5 种传感器技术原理详解

芯森电子掌握霍尔技术、磁通门技术及隧道磁阻技术三大核心传感技术。以下详解 5 种主流电流电压传感器的工作原理与技术特点,帮助工程师理解传感器性能差异,为选型提供理论依据。

霍尔开环电流传感器工作原理示意图:原边电流 Ip 穿过磁芯,气隙中的霍尔芯片感应磁场并经信号处理电路输出
图 1 霍尔开环电流传感器工作原理
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霍尔开环电流传感器

技术特点: 体积小 测量范围宽 重量轻 功耗低 无插入损耗
工作原理:

原边电流 Ip 产生的磁场,通过磁芯聚磁后,用霍尔感应芯片在磁芯气隙处感应原边电流 Ip 的大小和方向。霍尔感应芯片的输出电压,经过信号处理电路,使传感器的输出可以精确反映被测电流的大小。为了提高霍尔开环传感器的性能,通常使用硅钢或者坡莫合金作为磁芯的材料,当被测电流长时间的工作频率大于 10kHz 时,存在磁芯发热损坏传感器的可能,当测量高频电流时,请咨询芯森电子。

霍尔闭环电流传感器工作原理示意图:霍尔芯片将原边磁场与补偿线圈磁场比较,输出补偿电流使磁芯工作在零磁通状态
图 2 霍尔闭环电流传感器工作原理
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霍尔闭环电流传感器

技术特点: 频带宽 高精度 响应快 低温漂 非线性失真小 无插入损耗
工作原理:

原边电流 Ip 产生的磁场和输出电流 Is 在补偿线圈上产生的磁场大小相等,方向相反。霍尔感应器件和处理电路与补偿线圈一起输出电流 Is,该输出电流 Is 精确反映被测电流的大小和方向。由于磁芯工作在零磁通状态,磁芯的非线性和剩磁对传感器的精度没有影响,所以霍尔闭环传感器的精度较高,非线性失真小。

霍尔闭环电压传感器工作原理示意图:被测电压经串联电阻产生原边电流,霍尔芯片与补偿线圈构成零磁通闭环
图 3 霍尔闭环电压传感器工作原理
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霍尔闭环电压传感器

技术特点: 高电压测量 安全绝缘 高精度 低温漂 非线性失真小
工作原理:

在被测量电压两端串联电阻 R,形成较小的原边电流 Ip。原边电流 Ip 和原边线圈产生原边磁场,这个原边磁场和输出电流 Is 在补偿线圈上产生的磁场大小相等,方向相反。霍尔感应器件和处理电路与补偿线圈一起输出电流 Is,该输出电流 Is 精确反映被测电流 Ip 的大小和方向,进而精确反映被测电压 Vp 的大小和方向。不同种类的电压传感器原边电阻 R,有的集成在传感器中,有的需要客户使用时外接。

磁通门电流传感器工作原理示意图:对称感应器与方波发生器检测原边磁场,补偿线圈维持零磁通
图 4 磁通门电流传感器工作原理
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磁通门电流传感器

技术特点: 可测量各种 AC、DC、脉冲和复杂信号 高精度 较低的温漂(零点和增益) 非线性失真小 原副边绝缘
工作原理:

原边电流 Ip 产生的磁场和输出电流 Is 在补偿线圈上产生的磁场大小相等,方向相反。零磁通感应器是一个对称的感应器(symmetry detector),连接到一个方波发生器。零磁通感应处理电路和信号放大电路,与补偿线圈一起输出电流 Is,该输出电流 Is 精确反映被测电流的大小和方向。由于磁芯工作在零磁通状态,磁芯的非线性和剩磁对传感器的精度没有影响,所以磁通门电流传感器的精度较高,非线性失真小。

磁通门直流漏电流传感器工作原理示意图:方波振荡电路驱动对称感应器,补偿线圈对漏电流进行零磁通检测
图 5 磁通门直流漏电流传感器工作原理
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磁通门直流漏电流传感器

技术特点: 测量 DC 漏电流 高精度 非线性失真小 原副边绝缘
工作原理:

原边电流 Ip 产生的磁场和输出电流 Is 在补偿线圈上产生的磁场大小相等,方向相反。由线圈和方波振荡电路产生方波,振荡电路的输出信号,通过解调滤波电路对零磁通产生的信号进行处理,再经过调零及放大电路对零点和输出信号幅度进行调整。由于磁芯工作在零磁通状态,磁芯的非线性和剩磁对传感器的精度没有影响,所以磁通门直流漏电流传感器的精度较高,非线性失真小,主要用于直流小电流和漏电流的检测。

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