電流傳感器的測量原理及各自特點

2023-03-07 10:38:57

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根據(jù)不同的電流測量原理，電流傳感器一般有電阻分流器檢測、霍爾效應(yīng)、磁通門、電磁感應(yīng)、羅氏線圈(電磁感應(yīng)原理及安培環(huán)路定律)這五種技術(shù)。根據(jù)測量原理的不同，電流傳感器主要有分流器、霍爾電流傳感器、電流互感器、磁通門電流傳感器、羅氏線圈、巨磁阻電流傳感器、光纖電流傳感器這幾種類型。

分流器

分流器是根據(jù)直流電流通過電阻時電阻兩端產(chǎn)生電壓的原理制作而成，分流器實際就是一個阻值很小的電阻，當(dāng)有直流電流通過時，產(chǎn)生壓降，供直流電流表顯示，直流電流表實際為電壓表，一般這個電壓表量程為75mV、150mV、300mV，用電壓表來測量這個電壓，再將這個電壓換算成電流，就完成了大電流的測量。

分流器原理圖

在低頻率小幅值電流測量中，表現(xiàn)出高的精度和較快的響應(yīng)速度。在工業(yè)領(lǐng)域中，在不涉及到測量回路與被測電流之間電隔離的場合，分流器是將電流信號轉(zhuǎn)變成電壓信號的選的低成本方案。

電流互感器

電流互感器原理是依據(jù)電磁感應(yīng)原理的。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。電流互感器的作用是可以把數(shù)值較大的一次電流通過一定的變比轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次電流，用來進行保護、測量等用途。

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穿心式電流互感器原理圖

電流互感器技術(shù)成熟，在工頻測量方面有非常高的精度，由于其原理限制，不能測量直流。

霍爾電流傳感器

霍爾電流傳感器包括開環(huán)式和閉環(huán)式兩種，開環(huán)的霍爾電流傳感器采用的是霍爾直放式原理，閉環(huán)的霍爾電流傳感器采用的是磁平衡原理。高精度的霍爾電流傳感器大多屬于閉環(huán)式。

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開環(huán)霍爾電流傳感器原理圖

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磁平衡式霍爾電流傳感器原理圖

磁通門電流傳感器

磁通門傳感器是利用被測磁場中高導(dǎo)磁率磁芯在交變磁場的飽和激勵下，其磁感應(yīng)強度與磁場強度的非線性關(guān)系來測量弱磁場的。這種物理現(xiàn)象對被測環(huán)境磁場來說好像是一道“門”，通過這道“門”，相應(yīng)的磁通量即被調(diào)制，并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。利用這種現(xiàn)象來測量電流所產(chǎn)生的磁場，從而間接的達到測量電流的目的。

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磁通門電流傳感器原理圖

磁通門傳感器具有分辨力高、測量弱磁場范圍寬、可靠、能夠直接測量磁場的分量和適于在速運動系統(tǒng)中使用等特點。

目前磁通門技術(shù)是高性能電流傳感器好的解決方案，銀河電氣是國內(nèi)早進行這方面研究的企業(yè)，其研制的同時基于磁調(diào)制和磁平衡原理的CS系列零磁通電流傳感器在市場上已經(jīng)得到了非常好應(yīng)用。

羅氏線圈

羅氏線圈是一個均勻纏繞在非鐵磁性材料上的環(huán)形線圈。輸出信號是電流對時間的微分。通過一個對輸出的電壓信號進行積分的電路，就可以真實還原輸入電流。該線圈具有電流可實時測量、響應(yīng)速度快、不會飽和的特點，適用交流尤其是高頻大電流測量。

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羅氏線圈測量原理圖

巨磁阻電流傳感器

物質(zhì)的電阻率在磁場中會產(chǎn)生輕微變化。這種現(xiàn)象叫磁阻效應(yīng)(AMR)。某些條件下物質(zhì)電阻率會隨磁場產(chǎn)生較大變化稱作巨磁阻效應(yīng)(GMR)。GMR可以比AMR大一個數(shù)量級的靈敏度。巨磁阻效應(yīng)是一種量子力學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)現(xiàn)象，是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在巨大變化的現(xiàn)象。基于這個效應(yīng)的傳感器就是巨磁阻傳感器。

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巨磁阻電流傳感器原理圖

光纖電流傳感器

光纖電流傳感器是以法拉第磁光效應(yīng)為基礎(chǔ)、以光纖為介質(zhì)的新型電流傳感器。激光束通過光纖，并經(jīng)起偏器產(chǎn)生偏振光，經(jīng)自聚焦透鏡人射到磁光晶體:在電流產(chǎn)生的外磁場作用下，偏振面旋轉(zhuǎn)θF角度;經(jīng)過檢偏器、光纖，進人信號檢測系統(tǒng)，通過對θF的測量得到電流值。

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