电流传感器电路 7 种电流传感器原理简介，赶紧收藏！

发布时间：2024-11-24 15:11:41

7 种电流传感器原理简介，赶紧收藏！

1、电阻分流器检测技术

这是我们最容易想到的一种电流检测技术，因为在学校里我们就学习过 I = U/R 。因此测量电阻两端的电压，即可以间接的测量出电流的大小。

因此，分流器检测技术就是根据电流通过电阻时在电阻两端产生电压进行测量的。

应用领域：

电阻分流器检测在低频率小幅值电流测量中，表现出高的精度和较快的响应速度。

工业领域中，在不涉及到测量回路与被测电流之间隔离的场合，分流器是将电流信号转变成电压信号的的低成本方案。

友情提示：这里分流器就是指的电阻，这种电阻除了常见的合金电阻外，还有 MOS 的导通电阻哦。

2、电流互感器

电流互感器原理是依据电磁感应原理的。

电流互感器的作用是可以把数值较大的电流通过一定的变化转换成数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。

电流互感器的工作原理基于法拉第电磁感应定律，即一个变化的磁场可以产生感应电动势。

在电流互感器中，主要通过一个线圈（一般为一定数量的匝数）将被测电流引导通过，从而在另一个线圈中产生感应电流。这两个线圈通过一个磁介质（如铁芯）相互耦合，从而实现电流的传递和转换。

通过电流互感器，原始电路中的大电流可以转换成较小的二次电流，使得后续的测量和保护工作更为方便和精确。这种转换还有助于减少电路中的能量损耗，提高系统的效率和稳定性。

应用领域 ：

在电力系统中，电流互感器常用于电流测量、故障保护、电能计量等方面。通过测量二次电流的大小，可以准确地获取原始电路中的电流信息，从而实现对电力系统的监控和控制。在工业领域，电流互感器也广泛应用于各种电力设备和控制系统中，为工程运行和管理提供了可靠的技术支持。

电流互感器作为电力系统和工业控制中不可或缺的一部分，通过电磁感应原理的巧妙应用，实现了对大电流的转换和测量，为电力系统的安全稳定运行以及工业生产的高效进行提供了重要的技术保障。

3、霍尔电流传感器

开环的霍尔电流传感器采用的是霍尔直放式原理闭环的霍尔电流传感器采用的是磁平衡原理。闭环的在响应时间跟精度上要比开环的好很多。开环和闭环都可以监测交流电，一般开环的适用于大电流监测，闭环适用于小电流监测。优点：封装尺寸小，测量范围广，重量轻，低电源损耗，无插拔损耗。

开环式霍尔传感器的工作过程 ：

当原边电流（Ip）通过一根导线时，周围会产生一个磁场，这一磁场的大小与电流的强度成正比。这个磁场可以被一个磁芯聚集，然后传递到霍尔效应传感器上。霍尔效应传感器是一种利用霍尔效应来测量磁场强度的器件，当它感受到磁场时，会产生一个电压信号输出。

霍尔效应是指当电流通过载流子密度均匀分布的半导体材料时，垂直于电流方向施加磁场时，会产生横向的电压差，这就是霍尔效应。霍尔器件通常包括一个薄片状的半导体材料，上面施加有电流，同时垂直于电流方向有磁场作用，从而在器件的侧面产生电压信号。

这一输出信号经过信号放大器放大后，就可以直接输出。霍尔器件输出的信号反映了原边电流的强度和方向。通过测量霍尔器件的输出信号，可以准确地了解原边电流的情况，这在电力系统的监测和控制中具有重要的应用价值。

因此，利用霍尔效应传感器测量原边电流，可以实现非接触式、精准度高的电流测量，为电力系统的安全运行和故障检测提供了可靠的技术手段。

IC 封装形式的霍尔电流传感器，如 ACS712。

闭环霍尔电流传感器的工作过程 ：

在电流互感器中，当原边电流（IP）通过一根导线产生磁通时，这一磁通通过磁芯被集中在磁路中。霍尔器件被固定在磁路中的气隙内，用于检测磁通的强度。通过绕在磁芯上的多匝线圈，产生反向的补偿电流，目的是抵消原边电流（IP）产生的磁通，使得磁路中的磁通始终保持为零。

