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[导读]通常的电流传感器、互感器是把大电流转换为同频同相的小电流以便于测量或实现隔离。根据不同的变换原理,一般有基于电磁感应原理、霍尔效应、磁通门这几种技术的电流传感器/互感器。这里将向大家介绍在现场该如何选用正确的传感器来保障测试效果最佳。

通常的电流传感器、互感器是把大电流转换为同频同相的小电流以便于测量或实现隔离。根据不同的变换原理,一般有基于电磁感应原理、霍尔效应、磁通门这几种技术的电流传感器/互感器。这里将向大家介绍在现场该如何选用正确的传感器来保障测试效果最佳。

由于传感器的测量”死区”问题,大量程传感器无法测试小电流,所以现场测试时往往需要选择多种传感器来匹配不同测试场合。那到底该如何选择呢?

一、电流互感器

电流互感器类似于一个初级匝数很少,次级匝数较多的变压器。理想情况下初次级电流之比与匝数比成反比,电流变换比例以初次级额定电流标注,例如“300A/5A”,表示被测电流为额定值300A时输出电流为5A。由于初次级线圈均存在漏感和电阻,以及励磁电流、铁芯磁化曲线非线性,会导致互感器产生比值误差和相位误差。用于计量计费的互感器准确度一般为0.1~1级。由互感器原理可知,它是不能测量直流电流的,通常设计为工频测量,准确度为工频下的参数,带宽较窄,不适合用于谐波分析和非正弦测量,如果测量的型号含有大量谐波,那么结果就很严重偏小。使用电流互感器一定注意不能将次级开路,否则将会产生高压危及人身和设备安全。

二、电流钳

电流钳可以说是应用的最多的传感器了,它们小巧、灵活、几乎可以适应所有测试场合。从原理上看,主要分为电磁感应原理和霍尔效应两种类型。

基于电磁感应原理的电流钳与互感器一样,铁芯被分成两部分,闭合时两部分铁芯需要紧密结合,有些电流钳次级连接了电阻输出为电压信号,没有内部电阻的输出为电流信号,这也是为什么有些厂家同一个型号的电流钳有电流和电压输出两种类型,最典型的就是法国CA的C117和C116。受到两部分铁芯闭合程度的影响,电流钳精度通常比互感器差一些。同样地基于电磁感应的电流钳也只能测量交流。

基于霍尔效应的电流钳是在铁芯中加工了一个气隙放置霍尔元件,利用霍尔元件测量气隙中的磁感应强度,根据控制方式不同,有开环和闭环两种类型。开环霍尔型使用线性度较好的霍尔元件,霍尔元件输出电压正比于被测电流。闭环霍尔型使用零磁通技术,铁芯上有补偿线圈。当初级有被测电流在铁芯中产生磁通时,霍尔元件检测铁芯中的磁感应强度,通过负反馈将此误差电压转换为电流驱动补偿线圈,抵消铁芯中的磁通,最终被测电流与补偿线圈产生的磁通量大小一致方向相反,通过测量补偿线圈的电流即可按照匝数比换算出被测电流。

开环和闭环霍尔型电流钳都可以测量直流和交流,开环霍尔受铁芯非线性和霍尔元件温度特性等影响,精度和线性度都较差,但成本低。闭环霍尔对霍尔元件的线性度依赖较小,铁芯工作在零磁通下,因此精度比开环的高。但是电流钳存在活动铁芯闭合程度不理想问题,几乎没有等于优于0.1%的,能够做到1%已经是很高的指标。霍尔元件需要提供工作电压,因此这两种电流钳都要供电,闭环霍尔需要驱动补偿线圈耗电更大。

三、闭口式电流传感器

通常与霍尔型电流钳一样,也有开环和闭环霍尔两种类型,输出为电流或电压信号。由于闭口形式,比相同类型的电流钳精度高,我们最常见的大部分LEM LF系列传感器就是这种原理。

另外有利用磁通门技术的电流传感器,精度优于0.05%,甚至达到12ppm,但是这种类型传感器非常昂贵并且很脆弱。在使用中一旦未给传感器供电情况下,通有被测电流,会造成传感器损坏。此类电源最常见的就是LEM IT系列的传感器。

四、精密电阻

精密电阻可以说是经常被忽略的,也许大家不知道在什么场合用它。它的本质其实就是一个电阻,可以将采到的电流信号转为电压信号。那什么时候用呢?举个例子如下。

当使用功率计PA333H和LEM LF 205-S传感器进行测试,该传感器的变比为1:2000,功率计PA333H能准确测试的最小电流为10mA,换算回来,通过传感器我们最小能测的电流大小为20A!这种组合显然是不合理的,但是依然有很多场合需要用到。如果此时我需要测试20A以下的电流该怎么办呢?除了换变比更小的传感器和换成功率分析仪以外(可以测到更小的电流),还可以使用紧密电阻。如致远电子的PATV-33,它的阻值约为3.3欧,加上它之后,这个组合的变比就成了1.65mV/A,最小可以测量到0.3A左右。大大提升了传感器测量小电流的能力。

测试仪器结合霍尔传感器的测试方案已经应用在了工业生产、汽车、新能源等各大领域,整体的测量精度也不仅由测试仪器决定,同时,传感器也发挥着不可或缺的作用。在测试过程中,选用合适的传感器和使用正确的测量方法是非常有必要的。

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