什么是电流传感器?电流传感器的分类、特点及工作原理

电流传感器,是一种检测装置,能感受到被测电流的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

电流传感器也称磁传感器,可以在家用电器、智能电网、电动车、风力发电等等,在我们生活中都用到很多磁传感器,比如说电脑硬盘、指南针,家用电器等等。

小小的电源设备已经融合了越来越多的新技术。例如开关电源、硬开关、软开关、稳压、线性反馈稳压、磁放大器技术、数控调压、PWM、SPWM、电磁兼容等等。实际需求直接推动电源技术不断发展和进步,为了自动检测和显示电流,并在过流、过压等危险情况发生时具有自动保护功能和更高级的智能控制,具有传感检测、传感采样、传感保护的电源技术渐成趋势,检测电流或电压的传感器应运而生并在我国逐渐受到广大电源设计者的青睐。

电流传感器的分类

电流传感器依据测量原理不同,主要可分为:分流器、电磁式电流互感器、电子式电流互感器等。

电子式电流互感器包括霍尔电流传感器、罗柯夫斯基电流传感器及专用于变频电量测量的AnyWay变频功率传感器(可用于电压、电流和功率测量)等。

与电磁式电流传感器相比较,电子式电流互感器没有铁磁饱和,传输频带宽,二次负荷容量小、尺寸小、重量轻、是今后电流传感器的发展方向。

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。

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当线偏振光在介质中传播时,若在平行于光的传播方向上加一强磁场,则光振动方向将发生偏转,偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比,即ψ=V*B*l,比例系数V称为费尔德常数,与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第效应。1845年由M.法拉第发现。

电流传感器的作用

电流传感器是一种有源模块,如霍尔器件、运放、末级功率管,都需要工作电源,并且还有功耗,它有以下优势作用:

(1)输出地端集中接大电解上以利降噪。

(2)电容位uF,二极管为1N4004。

(3)变压器根据传感器功耗而定。

(4)传感器的工作电流。直检式(无放大)耗电:最大5mA;直检放大式耗电:最大±20mA;磁补偿式耗电:20输出电流;最大消耗工作电流20输出电流的2倍。根据消耗工作电流可以计算出功耗。


电流传感器的特点

传感器不论是开环还是闭环原理,基本的性能区别不大,基本的优点在于:响应时间快、低温漂、精度高、体积小、频带宽、抗干扰能力强、过载能力强。

电流传感器选型的关键

1、选择电流传感器时需要注意穿孔尺寸是否能够保证电线可以穿过传感器;

2、选择电流传感器时需要注意空间结构是否满足;

3、选择电流传感器时需要注意现场的应用环境是否有高温、低温、高潮湿、强震等特殊环境;


电流传感器的工作原理

随着科技的不断发展,目前的电源设备越来越小巧精致,也融合了许许多多新鲜的技术成果。比方开关电源、硬开关、软开关、稳压、线性反馈稳压、磁放大器技术、数控调压、PWM、SPWM、电磁兼容等等。实际需求直接推动电源技术不断发展和进步,为了自动检测和显示电流,并在过流、过压等危险情况发生时具有自动保护功能和更高级的智能控制,具有传感检测、传感采样、传感保护的电源技术渐成趋势,检测电流或电压的传感器应运而生并在我国逐渐受到广大电源设计者的青睐,所以电流传感器便应运而生。

电流传感器是基于霍尔磁平衡原理(闭环)和霍尔直测式(开环)两种基本原理。

1、开环电流传感器的原理:原边电流IP产生的磁通被高品质磁芯聚集在磁路中,霍尔元件固定在很小的气隙中,对磁通进行线性检测,霍尔器件输出的霍尔电压经过特殊电路处理后,副边输出与原边波形一致的跟随输出电压,此电压能够精确反映原边电流的变化。

2、磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器,即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈,电流所产生的磁场进行补偿, 从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。

磁平衡式电流传感器的具体工作过程为:当主回路有一电流通过时,在导线上产生的磁场被聚磁环聚集并感应到霍尔器件上, 所产生的信号输出用于驱动相应的功率管并使其导通,从而获得一个补偿电流Is。 这一电流再通过多匝绕组产生磁场 ,该磁场与被测电流产生的磁场正好相反,因而补偿了原来的磁场, 使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘 所产生的磁场相等时,Is不再增加,这时的霍尔器件起指示零磁通的作用 ,此时可以通过Is来平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。 一旦磁场失去平衡,霍尔器件就有信号输出。经功率放大后,立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡,所需的时间理论上不到1μs,这是一个动态平衡的过程。

电流传感器在使用中的优越性

1、使用分流器的弊端是不能电隔离,且还有插入损耗,电流越大,损耗越大,体积也越大,人们还发现分流器在检测高频大电流时带有不可避免的电感性,不能真实传递被测电流波形,更不能真实传递非正弦波型。电流传感器完全消除了分流器以上的种种弊端,且精度和输出电压值可以和分流器做的一样,如精度0.5、1.0级,输出电压50、75mV和100mV均可。

