霍爾傳感器在測量系統中的原理及測量方法

　　系統結構簡圖

　　檢測系統構成如圖2，被測量經霍爾傳感器轉換為電壓信號，經信號調理電路和多路轉換開關選擇，通過A／D轉換器送給單片機，單片機采用89C51，是該系統的主控器，鍵盤選用2×4鍵盤，用于選擇被測量的種類，采用數碼管或液晶顯示被測量的大小。

　　電參量的測量方法

　　1電壓、電流信號的測量

　　電流的測量可采用磁平衡式霍爾電流傳感器(亦稱為零磁通式霍爾傳感器)如圖3所示。

　　當被測電流IIN流過原邊回路時，在導線周圍產生磁場HIN這個磁場被聚磁環*，并感應給霍爾器件，使其有一個信號UH輸出；這一信號經放大器A 放大，輸人到功率放大器中Q1，Q2中，這時相應的功率管導通，從而獲得一個補償電流IO；由于此電流通過多匝繞組所產生的磁場HO與原邊回路電流所產生的磁場HIN相反；因而補償了原來的磁場，使霍爾器件的輸出電壓UH逐漸減小，最后當IO與匝數相乘N2IO所產生的磁場與原邊N1IIN所產生的磁場相等時，IO不再增加，這時霍爾器件就達到零磁通檢測作用。

　　這一平衡所建立的時間在1μs之內，這是一個動態平衡過程，即原邊回路電流IIN的任何變化均會破壞這一平衡的磁場，一旦磁場失去平衡，就有信號輸出，經過放大后，立即有相應的電流流過副邊線圈進行補償。因此從宏觀上看副邊補償電流的安匝數在任何時間都與原邊電流的安匝數保持相等，即 N1IIN=N2IO，所以IIN=N2I2／N1(IIN為被測電流，即磁芯中初級繞組中的電流，N1為初級繞組的匝數；IO為補償繞組中的電流；N2 為補償繞組的匝數)。

　　由原、副邊匝數可知，只要測得補償線圈的電流IO，即可知道原邊電流IIN，如原邊為導線穿心式，則N1=l，IIN=N2IO。利用同樣的原理可進行電壓測量，只需在原邊線圈回路中串聯一個電阻R1，將原邊電流IIN轉換成被測電壓UIN。即UIN=(R1+RIN)IIN= (R1+RIN)N2IO／N1，RIN為原邊繞阻的內阻(一般很小不計)。對特高壓交流電壓的測量，先經隔離變壓器降壓后，對降壓后的電壓進行測量，然后對測量數據乘以倍數，即可得被測電壓的大小。

　　該測量輸出信號為電流形式IO。若在霍爾電流傳感器的輸出電路與電源零點之間串接恰當的電阻R0，并在該電阻上取電壓，就構成了電壓形式的輸出。輸出電壓經電壓調整電路、線性放大電路、不等位補償電路、射集跟隨等獲得所需的電壓，便于測量與顯示。