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電流傳感器的工作原理
     南京中旭電子科技有限公司的電流傳感器可以測量各種類型的電流，從直流電到幾十千赫茲的交流電，其所依據(jù)的工作原理主要是霍爾效應(yīng)原理。（本文下面多以以零磁通閉環(huán)產(chǎn)品原理為例）
     當(dāng)原邊導(dǎo)線經(jīng)過電流傳感器時(shí)，原邊電流ip會(huì)產(chǎn)生磁力線，原邊磁力線集中在磁芯氣隙周圍，內(nèi)置在磁芯氣隙中的霍爾電片可產(chǎn)生和原邊磁力線成正比的，大小僅為幾毫伏的感應(yīng)電壓，通過后續(xù)電子電路可把這個(gè)微小的信號轉(zhuǎn)變成副邊電流is，并存在以下關(guān)系式： is靠 ns= ip靠np 
     其中，is—副邊電流；
      ip—原邊電流；
      np—原邊線圈匝數(shù)；
      ns—副邊線圈匝數(shù)；
      np/ns—匝數(shù)比，一般取np=1。
     電流傳感器的輸出信號是副邊電流is，它與輸入信號（原邊電流ip）成正比，
     is一般很小，只有10~400ma。如果輸出電流經(jīng)過測量電阻rm，則可以得到一個(gè)與原邊
     電流成正比的大小為幾伏的電壓輸出信號。
     2、傳感器供電電壓va
     va指電流傳感器的供電電壓，它必須在傳感器所規(guī)定的范圍內(nèi)。超過此范圍，傳感器不能正常工作或可靠性降低，另外，傳感器的供電電壓va又分為正極供電電壓va+和負(fù)極供電電壓va-。要注意單相供電的傳感器，其供電電壓vamin是雙相供電電壓vamin的2倍，所以其測量范圍要相供高于雙電的傳感器。
     3、測量范圍ipmax
     測量范圍指電流傳感器可測量的電流值，測量范圍一般高于標(biāo)準(zhǔn)額定值ipn。
     三、電流傳感器主要特性參數(shù)
     1、標(biāo)準(zhǔn)額定值ipn和額定輸出電流isn
     ipn指電流傳感器所能測試的標(biāo)準(zhǔn)額定值，用有效值表示（a.r.m.s），ipn的大小與傳感器產(chǎn)品的型號有關(guān)。 isn指電流傳感器額定輸出電流，一般為10~400ma，當(dāng)然根據(jù)某些型號具體可能會(huì)有所不同。
     2、 偏移電流iso
     偏移電流也叫殘余電流或剩余電流，它主要是由霍爾元件或電子電路中運(yùn)算放大器工作狀態(tài)不穩(wěn)造成的。電流傳感器在生產(chǎn)時(shí)，在25℃，ip=0時(shí)的情況下，偏移電流已調(diào)至最小，但傳感器在離開生產(chǎn)線時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生一定大小的偏移電流。產(chǎn)品技術(shù)文檔中提到的精度已考慮了偏移電流增加的影響。
     3、 線性度
     線性度決定了傳感器輸出信號（副邊電流is）與輸入信號（原邊電流ip）在測量范圍內(nèi)成正比的程度，南京中旭電子科技有限公司的電流傳感器線性度要優(yōu)于0.5%。
     4、 溫度漂移
     偏移電流iso是在25℃時(shí)計(jì)算出來的，當(dāng)霍爾電極周邊環(huán)境溫度變化時(shí)，iso會(huì)產(chǎn)生變化。因此，考慮偏移電流iso的變化是很重要的，其中，iot是指電流傳感器性能表中的溫度漂移值。
     5、 過載
     電流傳感器的過載能力是指發(fā)生電流過載時(shí)，在測量范圍之外，原邊電流仍會(huì)增加，而且過載電流的持續(xù)時(shí)間可能很短，而過載值有可能超過傳感器的允許值，過載電流值傳感器一般測量不出來，但不會(huì)對傳感器造成損壞。
     6、 精度
     霍爾效應(yīng)傳感器的精度取決于標(biāo)準(zhǔn)額定電流ipn。在+25℃時(shí)，傳感器測量精度與原邊電流有一定影響，同時(shí)評定傳感器精度時(shí)還必須考慮偏移電流、線性度、溫度漂移的影響。
     四、傳感器型號、結(jié)構(gòu)和安裝方法
     南京中旭電子科技有限公司的傳感器產(chǎn)品標(biāo)簽一般由“傳感器產(chǎn)品型號”和“生產(chǎn)日期”兩部分構(gòu)成。“傳感器產(chǎn)品型號”用于標(biāo)明傳感器的型號、額定測量值、工作電源及接線指示，“傳感器生產(chǎn)日期”則是由8位數(shù)字構(gòu)成，表明傳感器的生產(chǎn)年月份、批次（一月中的第幾批產(chǎn)品）。