2、非接触检测。在进口设备的再改造中,以及老旧设备的技术改造中,显示出非接触测量的优越性;原有设备的电气接线不用丝毫改动就可以测得电流的数值。

3、使用非常方便,取一只LT100-C型电流传感器,在M端与电源零端串入一只100mA的模拟表头或数字万用表,接上工作电源,将传感器套在电线回路上,即可准确显示主回路0~100A电流值。以上就是关于电流传感器作用的相关内容了,因其强大而实用的特性,被广泛运用于我们的生活场景当中。我们在对电流传感器进行选型的时候,还是很有必要了解一下其特点的,这样才能选择到让人满意的产品。


电流传感器的新型产品

电流传感器主要用于工业控制和独立的电压、电流测量,因此,一般都不标称与功率测量准确度密切相关的角差指标,因此,不适用于高精度的功率测量。

随着变频技术和节能技术的发展,有必要对各类变频调速装置的能效进行准确的评测,而电磁式电压、电流互感器一般只能准确测量工频正弦电路的功率。新型的变频功率传感器,是一种电压、电流组合式传感器,该类传感器直接输出数字量,并采用光纤进行传输,可以有效避免传输环节的损耗和干扰。并且在较宽的频率范围内具有较小的比差和角差,可以准确测量各类变频电量(电压、电流、功率和谐波等)。广泛应用于混合动力电动汽车、电动车、太阳能发电、风力发电、变频器、变频电机和燃料电池等的产品检验和能效评测。

英国出现了一种适合于安装在240伏-600安变电站主线上的电流传感器,这种传感器对变电站的电力输出进行监控,可以减少地方电网故障所造成的停电时间。电流传感器可以对供电电缆进行电流监控,若是电缆出线超负荷,这些电流传感器可将一部分负荷转移到其他相中,或者是新铺设的电缆中,保护电缆的安全使用和运行。

随着智能电网的不断发展和升级,电流传感器也在技术、设计和效用等方面不断进行改进和完善,对冶金、化工等行业的电流测流具有重大作用。

基于智能电网的光纤电流传感器

新型光纤电流传感器就是智能电网快速发展的科技产物。我国推出了XDGDL-1光纤电流传感系统,实现了管线电流传感系统的全数字闭环控制,具有稳定性和线性度好、灵敏度高等特点,满足了大量程范围的高精度测量要求。

同时,该系统开发了一种可现场绕制的伸缩结构,安装方便,可避免杂散磁场的干扰,母线偏心的测量误差小于正负0.1%,实现了一种高精度信号转换方案,为整流器控制设备提供高精度模拟信号和标准数字通信接口。

基于TMR(隧道磁电阻)效应的电流传感器:

TMR磁感应技术在2004年首次工业应用于电脑硬盘领域, 使硬盘的存储密度有了质的飞跃,单碟TB级的存储硬盘进入民用市场。经过近10年的发展,TMR技术依然焕发勃勃生机。TMR磁感应效应和Hall技术类似,算是第四代磁感应技术。灵敏度,分辨率,功耗,温度特性都有10倍以上的提升。全芯片级制程控制提供可靠的品质和合理的价格。国内有些厂家开始推出TMR技术的电流传感器。基于TMR芯片制造的电流传感可以在高灵敏度,温度稳定性,抗干扰性,小型化、集成化、智能化和低功耗方面有着出色的表现。

工业升级发展促进电流传感器改进

在我国工业发展升级的驱动下,电力设备的安全性使用越来越受到重视。电流传感器作为一个兼具保护性和监控作用的工具,将会在未来的电网中起到更重要的意义。相比国外同类产品,国内的电流传感器技术还有很大的差距需要弥补和提高。

国内也逐渐涌现出有很多新型产业,都需要传感器的支持,无论是出于安全性考虑还是市场效益考虑,电流传感器将会趋于更加高效可靠,在低碳环保的要求下,小型化也是未来的一大趋势,这也将促进国内传感器厂商投入更多的经历开发新技术和产品。在不久的将来,电流传感器将会在更多行业得到广泛应用,同时将为新兴物联网打好基础。

电流传感器的未来趋势

电流传感器未来的发展趋势有以下几种特点:

1、高灵敏度。被检测信号的强度越来越弱,这就需要磁性传感器灵敏度得到极大提高。应用方面包括电流传感器、角度传感器、齿轮传感器、太空环境测量。

2、温度稳定性。更多的应用领域要求传感器的工作环境越来越严酷,这就要求磁传感器必须具有很好的温度稳定性,行业应用包括汽车电子行业。

3、抗干扰性。很多领域里传感器的使用环境没有任何评比,就要求传感器本身具有很好的抗干扰性。包括汽车电子、水表等等。

4、小型化、集成化、智能。要想做到以上需求,这就需要芯片级的集成,模块级集成,产品级集成。

5、高频特性。随着应用领域的推广,要求传感器的工作频率越来越高,应用领域包括水表、汽车电子行业、信息记录行业。

6、低功耗。很多领域要求传感器本身的功耗极低,得以延长传感器的使用寿命。应用在植入身体内磁性生物芯片,指南针等等。


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