淺談霍爾傳感器的原理及在電力儀表中的應(yīng)用

時(shí)間：2024-12-26作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：818

楊雲(yún)
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著集成電路等領(lǐng)域的快速發(fā)展，霍爾傳感器也得到了廣泛的應(yīng)用。霍爾傳感器是一種以霍爾效應(yīng)的應(yīng)用為基礎(chǔ)，能夠?qū)⒈粶y非電量參數(shù)轉(zhuǎn)化為電量參數(shù)的傳感器裝置，具有高靈敏性、高穩(wěn)定性、耐高溫、體積小、抗沖擊性等優(yōu)點(diǎn)。Ifl前霍爾傳感器已廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、自動化、信息處理等各個(gè)領(lǐng)域。本文分別從霍爾效應(yīng)、霍爾元件、霍爾傳感器三個(gè)方面對霍爾傳感器進(jìn)行簡要概述，并進(jìn)一步闡述了霍爾傳感器對電力儀表的電流、壓力、轉(zhuǎn)速等參數(shù)測量的應(yīng)用情況，期望能夠?yàn)橄嚓P(guān)方面的研究提供參考，提高霍爾傳感器的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：霍爾效應(yīng)；霍爾元件；霍爾傳感器；電力儀表；應(yīng)用

十九世紀(jì)七十年代，美國物理學(xué)家霍爾(A．H．Hall，1855—1938)在研究金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)。目前，廣泛應(yīng)用于電力儀表中的霍爾傳感器就是利用霍爾效應(yīng)制作的一種傳感器?；魻杺鞲衅魇且环N以霍爾效應(yīng)的應(yīng)用為基礎(chǔ)，能夠?qū)⒈粶y非電量參數(shù)轉(zhuǎn)化為電量參數(shù)的傳感器裝置，具有高靈敏性、高穩(wěn)定性、耐高溫、體積小、抗沖擊性等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)階段，霍爾傳感器已經(jīng)由傳統(tǒng)的單個(gè)霍爾元件階段發(fā)展到集成電路階段，并廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、自動化、信息處理等各個(gè)領(lǐng)域。本文分別從霍爾效應(yīng)、霍爾元件、霍爾傳感器三個(gè)方面對霍爾傳感器進(jìn)行簡要概述，并進(jìn)一步闡述了霍爾傳感器對電力儀表的電流、壓力、轉(zhuǎn)速等參數(shù)測量的應(yīng)用情況，期望能夠?yàn)橄嚓P(guān)方面的研究提供參考，提高霍爾傳感器的應(yīng)用。

1霍爾傳感器的基本概述
1.1霍爾效應(yīng)
霍爾效應(yīng)是由于物體運(yùn)動產(chǎn)生的電荷受到磁場作用力和電場作用力的共同影響而產(chǎn)生的，屬于電磁效應(yīng)的一種現(xiàn)象?；魻栃?yīng)首先是在研究金屬導(dǎo)體的時(shí)候發(fā)現(xiàn)的，后來在半導(dǎo)體和導(dǎo)電流體中也發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象，并且比金屬導(dǎo)體強(qiáng)的多。當(dāng)載流導(dǎo)體裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)，并且置于磁場運(yùn)行系統(tǒng)中時(shí)，如果該導(dǎo)體的電流運(yùn)動方向與磁場的運(yùn)動方向不一致的時(shí)候，該載流導(dǎo)體裝置上平行于磁場方向和電流方向的兩個(gè)不同面之間會產(chǎn)生一個(gè)電壓，即電動勢，這個(gè)電動勢就叫做霍爾電動勢，而這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)。霍爾效應(yīng)從發(fā)現(xiàn)至今100多年的時(shí)間，經(jīng)歷了三個(gè)階段：一階段，由于沒有得到充分的重視，應(yīng)用不大，基本處于停頓狀態(tài)；二階段，隨著半導(dǎo)體材料的廣泛應(yīng)用，推動了霍爾元件的應(yīng)用；三階段，隨著集成電路的快速發(fā)展，人們開始將霍爾元件進(jìn)行集成，形成霍爾傳感器，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，目前得以廣泛的應(yīng)用。

