霍尔传感器在测量系统中的原理及测量方法

　　系统结构简图

　　检测系统构成如图2，被测量经霍尔传感器转换为电压信号，经信号调理电路和多路转换开关选择，通过A／D 转换器 送给单片机，单片机采用89C51，是该系统的主控器，键盘选用2×4键盘，用于选择被测量的种类，采用数码管或液晶显示被测量的大小。

　　电参量的测量方法

　　1电压、电流信号的测量

　　电流的测量可采用磁平衡式霍尔电流传感器(亦称为零磁通式霍尔传感器)如图3所示。

　　当被测电流IIN流过原边回路时，在导线周围产生磁场HIN这个磁场被聚磁环*，并感应给霍尔器件，使其有一个信号UH输出；这一信号经 放大器 A 放大，输人到 功率放大器 中Q1，Q2中，这时相应的功率管导通，从而获得一个补偿电流IO；由于此电流通过多匝绕组所产生的磁场HO与原边回路电流所产生的磁场HIN相反；因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出电压UH逐渐减小，最后当IO与匝数相乘N2IO所产生的磁场与原边N1IIN所产生的磁场相等时，IO不再增加，这时霍尔器件就达到零磁通检测作用。

　　这一平衡所建立的时间在1μs之内，这是一个动态平衡过程，即原边回路电流IIN的任何变化均会破坏这一平衡的磁场，一旦磁场失去平衡，就有信号输出，经过放大后，立即有相应的电流流过副边线圈进行补偿。因此从宏观上看副边补偿电流的安匝数在任何时间都与原边电流的安匝数保持相等，即 N1IIN=N2IO，所以IIN=N2I2／N1(IIN为被测电流，即磁芯中初级绕组中的电流，N1为初级绕组的匝数；IO为补偿绕组中的电流；N2 为补偿绕组的匝数)。

　　由原、副边匝数可知，只要测得补偿线圈的电流IO，即可知道原边电流IIN，如原边为导线穿心式，则N1=l，IIN=N2IO。利用同样的原理可进行电压测量，只需在原边线圈回路中串联一个电阻R1，将原边电流IIN转换成被测电压UIN。即UIN=(R1+RIN)IIN= (R1+RIN)N2IO／N1，RIN为原边绕阻的内阻(一般很小不计)。对特高压交流电压的测量，先经隔离变压器降压后，对降压后的电压进行测量，然后对测量数据乘以倍数，即可得被测电压的大小。

　　该测量输出信号为电流形式IO。若在霍尔电流 传感器 的输出电路与电源零点之间串接恰当的电阻R0，并在该电阻上取电压，就构成了电压形式的输出。输出电压经电压调整电路、线性放大电路、不等位补偿电路、射集跟随等获得所需的电压，便于测量与显示。