电流传感器详细介绍

电流传感器是一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。是传感器的一种分类,其主要信号源是采集信号的电流大小!主要参 数为其电流大小!检测方法一般是检测电流特性的器件,一般有电流表之类的!

交流电流霍尔型传感器

　　电流传感器也称磁传感器，可以在家用电器、智能电网、电动车、风力发电等等，在我们生活中都用到很多磁传感器，比如说电脑硬盘、指南针，家用电器等等。

工作原理：

电流变送器的工作原理主要是霍尔效应原理。霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔(1855—1938)于1879年在研究金属的导电机制时发现的。 当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差。霍尔效应使用左手定则判断。

交流电流变送器 JY-DIN-AC200A

　　以零磁通闭环产品原理为例:

　　1、当原边导线经过电流传感器时,原边电流 IP 会产生磁力线,原边磁力线集中在磁芯气隙周围,内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的, 大小仅为几毫伏的感应电压, 通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边 电流 IS,并存在以下关系式: IS* NS= IP*NP 其中,IS—副边电流; IP—原边电流; NP—原边线圈匝数; NS—副边线圈匝数; NP/NS—匝数比,一般取 NP=1。 电流传感器的输出信号是副边电流 IS,它与输入信号(原边电流 IP)成正比, IS 一般很小,只有 10~400mA。如果输出电流经过测量电阻 RM,则可以得到 一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压输出信号。

　　2、传感器供电电压 VA VA 指电流传感器的供电电压,它须在传感器所规定的范围内。超过此范围, 传感器不能正常工作或可靠性降低,另外,传感器的供电电压 VA 又分为正ji供 电压 VA+和负ji供电电压 VA-。 要注意单相供电的传感器, 其供电电压 VAmin 是双相供电电压 VAmin 的 2 倍,所以其测量范围要相供高于双电的传感器。

3、测量范围 Ipmax 测量范围指电流传感器可测量的最大电流值,测量范围一般高于标准额定值 IPN。

产品参数

主要特性参数：

　　1、标准额定值 IPN 和额定输出电流

　　ISN IPN 指电流传感器所能测试的标准额定值,用有效值表示(A.r.m.s),IPN 的大 小与传感器产品的型号有关。 ISN 指电流传感器额定输出电流,一般为 10~400mA,当然根据某些型号具体可能会有所不同。

　　2、 偏移电流

　　ISO 偏移电流也叫残余电流或剩余电流, 它主要是由霍尔元件或电子电路中运算放大 其工作状态不稳造成的。电流传感器在生产时,在 25℃,IP=0 时的情况下,偏移电流已调至最小,但传感器在离开生产线时,都会产生一定大小的偏移电流。 产品技术文档中提到的精度已考虑了偏移电流增加的影响。

　　3、 线性度

　　线性度决定了传感器输出信号(副边电流 IS)与输入信号(原边电流 IP)在测 量范围内成正比的程度。

　　4、温度漂移

　　偏移电流 ISO 是在 25℃时计算出来的,当霍尔电极周边环境温度变化时,ISO 会产生变化。因此,考虑偏移电流 ISO 的最大变化是很重要的,其中,IOT 是 指电流传感器性能表中的温度漂移值。

　　5、过载电流传感器的过载能力是指发生电流过载时,在测量范围之外,原边电流仍会增 加,而且过载电流的持续时间可能很短,而过载值有可能超过传感器的允许值, 过载电流值传感器一般测量不出来,但不会对传感器造成损坏。

　　6、精度

　　霍尔效应传感器的精度取决于标准额定电流 IPN。在+25℃时,传感器测量精度 与原边电流有一定影响,同时评定传感器精度时还需考虑偏移电流,线性度, 温度漂移的影响。

　　应用领域：

　　电流传感器应用于风力发电：风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2。74×109GW，其中可利用的风能为2×107GW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等，而新世纪，人们感兴趣的是如何利用风来发电，以及如何才能发电量最大化。电流传感器作为主要的检测元件，在其中起到至关重要的作用 。

应用场景

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

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