1.3霍爾元件
霍爾元件是在發(fā)現(xiàn)霍爾效應(yīng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種特殊的磁敏感元件。它是以半導(dǎo)體為材料，選擇濺射工藝進(jìn)行制作形成的，具有體積小、性能高、成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、自動化、測量等領(lǐng)域。由于半導(dǎo)體材料的使用，使霍爾元件的敏感性大幅度提高，能夠有效的感應(yīng)到溫度等參數(shù)的變化情況。一般情況下，霍爾元件分為霍爾線性器件和霍爾開：關(guān)器件兩種類型?；魻柧€性器件能夠直接檢測出受測體本身的磁特性，能夠輸出模擬信號，一般用于測量電流、電壓等參數(shù)。霍爾開關(guān)器件根據(jù)感應(yīng)方式的不同分為單性、雙性和全性三種類型，主要用于輸出數(shù)字量。如果在運(yùn)行過程中霍爾元件測量得到不同的電阻值，會導(dǎo)致磁場產(chǎn)生的電阻也不穩(wěn)定。因此，為了保證霍爾：元件的高效運(yùn)行，在使用期裝置時(shí)，應(yīng)配置一個(gè)與磁場運(yùn)行系統(tǒng)對應(yīng)的電勢補(bǔ)償電路和溫度補(bǔ)償電路。

1.3霍爾傳感器
霍爾傳感器是指基于霍爾效應(yīng)，將霍爾元件與補(bǔ)償電路、穩(wěn)壓電源、放大器等裝置集成在同一個(gè)芯片中形成的一種磁場傳感器。其中穩(wěn)壓電源能夠?yàn)榭刂齐娐诽峁┍匾碾娫粗С?，保證控制電路的正常運(yùn)行，并且能夠?qū)φ麄€(gè)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，包括電流和電阻的調(diào)節(jié)。根據(jù)霍爾元件分類的不同，霍爾傳感器同樣分為線型傳感器和開關(guān)傳感器兩種類型。線型霍爾傳感器輸出的電壓與磁場強(qiáng)度在一定的磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，一般適應(yīng)于電流和電壓等參數(shù)的測量；開關(guān)型霍爾傳感器主要輸出數(shù)字量，具有無磨損、無抖動、精度高、輸出波形清晰等顯著優(yōu)點(diǎn)。由于霍爾傳感器中的霍爾元件能夠在恒定的磁場系統(tǒng)中進(jìn)行轉(zhuǎn)動。因此，霍爾電動勢可以直觀的反映霍爾傳感器運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)角參數(shù)變化的狀況。

2霍爾傳感器在電力儀表中的應(yīng)用
霍爾傳感器由于其高靈敏性、高穩(wěn)定性、耐高溫、體積小、抗沖擊性等顯著優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、自動化、信息處理等各個(gè)領(lǐng)域。其中，在電力儀表領(lǐng)域中的應(yīng)用尤為?；魻杺鞲衅髟陔娏x表中的應(yīng)用主要包括電流、壓力、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的測量，具體內(nèi)容如下：

2.1對電力儀表電流的測量
電力儀表運(yùn)行時(shí)的電流參數(shù)的測定，需要霍爾傳感器按如下方法實(shí)現(xiàn)：首先，在測量電流時(shí)，將通電的導(dǎo)線置于安裝有霍爾元件的整個(gè)磁場運(yùn)行系統(tǒng)中。在此條件下，電力儀表運(yùn)行過程中會有一定的電流通過導(dǎo)線，在磁場運(yùn)行系統(tǒng)中的霍爾元件便會產(chǎn)生一定的電壓信號。如果測量區(qū)域中的霍爾傳感器的電流的大小和電流的流向發(fā)生變化，磁場運(yùn)行系統(tǒng)中相對應(yīng)的電壓信號勢必會發(fā)生變化。由于霍爾傳感器中有放大器裝置，這樣的變化波動會同時(shí)促使傳感器裝置感應(yīng)到電壓信號的變化，并通過放大器裝置對其進(jìn)行二次整流和放大后，獲得電流值大小，即完成電流的測量任務(wù)。

