传感器测电流

电流的测量高琦2011年9月28日常用的测电流工具指针式电流表数字万用表钳形表示波器指针式电流表原理：应用磁电原理工作，驱动指针运动，依靠指针在面板上停留位置来显示的度数的电流表。使用方法：(1)使用前应先检查指针是否指零。(2)必须要把电流表串联在电路中。(3)要使电流从标有“+”接线柱流入电流表,从标有“—”的接线柱流出电流表。(4)不允许把电流表直接接到电源的两极。(5)被测电流的大小不能超过电流表的量程。数字万用表原理：在直流数字电压表DVM的基础上增加了一些转换器而构成。在测量时先把被测量通过不同的转换器转换成直流电压，然后再用数字电压表进行电压测量，从而得到被测量的数值.使用方法：（1）熟悉面板上各开关、按键、插孔、旋钮等功能及操作方法。（2）DMM在开始测量时会出现跳数现象，应等显示值稳定后再读数，否则会有误差。（3）在测量时，红表笔接“V、Ω”插孔，带正电；黑表笔接“COM”插孔，带负电。（4）使用时一般手握表笔操作，手不要接触表笔的金属部分，以保证安全和测量准确。（5）每次使用完仪表应将开关拔到“OFF”位置。钳形表原理：钳形表(钳表)，是集电流互感器与电流表于一身的仪表，其工作原理与电流互感器测电流是一样的。电流互感器的铁心在捏紧扳手时可以张开；被测电流所通过的导线可以不必切断就可穿过铁心张开的缺口，当放开扳手后铁心闭合，穿过铁心的被测电路导线就成为电流互感器的一次线圈，其中通过电流便在二次线圈中感应出电流。从而使二次线圈相连接的电流表便有指示-----测出被测线路的电流。使用方法:（1）测量前要机械调零（2）选择合适的量程，先选大，后选小量程或看铭牌值估算。（3）当使用最小量程测量，其读数还不明显时，可将被测导线绕几匝，匝数要以钳口中央的匝数为准。（4）测量完毕，要将转换开关放在最大量程处。（5）测量时，应使被测导线处在钳口的中央，并使钳口闭合紧密，以减少误差。示波器原理：示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量。使用方法：示波器测量时是属于电压测量法，它测量是类似于电压表，并具有较高的输入电阻，它是不能串联在电路中进行测量的。所以示波器测量电路中电流时，根据不影响电路工作的前提下，一般是在电路中串联一个小电阻，（比如：1欧姆）然后测量这个电阻上的压降，便可换算出电流。这个1欧姆的电阻我们就称呼它叫“取样电阻”。可用于测电流的传感器（1）电流互感器（2）霍尔传感器（3）采样电阻（4）光纤电流传感器电流互感器原理: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。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。作用: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。如变比为400/5的电流互感器，可以把实际为400A的电流转变为5A的电流.接线方法：1）电流互感器的接线应遵守串联原则：即一次绕阻应与被测电路串联，而二次绕阻则与所有仪表负载电流互感器串联。2）按被测电流大小，选择合适的变化，否则误差将增大。同时，二次侧一端必须接地，以防绝缘一旦损坏时，一次侧高压窜入二次低压侧，造成人身和设备事故。3）二次侧绝对不允许开路，因一旦开路，一次侧电流I1全部成为磁化电流，引起φm和E2骤增，造成铁心过度饱和磁化，发热严重乃至烧毁线圈；同时，磁路过度饱和磁化后，使误差增大。电流互感器在正常工作时，二次侧近似于短路，若突然使其开路，则励磁电动势由数值很小的值骤变为很大的值，铁芯中的磁通呈现严重饱和的平顶波，因此二次侧绕组将在磁通过零时感应出很高的尖顶波，其值可达到数千甚至上万伏，危机工作人员的安全及仪表的绝缘性能。4）电流互感器的接线方式按其所接负载的运行要求确定。最常用的接线方式为单相，三相星形和不完全星形电流互感器的分类（1）测量用电流互感器原理：在测量交变电流的大电流时，为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流（我国规定电流互感器的二次额定为5A或1A），另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用。它是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器，电流互感器将高电流按比例转换成低电流，电流互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等。测量方法：电流互感器1次侧只有1到几匝，导线截面积大，串入被测电路。2次侧匝数多,导线细，与阻抗较小的仪表(电流表/功率表的电流线圈)构成闭路。电流互感器的运行情况相当于2次侧短路的变压器，忽略励磁电流，I1N1=I2N2。电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比，叫实际电流比I1/I2=N2/N1=k。（2）保护用电流互感器保护用电流互感器主要与继电装置配合，在线路发生短路过载等故障时，向继电装置提供信号切断故障电路，以保护供电系统的安全。保护用微型电流互感器的工作条件与测量用互感器完全不同，保护用互感器只是在比正常电流大几倍几十倍的电流时才开始有效的工作。保护用互感器主要要求：1.绝缘可靠。2.足够大的准确限值系数。3.足够的热稳定性和动稳定性。