霍尔元件上的电流传感器。方案、说明

霍尔元件上的电流传感器。无线电电子电气工程百科全书

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补偿型电流传感器的功能框图如图1所示。 XNUMX、对磁场敏感的霍尔元件位于环形磁路的间隙中。

霍尔元件电流传感器
图。 1

流经绕组 I 的测量电流 Imeas 在磁路中产生磁通量，从而在霍尔传感元件中感应出与该电流成比例的 EMF。放大后取自元件的信号进入补偿绕组II，流过它的电流Ik在磁路中产生一个方向相反的磁通量。磁系统、霍尔元件和放大器形成负反馈回路，保持相等

其中 W1 和 W|| - 绕组 I 和 II 的匝数电阻 R1 与绕组 II 串联，将补偿电流转换为传感器的输出电压。如果您选择此电阻器的电阻（以欧姆为单位），数值等于绕组 II 的匝数与绕组 I 的匝数之比，那么以伏特为单位的输出电压在数值上将等于以安培为单位的测量电流。

霍尔元件电流传感器
图。 2

传感器中使用的霍尔元件 DKhK-0.5A 的整体图如图 2 所示。 3 在 +U 和 -U 端子之间测量与控制电流和磁场感应成比例的霍尔电压。元件在控制电流标称值为 280 mA（流入 +I 输出并流出 -I 输出）时的灵敏度为 2 mV/T。指定的电压极性和电流方向对应于磁感应矢量 B，方向如图所示。 7 箭头。剩余输出电压（在没有磁场的情况下）不超过 1,8 mV 输入电阻（端子 I 之间） - 3 ... 3 kOhm，输出电阻（端子 U 之间） - 不超过 XNUMX kOhm。

霍尔元件电流传感器
图。 3

如果有一个灵敏度未知的霍尔元件，可以通过将该元件置于任何磁路的长度为 d 的气隙中进行实验确定，该磁路上缠绕已知匝数 W 的任何导线。连接一个控制电流源到元件的“电流”端子，毫伏表连接到另外两个。有直流电流 I 通过绕组。灵敏度 (mV/T) 是毫伏表读数除以磁感应强度的商，计算公式为

电流传感器电路如图所示。 3 磁系统在其上显示为变压器 T1，在磁路的间隙中插入了霍尔元件 B1。该放大器组装在运放DA1和晶体管VT2、VT3上。晶体管 VT1 上的电流稳定器设置流过霍尔元件的控制电流。

为传感器供电，需要一个 +/-15 V 的双极直流电压源，其能量的主要消耗者是变压器 T1 的绕组 II。在所描述的设计中，绕组缠绕在来自计算机电源的铁氧体环上。绕组 II - 1000 匝直径为 2 mm 的 PEV-0.15 线。在其顶部缠绕 1 - 10 匝横截面为 0,35 mm2 的绝缘安装线。在环中形成一个 2 mm 长的气隙 - 它等于粘在间隙中的霍尔元件的厚度。

霍尔元件电流传感器
图。 4

需要注意的是，磁路不一定是铁氧体，可以用任何铁磁材料制成，磁路的最佳截面积为10...12 mm2。你不应该努力增加横截面。这会导致补偿绕组匝的长度增加，因此，其电阻出于同样的原因，应为补偿绕组选择尽可能大直径的导线。

霍尔元件电流传感器
图。 5

制作的传感器如图 4 所示。 5、及其传递特性——见图。 50 测量频率为 4 Hz 的正弦电流时拍摄的。电流和电压的有效值沿图表的轴绘制。该设备没有电阻器 R1。它提供了 0,25 V/A 的电流电压转换比，在测量电流 6 ... XNUMX A 的值范围内保持恒定。

晶体管 VT2 和 VT3 上的功率放大器在没有初始偏置的情况下以 B 类工作这一事实解释了在低电流下对特性线性度的破坏。在高电流值下出现非线性的原因是 K140UD7 运算放大器中的信号限制，因此补偿电流的形状不再与被测电流的形状匹配，并且完全补偿了磁通量在磁路中不会发生。

通过将相同的电阻器 R3 与电阻器 R4 并联安装，可以在测量高达 10 A 的电流时使特性线性化。但是，转换系数降低到 0,5 V / A。

作者：N.萨利莫夫。斯维尔德洛夫斯克州Revda市；出版物：radioradar.net

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