     南京中旭電子科技有限公司的傳感器產(chǎn)品很多，每種傳感器的外形結(jié)構(gòu)、尺寸大小等都有所不同，下面介紹幾種典型的外形結(jié)構(gòu)及安裝接線方法。
     1、 hnc025a電流傳感器
     hnc-025a電流傳感器是南京中旭電子科技有限公司中一種量程很小的傳感器，所能測量的額定電流為5、6、8、12、25a，原邊管腳的不同接法可確定額定測量電流為多少，參見說明書。
     2、帶線電流傳感器
     如常規(guī)電流傳感器一樣，一般傳感器都有正極（+）、負(fù)極（-）、測量端（m）及地（0）四個(gè)管腳，但帶線電流傳感器則沒有此四個(gè)管腳，而是有紅、黑、黃、綠三根引線，分別對應(yīng)于正極、負(fù)極、測量端及地。同時(shí)在大多傳感器中有一內(nèi)孔，測量原邊電流時(shí)要將導(dǎo)線穿過該內(nèi)孔。孔徑大小與產(chǎn)品型號、測量電流大小有著必然的關(guān)系。
     不管是什么型號的電流傳感器，安裝時(shí)管腳的接線應(yīng)根據(jù)說明書所注情況進(jìn)行相應(yīng)連線。
     （1）在測量交流電時(shí)，必須強(qiáng)制使用雙極性供電電源。即傳感器的正極（+）接供電電源“+va”端，負(fù)極接電源的“-va”端，這種接法叫雙極性供電電源。同時(shí)測量端（m）通過電阻接電源“0v”端（單指零磁通式）。
     （2）在測量直流電流時(shí)，可使用單極性或單相供電電源，即將正極或負(fù)極與“0v”端短接，從而形成只有一個(gè)電極相接的情況。
     另外，安裝時(shí)必須全面考慮產(chǎn)品的用途、型號、量程范圍、安裝環(huán)境等。比如傳感器應(yīng)盡量安裝在利于散熱的場合。
     五、提高測量精度的方法
     除了安裝接線、即時(shí)標(biāo)定校準(zhǔn)、注意傳感器的工作環(huán)境外，通過下述方法還可以提高測量精度：
     1、原邊導(dǎo)線應(yīng)放置于傳感器內(nèi)孔中心，盡可能不要放偏；
     2、原邊導(dǎo)線盡可能放滿傳感器內(nèi)孔，不要留有空隙；
     3、需要測量的電流應(yīng)接近于傳感器的標(biāo)準(zhǔn)額定值ipn，不要相差太大。如條件所限，手頭僅有一個(gè)額定值很高的傳感器，而欲測量的電流值又低于額定值很多，為了提高測量精度，可以把原邊導(dǎo)線多繞幾圈，使之接近額定值。例如當(dāng)用額定值100a的傳感器去測量10a的電流時(shí)，為提高精度可將原邊導(dǎo)線在傳感器的內(nèi)孔中心繞十圈（一般情況，np=1；在內(nèi)孔中繞一圈，np=2；……；繞九圈，np=10，則np×10a=100a與傳感器的額定值相等，從而可提高精度）；
     4、當(dāng)欲測量的電流值為ipn/10的時(shí)，在25℃仍然可以有較高的精度。
     六、傳感器的抗干擾性
     1、電磁場
     霍爾效應(yīng)電流傳感器，利用了原邊導(dǎo)線的電磁場原理。因此下列因素直接影響傳感器是否受外部電磁場干擾。
     (1)傳感器附近的外部電流大小及電流頻率是否變化；
     (2)外部導(dǎo)線與傳感器的距離、外部導(dǎo)線的形狀、位置和傳感器內(nèi)霍爾電極的位置；
     (3)安裝傳感器所使用的材料有無磁性；
     (4)所使用的電流傳感器是否屏蔽；
     為了盡量減小外部電磁場的干擾，按上述要求安裝傳感器。 
     七、傳感器標(biāo)定
     1、偏移電流iso
     偏移電流必須在ip=0、環(huán)境溫度t≈25℃的條件下進(jìn)行校準(zhǔn)，（雙極性供電）接線，且測量電壓vm必須滿足：
     vm≦rm×iso 
     2、精度
     在ip=ipn（ac or dc）、環(huán)境溫度t≈25℃、傳感器雙極性供電、rm為實(shí)際測量電阻的條件下進(jìn)行測量。
      3、保護(hù)性測試
     南京中旭電子科技有限公司的傳感器在測量電路短路、測量電路開路、供電電源開路、原邊電流過載、電源意外倒置的條件下都可受到保護(hù)。對上述各項(xiàng)測試舉例如下：
     （1）測量電路短路
