电流传感器主要特性参数

　　标准额定值 IPN 和额定输出电流 ISN 用有效值表示 IPN 指电流传感器所能测试的标准额定值,

　　(Arms) PN 的大小与传感器产品的型号有关.ISN 指电流传 ,I 感器额定输出电流,一般为 10~400mA,当然根据某些型号 具体可能会有所不同. 3.2 偏移电流 ISO 偏移电流也叫残余电流或剩余电流,它主要是由霍尔元 件或电子电路中运算放大器工作状态不稳造成的.电流传感 器在生产时,

　　在 25℃,IP=0 时的情况下,偏移电流已调至* 小,但传感器在离开生产线时,都会产生一定大小的偏移电 流.产品技术文档中提到的精度已考虑了偏移电流增加的影 响. 3.3 线性度 线性度决定了传感器输出信号(副边电流 IS)与输入信 号(原边电流 IP)在测量范围内成正比的程度,南京中旭电 子科技有限公司的电流传感器线性度要优于 0.5%. 3.4 温度漂移 偏移电流 ISO 是在 25℃时计算出来的,当霍尔电极周边 环境温度变化时,ISO 会产生变化.因此,考虑偏移电流 ISO 的*大变化是很重要的,其中,IOT 是指电流传感器性能表中 的温度漂移值. 3.5 过载 电流传感器的过载能力是指发生电流过载时,在测量范 围之外,原边电流仍会增加,而且过载电流的持续时间可能

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　　电流传感器的工作原理

　　霍尔电流传感器可以测量各种类型的电流,从直流电到

　　几十千赫兹的交流电,其所依据的工作原理主要是霍尔效应 原理. 2.1 电流传感器的输出信号 当原边导线经过电流传感器时, 原边电流 IP 会产生磁力 线,原边磁力线集中在磁芯气隙周围,内置在磁芯气隙中的 霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的,大小仅为几毫伏的 感应电压,通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副 边电流 IS,并存在以下关系式: IS* NS= IP*NP. 其中,IS —副边电流;I P —原边电流;NP —原边线圈匝

　　收稿日期:2005-03-28 作者简介:董高峰(1976-),男,助理工程师,工学学士,现从事仪 器仪表开发工作.

　　2005 中国工业以太网发展论坛将于 10 月 18~19 日在上海举行,敬请关注!

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　　很短,过载值有可能超过传感器的允许值,过载电流值传感 器一般测量不出来,但不会对传感器造成损坏. 3.6 精度 霍尔效应传感器的精度取决于标准额定电流 I PN .在 25℃时,传感器测量精度与原边电流有一定影响,同时评定 传感器精度时还必须考虑偏移电流,线性度,温度漂移的影 响.

　　的传感器,而欲测量的电流值又低于额定值很多,为了提高 测量精度,可以把原边导线多绕几圈,使之接近额定值.例 如当用额定值 100A 的传感器去测量 10A 的电流时,为提高 精度可将原边导线在传感器的内孔中心绕十圈(一般情况, NP=1;在内孔中绕一圈,NP=2;……;绕九圈,NP=10,则 NP×10A=100A 与传感器的额定值相等,从而可提高精度) ; (4) 当欲测量的电流值为 IPN/10 的整数倍时,在 25℃ 仍然可以有较高的精度.

　　4 传感器型号,结构和安装方法

　　霍尔效应传感器产品标签一般由"传感器产品型号"和 "生产日期"两部分构成. "传感器产品型号"用于标明传感 器的型号,额定测量值,工作电源及接线指示, "传感器生产 日期"则是由 8 位数字构成,表明传感器的生产年月份,批 次(一月中的第几批产品) . 霍尔效应传感器产品

　　很多,每种传感器的外形结构,尺 寸大小等都有所不同.下面介绍几种典型的外形结构及安装 接线方法. 4.1 HNC-025A 电流传感器 HNC-025A 电流传感器是南京中旭电子科技有限公司中 一种量程很小的传感器, 所能测量的额定电流为 5A, 8A, 6A, 12A, 25A, 原边管脚的不同接法可确定额定测量电流为多少. 4.2 带线电流传感器 如常规电流传感器一样,一般传感器都有正极(+) ,负 极(-) ,测量端(M)及地(0)四个管脚,但带线电流传 感器则没有此四个管脚,而是有红,黑,黄,绿四根引线, 分别对应于正极,负极,测量端及大地.同时在大多传感器 中有一内孔,测量原边电流时要将导线穿过该内孔.孔径大 小与产品型号,测量电流大小有关系. 不管是什么型号的电流传感器,安装时管脚的接线应根 据说明书所注情况进行相应连线. (1) 在测量交流电时,必须强制使用双极性供电电源. 即传感器的正极(+)接供电电源"+VA"端,负极接电源的 "-VA"端,这种接法叫双极性供电电源.同时测量端(M) 通过电阻接电源"0V"端(单指零磁通式) . (2) 在测量直流电流时,可使用单极性或单相供电电 源,即将正极或负极与"0V"端短接,从而形成只有一个电 极相接的情况. 另外,安装时必须**考虑产品的用途,型号,量程范 围,安装环境等.如传感器应尽量安装在利于散热的场合.

