检测课件(第八章)2013-3-19

1、2022-6-81第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器 本章介绍霍尔传感器本章介绍霍尔传感器 的工作的工作原理、原理、霍尔集成电路霍尔集成电路的的特性特性及及其在检测技术中的应用，还涉其在检测技术中的应用，还涉及及交直流霍尔电流传感器、交直流霍尔电流传感器、霍霍尔电压传感器尔电压传感器的原理及的原理及输出信输出信号的换算号的换算。 霍尔元件是霍尔元件是一种一种四端元件四端元件2022-6-828.1 8.1 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件的工作原理及特性8.2 8.2 霍尔集成电路霍尔集成电路8.3 8.3 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器 目录目录进入进入进

2、入进入进入进入第一节第一节 霍尔元件的结构及工作原理霍尔元件的结构及工作原理 霍尔效应霍尔效应:半导体薄片置于磁感应强度为半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I 流过薄片时，流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，导导电薄膜越薄，灵敏度就越高电薄膜越薄，灵敏度就越高。 影响霍尔电动势的因数影响霍尔电动势的因数 n流入激励电流端（流入激励电流端（a、b）的电流）的电流Iab越大，电子越大，电子和空穴积累得就越多，霍尔电动势也就越高。和空穴积累得就越多，霍尔电动势也就越高。n

3、作用在薄片上的磁感应强度作用在薄片上的磁感应强度B越强，电子受到的越强，电子受到的洛仑兹力也越大，霍尔电动势也就越高洛仑兹力也越大，霍尔电动势也就越高。n薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度等因素薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度等因素对霍尔电动势也有很大的影响。设半导体薄片的对霍尔电动势也有很大的影响。设半导体薄片的厚度为厚度为，霍尔元件中的电子浓度为，霍尔元件中的电子浓度为n，电子的电，电子的电荷量为荷量为e，则霍尔电动势，则霍尔电动势EH可用下式表示：可用下式表示：HIBEne霍尔电动势与灵敏度霍尔电动势与灵敏度 式中的式中的n、e、在薄片的尺寸、材料确定在薄片的尺寸、材料确定后均为常数，

4、可令后均为常数，可令KH=1/(ne)，则上式可简，则上式可简化为：化为： EH=KH IB式中：式中： KH霍尔元件的灵敏度。霍尔元件的灵敏度。由于金属材料中的电子浓度由于金属材料中的电子浓度n很大，所以很大，所以灵敏度灵敏度KH非常小。而非常小。而半导体材料中的电子半导体材料中的电子浓度较小，所以灵敏度比较高浓度较小，所以灵敏度比较高。霍尔元件的工作原理分析霍尔元件的工作原理分析 半导体薄片置于磁感应强度为半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，磁的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流场方向垂直于薄片，当有电流I 流过薄片时，在垂流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势直于电流和

5、磁场的方向上将产生电动势EH，这种，这种现象称为现象称为霍尔效应霍尔效应。 磁感应强度磁感应强度B B为零时的情况为零时的情况c cd da ab b磁感应强度磁感应强度B B 较大时的情况较大时的情况 作用在半导体薄片上的磁场强度作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势越强，霍尔电势也就越高。霍尔电势也就越高。霍尔电势EH可用下式表示：可用下式表示： EH=KH IBa ab bc cd d霍尔效应演示霍尔效应演示 当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，作用，向内侧（向内侧（d 侧）偏移，在半导体薄片侧）偏移，在半导体薄片c、d方方向的端面之间

6、建立起霍尔电势。向的端面之间建立起霍尔电势。c cd da ab bd da ab bc c磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势 若磁感应强度若磁感应强度B B不垂直于霍尔元件，而是与其不垂直于霍尔元件，而是与其法线成法线成某一角度某一角度 时，实际上作用于霍尔元件上的时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应有效磁感应强度强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即B Bcoscos ，这时的霍尔电动势为，这时的霍尔电动势为 E EH H= =K KH HIBIBcoscos 磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势磁场不垂直

7、于霍尔元件时的霍尔电动势演示演示结论：结论：霍尔电势与输入电流霍尔电势与输入电流I、磁感应强度、磁感应强度B成正比。成正比。当当B的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。 如果所施加的磁场为交变磁场，霍尔电势为同频率如果所施加的磁场为交变磁场，霍尔电势为同频率的交变电势的交变电势。a aa ac cd db b霍尔元件的主要外特性参数霍尔元件的主要外特性参数 最大最大磁感应强度磁感应强度BM 上图所示霍尔元件的线性范围是上图所示霍尔元件的线性范围是负的多少高斯负的多少高斯至正的多少高斯至正的多少高斯？（？（1T104Gs）线性区线性区mVmV调零后的调零