这种补偿电流的生成是通过霍尔效应和辅助电路实现的。霍尔器件感知到磁场的变化，并产生一个信号，这个信号通过辅助电路处理，最终驱动多匝线圈产生补偿电流。这样，通过调节补偿电流的大小，可以确保磁路中的磁通始终为零，从而实现对原边电流的精确测量。

霍尔器件和辅助电路产生的副边补偿电流准确地反映了原边电流的大小。经过特殊电路的处理，传感器的输出端能够输出反映原边电流变化的电流信号。这种处理通常包括放大、滤波和线性化等步骤，以确保输出信号的准确性和稳定性。

通过补偿电流的调节和特殊电路的处理，电流互感器能够实现对原边电流的精确测量和输出，为电力系统的保护、控制和监测提供了可靠的技术支持。

4、磁通门电流传感器

磁通门传感器是一种利用高导磁铁芯在交变磁场下饱和特性的传感器，它能够测量弱磁场的强度。其工作原理基于法拉第电磁感应定律和磁性材料的非线性特性。在磁通门传感器中，通常采用高导磁率的软磁材料作为磁芯。当交变电流通过传感器的原边线圈时，磁芯会被交变磁场过饱和激励，形成非线性响应。

传感器的结构可以类比特殊的变压器。当外部磁场作用于传感器时，磁芯的励磁状态变得不对称，导致输出信号发生调制。通过检测输出的调制信号，就可以测量外部磁场的强度和方向。传感器输出的信号通常是激励信号的二次谐波，需要经过适当的处理才能得到可用的测量数据。

磁通门传感器具有许多优点，包括高分辨率、广泛的测量范围（尤其是针对弱磁场）、可靠性高、能够直接测量磁场分量等。由于其特性，磁通门传感器特别适用于高速运动系统中对磁场进行精确测量的场景。因此，在工业和科学领域，磁通门传感器发挥着重要作用，为各种应用提供了可靠的磁场测量解决方案。

5、罗氏线圈

罗氏线圈，又称磁位计，是一种空心线圈，通常绕制在非磁性骨架上，用于测量大电流，其工作原理基于电磁感应。罗氏线圈具有许多优点，包括测量范围宽广、精度高、绝缘性能良好以及不易发生磁饱和等特点。然而，它的适用范围局限于交流电流的检测。

由于罗氏线圈的设计特点和工作原理，它主要用于测量交流电流。通过电磁感应原理，当交流电流通过罗氏线圈时，会在线圈内产生变化的磁场，进而诱导出感应电动势。通过测量感应电动势的大小，可以准确地推断原始电路中的电流强度。

然而，罗氏线圈并不适用于直流电流的测量，因为直流电流无法产生变化的磁场，无法通过电磁感应产生感应电动势。因此，对于需要测量直流电流的应用场景，需要选择其他类型的传感器或测量设备。

总的来说，罗氏线圈作为一种常见的电流测量器件，在交流电流测量方面具有广泛的应用，但需要注意其局限性，即仅适用于交流电流的测量。

6、巨磁阻电流传感器

巨磁电阻传感器是一种利用巨磁电阻效应来测量磁场的传感器。它通常由四个巨磁电阻构成惠斯通电桥结构。这个惠斯通电桥结构的设计有助于减少外界环境对传感器输出稳定性的影响，并提高传感器的灵敏度。

惠斯通电桥是一种电路结构，由四个电阻组成，分别为两个主动电阻和两个被动电阻，它们被安排在一个平衡电桥的形式中。当外部磁场作用于巨磁电阻传感器时，电桥中的电阻值会发生微小的变化，从而引起电桥的不平衡。这个不平衡信号经过信号处理电路后就可以转换成磁场的测量值。