2.2對電力儀表壓力的測量
電力儀表運(yùn)行時(shí)的油壓等壓力參數(shù)測定的實(shí)現(xiàn)，其關(guān)鍵點(diǎn)在于電力儀表運(yùn)行時(shí)，霍爾傳感器裝置能夠?qū)⑦\(yùn)行過程中出現(xiàn)的非電量信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏啃盘?。使用霍爾傳感器對電力儀表的壓力參數(shù)進(jìn)行測量時(shí)，需要按如下方法實(shí)現(xiàn)：首先，將霍爾傳感器的各部分元件固定在電儀儀表系統(tǒng)中的彈性薄膜、波爾登管等彈性元件的一側(cè)。在電力儀表運(yùn)行過程中，系統(tǒng)中的彈性元件會在壓力作用下產(chǎn)生一定的位置變化，而且這種位移變量同時(shí)會對霍爾元件的位置產(chǎn)生作用，使其在具有線性變化的磁場中進(jìn)行有規(guī)律的移動，會產(chǎn)生并且輸出與此規(guī)律性移動相對應(yīng)的霍爾電動勢。但是，由于彈性薄膜、波爾登管等彈性元件的彈性位移變化范圍一般比較小，僅能夠支持變化范圍比較微小的參數(shù)的檢測。同時(shí)，由于當(dāng)前我國在此方面的技術(shù)條件還不夠成熟。因此，目前霍爾傳感器多用于電力儀表中油壓等微小壓力的測量工作。

2.3對電力儀表轉(zhuǎn)速的測量
電力儀表運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速參數(shù)的測定，需要霍爾傳感器按如下方法實(shí)現(xiàn)：首先，將一個(gè)能夠立運(yùn)行的圓盤裝置置于待測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸之中。同時(shí)，這個(gè)圓盤裝置要盡可能的靠近霍爾傳感器裝置及其所處的磁場運(yùn)行系統(tǒng)中。在磁場系統(tǒng)運(yùn)行過程中，圓盤裝置會通過自身的轉(zhuǎn)動作用使其磁阻參數(shù)隨著氣隙的變化劇樣產(chǎn)生周期性的變化?；魻杺鞲衅髦阅軌?qū)﹄娏x表的轉(zhuǎn)速參數(shù)進(jìn)行測量，主要通過以下兩種方式實(shí)現(xiàn)：一，在增設(shè)的嘲盤裝置外部邊緣粘貼’一個(gè)小磁鋼裝置，并將霍爾傳感器裝置置于其附近。在轉(zhuǎn)動圓盤裝置的過程中，粘貼的小磁鋼裝置會轉(zhuǎn)動到霍爾傳感器附近，并輸出相應(yīng)的磁脈沖信號。二，在增設(shè)的圓盤裝置背面粘貼一個(gè)小磁鋼裝置，并且同時(shí)接近正在轉(zhuǎn)動的齒輪裝置。在齒輪裝置轉(zhuǎn)動的過程中，會同時(shí)引發(fā)霍爾傳感器的磁感應(yīng)狀態(tài)，并輸出相應(yīng)的磁脈沖信號。以上兩種方式輸出的脈沖信號，通過放大器裝置對其進(jìn)行二次整流和放大后，可以實(shí)現(xiàn)對電力儀表轉(zhuǎn)速的測量工作。

3安科瑞霍爾傳感器產(chǎn)品選型
3.1產(chǎn)品介紹
霍爾電流傳感器主要適用于交流、直流、脈沖等復(fù)雜信號的隔離轉(zhuǎn)換，通過霍爾效應(yīng)原理使變換后的信號能夠直接被AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集和接受，響應(yīng)時(shí)間快，電流測量范圍寬精度高，過載能力強(qiáng)，線性好，抗干擾能力強(qiáng)。適用于電流監(jiān)控及電池應(yīng)用、逆變電源及太陽能電源管理系統(tǒng)、直流屏及直流馬達(dá)驅(qū)動、電鍍、焊接應(yīng)用、變頻器，UPS伺服控制等系統(tǒng)電流信號采集和反饋控制。