8、后的B B/ /T T霍尔元件的主要外特性参数（续）霍尔元件的主要外特性参数（续） 最大最大激励电流激励电流IM : : 由于霍尔电势随激励电流增大而增大，故在由于霍尔电势随激励电流增大而增大，故在应用中总希望选用较大的激励电流。但激励电应用中总希望选用较大的激励电流。但激励电流增大，霍尔元件的流增大，霍尔元件的功耗增大功耗增大，元件的温度升元件的温度升高高，从而，从而引起霍尔电势的温漂增大引起霍尔电势的温漂增大，因此每种，因此每种型号的元件均规定了相应的型号的元件均规定了相应的最大激励电流最大激励电流，它，它的数值从几毫安至十几毫安。的数值从几毫安至十几毫安。 以下哪一个以下哪一个激励电流的

9、数值较为妥当激励电流的数值较为妥当？8 8A A 0.8mA0.8mA 8mA8mA 80mA 80mA 霍尔元件的等效电路霍尔元件的等效电路 在在a a、b b、c c、d d四个端点之间四个端点之间, ,等效于一个四臂电桥等效于一个四臂电桥霍尔元件的不等位电动势及调零霍尔元件的不等位电动势及调零 在额定激励电流下，当外加磁场为零时，霍尔输在额定激励电流下，当外加磁场为零时，霍尔输出端之间的开路电压称为不等位电动势出端之间的开路电压称为不等位电动势E0，它是由于，它是由于4个电极的几何尺寸不对称引起的。个电极的几何尺寸不对称引起的。霍尔集成电路的调零霍尔集成电路的调零 当当UGN3501M感

10、受的磁场为零时，感受的磁场为零时，调节调节5、6、7之之间的调零电位器，可使间的调零电位器，可使第第1引脚相对于第引脚相对于第8引脚的输出引脚的输出电压等于零电压等于零。第二节第二节 霍尔集成电路霍尔集成电路 霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。 线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个芯片上，输出电压为性差动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方便得多。较典型伏级，比直接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性型霍尔器件如的线性型霍尔器件如UGN3501等。等。线性型三端线性

11、型三端霍尔集成电路霍尔集成电路回目录回目录线性型霍尔特性线性型霍尔特性右图示出了具有右图示出了具有双端双端差动输出特性的线性霍差动输出特性的线性霍尔器件尔器件的的输出特性曲线输出特性曲线。当磁场为零时，它的输当磁场为零时，它的输出电压等于零；出电压等于零；当感受的磁场为正向当感受的磁场为正向（磁钢的（磁钢的S S极对准霍尔器极对准霍尔器件的正面）时，件的正面）时， 输出为输出为正；正；磁场反向时，输出为磁场反向时，输出为负。负。 请画出线性范围请画出线性范围开关型霍尔集成电路开关型霍尔集成电路 开关型霍尔集成电路是将开关型霍尔集成电路是将霍尔元件霍尔元件、稳压稳压电路、放大器、施密特触发器电路

12、、放大器、施密特触发器、OC门门（集电（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时，当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门门由高阻态变为导通状态，输出变为低电平由高阻态变为导通状态，输出变为低电平；当当外加磁场强度低于释放点时，外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变门重新变为高阻态，输出高电平为高阻态，输出高电平。较典型的开关型霍。较典型的开关型霍尔器件如尔器件如UGN3020等。等。开关型霍尔集成电路开关型霍尔集成电路的外形及内部电路的外形及内部电路OCOC门门 施密特施密特 触发电路触发电路 双端输入、双端输入、 单端

13、输出运放单端输出运放霍尔霍尔 元件元件. .VccVcc开关型霍尔集成电路开关型霍尔集成电路（OC门输出）的接线门输出）的接线 请按以下电路，将下一页中的有关元件连接起来请按以下电路，将下一页中的有关元件连接起来.开始接线开始接线开关型霍尔集成电路开关型霍尔集成电路与继电器的接线与继电器的接线? ?接线完毕接线完毕开关型霍尔集成电路的史密特输出特性开关型霍尔集成电路的史密特输出特性 回差越大，回差越大，抗振动干扰能抗振动干扰能力就越强。力就越强。 当磁铁当磁铁从远到近地接近霍尔从远到近地接近霍尔IC，到多少特斯，到多少特斯拉时输出翻转？当拉时输出翻转？当磁铁从近到远地远离霍尔磁铁从近到远地远离

