霍尔传感器

霍尔电流电压传感器变送器模块性能及应用

霍尔电流、电压传感器变送器模块简介：

近年来，新一代功率半导体器件进入电力电子领域后，交流变频调速、逆变装置、开关电源等日渐普及，原有的电流、电压检出元件，已不适应中高频、高出di/dt电流波形的传递和检测。霍尔电流电压传感器模块，是近十几年发展起来的测量控制电流、电压的新一代工业用电量传感器，是弥补这一空缺的高性能电检测元件。

霍尔电流、电压传感器变送器模块的性能：

霍尔电流电压传感器模块有优越的电性能，是一种先进的能隔离主电流回路与电子控制电路的电检测元件，它综合了互感器和分流器的所有优点，克服了互感器和分流器的不足（如：互感器只适用于50Hz工频测量；分流器无法进行隔离检测。）同一只检测元件即可以检测交流也可以检测直流甚至检测瞬态峰值，是替代互感器和分流器的新一代产品。宇波模块的特点如下：

1．宇波模块可以测量任意波形的电流和电压，如直流、交流、脉冲波形等，甚至对瞬态峰值的测量、副边电路忠实反应原边电流的波形。

普通互感器无法与其相比，它一般只适用于50HZ正弦波。

2．精度高在工作区内优于1％，该精度适合于任何波形的测量。

普通互感器一般精度为3％～5％，且只适合于50Hz正弦波形。

3．线性度好：优于0.1％。

4．动态性能好：响应时间小于lµs。

跟踪速度di/dt高于50A/µs。

宇波模块的优异的动态性能为提高现代控制系统的性能提供了关键的基础（无感元

件）

普通互感器响应时间为10~20ms，已不适应工业控制系统发展的需要（感性元件）5．工作频带宽：在0～100KHz频率范围内。

6．字波电流传感器模块尺寸小、重量轻易于安装。在系统中不会带来任何损失。

普通互感器是感性元件，接入后影响被测电流波形。

7．可靠性高、平均无故障工作时间＞5×104小时。

8．过载能力强、测量范围大。

它具有精度高、线性度好、频带宽、响应快、过载能力强和不损失被测电路能量等诸多优点，因而广泛应用于变频调速装置、逆变装置、UPS电源、逆变焊机、变电站、电解电镀、数控机床、微机监测系统、电网监控系统和需要隔离检测大电流电压的各领域中。电力电子产品中，对大电流进行精确的检测和控制是产品安全可靠运行的根本保证。宇波模块提供了这个保证，使得霍尔电流电压传感器变送器模块有广泛的应用前景。

霍尔电流、电压传感器变送器模块的原理：

霍尔电流电压传感器、变送器模块是一种新型的电检测元件下面简要介绍一下它的工作原理，霍尔电流传感器是根据霍尔原理制成的，有两种工作方式，即磁平衡式和直测式传感器，由原边电路、聚磁环、霍尔器件、次级线圈和放大电路等组成，如图1所示。

l 直测式（开环式CHFT系列）电流传感器：众所周知当电流通过一根长的直导线时，在导线周围产生一强磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，通过磁芯聚集感应到霍尔器件上，使之有一信号输出。这一信号经功率放大器放大后，直接输出，一般额定值标定为4V，此为直测型电流传感器。

l 磁补偿式电流传感器（闭环式CHB系列）：磁补偿式的工作原理是磁场平衡的，即主回路电流I P在聚磁环所产生的磁场，通过一个次级线圈的电流产生的磁场进行补偿，使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态，具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线产生的磁场被聚磁环聚集，感应霍尔器件使之有一个信号输出，这一信号驱动相应的功率管导通，从而获得一补偿电流I S。这一电流通过多匝绕组产生的磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小，当I P 与匝数相乘所产生的磁场与I S与匝数相乘所产生的磁场相等时，I S不再增加，霍尔器件起到指示零磁通的作用。此时可以通过I S来测试I P，当如变化时，平衡受到破坏，霍尔器件就有信号输出，即重复上述过程重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡，一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出，经放大后，立即有相应的电流流过次级绕组，对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡所需的时间不到1µs 。

这是一个动态平衡的过程。因此，从宏观上看，次级的补偿电流安匝数在任何时间都与初级被测电流的安匝数相等即：N P・I P＋N S・I S＝0。其中，N P为原边匝数，I P为原边电流，I S为次级补偿电流。N P、N S可从使用手册中查到，测得I S的大小即可得知被测电流的大小。

l 霍尔电压传感器（CHV系列）的工作原理与电流传感器相似，也是磁平衡方式工作（略）。l 交流→直流变换器（CHZ系列）：与电流或电压传感器相配合使用的模块，它可把0~1V 的交、直流信号（0－100KHz）转换为4－20mA、0－20mA、l－5V、0－5V的标准直流信号。因为电流电压传感器的输出波形与被测波形完全一致，若用户测量非直流信号，需要传感器输出与仪表、A/D转换、计算机配合使用或需长线传钱，需要标准直流信号时，可将变换器与电流电压传感器配合使用，形成电流或电压变送器（若测量50Hz 信号可与电流电压传感器做为一体）；变送器也可以与压力、温度、流量等传感器配合使用，将它门的输出转换为标准直流信号，形成不同的变送模式。

霍尔电流、电压传感器变送器模块的使用方法：

电流、电压传感器只需外接正负直流电源，被测电流母线从传感器中穿过或接于原边端子，副边端子再做简单连接，即可完成立电路与控制电路的隔离检测，简化了电路设计。若与变送器配合使用，经A/D变换，可方便地与计算机和各种仪表接口，并可以长线传输。

1. 磁补偿式电流传感器（CHB－□□□P、CHB－□□□S系列、LA一□□P系列）

以上三个系列的传感器为磁补偿型电流传感器，输出信号为电流方式，若需要取电压输出方式，用户需在在M端与电源地之间根据所取电压大小外接取样电阻，（手册

中有推荐数值，一般为几十到几百欧姆）。阻值上限由下式决定：

S

S i

CE C

I

I R

V

V

R −

−

=

max一①

式中：V c为电源电压Vce为晶体管饱和压降

Is为输出电流Ri为传感器内阻

传感器有三个接线端子：①十瑞：正电源输入端；②一端：负电源输入端；③M 端：信号输出瑞。接线方法如图2：

磁补偿型电流传感器接线方法

图2

2. 直测式电流传感器（CHFT－□□□A、CHFT－□□□S、CHFT－□□□A T系列）：

以上三个系列的传感器，输出信号为电压方式，额定值下标准输出±4V的信号，用户可根据需要选取，传感器上有零点和增益调整电位器，用户一般不用再做调整，若有特殊要求，可订做。

l CHFT—A系列对外连接为一只四芯插座，有四个接线端子。见图3.1

①正电源输入端；②负电源输入端；③M端：信号输出端；④公共地。

l CHFT—AS系列为电路板安装方式，有五个接线端子。见图3.2

①正电源输入端；②负电源输入端；③M端：信号输出端；④公共地后空脚。

l CHFT－A T系列对外连接为一只五芯插座，有五个接线端子。见图3.3

①＋M端：信号输出端+4V；②－M端：信号输出瑞-4V；③负电源输入端；

④公共地；⑤正电源输入端；

直测式电流传感器接线方法：