根據(jù)不同的電流測量原理,電流傳感器一般有電阻分流器檢測、霍爾效應(yīng)、磁通門、電磁感應(yīng)、羅氏線圈(電磁感應(yīng)原理及安培環(huán)路定律)這五種技術(shù)。根據(jù)測量原理的不同,電流傳感器主要有分流器、霍爾電流傳感器、電流互感器、磁通門電流傳感器、羅氏線圈、巨磁阻電流傳感器、光纖電流傳感器這幾種類型。
電壓傳感器原理:?
1.?磁平衡式霍爾電壓傳感器?
原邊電流VP通過原邊電阻轉(zhuǎn)換為原邊電流IP,IP產(chǎn)生的磁通量與霍爾電壓經(jīng)過放大產(chǎn)生的副邊電流IS通過副邊線圈的磁通量相平衡。副邊電流IS精確地反映原邊電壓。
2.?磁調(diào)制式電壓傳感器?
本系列傳感器未使用霍爾元件。它采用兩組相同的磁路和副邊線圈,其工作原理為由內(nèi)部方波振蕩電路產(chǎn)生的補(bǔ)償電流對安匝數(shù)補(bǔ)償,以達(dá)到磁場平衡。
3.?高阻隔離式電壓傳感器?
該系列電壓傳感器所測量的原邊電壓經(jīng)原邊電阻值電阻分壓,其產(chǎn)生的低壓信號到副邊放大電路后輸出測量電壓信號Vs。?
4.?隔離放大器式電壓傳感器?
該系列電壓傳感器所測量的原邊電壓經(jīng)過原邊高阻值電阻分壓,其產(chǎn)生的低壓信號采用高精度的光電隔離元件傳送到副邊放大電路后輸出測量電壓信號;亦可經(jīng)電壓/電流轉(zhuǎn)換電路輸出測量電流信號IS。?
電流傳感器原理
一、分流器
分流器是根據(jù)直流電流通過電阻時電阻兩端產(chǎn)生電壓的原理制作而成,分流器實(shí)際就是一個阻值很小的電阻,當(dāng)有直流電流通過時,產(chǎn)生壓降,供直流電流表顯示,直流電流表實(shí)際為電壓表,一般這個電壓表量程為75mV、150mV、300mV,用電壓表來測量這個電壓,再將這個電壓換算成電流,就完成了大電流的測量。
分流器原理圖
在低頻率小幅值電流測量中,表現(xiàn)出高的精度和較快的響應(yīng)速度。在工業(yè)領(lǐng)域中,在不涉及到測量回路與被測電流之間電隔離的場合,分流器是將電流信號轉(zhuǎn)變成電壓信號的首選的低成本方案。
二、電流互感器
電流互感器原理是依據(jù)電磁感應(yīng)原理的。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。電流互感器的作用是可以把數(shù)值較大的一次電流通過一定的變比轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次電流,用來進(jìn)行保護(hù)、測量等用途。
穿心式電流互感器原理圖
電流互感器技術(shù)成熟,在工頻測量方面有非常高的精度,由于其原理限制,不能測量直流。
三、霍爾電流傳感器
霍爾電流傳感器包括開環(huán)式和閉環(huán)式兩種,開環(huán)的霍爾電流傳感器采用的是霍爾直放式原理,閉環(huán)的霍爾電流傳感器采用的是磁平衡原理。高精度的霍爾電流傳感器大多屬于閉環(huán)式。
開環(huán)霍爾電流傳感器原理圖
磁平衡式霍爾電流傳感器原理圖
四、磁通門電流傳感器
磁通門傳感器是利用被測磁場中高導(dǎo)磁率磁芯在交變磁場的飽和激勵下,其磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度的非線性關(guān)系來測量弱磁場的。這種物理現(xiàn)象對被測環(huán)境磁場來說好像是一道“門”,通過這道“門”,相應(yīng)的磁通量即被調(diào)制,并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。利用這種現(xiàn)象來測量電流所產(chǎn)生的磁場,從而間接的達(dá)到測量電流的目的。
磁通門電流傳感器原理圖
磁通門傳感器具有分辨力高、測量弱磁場范圍寬、可靠、能夠直接測量磁場的分量和適于在速運(yùn)動系統(tǒng)中使用等特點(diǎn)。
五、羅氏線圈
羅氏線圈是一個均勻纏繞在非鐵磁性材料上的環(huán)形線圈。輸出信號是電流對時間的微分。通過一個對輸出的電壓信號進(jìn)行積分的電路,就可以真實(shí)還原輸入電流。該線圈具有電流可實(shí)時測量、響應(yīng)速度快、不會飽和的特點(diǎn),適用交流尤其是高頻大電流測量。
羅氏線圈測量原理圖
羅氏線圈是一個均勻纏繞在非鐵磁性材料上的環(huán)形線圈。輸出信號是電流對時間的微分。通過一個對輸出的電壓信號進(jìn)行積分的電路,就可以真實(shí)還原輸入電流。該線圈具有電流可實(shí)時測量、響應(yīng)速度快、不會飽和的特點(diǎn),適用交流尤其是高頻大電流測量。
六、巨磁阻電流傳感器
物質(zhì)的電阻率在磁場中會產(chǎn)生輕微變化。這種現(xiàn)象叫磁阻效應(yīng)(AMR)。某些條件下物質(zhì)電阻率會隨磁場產(chǎn)生較大變化稱作巨磁阻效應(yīng)(GMR)。GMR可以比AMR大一個數(shù)量級的靈敏度。巨磁阻效應(yīng)是一種量子力學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)現(xiàn)象,是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在巨大變化的現(xiàn)象。基于這個效應(yīng)的傳感器就是巨磁阻傳感器。
巨磁阻電流傳感器原理圖
七、光纖電流傳感器
光纖電流傳感器是以法拉第磁光效應(yīng)為基礎(chǔ)、以光纖為介質(zhì)的新型電流傳感器。激光束通過光纖,并經(jīng)起偏器產(chǎn)生偏振光,經(jīng)自聚焦透鏡人射到磁光晶體:在電流產(chǎn)生的外磁場作用下,偏振面旋轉(zhuǎn)θF角度;經(jīng)過檢偏器、光纖,進(jìn)人信號檢測系統(tǒng),通過對θF的測量得到電流值。
光纖電流傳感器原理圖
光纖電流傳感器主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)中電流的測量;除此之外與電機(jī)制造廠、測量儀器儀表廠結(jié)合,還可研制開發(fā)線路事故點(diǎn)的標(biāo)定裝置及事故區(qū)間的判定裝置等一系列電力系統(tǒng)的測量、診斷裝置。