14、霍尔IC，到多少特斯拉时输出到多少特斯拉时输出再次翻转再次翻转？回差为多少特斯回差为多少特斯拉拉？相当于多少高斯（？相当于多少高斯（Gs）？）？ 第三节第三节 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用 霍尔电势是关于霍尔电势是关于I、B、 三个变量的函数，三个变量的函数，即：即： EH=KHIBcos 。利用这个关系可以使利用这个关系可以使其中两个量不变其中两个量不变，将，将第第三个量作为变量三个量作为变量，或者固定其中一个量，其余，或者固定其中一个量，其余两个量都作为变量。这使得霍尔传感器可以有两个量都作为变量。这使得霍尔传感器可以有许多用途。许多用途。霍尔传感器主要用于测量能够转换为磁场变霍尔传感

15、器主要用于测量能够转换为磁场变化的其他物理量。化的其他物理量。回目录回目录霍尔特斯拉计（高斯计）霍尔特斯拉计（高斯计） 霍尔元件霍尔元件霍尔特斯拉计、高斯计霍尔特斯拉计、高斯计 高斯计是测量物体于空间上一个点的静态或动态高斯计是测量物体于空间上一个点的静态或动态(交交变变)磁感应强度的仪器。物体发出的磁力线垂直穿过霍磁感应强度的仪器。物体发出的磁力线垂直穿过霍尔传感器，从而产生与被测尔传感器，从而产生与被测B成正比的输出电压，由液成正比的输出电压，由液晶板显示出磁感应强度。单位为高斯晶板显示出磁感应强度。单位为高斯(Gs)或特斯拉或特斯拉(T)。T（特斯拉（特斯拉)1 000mT（毫特斯拉）（

16、毫特斯拉）10 000s（高斯）（高斯）测量范围：测量范围：+/-19999. 9Gs信噪比：信噪比：0.01Gs分辨力：分辨力：0.01Gs霍尔元件霍尔元件被测物被测物( (剩磁剩磁) )霍尔高斯计（特斯拉计）的使用霍尔高斯计（特斯拉计）的使用 霍尔元件霍尔元件被测磁极被测磁极霍尔传感器用于测量磁场强度霍尔传感器用于测量磁场强度 霍尔元件霍尔元件测量电磁测量电磁绕组铁心绕组铁心气隙气隙的的B值值B B霍尔转速表霍尔转速表60 22fn 在被测转速的转轴上安装一个在被测转速的转轴上安装一个齿盘齿盘，也可选取机械，也可选取机械系统中的一个系统中的一个齿轮齿轮，将，将线性型线性型霍尔器件及磁路系统

17、靠霍尔器件及磁路系统靠近齿盘近齿盘。齿盘的转动使磁路的。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变磁阻随气隙的改变而周而周期性地变化，霍尔器件输出的期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速放大、整形后可以确定被测物的转速。此处应采用线性霍尔传感器。此处应采用线性霍尔传感器。S SN N线性霍尔线性霍尔磁铁磁铁霍尔转速表原理霍尔转速表原理 当齿对准霍尔元件时，磁力线当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出低电平；可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出低电平；反之，当反之，当齿轮的空挡对

18、准霍尔元件时齿轮的空挡对准霍尔元件时，磁力线从上下，磁力线从上下侧通过，输出为侧通过，输出为高电平高电平。霍尔转速传感器在汽车防抱死装置霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用）中的应用 （具体见第十三章课件）（具体见第十三章课件） 若汽车在刹车时车轮被若汽车在刹车时车轮被抱死抱死，将产生危险。，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测和保持车轮的用霍尔转速传感器来检测和保持车轮的转动转动，有助于有助于控制刹车力的大小控制刹车力的大小和防止和防止侧偏侧偏。带有微带有微型磁铁型磁铁的霍尔的霍尔传感器传感器钢质钢质霍尔霍尔霍尔转速表的其他安装方法霍尔转速表的其他安装方法 只要黑色金属（导磁体）旋