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　　传感器的抗干扰性

　　霍尔电流传感器利用了原边导线的电磁场原理,因此下

　　列因素直接影响传感器是否受外部电磁场干扰: (1) 传感器附近的外部电流大小及电流频率是否变化; (2) 外部导线与传感器的距离,外部导线的形状,位置 和传感器内霍尔电极的位置; (3) 安装传感器所使用的材料有无磁性; (4) 所使用的电流传感器是否屏蔽. 为了尽量减小外部电磁场的干扰,*好按上述要求安装 传感器.

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　　传感器标定

　　偏移电流必须在 IP=0,环境温度 T≈25℃的条件下进行

　　7.1 偏移电流 ISO 校准, (双极性供电)接线,且测量电压 V M 必须满足: VM≤RM×ISO. 7.2 精度 ,环境温度 T≈25℃,传感器双 在 IP=IPN(AC 或 DC) 极性供电,RM 为实际测量电阻的条件下进行测量. 7.3 保护性测试 南京中旭电子科技有限公司的传感器在测量电路短路, 测量电路开路,供电电源开路,原边电流过载,电源意外倒 置的条件下都可受到保护.对上述各项测试举例如下: (1) 测量电路短路 此项测试必须在 IP=IPN,环境温度 T≈25℃,传感器双 向供电,RM 为实际应用中的电阻条件下进行.输出与地接一 开关,开关应在一分钟之内合上和打开. (2) 测量电路开路 此项测试条件为 IP=IPN,环境温度 T≈25℃,传感器双 向供电,RM 是实际应用中的电阻条件下进行.输出与电阻接 一开关,开关 S 应在一分钟之内完成闭合/打开切换动作. (3) 电源意外倒置测试 为防止电源意外倒置而使传感器损坏,在电路中专门加 装了保护二极管,此项测试可使用万用表测试二极管两端, 测试应在 IP=0,环境温度 T≈25℃,传感器不供电,不连接 测量电阻的条件下进行.可使用以下两种方法测试: **种:万用表红表笔端接传感器"M"端,万用表黑 表笔端接传感器"+"端; **种:万用表红表笔接传感器负极,万用表黑表笔接 传感器 M 端; 在测试中,如万用表鸣笛,说明二极管已损坏.

　　5 提高测量精度的方法

　　除了安装接线,即时标定校准,注意传感器的工作环境 外,通过下述方法还可以提高测量精度: (1) 偏; (2) 隙; (3) 需要测量的电流应接近于传感器的标准额定值 IPN,不要相差太大.如条件所限,手头仅有一个额定值很高 原边导线尽可能完全放满传感器内孔, 不要留有空 原边导线应放置于传感器内孔中心, 尽可能不要放

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　　传感器应用计算

　　电流传感器的主要计算公式如下: NP*IP=NS*IS VM=RM*I VS=RS*IS VA=e+VS+VM 计算原边或副边电流; 计算测量电压; 计算副边电压; 计算供电电压.

　　则*大输出副边电流:ISmax=0.333A 原边峰值电流:IPmax=ISmax(NS /NP)=666A. 这说明,在上述条件下,传感器所能测量的*大电流即 原边峰值电流为 666A.如果原边电流大于此值,传感器虽测 量不出来,但传感器不会被损坏. (3) 测量电阻(负载电阻)能影响传感器的测量范围. 测量电阻对传感器测量范围也存在影响,所以需要精心 选择测量电阻.

