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霍尔效应电流传感器

霍尔效应于1879年由Edwin Herbert Hall发现。他观察到一种作用于穿过磁通密度的运

动电荷的力。当一个控制电流穿过该磁场时,载流子由于受到外加磁通密度所产生的洛仑兹

力的影响,其轨迹发生偏移。这种偏移导致更多的载流子在导体的一端聚集,从而在导体两

端形成一个电势差,这就是霍尔电压。霍尔效应的某些原理与温度相关,这就意味着,霍尔效应电流传感器必须包括或提供某种形式的温度补偿,而这会导致传感器体积和成本的增加。霍尔效应最

简单实用的应用是开环传感器,它提供了体积最小、质量最轻、成本最低的电流测量解决方

案,同时功耗也非常低。开环传感器可以测量直流、交流和复杂电流波形,同时还提供电流

隔离。不过,开环传感器有一定局限性,例如磁路中的磁损耗导致的响应时间长及带宽不足

、与温度相关的增益漂移相对较大。

相比之下,闭环传感器,也叫霍尔效应补偿式或“零磁通式”传感器,它利用霍尔元件

电压在次级线圈中产生一个补偿电流,从而使总磁通量等于零。在零磁通量条件下运行霍尔

元件消除随温度变化的增益漂移,这种结构还有一种显著的优势,可以扩大传感器带宽、缩

短响应时间。不过,其主要不足是次级电源的电流消耗高,因为它必须提供补偿电流和偏置

电流。

正因为它的局限性,导致霍尔效应电流传感器不再适用一些领域,尤其是MRI扫描领域

。而LEM推出的解决方案主要针对这个应用领域,与霍尔效应技术相当,但是具备明显优势

。它是一种双轴磁通门闭环传感器,也就是知名的HPCT。由于磁通门技术已经普及了一段时

间,所以LEM可以采用这种技术并加以改良。最终研发的传感器精度非常高,温度失调漂移

非常低,时间稳定性非常高。优秀的线性度、超低的输出噪声提高了HPCT的精度和分辨率,

而超大测量带宽(直流到200kHz,-3dB)确保了该传感器广泛的应用领域。

对于较高频率范围,次级电流由两个次级线圈(Ws1和Ws2)之间产生的变压器效应产生。对

于较低频率范围(包括直流),传感器起闭环磁通门传感器的作用,此时绕组Ws3和 Ws4用

作磁通门感应线圈。除了用于精确控制医学成像系统的梯度放大器上电流以外, HPCT同样

适用于其他需要高精度测量的场合,如精确电流调节电源内的反馈测量、试验台电源分析校

准设备及实验室及计量仪器的电流测量。

目前,该类传感器的工作温度范围相对狭窄(一般为+10?c 至 +50?c)。不过LEM确信

,这项技术会进一步发展,同时也将证明,HPCT传感器对MRI扫描前景的意义与霍尔效应传

感器对它的推出的意义一样重大。正如霍尔效应自身的应用一样,基于霍尔效应的具有领先

尖端性能的HPCT在未来可以开拓无限广阔的应用领域。

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