19、转体的表面存只要黑色金属（导磁体）旋转体的表面存在在缺口或突起缺口或突起，就，就可产生磁场强度的脉动可产生磁场强度的脉动，从，从而而引起霍尔电势的变化引起霍尔电势的变化，产生转速脉冲。，产生转速脉冲。 霍尔元件霍尔元件磁铁磁铁霍尔式无触点汽车电子点火装置霍尔式无触点汽车电子点火装置 采用霍尔式无触采用霍尔式无触点电子点火装置能点电子点火装置能较好地较好地克服汽车合克服汽车合金触点点火时间不金触点点火时间不准确、准确、触点易烧坏触点易烧坏、高速时动力不足高速时动力不足等等缺点缺点。 汽车点火线圈汽车点火线圈高压输出高压输出电缆接头电缆接头12V低压电源低压电源输入接头输入接头传统点火系统组成传统

20、点火系统组成霍尔式无触点汽车电子点火装置工作原理霍尔式无触点汽车电子点火装置工作原理 桑塔纳汽车霍尔式分电器示意图桑塔纳汽车霍尔式分电器示意图 1-1-触发器叶片触发器叶片 2- -槽口槽口 3- -分电器转轴分电器转轴 4- -永久磁铁永久磁铁 5- -霍尔集成电路（霍尔集成电路（PNP型霍尔型霍尔IC） a a）带缺口的触发器叶片）带缺口的触发器叶片 b）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集成电路之间的安装关系成电路之间的安装关系 c c）叶片位置与点火正时的关系）叶片位置与点火正时的关系 霍尔式无触点汽车电子点火装置霍尔式无触点汽车电子点火装置(续）续） 汽车电子点

21、火电路及波形汽车电子点火电路及波形 1点火开关点火开关 2达林顿晶体管功率开关达林顿晶体管功率开关 3点火线圈低压侧点火线圈低压侧 4点火线圈铁心点火线圈铁心 5点火线圈高压侧点火线圈高压侧 6分火头分火头 7火花塞火花塞 a a）电路）电路 b）霍尔）霍尔IC及点火线圈高压侧输出波形及点火线圈高压侧输出波形 霍尔式无触点汽车电子点火装置霍尔式无触点汽车电子点火装置(续）续） 当叶片遮挡在霍尔当叶片遮挡在霍尔ICIC面前时，面前时，PNPPNP型霍尔型霍尔ICIC的输出为低电平，晶体管功率开关处于导通状的输出为低电平，晶体管功率开关处于导通状态，态，点火线圈低压侧有较大电流通过点火线圈低压侧有

22、较大电流通过，并以，并以磁磁场能量的形式储存在点火线圈的铁心中场能量的形式储存在点火线圈的铁心中。 当叶片槽口转到霍尔当叶片槽口转到霍尔IC面前时，面前时，霍尔霍尔IC输输出跳变为高电平出跳变为高电平，经反相变为低电平，经反相变为低电平，达林顿达林顿管截止管截止，切断点火线圈的低压侧电流。由于没，切断点火线圈的低压侧电流。由于没有续流元件，所以存储在点火线圈铁心中的有续流元件，所以存储在点火线圈铁心中的磁磁场能量在高压侧感应出场能量在高压侧感应出3050kV的高电压的高电压。 汽车电子点火装置使用的点火控制器、汽车电子点火装置使用的点火控制器、霍尔传感器及点火总成霍尔传感器及点火总成磁铁磁铁点

23、火总成点火总成霍尔式无刷电动机霍尔式无刷电动机 霍尔式无刷电动机霍尔式无刷电动机取消了取消了换向器和电刷换向器和电刷，而采用霍尔元，而采用霍尔元件来检测转子和定子之间的相件来检测转子和定子之间的相对位置，其输出信号控制电枢对位置，其输出信号控制电枢电流的换向，维持电动机的正电流的换向，维持电动机的正常运转。常运转。 由于无刷电动机由于无刷电动机不产生电不产生电火花及电刷磨损等问题火花及电刷磨损等问题，所以，所以它在它在录像机、录像机、CD唱机唱机、光驱、光驱等家用电器中得到越来越广泛等家用电器中得到越来越广泛的应用。的应用。 普通直流电动机使普通直流电动机使用的电刷和换向器用的电刷和换向器霍尔

