成华区方舟电子产品经营部
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阅读：373发布时间：2016-5-16
一. 直流电流传感器
直流电流传感器有多种，本文介绍利用霍尔元件的直流电流传感器和伺服型电流传感器。若通过直流I1的电线穿过有间隙的磁环，这时，间隙内产生磁通B在磁路未饱和时与电线中通过的电流I1成正比，若通过霍尔元件将此磁通转换成电压，则就获得与被测直流I1成比例的电压。霍尔元件需要电源电路，而且输出电压不太高，需要进行放大，放大电路实例如图1所示，传感器采用HC106，其灵敏度为0.6mV/A，考虑霍尔元件的温度漂移、噪声电平等，测量电流值可到10A以上。电路中，RP1用于调零，RP2用于满刻度调整，RP3用于控制电流调整。
霍尔电流传感器应用时应该注意以下几点：
■在宽范围使用时要注意灵敏度温度特性。对于不同产品，100℃的温度变化其灵敏度约有百分之几的变化。霍尔元件有恒压驱动方式和恒流驱动方式，对于任何驱动方式变化量都回改变，因此，必须使用适宜的电路。
■用于几千赫以上高频大电流时，若传感器流经高频大电流，则磁路就会发热，连续使用有高频分量的大电流脉冲时也会有同样的问题。发热量与频率及电流成正比，这样，有可能损坏传感器。在这样的条件下使用时，要根据产品目录记载的数据确定安全范围，留有一定余量。
■测量双向直流电流时，若电流方向改变，则零点就会变动，特别时对于高灵敏度的传感器表现得更显著。这种现象称为滞后现象，这是直流使磁路暂时磁化的结果。使用额定电流为10A以下高灵敏度传感器时要注意这种现象。
图2示出伺服型直流传感器的工作原理示意图。
由霍尔元件H检测的电压经误差放大器A1，变成通过反馈线圈（次级线圈）流通，形成伺服系统。所以称为伺服型。
对于此电路，工作时间隙内磁通经常保持为0。因此亦称零磁通，磁平衡，磁补尝型霍尔电流传感器。
若次级线圈电流为I2，匝数为N，则测量电流I１=NI2，即次级线圈的电流I2为测量电流I1的1/N，工作状况与交流CT一样，由此，也称直流CT。一般要通过取样电阻RL将次级电流变换成电压，输出电压V0=（I1/N）RL。
图3是伺服型直流电流传感器应用电路实例。
电路中，RP1用于调零。伺服型电流传感器中尽管使用了霍尔元件，但灵敏度与霍尔元件无关，也就是说传感器的灵敏度不会受到霍尔元件的影响，这是伺服型直流电流传感器的一大特征。然而，零点漂移在原理上是不可避免的。另一个特征是高频特性好，若达到某一定频率以上，次级线圈的工作状态变为交流CT，若结构好，则也可对应于频率为500KHz的电流。另外，由于磁路的磁通密度低，对于高频电流磁路的发热量也很少。
伺服型直流电流传感器设计时应注意以下几个问题：
■温度特性问题，受温度的影响虽比霍尔型小，但在宽温度范围使用时也会出现问题。如上述那样，零点的温度变化原理上是不能消除的。这都要根据产品目录记载的数据进行确认。
■确认电源的电流容量。对于伺服型直流电流传感器，无测量电流时需要空载电流，测量时需要1/N的测量电流。例如：空载电流为50mA，匝数N=200的传感器，测量电流为100A，则需要的电源电流为50mA+100A/2000=0.1A。因此可知大电流传感器需要大功率电源。
■取样电阻RL的阻值，对于内置取样电阻RL而电压输出型传感器不会有问题，但对于外接取样电阻的传感器，若阻值选用不合适，则会产生误差，传感器不能正常工作。阻值大虽获得较高输出电压，但误差大，线性也变坏。使用产品目录数据表中记载的推荐值。
■无论是霍尔元件型电流传感器还是伺服型直流电流传感器，zui近使用逆变器的情况比较多，电压噪声较大，对于传感器的使用较困难。这时根据产品目录数据表中记载值难以判断，因此，需要通过实验进行验证。
霍尔直流电流变送器电路原理图
图４是DH4-20在霍尔直流电流变送器的应用电路实例。
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