使用注意事项电流互感器运行时，副边不允许开路。因为一旦开路，原边电流均成为励磁电流，使磁通和副边电压大大超过正常值而危及人身和设备安全。因此，电流互感器副边回路中不许接熔断器，也不允许在运行时未经旁路就拆下电流表、继电器等设备。霍尔传感器1.工作原理：霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。2.霍尔效应：在导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得导线中的电子与空穴受到不同方向的洛伦兹力而往不同方向上聚集，在聚集起来的电子与电洞之间会产生电场，此一电场将会使后来的电子空穴受到电力作用而平衡掉磁场造成的洛伦兹力，使得后来的电子电洞能顺利通过不会偏移，此称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。d1324B霍尔电势UH霍尔系数灵敏度系数电流与磁场的夹角结论：(1)霍尔电势与I、B成正比；（2）灵敏度与电荷密度成正比、与材料厚度成反比.cosHHUKIB1()HRne/HHKRd3.霍尔元件：霍尔元件－具有霍尔效应的元件结构与电路符号：4/5引脚单片封装，电路符号电器特性：霍尔电势－电流特性UH-I：线性；霍尔电势－磁场特性UH-I：B0.5T时线性较好；输/入出电阻－磁场特性R-B：磁场增加，内阻增大.使霍尔电势降低.4.霍尔电流传感器测量原理：原理：当电流流过一根长的直导线时，在导线周围产生磁场，磁场的大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测，由于磁场的变化与霍尔器件的输出电压信号有良好的线形关系，因此可利用霍尔器件的测得的输出信号，直接反应出导线中的电流大小：I∝B∝VH式中：B为导线通电流后产生的磁感应强度；I为通过导线中的电流；VH为霍尔器件在磁场B中产生的霍尔电压。当选择适当的比例系数，上述关系可以表示为等式。对于霍尔输出电压信号VH的处理，人们设计了许多种电路，但总体来讲可分为两类，一类为开环霍尔电流传感器；另一类为闭环霍尔电流传感器。霍尔电流传感器的分类：（1）开环霍尔电流传感器原理：载流导线被夹持在电流传感器的铁芯中，导线上的电流越大，产生的磁感应强度B也越大，霍尔元件产生的霍尔电势与被测导线中的电流成正比。直流和交流电流均可产生霍尔电势，所以霍尔电流传感器有取代电流互感器的趋势。在霍尔电流传感器中，NP被定义为“一次测线圈”的匝数，一般取NP=1；NS为厂家所设定的“二次侧线圈的匝数”。因此有：依据霍尔电流传感器的额定技术参数和输出电流IS就可以计算得到被测电流。PSSPIINN将霍尔元件的输出电压用运算放大器直接信号放大，得到所需要的信号电压，由此电压值来标定原边被测电流大小。开环霍尔传感器的优缺点优点：电路形式简单；成本相对较低；缺点：精度、线性度较差；响应时间较慢；温度漂移较大。（2）闭环霍尔传感器原理：闭环霍尔电流传感器的工作原理是磁平衡式的，即原边电流（IN）所产生的磁场，通过一个副边线圈的电流（IM）所产生的磁场进行补偿，使霍尔器件始终处于检测零磁通的工作状态。当原副边补偿电流产生的磁场在磁芯中达到平衡时：N×IN=n×IM式中：N为原边线圈的匝数；IN为原边电流；n为副边线圈的匝数;IM为副边补偿电流。由上式看出，当已知传感器原边和副边线圈匝数时，通过测量副边补偿电流IM的大小，即可推算出原边电流IN的值，从而实现了原边电流的隔离测量。采样电阻如图为一电流控制系统原理图，即为采样电阻.根据欧盟定律，即可求得该点电流值。SR/sIUR采样电阻一般使用的都是精密电阻，阻值低，精密度高，一般在阻值精密度在±1%以内，更高要求的用途时会采用0.01%精度的电阻。（1）采样电阻工作原理：采样电阻又称为电流感应电阻，电流检测电阻。用简单的话描述就是一个阻值较小的电阻，串联在电路中用于把电流转换为电压信号进行测量。取样电阻功能上就是做为参考，通常用在反馈电路里，以稳压电源电路为例，为使输出的电压保持恒定状态，要从输出电压取一部分电压做参考。一般使用在电源产品，或者电子，数码，机电产品的电源部分，功能强大。在众多电子产品上均常看到取样电阻。（2）采样电阻的优缺点：电阻采样必须将电阻接到被测回路中，不管电阻多小对回路总有些微影响，但取温飘、噪声系数小的电阻后，再仔细设计电路可以得到相当高的精准度。光纤传感器（1）产生背景：输电线路是电力系统的重要组成部分，其准确性关系到电网的稳定运行。随着电网运行等级的提高，对输电线路的各项参数测量变得尤为重要，其中输电线路的传输电流大小是关注的重点，因为传统的基于电磁原理的电流互感器已经不能满足实际测量的需要。因此，针对输电线路传输电流，提出一种基于电流热效应和光纤荧光测量技术的测量系统，实现对500～1000A以上的大电流的在线测量和分析。即光纤传感器。（2）原理：光纤电流互感器检测系统按电压等级分为两个部分，高压侧和低压侧。高压侧主要通过罗氏线圈在高压侧完成电流取样，实现将电力线路上的一次大电流转换为二次小电流。二次电流流经敏感电阻，完成电流到热量的转换，因此，对电流的测量转换为对热或者温度的测量。采取荧光光纤测温法测量敏感电阻表面温度，其传感部分是附着在敏感电阻表面的荧光物质和传送光纤。低压侧主要完成对光纤传送来的荧光信号的处理工作。以微处理器为核心，对荧光余辉信号进行放大，然后用AD对放大后的荧光余辉曲线进行采样，测量荧光余辉寿命从而测得敏感电阻的温度，进而得到被测电流信息。