24、式无刷电动机霍尔式无刷电动机 采用霍尔开关来检测转采用霍尔开关来检测转子和定子之间的相对位置，子和定子之间的相对位置，经编码和逻辑换向电路，经编码和逻辑换向电路，触发功率开关，从而控制触发功率开关，从而控制电枢电流的换向，维持电电枢电流的换向，维持电动机的正常运转动机的正常运转 。1定子底座定子底座 2定子铁心定子铁心 3霍尔开关霍尔开关 4三相绕组线圈三相绕组线圈 5外转子外转子 6转轴转轴 7磁极磁极无刷电动机在电动自行车上的应用无刷电动机在电动自行车上的应用 电动自行车电动自行车可充电可充电电池组电池组无刷电动机无刷电动机无刷电动机在电动无刷电动机在电动自行车上的应用自行车上的应用 无刷

25、直流电动机的无刷直流电动机的外转子采用高性能外转子采用高性能钕钕铁硼稀土永磁材料铁硼稀土永磁材料；三个霍尔位置传感器三个霍尔位置传感器产生六个状态编码信产生六个状态编码信号号，控制逆变桥各功，控制逆变桥各功率管通断，使三相率管通断，使三相内内定子线圈与外转子永定子线圈与外转子永磁磁极之间产生连续磁磁极之间产生连续转矩转矩。具有效率高、。具有效率高、无火花、可靠性强等无火花、可靠性强等特点。特点。电动自行车的电动自行车的无刷电动机及控制电路无刷电动机及控制电路 去速度去速度控制器控制器 利用利用PWM调速调速无刷电动机的结构无刷电动机的结构由定子、转子、位置传感器及换相电路组成由定子、转子、位置

26、传感器及换相电路组成 ，定子绕组多采用三相星形方式连接定子绕组多采用三相星形方式连接 。将将3只只(a、b、c)锁相式霍尔传感器安装在靠近转子磁极的位置。锁相式霍尔传感器安装在靠近转子磁极的位置。当当N极逐渐靠近霍尔传感器即磁感应强度达到一定值时，其输出极逐渐靠近霍尔传感器即磁感应强度达到一定值时，其输出翻转为低电平；翻转为低电平；当当N极逐渐离开霍尔传感器、磁感应强度逐渐减小时，其输出仍极逐渐离开霍尔传感器、磁感应强度逐渐减小时，其输出仍然保持为低电平；只有磁场转变为然保持为低电平；只有磁场转变为S极并达到一定值时，其输出才极并达到一定值时，其输出才翻转为高电平。翻转为高电平。在在S-N交替

27、变化磁场下，传感器输出波形高、低电平各占交替变化磁场下，传感器输出波形高、低电平各占50%。如果转子是一对极，则电机旋转一周霍尔传感器输出一个周期的如果转子是一对极，则电机旋转一周霍尔传感器输出一个周期的电压波形，如果转子是两对极，则输出两个周期的电压波形。电压波形，如果转子是两对极，则输出两个周期的电压波形。n直流无刷电机中一般安装直流无刷电机中一般安装3个霍尔传感器，间隔个霍尔传感器，间隔120度或度或60度按圆周分布。度按圆周分布。n如果间隔如果间隔120度，则度，则3个霍尔传感器的输出波形相个霍尔传感器的输出波形相差差120度电角度；度电角度；n输出信号中高、低电平各占输出信号中高、低

28、电平各占180度电角度。度电角度。n如果规定输出信号高电平为如果规定输出信号高电平为“1”，低电平为，低电平为“0”，则输出的三个信号可用则输出的三个信号可用3位二进制编码表示。位二进制编码表示。直流三相全控无刷电动机的控制原理图直流三相全控无刷电动机的控制原理图 1单片三相无刷直流电动机控制器单片三相无刷直流电动机控制器SI9979 由由DSP控制的控制的BLDC系统系统光驱用的无刷电动机内部结构光驱用的无刷电动机内部结构霍尔式接近开关霍尔式接近开关 当磁铁的有效磁极接近、当磁铁的有效磁极接近、并达到动作距离时，霍尔并达到动作距离时，霍尔式接近开关动作。霍尔接式接近开关动作。霍尔接近开关一般