     此項(xiàng)測試必須在ip=ipn、環(huán)境溫度t≈25℃、傳感器雙向供電、rm為實(shí)際應(yīng)用中的電阻條件下進(jìn)行，輸出與地接一開關(guān)，開關(guān)應(yīng)在一分鐘之內(nèi)合上和打開。
      （2）測量電路開路
     此項(xiàng)測試條件為ip=ipn、環(huán)境溫度t≈25℃、傳感器雙向供電、rm是實(shí)際應(yīng)用中的電阻條件下進(jìn)行，輸出與電阻接一開關(guān)，開關(guān)s應(yīng)在一分鐘之內(nèi)完成閉合/打開切換動(dòng)作。
     （3）電源意外倒置測試
     為防止電源意外倒置而使傳感器損壞，在電路中專門加裝了保護(hù)二極管，此項(xiàng)測試可使用萬用表測試二極管兩端，測試應(yīng)在ip=0、環(huán)境溫度t≈25℃、傳感器不供電、不連接測量電阻的條件下進(jìn)行。可使用以下兩種方法測試：
     種：萬用表紅表筆端接傳感器“m”端，萬用表黑表筆端接傳感器“+”端；
     第二種：萬用表紅表筆接傳感器負(fù)極，萬用表黑表筆接傳感器m端；
     在測試中，如萬用表鳴笛，說明二極管已損壞。
     八、傳感器應(yīng)用計(jì)算
     根據(jù)圖13，電流傳感器的主要計(jì)算公式如下：
     npip=nsis； 計(jì)算原邊或副邊電流
     vm=rmi； 計(jì)算測量電壓
     vs=rsis； 計(jì)算副邊電壓 
     va=e+vs+vm； 計(jì)算供電電壓 
     其中，e是二極管內(nèi)部和晶體管輸出的壓降，不同型號的傳感器有不同的e值。這里我們僅以hnc-300lt為例，這種傳感器的匝數(shù)比np/ns=1/2000、標(biāo)準(zhǔn)額定電流值ipn=300a rms 、供電電壓va的范圍為±12v~±15v（±5%）、副邊電阻rs=30ω ，在雙極性（±va）供電，其傳感器測量量程>100a且無防止供電電源意外倒置的保護(hù)二極管的情況下，e=1v。在上述條件下：
     （1）給定供電電壓va，計(jì)算測量電壓vm和測量電阻rm：
     假設(shè)：供電電壓va=±15v
     根據(jù)上述公式得：
     測量電壓vm=9.5v；
     測量電阻rm=vm/is =63.33ω；
     副邊電流is=0.15a。
     所以當(dāng)我們選用63.33ω的測量電阻時(shí)，在傳感器滿額度測量時(shí)，其輸出電流信號為0.15a ，測量電壓為9.5v。
     （2）給定供電電壓和測量電阻，計(jì)算欲測量的峰值電流；
     假設(shè)：供電電壓va=±15v，測量電阻rm=12ω，
     則：vm+vs=（rm+rs）×is =va-e=14v
     而：rm+rs=12w+30w=42w，
     則輸出副邊電流：ismax= 0.333a
     原邊峰值電流：ipmax=ismax(ns/np)=666a
     這說明，在上述條件下，傳感器所能測量的電流即原邊峰值電流為666a。如果原邊電流大于此值，傳感器雖測量不出來，但傳感器不會(huì)被損壞。
     （3）測量電阻（負(fù)載電阻）能影響傳感器的測量范圍。
     測量電阻對傳感器測量范圍也存在影響，所以我們需要精心選擇測量電阻。用下式可計(jì)算出測量電阻：
     其中，vamin—扣除誤差后的最小供電電壓；
     e—傳感器內(nèi)部晶體管的電壓降；
     rs—傳感器副邊線圈的電阻；
     ismax—原邊電流ip為值時(shí)的副邊電流值。
     另外我們可以通過下式確認(rèn)所選傳感器的穩(wěn)定性。
     如果vamin不符合上式，則會(huì)造成傳感器的不穩(wěn)定。一旦出現(xiàn)這種情況，我們可以有以下三種方法克服：
     1）更換電壓更大的供電電源；
     2）減小測量電阻的值；
     3）將傳感器更換成rs較小的傳感器。
     例如，某種型號的電流傳感器，其標(biāo)準(zhǔn)額定電流ipn=1000a，匝數(shù)比np/ns=1/2000，e值為1.5v，副邊電阻rs=30ω，測量電阻rm=15w，用15v電源單極性供電。則va=30v（單極性供電是雙極性供電的2倍）， 而：
     is=ip×np/ns =0.5a 
     vs=rs×is=15v
     vm=rm×is=7.5v
     =24v<30v