霍爾傳感器在測量系統中的原理及測量方法

　　系統結構簡(jiǎn)圖

　　檢測系統構成如圖2，被測量經(jīng)霍爾傳感器轉換為電壓信號，經(jīng)信號調理電路和多路轉換開(kāi)關(guān)選擇，通過(guò)A／D轉換器送給單片機，單片機采用89C51，是該系統的主控器，鍵盤(pán)選用2×4鍵盤(pán)，用于選擇被測量的種類(lèi)，采用數碼管或液晶顯示被測量的大小。

　　電參量的測量方法

　　1電壓、電流信號的測量

　　電流的測量可采用磁平衡式霍爾電流傳感器(亦稱(chēng)為零磁通式霍爾傳感器)如圖3所示。

　　當被測電流IIN流過(guò)原邊回路時(shí)，在導線(xiàn)周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)HIN這個(gè)磁場(chǎng)被聚磁環(huán)*，并感應給霍爾器件，使其有一個(gè)信號UH輸出；這一信號經(jīng)放大器A 放大，輸人到功率放大器中Q1，Q2中，這時(shí)相應的功率管導通，從而獲得一個(gè)補償電流IO；由于此電流通過(guò)多匝繞組所產(chǎn)生的磁場(chǎng)HO與原邊回路電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)HIN相反；因而補償了原來(lái)的磁場(chǎng)，使霍爾器件的輸出電壓UH逐漸減小，最后當IO與匝數相乘N2IO所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與原邊N1IIN所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相等時(shí)，IO不再增加，這時(shí)霍爾器件就達到零磁通檢測作用。

　　這一平衡所建立的時(shí)間在1μs之內，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，即原邊回路電流IIN的任何變化均會(huì )破壞這一平衡的磁場(chǎng)，一旦磁場(chǎng)失去平衡，就有信號輸出，經(jīng)過(guò)放大后，立即有相應的電流流過(guò)副邊線(xiàn)圈進(jìn)行補償。因此從宏觀(guān)上看副邊補償電流的安匝數在任何時(shí)間都與原邊電流的安匝數保持相等，即 N1IIN=N2IO，所以IIN=N2I2／N1(IIN為被測電流，即磁芯中初級繞組中的電流，N1為初級繞組的匝數；IO為補償繞組中的電流；N2 為補償繞組的匝數)。

　　由原、副邊匝數可知，只要測得補償線(xiàn)圈的電流IO，即可知道原邊電流IIN，如原邊為導線(xiàn)穿心式，則N1=l，IIN=N2IO。利用同樣的原理可進(jìn)行電壓測量，只需在原邊線(xiàn)圈回路中串聯(lián)一個(gè)電阻R1，將原邊電流IIN轉換成被測電壓UIN。即UIN=(R1+RIN)IIN= (R1+RIN)N2IO／N1，RIN為原邊繞阻的內阻(一般很小不計)。對特高壓交流電壓的測量，先經(jīng)隔離變壓器降壓后，對降壓后的電壓進(jìn)行測量，然后對測量數據乘以倍數，即可得被測電壓的大小。

　　該測量輸出信號為電流形式IO。若在霍爾電流傳感器的輸出電路與電源零點(diǎn)之間串接恰當的電阻R0，并在該電阻上取電壓，就構成了電壓形式的輸出。輸出電壓經(jīng)電壓調整電路、線(xiàn)性放大電路、不等位補償電路、射集跟隨等獲得所需的電壓，便于測量與顯示。