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電流傳感器可測(cè)量型的電流,受廣大電源設(shè)計(jì)者的青睞
更新時(shí)間:2015-03-19   點(diǎn)擊次數(shù):1525次
 
  
  、前言
  伴隨著城市人口和建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大,用電設(shè)備的增多,用電量越來(lái)越大,城市的供電設(shè)備經(jīng)常負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),用電環(huán)境變得越來(lái)越惡劣,對(duì)電源的“考驗(yàn)”越來(lái)越嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì),每天,用電設(shè)備都要遭受120次左右的電源問(wèn)題的侵?jǐn)_,電子設(shè)備故障的6來(lái)自電源。因此,電源問(wèn)題的重要日益凸顯出來(lái)。原先作為配角,資金投入較少的電源越來(lái)越受到廠商和研究人員的重視,電源遂發(fā)展成為門(mén)嶄新的。而今,小小的電源設(shè)備已經(jīng)融合了越來(lái)越多的新。例如開(kāi)關(guān)電源、硬開(kāi)關(guān)、軟開(kāi)關(guān)、參數(shù)穩(wěn)壓、線反饋穩(wěn)壓、磁放大器、數(shù)控調(diào)壓、PWM、SPWM、電磁兼容等等。實(shí)際需求直接推動(dòng)電源不斷發(fā)展和進(jìn)步,為了自動(dòng)和顯示電流,并在過(guò)流、過(guò)壓等危害情況發(fā)生時(shí)具有自動(dòng)保護(hù)功能和的智能,具有傳感、傳感采樣、傳感保護(hù)的電源漸成趨勢(shì),電流或電壓的傳感器便應(yīng)運(yùn)而生并在我國(guó)開(kāi)始受到廣大電源設(shè)計(jì)者的青睞。
  二、電流傳感器的工作原理
  電流傳感器可以測(cè)量類(lèi)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(guò)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?chē)?,?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,大小為幾毫伏的感應(yīng)電壓,通過(guò)后續(xù)電子電路可把這個(gè)微小的信號(hào)轉(zhuǎn)變成副邊電流IS,并存在以下關(guān)系式:
  IS*NS=IP*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,般取NP=1。
 ?。?,電流傳感器的輸出信號(hào)是副邊電流IS,它與輸入信號(hào)(原邊電流IP)成正比,IS般很小,只有10~400mA。如果輸出電流經(jīng)過(guò)測(cè)量電阻RM,則可以得到個(gè)與原邊電流成正比的大小為幾伏的電壓輸出信號(hào)。
  2、傳感器供電電壓VA
  3、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)。過(guò)此范圍,傳感器不能正常工作或降低,另外,傳感器的供電電壓VA又分為正供電電壓VA+和負(fù)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(cè)量范圍要相供于雙電的傳感器。
  3、測(cè)量范圍Ipmax
  測(cè)量范圍指電流傳感器可測(cè)量的zui大電流值,測(cè)量范圍般于額定值IPN。
  三、霍爾電流變送器主要特參數(shù)
  1、額定值IPN和額定輸出電流ISNIPN指電流傳感器所能測(cè)試的額定值,用值表示(A。r。m。s),IPN的大小與傳感器產(chǎn)品的型號(hào)有關(guān)。ISN指電流傳感器額定輸出電流,般為10~400mA,當(dāng)然根據(jù)某些型號(hào)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zui小,但傳感器在離開(kāi)生產(chǎn)線時(shí),都會(huì)產(chǎn)生大小的偏移電流。產(chǎn)品文檔中提到的已考慮了偏移電流增加的影響。
  3、線度
  線度決定了傳感器輸出信號(hào)(副邊電流IS)與輸入信號(hào)(原邊電流IP)在測(cè)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(lái)的,當(dāng)霍爾電周邊環(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zui大變化是很重要的,其中,IOT是指電流傳感器能表中的溫度漂移值。
  5、過(guò)載
  電流傳感器的過(guò)載能力是指發(fā)生電流過(guò)載時(shí),在測(cè)量范圍之外,原邊電流仍會(huì)增加,而且過(guò)載電流的持續(xù)時(shí)間可能很短,而過(guò)載值有可能過(guò)傳感器的允許值,過(guò)載電流值傳感器般測(cè)量不出來(lái),但不會(huì)對(duì)傳感器造成損壞。
  6、
  霍爾效應(yīng)傳感器的取決于額定電流IPN。在+25℃時(shí),傳感器測(cè)量與原邊電流有影響,同時(shí)評(píng)定傳感器時(shí)還必須考慮偏移電流、線度、溫度漂移的影響。四、傳感器型號(hào)、結(jié)構(gòu)和安裝方法傳感器產(chǎn)品標(biāo)簽般由“傳感器產(chǎn)品型號(hào)”和“生產(chǎn)日期”兩部分構(gòu)成。“傳感器產(chǎn)品型號(hào)”用于標(biāo)明傳感器的型號(hào)、額定測(cè)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(月中的第幾批產(chǎn)品)。
