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霍爾元件及其應用（五）

霍爾元件及其應用（五）

3.2.10.5霍爾液位傳感器

霍爾液位檢測裝置。有的結構簡單，霍爾器件裝在容器外面，永磁體支在浮子上，隨著液位變化，作用到霍爾器件上的磁場的磁感應強度改變，從而可測得液位。有的結構比較復雜，但可實現自動測量。

一個中空的非磁材料的管子，浮子套在管子外，可上下滑動，在浮子的上端放著永磁，霍爾器件及其饋線和一根沖了許多孔的柔性帶在一起，吊在中空的非磁材料的管子內。多孔柔性帶像電影膠片一樣，用絞盤絞動，使之上下移動。當柔性帶帶著的霍爾器件接近浮子上的永磁體時，霍爾器件將輸出霍爾電壓，校準霍爾電壓和浮子位置的關系，即可由所得的霍爾電壓得到容器中液體的液位。用這種裝置可實現遠距離自動檢測。

用霍爾液位傳感器檢測液位時，因霍爾器件在液體之外，且系無接觸傳感，在檢測過程中不產生火花，且可實現遠距離測量，因此，可用來檢測易燃、易爆、有腐蝕性和有毒的液體的液位和容器中的液體存量，在石油、化工、醫藥、交通運輸中有廣泛的用途。盡管目前已有許多不同工作原理的液位計出現，但對上述各種危險液體的液位實測表明，霍爾液位傳感器是其中*好的檢測方法和裝置之一。

3.2.10.6基于位移傳感的霍爾流量計

位移傳感的霍爾流量計。其葉輪在流體推動下旋轉，帶動螺桿旋轉，使磁系統產生上下移動。流速高則位移量大。用霍爾器件檢出位移而獲得流速和流量。

3.2.11實現電－磁－電的轉換

從所周知,在有電流流過的導線周圍會感生出磁場,該磁場與流過的電流的關系,可由安培環路定理求出。

　　用霍爾器件檢測由電流感生的磁場,即可測出產生這個磁場的電流的量值。由此,可以構成霍爾電流、電壓傳感器。

　　因為霍爾器件的輸出電壓與加在它上面的磁感應強度以及流過其中的工作電流的乘積成比例，是一個具有乘法器功能的器件，因而可用它檢測電功率，構成具有各種特殊功能的霍爾功率計和霍爾電度表。

　　由輸入的電信號建立的磁場，經霍爾器件的作用，實現了磁電變換后，又變成電信號輸出，這一變換實現了輸入－輸出信號間的電隔離，由此可構成隔離放大器、隔離耦合器等許多新型產品。

3.2.11.1霍爾電流傳感器

霍爾電流傳感器用一環形導磁材料作成磁芯，套在被測電流流過的導線上，將導線中電流感生的磁場聚集起來，在磁芯上開一氣隙，內置一個霍爾線性器件，器件通電后，便可由它的霍爾輸出電壓得到導線中流通的電流。實際上霍爾電流傳感器有兩種構成形式，即直接測量式和零磁通式。

3.2.11.1.1直接測量式霍爾電流傳感器

霍爾器件的輸出（必要時可進行放大）送到經校準的顯示器上，即可由霍爾輸出電壓的數值直接得出被測電流值。這種方式的優點是結構簡單，測量結果的精度和線性度都較高。可測直流、交流和各種波形的電流。但它的測量范圍、帶寬等受到一定的限制。在這種應用中，霍爾器件是磁場檢測器，它檢測的是磁芯氣隙中的磁感應強度。電流增大后，磁芯可能達到飽和；隨著頻率升高，磁芯中的渦流損耗、磁滯損耗等也會隨之升高。這些都會對測量精度產生影響。當然，也可采取一些改進措施來降低這些影響，例如選擇飽和磁感應強度高的磁芯材料；制成多層磁芯；采用多個霍爾元件來進行檢測等等。

　　這類霍爾電流傳感器的價格也相對便宜，???用非常方便，已得到極為廣泛的應用，國內外已有許多廠家生產。

3.2.11.1.2零磁通式（也稱為磁平衡式或反饋補償式）霍爾電流傳感器

將霍爾器件的輸出電壓進行放大，再經電流放大后，讓這個電流通過補償線圈，并令補償線圈產生的磁場和被測電流產生的磁場方向相反，若滿足條件IoN1=IsN2，則磁芯中的磁通為0，這時下式成立：

Io=Is(N2/N1)(5)

式中，I1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，I2為補償繞組中的電流，N2為補償繞組的匝數。由式（5）可知，達到磁平衡時，即可由Is及匝數比N2/N1得到Io。

這個平衡過程是自動建立的，是一個動態平衡。建立平衡所需的時間極短。平衡時，霍爾器件處于零磁通狀態。磁芯中的磁感應強度極低（理想狀態應為0），不會使磁芯飽和，也不會產生大的磁滯損耗和渦流損耗。恰當地選擇磁芯材料和線路元件，可做出性能優良的零磁通電流傳感器。

　　在霍爾電流傳感器的輸出電路中接上恰當的負載電阻器，即可構成霍爾電壓傳感器。

霍爾電流傳感器的特點是可以實現電流的“無電位”檢測。即測量電路不必接入被測電路即可實現電流檢測，它們靠磁場進行耦合。因此，檢測電路的輸入、輸出電路是完全電隔離的。檢測過程中，被測電路的狀態不受檢測電路的影響，檢測電路也不受被檢電路的景響。

　　霍爾電流傳感器可以檢測從直流到100kHz（通過仔細的設計和制作，甚至可以達到MHz級）的各種波形的電流，響應時間可短到1μs以下。

由于這些優點，霍爾電流傳感器得到了極其廣泛的應用。

3212霍爾電流傳感器的應用

32121繼電保護與測量

來自高壓三相輸電線路電流互感器的二次電流，經三只霍爾電流傳感器，按比例轉換成毫伏電壓輸出，然后再經運算放大器放大及有源濾波，得到符合要求的電壓信號，送微機進行測量或處理。使用霍爾電流傳感器很方便地實現了無畸變、無延時的信號轉換。

32122在直流自動控制調速系統中的應用

　　在直流自動控制調速系統中，用霍爾電流電壓傳感器代替電流互感器，不僅動態響應好，還可實現對轉子電流的*佳控制以及對晶閘管進行過載保護。