　　其中,e 是二极管内部和晶体管输出的压降,不同型号 的传感器有不同的 e 值.这里仅以 HNC-300LT 为例,这种传 标准额定电流值 IPN=300Arms, 感器的匝数比 NP/NS=1/2 000, ,副边电阻 供电电压 V A 的范围为±12V~±15V(±5%) RS=30Ω,在双极性(±VA)供电,其传感器测量量程>100A 且无防止供电电源意外倒置的保护二极管的情况下,e=1V. 在上述条件下: (1) RM; 假设:供电电压 VA=±15V 根 据 上 述 公 式 得 : 测 量 电 压 VM=9.5V ; 测 量 电 阻 RM=VM/IS=63.33Ω;副边电流 IS=0.15A. 所以当选用 63.33Ω的测量电阻时,在传感器满额度测 量时,其输出电流信号为 0.15A,测量电压为 9.5V. (2) 流; 假设:供电电压 VA=±15V,测量电阻 RM=12Ω, 则:VM+VS=(RM+RS)×IS=VA-e=14V. 而:RM+RS=12Ω+30Ω=42Ω, 给定供电电压和测量电阻,计算欲测量的峰值电 给定供电电压 VA,计算测量电压 VM 和测量电阻

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　　结语

　　在城市用电设备增多,农村供电设备老化欠修的情况

　　下,城乡各地经常会出现电压不稳,电路短路,过流等现象, 结果造**民生活不便和仪器损毁.在电源技术中使用传感 检测功能可以使电源设备更加小型化,智能化和**化. 电源技术发展到今天,已融合了电子,功率集成

　　自动 控制,材料,传感,计算机,电磁兼容,热工等诸多技术领 域的精华,人们有理由相信,在 21 世纪的电源技术中,传感 器也将发挥着至关重要的作用,所以对电流传感器的应用和 设计开发,传感器工作者应该给予足够重视.

　　参考文献: [1] 陈艾. 敏感材料与传感器[M]. 北京:化学工业出版社,2004,10. [2] 沙占友. 集成化智能传感器原理与应 用[M]. 北京:电子工业出版 社,2004,01. [3] HNC-025A 电流传感器使用手册[Z]. 南京中旭电子科技有限公司.

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　　ROM 为 flash) ;单片机的 I/O 管脚可直接驱动数码管和 LED 显示.当要显示多位数码时,可采用动态扫描显示技术.声 音报警可采用廉价的门铃 IC,而串行接口则可用 AD 公司的 ADM101E,它具有电压反转功能,无需外加负压即可将 TTL 电平的串行信号转成 RS-232 标准信号以方便和微机通讯. 由 于其功耗极小,电源采用一个小型的 AC-DC 就足够了,这样 整套装置的重量和体积可以做得很小. 剩下的事就是编程了.单片机作为数据处理核心,其程 序编制有一定的技巧.对定时器,中断控制器,串行接口, I/O 等可按常规进行,但数据处理器及浮点操作,而要单片机 真正进行浮点运算则很浪费时间.为此,可将浮点数 X 乘以 一个整数 K,计算先扩大 K 倍,使其忽略小数后仍符合精度 要求,成为整数 M,在单片机中进行多位数的整数运算比较 简单, 因此可用 M 取代 X 进行运算, *后将结果除以 K 即可. .这样将 为了方便计算,一般将 K 取为 2 的 n 次幂(K=2n) 结果右移 n 位比执行除法更省事.

　　实测水位(cm) 仪器读数(cm) 误差(cm) 实测水位(cm) 仪器读数(cm) 误差(cm)

　　表 1 实验数据结果 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 2.3 3.4 4.1 5.1 6.0 0.3 0.4 0.1 0.1 0.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 10.1 11.0 12.0 13.0 14.1 0.1 0.0 0.0 0.0 0.1

　　7.0 7.1 0.1 15.0 15.3 0.3

　　8.0 9.0 8.1 9.1 0.1 0.1 16.0 16.5 0.5

　　误差原因还有振荡器在整个频率范围内的不一致性,和单片 机编程中启闭计数器的时间测量不准确性等. 事实上,不管那种介电常数的液体,h 和 T 总有一一对 应关系,只要事先测出这种关系(测量时按两头密中间稀取 样) ,就可以找出一条拟合曲线(折线) ,这样就可以不去理 会具体电容模型而得到准确的测量结果.只要改变程序,本 测量装置还可用于其它用途,如可用于粮食谷物的含水量测 定等. 在模拟信号处理时代,传感器的非线性补偿是一大难 题,但在如今,借助数值处理方法和数字处理技术,非线性 矫正和误差补偿的艰难性别转化为容易实现的数据处理上来 了.因此,用稳定,廉价,**的数字处理方法尽可能的替 代模拟电路,将使传感器的性能上一个台阶.