  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,下面介紹幾種的外形結(jié)構(gòu)及安裝接線方法。
  1、2電流傳感器
  2電流傳感器種量程很小的傳感器,所能測(cè)量的額定電流為5、6、8、12、2,原邊管腳的不同接法可確定額定測(cè)量電流為多少,參見(jiàn)說(shuō)明書(shū)。
  2、帶線電流傳感器
  如常規(guī)電流傳感器樣,般傳感器都有正(+)、負(fù)(-)、測(cè)量端(M)及地(0)四個(gè)管腳,但帶線電流傳感器則沒(méi)有此四個(gè)管腳,而是有紅、黑、黃、綠三根引線,分別對(duì)應(yīng)于正、負(fù)、測(cè)量端及地。同時(shí)在大多傳感器中有內(nèi)孔,測(cè)量原邊電流時(shí)要將導(dǎo)線穿過(guò)該內(nèi)孔??讖酱笮∨c產(chǎn)品型號(hào)、測(cè)量電流大小有著必然的關(guān)系。
  不管是什么型號(hào)的電流傳感器,安裝時(shí)管腳的接線應(yīng)根據(jù)說(shuō)明書(shū)所注情況進(jìn)行相應(yīng)連線。(1)在測(cè)量交流電時(shí),必須強(qiáng)制使用雙供電電源。即傳感器的正(+)接供電電源“+VA”端,負(fù)接電源的“-VA”端,這種接法叫雙供電電源。同時(shí)測(cè)量端(M)通過(guò)電阻接電源“0V”端(單指零磁通式)。
 ?。?)在測(cè)量直流電流時(shí),可使用單或單相供電電源,即將正或負(fù)與“0V”端短接,從而形成只有個(gè)電相接的情況。
  另外,安裝時(shí)必須考慮產(chǎn)品的用途、型號(hào)、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(chǎng)合。
  五、提測(cè)量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(guò)下述方法還可以提測(cè)量:
  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(cè)量的電流應(yīng)接近于傳感器的額定值IPN,不要相差太大。如條件所限,手頭有個(gè)額定值很的傳感器,而欲測(cè)量的電流值又低于額定值很多,為了提測(cè)量,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(cè)量10A的電流時(shí),為提可將原邊導(dǎo)線在傳感器的內(nèi)孔中心繞十圈(般情況,NP=1;在內(nèi)孔中繞圈,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);
  4、當(dāng)欲測(cè)量的電流值為IPN/10的時(shí),在25℃仍然可以有較的。
  六、傳感器的
 ?。?)電霍爾效應(yīng)電流傳感器,利用了原邊導(dǎo)線的電磁場(chǎng)原理。因此下列因素直接影響傳感器是否受外部電磁場(chǎng)干擾。
 ?。?)傳感器附近的外部電流大小及電流頻率是否變化;
 ?。?)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)霍爾電的位置;
  (4)安裝傳感器所使用的材料有無(wú)磁;
 ?。?)所使用的電流傳感器是否;
  為了盡量減小外部電磁場(chǎng)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),(雙供電)接線,且測(cè)量電壓VM必須:
  VM≦RM×ISO
  2、
  在IP=IPN(ACorDC)、環(huán)境溫度T≈25℃、傳感器雙供電、RM為實(shí)際測(cè)量電阻的條件下進(jìn)行測(cè)量。
  3、保護(hù)測(cè)試
  傳感器在測(cè)量電路短路、測(cè)量電路開(kāi)路、供電電源開(kāi)路、原邊電流過(guò)載、電源意外倒置的條件下都可受到保護(hù)。對(duì)上述各項(xiàng)測(cè)試舉例如下:
 ?。?)測(cè)量電路短路
  此項(xiàng)測(cè)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,輸出與地接開(kāi)關(guān),開(kāi)關(guān)應(yīng)在分鐘之內(nèi)合上和打開(kāi)。(2)測(cè)量電路開(kāi)路此項(xiàng)測(cè)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,輸出與電阻接開(kāi)關(guān),開(kāi)關(guān)S應(yīng)在分鐘之內(nèi)完成閉合/打開(kāi)切換動(dòng)作。
 ?。?)電源意外倒置測(cè)試
  為防止電源意外倒置而使傳感器損壞,在電路中加裝了保護(hù)二管,此項(xiàng)測(cè)試可使用萬(wàn)用表測(cè)試二管兩端,測(cè)試應(yīng)在IP=0、環(huán)境溫度T≈25℃、傳感器不供電、不連接測(cè)量電阻的條件下進(jìn)行??墒褂靡韵聝煞N方法測(cè)試:
  *種:萬(wàn)用表紅表筆端接傳感器“M”端,萬(wàn)用表黑表筆端接傳感器“+”端;
  第二種:萬(wàn)用表紅表筆接傳感器負(fù),萬(wàn)用表黑表筆接傳感器M端;
  在測(cè)試中,如萬(wàn)用表鳴笛,說(shuō)明二管已損壞。
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