中檢測(cè)磁通，通過(guò)繞在磁芯上的多匝線(xiàn)圈輸出反向的補(bǔ)償電流，用于抵消原邊電流(IP)產(chǎn)生的磁通，使得磁路中磁通始終保持為零。霍爾器件和輔助電路產(chǎn)生的副邊補(bǔ)償電流準(zhǔn)確反映了原邊電流的大小。經(jīng)過(guò)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。
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參考資料
1.
霍爾電流傳感器未來(lái)有著更廣泛的應(yīng)用
．中國(guó)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)[引用日期2013-05-13]
2.
提高測(cè)量精度的方法
．儀器儀表世界網(wǎng)[引用日期2013-04-23]
