市場(chǎng)上的電流傳感器五花八門(mén),大家都聽(tīng)說(shuō)過(guò)或者用過(guò),但你真的懂電流傳感器嗎?
電流傳感器就是把大電流轉(zhuǎn)換為同頻同相的小電流以便于測(cè)量或?qū)崿F(xiàn)隔離。根據(jù)不同的變換原理,電流傳感器一般有霍爾效應(yīng)、磁通門(mén)、電磁感應(yīng)、羅氏線圈(電磁感應(yīng)原理及安培環(huán)路定律)、分流器(歐姆定理)這五種技術(shù)。本文只討論主流的傳感器即霍爾效應(yīng)和磁通門(mén)的傳感器。
基于霍爾效應(yīng)的電流鉗在鐵芯中加工一個(gè)氣隙放置霍爾元件。利用霍爾元件測(cè)量氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度,根據(jù)控制方式不同,有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種類(lèi)型。開(kāi)環(huán)和閉環(huán)霍爾型電流鉗都可以測(cè)量直流和交流。
開(kāi)環(huán)霍爾型電流傳感器——直測(cè)式
開(kāi)環(huán)霍爾型使用線性度較好的霍爾元件,霍爾元件輸出電壓正比于被測(cè)電流。開(kāi)環(huán)霍爾型的互感器有致遠(yuǎn)的CTS系列、法國(guó)CA的C117。
閉環(huán)霍爾型電流傳感器——磁平衡原理
閉環(huán)霍爾型使用零磁通技術(shù),鐵芯上有補(bǔ)償線圈。當(dāng)初級(jí)有被測(cè)電流在鐵芯中產(chǎn)生磁通時(shí),霍爾元件檢測(cè)鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度,通過(guò)負(fù)反饋將此誤差電壓轉(zhuǎn)換為電流驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償線圈,抵消鐵芯中的磁通,最終被測(cè)電流與補(bǔ)償線圈產(chǎn)生的磁通量大小一致方向相反,通過(guò)測(cè)量補(bǔ)償線圈的電流即可按照匝數(shù)比換算出被測(cè)電流。
閉環(huán)霍爾對(duì)霍爾元件的線性度依賴(lài)較小,鐵芯工作在零磁通下,因此精度比開(kāi)環(huán)的高。霍爾元件需要提供工作電壓,因此這兩種電流鉗都要供電,閉環(huán)霍爾需要驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償線圈耗電更大。閉環(huán)霍爾型傳感器有萊姆的LF系列電流傳感器。
開(kāi)環(huán)霍爾型與閉環(huán)霍爾型電流傳感器的區(qū)別
帶寬區(qū)別:微觀上講,氣隙處的磁場(chǎng)始終在零磁通附近變化,由于磁場(chǎng)變化幅度非常小,變化的頻率非??欤虼碎]環(huán)型電流傳感器具有非??斓捻憫?yīng)時(shí)間。實(shí)際中,閉環(huán)霍爾傳感器的帶寬高達(dá)100kHZ左右,開(kāi)環(huán)式的帶寬在10kHZ以下。閉環(huán)霍爾傳感器的帶寬比開(kāi)環(huán)霍爾傳感器的高。
精度區(qū)別:傳統(tǒng)開(kāi)環(huán)式霍爾傳感器副邊輸出與磁芯處的磁感應(yīng)強(qiáng)導(dǎo)磁材質(zhì)制作而成,非線性和磁滯效應(yīng)是導(dǎo)致所有高導(dǎo)磁材料的固有特點(diǎn),因此,開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器一般線性度較差,且原邊信號(hào)在上升和下降過(guò)程中副邊輸出不同,導(dǎo)致傳統(tǒng)開(kāi)環(huán)式霍爾傳感器的精度比閉環(huán)式霍爾傳感器精度低。隨著技術(shù)的發(fā)展,開(kāi)環(huán)式霍爾傳感器的精度已經(jīng)能夠達(dá)到閉環(huán)式霍爾傳感器的精度,比如致遠(yuǎn)電子的CTS系列電流鉗的精度達(dá)到0.3%。
磁通門(mén)技術(shù)的電流傳感器
利用磁通門(mén)技術(shù)的電流傳感器,精度優(yōu)于0.05%,甚至達(dá)到12ppm,但是這種類(lèi)型傳感器非常昂貴并且很脆弱。在使用中一旦未給傳感器供電情況下,通有被測(cè)電流,會(huì)造成傳感器損壞。比如萊姆的IT系類(lèi)電流傳感器,精度達(dá)到0.05%。