霍尔传感器测速原理22594

1、霍尔传感器测速原理：电流的测量采用磁平衡式霍尔电流传感器 传感器可测量从直流到100kHz的交流量在自动测控系统中,常需要测量和显示有关电参量。目前大多数测量系统仍采用变压器式电压、电流互感器,由于互感器的非理想性,使得变比和相位测量都存在较大的误差,常需要采用硬件或软件的方法补偿,从而增加了系统的复杂性。采用霍尔检测技术,可以克服互感器这些缺点,能测量从直流到上百千赫兹的各种形状的交流信号,并且达到原副边不失真传递,同时又能实现主电路回路和电子控制电路的隔离,霍尔传感器的输出可直接与单片机接口。因此霍尔传感器已广泛应用于微机测控系统及智能仪表中,是替代互感器的新一代产品。在此提出了利用霍尔传

2、感器对电参量特别是对高电压、大电流的参数的测量。l测量原理 1霍尔效应原理 如图1所示,一个N型半导体薄片,长度为L,宽度为S,厚度为d,在垂直于该半导体薄片平面的方向上,施加磁感应强度为B的磁场,若在长度方向通以电流Ic则运动电荷受到洛伦兹力的作用,正负电荷将分别沿垂直于磁场和电流的方向向导体两端移动,并在导体两端形成一个稳定的电动势UH,这就是霍尔电动势(或称之为霍尔电压),这种现象称为霍尔效应。霍尔电压的大小UH=RIB/d=KHICB,其中R为霍尔常数；KH为霍尔元件的乘积灵敏度。2用霍尔传感器测量电参量的原理 由霍尔电压公式可知：对于一个成型的霍尔传感器,乘积灵敏度KH是一恒定值,则

3、UHICB,只要通过测量电路测出UH的大小,在B和IC两个参数中,已知一个,就可求出另一个,因而任何可转换成B或J的未知量均可利用霍尔元件来测量,任何转换成B和I乘积的未知量亦可进行测量。电参量的测量就是根据这一原理实现的。若控制电流IC为常数，磁感应强度B与被测电流成正比，就可以做成霍尔电流传感器测电流，若磁感应强度B为常数，IC与被测电压成正比，可制成电压传感器测电压，利用霍尔电压、电流传感器可测交流电的功率因数、电功率和交流电的频率。由UH=KICB可知：若IC为直流，产生磁场B的电流IO为交流时，UH为交流；若IO亦为直流，则输出也为直流。当IC为交流，IO亦为直流时，输出与IC同频率

4、的交流且其幅值与被测直流IO大小成正比，改变被测电流IO的方向，输出电压UH极性随之改变。故利用霍尔传感器，既可对直流量进行测量，亦可对交流量进行测量。系统结构简图 检测系统构成如图2，被测量经霍尔传感器转换为电压信号，经信号调理电路和多路转换开关选择，通过AD转换器送给单片机，单片机采用89C51，是该系统的主控器，键盘选用24键盘，用于选择被测量的种类，采用数码管或液晶显示被测量的大小。电参量的测量方法 1电压、电流信号的测量 电流的测量可采用磁平衡式霍尔电流传感器(亦称为零磁通式霍尔传感器)如图3所示。当被测电流IIN流过原边回路时，在导线周围产生磁场HIN这个磁场被聚磁环，并感应给霍尔

5、器件，使其有一个信号UH输出；这一信号经放大器A 放大，输人到功率放大器中Q1，Q2中，这时相应的功率管导通，从而获得一个补偿电流IO；由于此电流通过多匝绕组所产生的磁场HO与原边回路电流所产生的磁场HIN相反；因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出电压UH逐渐减小，最后当IO与匝数相乘N2IO所产生的磁场与原边N1IIN所产生的磁场相等时，IO不再增加，这时霍尔器件就达到零磁通检测作用。这一平衡所建立的时间在1s之内，这是一个动态平衡过程，即原边回路电流IIN的任何变化均会破坏这一平衡的磁场，一旦磁场失去平衡，就有信号输出，经过放大后，立即有相应的电流流过副边线圈进行补偿。因此从宏观上看副边

6、补偿电流的安匝数在任何时间都与原边电流的安匝数保持相等，即 N1IIN=N2IO，所以IIN=N2I2N1(IIN为被测电流，即磁芯中初级绕组中的电流，N1为初级绕组的匝数；IO为补偿绕组中的电流；N2 为补偿绕组的匝数)。由原、副边匝数可知，只要测得补偿线圈的电流IO，即可知道原边电流IIN，如原边为导线穿心式，则N1=l，IIN=N2IO。利用同样的原理可进行电压测量，只需在原边线圈回路中串联一个电阻R1，将原边电流IIN转换成被测电压UIN。即UIN=(R1+RIN)IIN= (R1+RIN)N2ION1，RIN为原边绕阻的内阻(一般很小不计)。对特高压交流电压的测量，先经隔离变压器降压

7、后，对降压后的电压进行测量，然后对测量数据乘以倍数，即可得被测电压的大小。该测量输出信号为电流形式IO。若在霍尔电流传感器的输出电路与电源零点之间串接恰当的电阻R0，并在该电阻上取电压，就构成了电压形式的输出。输出电压经电压调整电路、线性放大电路、不等位补偿电路、射集跟随等获得所需的电压，便于测量与显示。2功率及功率因数、频率等电参数的测量 由正弦交流电有功功率的定义P=UIcos可知，只要准确测量出U，I及电流与电压相位差，就可算出P与cos。采用传统的电磁式电压、电流互感器进行测量，由于互感器的非理想性，除存在变比误差外，更主要的是存在较大的相位误差，这就使测得的值不能真实地反映负载的性质

8、。若采用霍尔电压、电流传感器及真有效值转换器(如AD637)等，可以使功率及功率因数的测量精度大大提高。此外，霍尔传感器还可以测量从直流到100kHz的任意波形的交流量，从而克服了电磁式互感器有特定的额定频率的弊端。真有效值转换器可以将正弦波形或任意波形的交流量转换为直流量，输出直流的大小正比于交流量的有效值，且转换精度高，因而测量相对准确。测量原理如图4所示，交直流电压、电流经霍尔电流传感器、霍尔电压传感器隔离、转换后，得到与之对应的电压信号，再经真有效值转换器转换为直流(直流电不需转换)，其大小正比于交流电的有效值，直流(或转换后的直流)电压经AD变换后送入单片机，这就采集到了U，I的大小

9、。另外将传感器副边输出的电信号 U1，U2分别经过零电平比较器1和2，当信号由负变正，通过零点时产生一个脉冲，加到门控电路输入端。设U1超前于U2，则前者作开启信号，后者作关闭信号。门控电路产生一个脉冲宽度对应于两个信号相位差的矩形脉冲，该脉冲一路送单片机的定时计数器T1口，单片机测出相邻两个矩形脉冲前沿之间的时间间隔t，即为被测信号的周期Tx(频率fx=1Tx)。另一路送至与门电路，打开计数与门，在此期间，时标信号Ts经由与门至单片机的定时计数器TO口计数，设计数值为N，则U1与U2相位差为 =TsTxN360。经单片机计算出功率因数cos，进一步计算出有功功率PUIcos，并将测得参数U，I，P，cos，x等送显示电路显示。如要测三相电路的总功率，则分别测得每一相的功率，然后三相功率相加即可。此外，该系统也可测量无功功率和视在功率等电参数。基于霍尔传感器的电参量检测系统具有很好的线性度、精确度和良好的反应时间。温度漂移小，霍尔元件在-40+45的