测量电流,有很多种方法,最通用的方法是使用阻性分流器,互感器,或磁传感器。
阻性分流器应用欧姆定律:通过分流器的电流与分流器两端的电压值成正比,分流器相当于与负载串联。这种方法的优点是:精度高,低偏差,缺点是无法提供电绝缘和高的温飘。因而短暂的峰值可能烧伤分流器,并有可能导致电子元件的过载。
互感器由一个初级线圈和一个次极线圈,包围着一个磁芯组成,初级线圈产生电流,使磁芯感应出磁场,从而使次极线圈产生感应电流,与初级电流成正比,比例大小由匝数决定。互感器提供了电气绝缘,但只能工作于交流电,并且体积大。
磁传感器则集中了上述两种方法的优点,Honeywell 的磁阻传感器提供了高灵敏度,小体积,固态结构,并可用于非接触传感,提供了电气绝缘,保护了传感器和周围的电子元件,传感器的“置位”和“ 复位”电路,提供了超低的偏差和超低的漂移,其测量的电流带宽可以从直流到2~5MHZ,可适用于大量程电流测量,且动态范围可超过100dB。
大多数情况下,磁场可由安培定律得出:磁场强度沿着电流流过的路径的积分,就等于电流,即 ∮H ?dL = I (1) ,其中,H 为磁场强度,I 为电流,DL 为电流流经的路线的微分。
对于一个圆形导体,选定固定距离r,则H和dL 始终指向同一方向,对于同一个圆,H 值大小一致,既然dL=rdθ,则∫ H∑ dL = H∫rdθ(θ=0~2∏ )磁通量B=uH(u 为常量),我们可得到B=(2*10-7I)at/r (3)例如:l=1amp,r=1cm,则B=20μT 或0.2G。
在一个无限长的导线内,通过不同大小电流,产生的磁场情况符合规律,如1 安培时,在离导线中心2cm 时产生的磁场为0.1 高斯。
以上讨论的是一根无限细的导线,如果使用的是一根一定长度的导线,且无圆形截面,或较长的导线,便很难预测固定的磁力线分布。
另外一个无限长的,非圆形截面的导线的磁场分布的计算类似于一个宽的导体,如导体由5根无限小的导线组成,每两根相邻导线间距1.0mm,每根导线上带有总电流1/5的电流,此导体的磁场分布由这5个导线各自产生的磁场叠加起来。安培法则的前提是一个无限小的导线,适用于远距离磁场计算,因此,以上的类似不很精确,因为磁场太接近于导体。请注意:测量磁场与导体越远,磁场分配越成圆形,且越易预测, 因而,电流可以看作是无限小的一个点。如果要对有限尺寸(或不规则尺寸)的导体、近距离的磁场计算非常精确,最好是用萨瓦特法则:H =∮(IdLxar/4 πR 2 )=∫s(KxardS/4 πR 2 )=∫vol(Jxardv/4 πR 2 )
其中,dL 是一段无限小的导线带的电流,K 是表面电流密度(A/m),J 是电流密度(A/m2).
以下将介绍包含了一些简单的用Honeywell的磁阻传感器测电流的方法,所有磁场的数据都是以一根导线产生的磁场为出发点来近似计算的,所以,首先是根据经验或更先进的磁场分析方法,对这种近似来校正。
传感器的旋转调节
对于大电流,传感器要求离导线远些,才可以测量导线产生的全部磁场。这里描述的方法是在磁场内旋转传感器。但是,磁场是一个矢量,磁传感器测量的是沿敏感轴的磁场分量。因此,在测量大电流时,传感器通过旋转、调节敏感面的位置,来测量整个磁场的一个分量,这样,传感器可以与导线近一些。用此方法测量的一个磁传感器,测量结果(Bm)如下:假设传感器附近的磁场分布大致均匀,则θ角越接近90℃,传感器对于角度的误差越敏感。例如:传感器安装在10℃倾斜角度时,输出为满输出的98.4%,若安装角度误差±0.5℃,导致输出变化幅度为0.3%,安装的倾斜角为80℃。传感器的输出为满输出的17%,误差达10%。这种方法可以测量大电流导线近处,但误差较大。
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