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主要的电流传感器原理及其特点

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  • 发布时间:2017/8/30 20:25:45
  • 作者:hb_yinhe

  根据不同的电流测量原理,电流传感器一般有电阻分流器检测、霍尔效应、磁通门、电磁感应、罗氏线圈(电磁感应原理及安培环路定律)这五种技术。根据测量原理的不同,电流传感器主要有分流器、霍尔电流传感器、电流互感器、磁通门电流传感器、罗氏线圈、巨磁阻电流传感器、光纤电流传感器这几种类型。

分流器

  分流器是根据直流电流通过电阻时电阻两端产生电压的原理制作而成,分流器实际就是一个阻值很小的电阻,当有直流电流通过时,产生压降,供直流电流表显示,直流电流表实际为电压表,一般这个电压表量程为75mV、150mV、300mV,用电压表来测量这个电压,再将这个电压换算成电流,就完成了大电流的测量。

分流器原理图

分流器原理图

  在低频率小幅值电流测量中,表现出高的精度和较快的响应速度。在工业领域中,在不涉及到测量回路与被测电流之间电隔离的场合,分流器是将电流信号转变成电压信号的首选的低成本方案。

电流互感器

  电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。电流互感器的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流,用来进行保护、测量等用途。

穿心式电流互感器原理图

穿心式电流互感器原理图

  电流互感器技术成熟,在工频测量方面有非常高的精度,由于其原理限制,不能测量直流。

霍尔电流传感器

  霍尔电流传感器包括开环式和闭环式两种,开环的霍尔电流传感器采用的是霍尔直放式原理,闭环的霍尔电流传感器采用的是磁平衡原理。高精度的霍尔电流传感器大多属于闭环式。

开环霍尔电流传感器原理图

开环霍尔电流传感器原理图

磁平衡式霍尔电流传感器原理图

磁平衡式霍尔电流传感器原理图

磁通门电流传感器

  磁通门传感器是利用被测磁场中高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下,其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的。这种物理现象对被测环境磁场来说好像是一道“门”,通过这道“门”,相应的磁通量即被调制,并产生感应电动势。利用这种现象来测量电流所产生的磁场,从而间接的达到测量电流的目的。

磁通门电流传感器原理图

磁通门电流传感器原理图

  磁通门传感器具有分辨力高、测量弱磁场范围宽、可靠、能够直接测量磁场的分量和适于在速运动系统中使用等特点。

  目前磁通门技术是高性能电流传感器最好的解决方案,银河电气是国内最早进行这方面研究的企业,其研制的同时基于磁调制和磁平衡原理的CS系列零磁通电流传感器在市场上已经得到了非常好应用。

罗氏线圈

  罗氏线圈是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈。输出信号是电流对时间的微分。通过一个对输出的电压信号进行积分的电路,就可以真实还原输入电流。该线圈具有电流可实时测量、响应速度快、不会饱和的特点,适用交流尤其是高频大电流测量。

罗氏线圈测量原理图

罗氏线圈测量原理图

  罗氏线圈是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈。输出信号是电流对时间的微分。通过一个对输出的电压信号进行积分的电路,就可以真实还原输入电流。该线圈具有电流可实时测量、响应速度快、不会饱和的特点,适用交流尤其是高频大电流测量。

巨磁阻电流传感器

  物质的电阻率在磁场中会产生轻微变化。这种现象叫磁阻效应(AMR)。某些条件下物质电阻率会随磁场产生较大变化称作巨磁阻效应(GMR)。GMR可以比AMR大一个数量级的灵敏度。巨磁阻效应是一种量子力学和凝聚态物理学现象,是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。基于这个效应的传感器就是巨磁阻传感器。

巨磁阻电流传感器原理图

巨磁阻电流传感器原理图

光纤电流传感器

  光纤电流传感器是以法拉第磁光效应为基础、以光纤为介质的新型电流传感器。激光束通过光纤,并经起偏器产生偏振光,经自聚焦透镜人射到磁光晶体:在电流产生的外磁场作用下,偏振面旋转θF角度;经过检偏器、光纤,进人信号检测系统,通过对θF的测量得到电流值。

光纤电流传感器原理图

光纤电流传感器原理图

  光纤电流传感器主要应用于电力系统中电流的测量;除此之外与电机制造厂、测量仪器仪表厂结合,还可研制开发线路事故点的标定装置及事故区间的判定装置等一系列电力系统的测量、诊断装置。