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浅谈电流传感器和互感器适合的选择 

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。很多人都会有个误区以为有0.1%精度的电流钳,但是很遗憾目前没有并这么高精度的电流钳。为什么会有这样的错误认识,那是因为对它不了解。 这时候我们就需要了解电流传感器或是互感器的作用了。

 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,一般有基于霍尔效应、电磁感应原理、磁通门这几种技术的电流传感器/互感器。那到底该如何选择呢?

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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。用于计量计费的互感器准确度一般为0.1~1级。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。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。

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。

 

二、闭口式电流传感器

  通常与霍尔型电流钳一样,输出为电流或电压信号,有开环和闭环霍尔两种类型。由于闭口形式,比相同类型的电流钳精度高。

   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,此类电源最常见的就是LEM IT系列的传感器。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。

 

 

三、电流钳

 电流钳从原理上看,主要分为电磁感应原理和霍尔效应两种类型。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。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。

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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。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。

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。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。

 

 

  在测试过程中,整体的测量精度也不仅由测试仪器决定,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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