通过惠斯通电桥结构，传感器可以实现高灵敏度的磁场测量。同时，由于电桥结构的特性，它能够抵消部分环境因素的影响，使得传感器的输出更加稳定可靠。

巨磁电阻传感器在工业、汽车等领域中广泛应用，用于测量磁场并提供精确的磁场信息。其惠斯登电桥结构为其稳定性和灵敏度的提升提供了重要保障。

7、光纤电流传感器

激光束经由光纤传输，并通过起偏器产生偏振光，随后通过自聚焦透镜射向磁光晶体：在外部电流产生的磁场作用下，偏振光的偏振面将会旋转θ角度；

经过检偏器和光纤，最终进入信号检测系统。通过对θ的测量，可以精准获取电流的数值。

当系统中的两个偏振器透光主轴夹角设置为45°时，经过传感系统后的出射光强可用如下公式表示：

l =（Io/2）*（1+sin2θ）

其中Io为入射光强。通过测量出射光强，即可获得θ的数值，从而实现电流大小的测量。

这种传感系统的优点有：

易安装：绕细光纤在导体上，实现电流检测，轻便小型化。无电磁干扰：光学器件构成，抗电磁干扰，稳定输出。广泛测量范围：无铁心磁饱和，适用低至高频、大电流。信号传输优势：光纤传输波形畸变小，传输损耗小，长距离传输。

附表：各种电流采样技术的优缺点和使用范围

44电流传感器选型及电路设计

电流传感器是将被测电流转换成可用输出信号的传感器，按照检测原理可分为：电阻分流器、电流互感器、霍尔电流传感器、 罗氏线圈电流传感器、磁通门电流传感器、光纤电流传感器等。

电流传感器主要分类

①电阻分流器：实际就是一个阻值很小的电阻，当有电流通过时，根据欧姆定律，在电阻产生电压，根据测得电压值获知电流大小的一种器件。电阻分流器精度较高，响应速度快，成本低，使用简单，缺点是器件本身不隔离，而且测量大电流时功耗较大；

电阻分流器

②电流互感器（CT）：电流互感器是依据电磁感应原理，将一次侧大电流转换成二次侧小电流用来测量和保护的器件，它的一次侧绕组匝数很少、线径粗，一次测串接在需要测量电流的线路中，二次侧禁止开路。电流互感器的优点是具有电气隔离，缺点是只能测量交流电路；

③霍尔电流传感器：包括开环霍尔电流传感器和闭环霍尔电流传感器，闭环霍尔电流传感器将霍尔器件的输出电压进行放大，再经电流放大后，使电流通过补偿线圈，并令补偿线圈产生的磁场与被测电流产生的磁场方向相反，补偿原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小，从而使霍尔器件工作在零磁通。开环式霍尔电流传感器，当原边电流IP流过一根长导线时，在环形磁芯中产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压按比例的反映原边电流。

闭环霍尔电流传感器比开环的测量精度高，成本也会高一些。

从应用角度，电流互感器与霍尔传感器相同之处在于都需要一次线圈产生磁场。不同之处一方面在于互感器需要变化的磁场，而霍尔传感器可以是恒定的磁场，因此，前者只能用于交流电流，而后者在交流电流和直流电流场合都可以使用。另一方面在于互感器有铁芯，而霍尔传感器没有铁芯，前者对于频率来讲是非线性的，后者是线性的，因此前者适用的频段较窄，一般用于固定频段，后者频段较宽。

开环霍尔电流传感器原理图

电流传感器主要参数与选型

标准额定值IPN :电流传感器测量的额定值；

精度：传感器测量值与实际值的误差，评定传感器精度时还需考虑偏移电流、温度漂移的影响；

线性度 ：线性度决定传感器输出信号与输入信号在测量范围内成正比的程度；

响应时间 ：一般指输出信号达到稳定值的90%与输入信号达到稳定值的90%的时间差；

带宽：电流传感器应用中能支持的电流频率；

增益G_th ：输出电压与测量电流的比例关系，单位是mV/A。

在进行电流互感器选型时，主要从测量范围、供电电源、精度、成本、安装方式等几方面因素综合考虑。

典型电流采集电路

电流互感器采集电路

霍尔电流传感器采集电路