29、还配一块钕铁近开关一般还配一块钕铁硼磁铁。硼磁铁。霍尔式接近开关霍尔式接近开关 用霍尔用霍尔ICIC只能用于铁磁材料的只能用于铁磁材料的检测，并且还需要建立一个较强检测，并且还需要建立一个较强的闭合磁场。的闭合磁场。 当磁铁随运动部当磁铁随运动部件移动到件移动到距霍尔接距霍尔接近开关几毫米近开关几毫米时，时，霍尔霍尔ICIC的输出由高的输出由高电平变为低电平电平变为低电平，使使继电器吸合或释继电器吸合或释放放，控制运动部件，控制运动部件停止移动（否则将停止移动（否则将撞坏霍尔撞坏霍尔ICIC），起），起限位的作用。限位的作用。 a）外形）外形 b）接）接近式近式 c）滑过式）滑过式 d）分流翼

30、片式）分流翼片式1运动部件运动部件 2软铁分流翼片软铁分流翼片 霍尔式接近开关用于霍尔式接近开关用于转速测量演示转速测量演示n= = 60f4(r/min)软铁分流翼片软铁分流翼片 开关型霍尔开关型霍尔IC T T霍尔电流传感器霍尔电流传感器当有电流通过导当有电流通过导线时线时，在导线周围将在导线周围将产生磁场产生磁场，磁力线集，磁力线集中在铁心内，并中在铁心内，并在铁在铁心的缺口处穿过霍尔心的缺口处穿过霍尔元件元件，从而，从而产生与电产生与电流成正比的霍尔电压流成正比的霍尔电压。将将被测电流的导线被测电流的导线穿过霍尔电流传感器穿过霍尔电流传感器的检测孔的检测孔。霍尔电流传感器演示霍尔电流传

31、感器演示铁心铁心 线性霍尔线性霍尔IC EH=KBB= KI I 导线穿过电流传感器的过程导线穿过电流传感器的过程 穿过铁心的磁感穿过铁心的磁感应强度应强度B与被测与被测电流电流I比成正。比成正。霍尔霍尔IC的输出电动势的输出电动势EH与与B成正比，所以也与成正比，所以也与被被测电流测电流I I比成正比成正。其他霍尔其他霍尔 电流传感器电流传感器其他霍尔电流其他霍尔电流传感器（续）传感器（续）霍尔钳形电流表（交直流两用）霍尔钳形电流表（交直流两用）压舌压舌豁口豁口霍尔钳形电流表演示霍尔钳形电流表演示直流直流200A量程量程 被测电流被测电流的导线未放的导线未放入铁心时示入铁心时示值为零。值为零

32、。70.9A70.9A钳形表的环形铁钳形表的环形铁心可以张开，心可以张开， 导线由此穿过导线由此穿过霍尔钳形霍尔钳形 电流表演示电流表演示霍尔钳形霍尔钳形 电流表演示电流表演示霍尔钳形霍尔钳形 电流表演示电流表演示70.9A70.9A霍尔钳形电流表的使用霍尔钳形电流表的使用被测电流的导线从此处穿入被测电流的导线从此处穿入钳形表的环形铁心钳形表的环形铁心手指按下此处，将钳形表的手指按下此处，将钳形表的铁心张开铁心张开将被测电流导线逐根夹将被测电流导线逐根夹到钳形表的环形铁心中到钳形表的环形铁心中 将空调电源的将空调电源的“三芯护套三芯护套线线”夹到钳形表的环形铁心中，夹到钳形表的环形铁心中，钳形

33、表的示值为多少？为什么？钳形表的示值为多少？为什么？2022-6-861各种霍尔电流传感器各种霍尔电流传感器磁力线磁力线磁力线磁力线霍尔钳形电流表的使用（续）霍尔钳形电流表的使用（续） 叉形叉形钳形表钳形表漏磁稍大，漏磁稍大，但使用方便但使用方便 用用钳形表测量钳形表测量 电动机的相电流电动机的相电流霍尔式电流霍尔式电流谐波分析仪谐波分析仪 被测电流的被测电流的谐波频谱谐波频谱铁心的铁心的 开合缝隙开合缝隙 铁心的铁心的 杠杆压舌杠杆压舌谐波分析仪将非正弦周期性电谐波分析仪将非正弦周期性电流信号按傅立叶级数展开，得到流信号按傅立叶级数展开，得到频率为基波频率整数倍的各正弦频率为基波频率整数倍的

