霍爾傳感器在測(cè)量系統(tǒng)中的原理及測(cè)量方法

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

　　檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成如圖2，被測(cè)量經(jīng)霍爾傳感器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路和多路轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇，通過A／D轉(zhuǎn)換器送給單片機(jī)，單片機(jī)采用89C51，是該系統(tǒng)的主控器，鍵盤選用2×4鍵盤，用于選擇被測(cè)量的種類，采用數(shù)碼管或液晶顯示被測(cè)量的大小。

　　電參量的測(cè)量方法

　　1電壓、電流信號(hào)的測(cè)量

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

　　當(dāng)被測(cè)電流IIN流過原邊回路時(shí)，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)HIN這個(gè)磁場(chǎng)被聚磁環(huán)*，并感應(yīng)給霍爾器件，使其有一個(gè)信號(hào)UH輸出；這一信號(hào)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(yīng)的功率管導(dǎo)通，從而獲得一個(gè)補(bǔ)償電流IO；由于此電流通過多匝繞組所產(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(bǔ)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(dāng)IO與匝數(shù)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(dá)到零磁通檢測(cè)作用。

　　這一平衡所建立的時(shí)間在1μs之內(nèi)，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過程，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(hào)輸出，經(jīng)過放大后，立即有相應(yīng)的電流流過副邊線圈進(jìn)行補(bǔ)償。因此從宏觀上看副邊補(bǔ)償電流的安匝數(shù)在任何時(shí)間都與原邊電流的安匝數(shù)保持相等，即 N1IIN=N2IO，所以IIN=N2I2／N1(IIN為被測(cè)電流，即磁芯中初級(jí)繞組中的電流，N1為初級(jí)繞組的匝數(shù)；IO為補(bǔ)償繞組中的電流；N2 為補(bǔ)償繞組的匝數(shù))。

　　由原、副邊匝數(shù)可知，只要測(cè)得補(bǔ)償線圈的電流IO，即可知道原邊電流IIN，如原邊為導(dǎo)線穿心式，則N1=l，IIN=N2IO。利用同樣的原理可進(jìn)行電壓測(cè)量，只需在原邊線圈回路中串聯(lián)一個(gè)電阻R1，將原邊電流IIN轉(zhuǎn)換成被測(cè)電壓UIN。即UIN=(R1+RIN)IIN= (R1+RIN)N2IO／N1，RIN為原邊繞阻的內(nèi)阻(一般很小不計(jì))。對(duì)特高壓交流電壓的測(cè)量，先經(jīng)隔離變壓器降壓后，對(duì)降壓后的電壓進(jìn)行測(cè)量，然后對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)乘以倍數(shù)，即可得被測(cè)電壓的大小。

　　該測(cè)量輸出信號(hào)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(dāng)?shù)碾娮鑂0，并在該電阻上取電壓，就構(gòu)成了電壓形式的輸出。輸出電壓經(jīng)電壓調(diào)整電路、線性放大電路、不等位補(bǔ)償電路、射集跟隨等獲得所需的電壓，便于測(cè)量與顯示。