3.2產(chǎn)品選型
3.2.1開口式開環(huán)霍爾電流傳感器

3.2.2閉口式開環(huán)霍爾電流傳感器


3.2.3閉環(huán)霍爾電流傳感器

3.2.4直流漏電流傳感器

4結(jié)束語
綜上所述，霍爾傳感器作為檢測的基本工具，能夠?qū)⒈粶y非電量參數(shù)轉(zhuǎn)化為電量參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對不同過程的控制。由于雀爾傳感器本身具有高靈敏性、高穩(wěn)定性、耐高溫、體積小、抗沖擊性等顯著優(yōu)點(diǎn)，不僅在汽車工業(yè)、自動化、信息處理等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，而且對電力儀表運(yùn)行過程中電流、壓力、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的測量也表現(xiàn)出良好的應(yīng)用和潛在優(yōu)勢。因此，通過本文對霍爾傳感器概況的分析和在電力儀表領(lǐng)域的應(yīng)用分析，期望能夠?yàn)橄嚓P(guān)方面的研究提供參考，提高霍爾傳感器的應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】
[1]白韶紅.集成霍爾傳感器的發(fā)展[J].自動化儀表.2003.24（3）：1-9
[2]季建珍.霍爾傳感器在電氣儀表中的應(yīng)用
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2019.11版


安科瑞電氣股份有限公司專注于10KV饋線保護(hù)裝置,電流互感器,溫濕度控制器,有源電力濾波器,混合動態(tài)濾波補(bǔ)償裝置,有源濾波器廠家,低壓饋線保護(hù)器等, 歡迎致電 18702111791

• 詞條

  詞條說明

• 智能應(yīng)急疏散照明系統(tǒng)在火車站房設(shè)計(jì)中的選型應(yīng)用

  智能應(yīng)急疏散照明系統(tǒng)在火車站房設(shè)計(jì)中的選型應(yīng)用?楊馨安科瑞電氣股份有限公司201801?摘要：本文首先提出了當(dāng)前我國消防應(yīng)急疏散照明設(shè)計(jì)中存在的問題；簡要介紹了智能疏散照明的技術(shù)特點(diǎn)及其在智能建筑中的應(yīng)用優(yōu)勢；結(jié)合實(shí)際工程，著重討論了智能應(yīng)急疏散照明系統(tǒng)在火車站房設(shè)計(jì)中的應(yīng)用；后面分析了智能應(yīng)急疏散照明系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意的問題。關(guān)鍵詞智能控制 應(yīng)急疏散 動態(tài)逃生 火車站房&nbs

• 安科瑞電能管理系統(tǒng)在寧夏醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院的應(yīng)用

  楊馨 安科瑞電氣股份有限公司，上海?嘉定?201801 摘要：介紹安科瑞電能管理系統(tǒng)，采用智能電力儀表采集10個(gè)地點(diǎn)樓層配電箱的各種電參量。系統(tǒng)采用現(xiàn)場就地組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)后通過現(xiàn)場總線通訊遠(yuǎn)傳至監(jiān)控后臺，通過電能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對變電所配電回路用電的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。 ? 關(guān)鍵詞：樓層配電箱;智能電力儀表;電能管理系統(tǒng); ? ? 0 概述  

• 淺析*門監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝方法

  楊馨 安科瑞電氣股份有限公司?上海嘉定 201801摘要：*門監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置對于使用單位的消防安全管理非常重要，但在*門監(jiān)控系統(tǒng)平時(shí)維護(hù)及保養(yǎng)的過程中，由于設(shè)計(jì)不合理或者安裝不正確，導(dǎo)致系統(tǒng)難以發(fā)揮作用，文章將對此進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞: *門；監(jiān)控系統(tǒng)；信號反饋；應(yīng)用難題0 引言 在火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范和*門監(jiān)控器國家標(biāo)準(zhǔn)中，對*門監(jiān)控系統(tǒng)制定了需要達(dá)到的聯(lián)動要求，并規(guī)定了實(shí)現(xiàn)

• 淺談企業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)規(guī)劃與建設(shè)

  ?楊馨安科瑞電氣股份有限公司?上海嘉定? 201801?摘要：企業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)是應(yīng)用信息化技術(shù)建設(shè)數(shù)字化能源管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能耗在線監(jiān)測，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地掌握重點(diǎn)行業(yè)、重點(diǎn)企業(yè)及關(guān)鍵工序的能源消耗情況。文中詳細(xì)介紹了企業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)背景、建設(shè)需求、建設(shè)原則和目標(biāo)、主要建設(shè)內(nèi)容，以及產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)和社會效益等。關(guān)鍵詞：能耗；節(jié)能管理；用能權(quán)；碳排放；在線監(jiān)