34、各正弦分量幅值。分量幅值。霍尔电流传感器的技术指标霍尔电流传感器的技术指标某型号霍尔电流传感器技术指标某型号霍尔电流传感器技术指标额定输入电流（交直流两用）：额定输入电流（交直流两用）：300A额定输出电压：额定输出电压：5V，或额定输出电流：或额定输出电流： 420mA电源电压：电源电压： 15V失调电压：失调电压： 25 mV失调电压漂移：失调电压漂移：1mV/线性度：线性度： 1%FS响应时间：响应时间：2S绝缘电压：绝缘电压：50Hz，1min，2.5kV工作温度：工作温度：-10+70 匝数比：匝数比：1：2000 霍尔电流传感器的技术指标（续）霍尔电流传感器的技术指标（续）闭环霍尔

35、电流传感器的原理电路闭环霍尔电流传感器的原理电路 “磁平衡式霍尔电流传感器磁平衡式霍尔电流传感器” 的铁心上的铁心上绕有二次绕组绕有二次绕组，与负与负载电阻载电阻RS串联串联。霍尔电动势经放大，并转换成与被测电流。霍尔电动势经放大，并转换成与被测电流IP成正成正比的输出电流比的输出电流Is。Is流经多匝的二次绕组后，在铁心中所产生的磁流经多匝的二次绕组后，在铁心中所产生的磁通与一次电流通与一次电流IP所产生的磁通相抵消所产生的磁通相抵消，这样，这样，铁心不易饱和铁心不易饱和。霍。霍尔器件在测量中起到指示零磁通的作用，属于闭环测量尔器件在测量中起到指示零磁通的作用，属于闭环测量,温漂较小温漂较小

36、。霍尔电流传感器的技术指标与计算霍尔电流传感器的技术指标与计算 “匝数比匝数比” ：根据磁场有关定律，同一个铁心根据磁场有关定律，同一个铁心中的一次绕组与二次绕组必须有相等的安匝数，中的一次绕组与二次绕组必须有相等的安匝数，即：即：IPNP=ISNS，或：，或：PSSPIINNNP被定义为被定义为“一次测线圈一次测线圈”的匝数，的匝数，一般取一般取NP=1；NS为厂家所设定的为厂家所设定的“二次侧线圈的匝数二次侧线圈的匝数” 开环型开环型的霍尔电流传感器没有的霍尔电流传感器没有二次侧线圈二次侧线圈。霍尔电流传感器的匝数比计算霍尔电流传感器的匝数比计算 例例：设某型号霍尔电流传感器的：设某型号霍

37、尔电流传感器的额定匝数比额定匝数比NP/NS=1/2000，标准额定电流值标准额定电流值IPN=300A，二，二次侧的负载电阻次侧的负载电阻RS=30。通电后，用电流表测。通电后，用电流表测得得二次侧电流二次侧电流IS=0.1A，求输出到弱电回路的输，求输出到弱电回路的输出电压出电压US和和被测电流被测电流IP。 解解：1）US=RSIS=300.1A=3V 2）根据匝数比公式，被测电流）根据匝数比公式，被测电流IP为：为： SSP20000.1A200A1PNIIN霍尔电流传感器的电流比计算霍尔电流传感器的电流比计算 电流比定义为：电流比定义为： IPN被定义为被定义为“一次测线圈一次测线圈

38、”的的额定电流额定电流；ISN被定义为被定义为“二次侧线圈二次侧线圈” 的额定电流的额定电流PNNSNIKI例例：设某型号霍尔电流传感器的设某型号霍尔电流传感器的额定电流比额定电流比KN=IPN/ISN=300:0.3（匝数比匝数比i=NP/NS=1/1000），），NP=1，“二次负载电阻二次负载电阻”RS=30。通电后，用数字电压表测。通电后，用数字电压表测得二次输出电压得二次输出电压US=4.5V，求求：1）额定电流比）额定电流比IPN；2）流过）流过RS的二次电流的二次电流IS；3）被）被测电流测电流IP 。霍尔电流传感器的技术指标与计算（续）霍尔电流传感器的技术指标与计算（续） “电流比电流比” ： IPN被定义为被定义为“一次测线圈一次测线圈”的额定电流的额定电流；ISN为厂家所设定的为厂家所设定的“二次侧线圈二次侧线圈” 的额定电流的额定电流。PNNSNIKI解解：1）由额定电流比）由额定电流比KN=300:0.3可知，可知， IPN=300A；“二次侧线圈二次侧线圈” 的额定电流的额定电流ISN=0.3A 2）IS=US/RS=4.5V/30=0.15A。 3）根据电流比与匝