磁阻傳感器在電氣工程上測量電流的探討

摘 要：該文介紹了用磁傳感器來測量電流的基本原理。分析了一種新型電氣工程中使用的非接觸式測量電流電路工作原理，證明了這種測量電流方法的可行性。

關(guān)鍵詞：磁阻傳感器 電氣工程 測量電流 應(yīng)用

中圖分類號：TM933文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（b）-0097-01

測量電流有很多種方法，最常用的方法是使用阻性分流器、變壓器或磁性傳感器。阻性分流器應(yīng)用歐姆定律，通過分流器的電流與分流器兩端的電壓值成正比，分流器相當(dāng)于與負(fù)載串聯(lián)。這種方法優(yōu)點是：精度高、底偏差，缺點是無法提供電絕緣。短暫的峰值可能燒壞分流器或?qū)е戮€路中電子元件的過載。電流互感器由一個初級線圈和一個次級線圈，包圍著一個磁芯組成，初級線圈產(chǎn)生電流，使磁芯感應(yīng)磁場，以使次級線圈產(chǎn)生感生電流，與初級電流成正比，電流互感器雖提供了電氣絕緣，保護了傳感器和周圍的元件，但只能對交流電流測量，直流電流是不能測量的，且體積大，測量電流的方法固定在一個位置上測量，不能移動，所以使用不靈活。

1 磁傳感器的測量機理

（1）大多的情況下，通電導(dǎo)體周圍的磁場可由安培定律得出：磁場強度順著電流流過的路徑的積分，

如果：I=1amp，r=1cm，B=20MT

通過不同大小電流，產(chǎn)生的磁場情況，如1安培時，在離導(dǎo)線中心2cm時產(chǎn)生的磁場為0.1高斯。

（2）線性磁場傳感器的原理

線性磁場傳感器可以有各種各樣的產(chǎn)品，簡單的磁場傳感器是一個電阻電橋元件，其原理如圖2所示。

只需要一個供電電壓便可測量磁場，當(dāng)0～10 V的電壓連接到橋路上時，傳感器開始測量軸線內(nèi)的環(huán)境磁場。除了電橋電路外，傳感器的芯片上有兩個磁耦合電流帶（偏置電流帶和置位/復(fù)位電流帶），它只省去了外部加裝線圈的需要。磁阻傳感器是由在硅圓片上電積的一個薄層鎳鐵薄膜制成，并布置成一個電阻帶，如果對其施加磁場時或傳感器靠近磁場時，又或靠近通電導(dǎo)體時，電橋電阻的變化使電壓輸出產(chǎn)生相應(yīng)的變化。

通常施加在薄膜測的外部磁場，使磁力線產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，并改變其角度，這又使電阻值發(fā)生變化（R/R），并造成惠斯通電橋的電壓輸出的變化，這就是鎳鐵電阻的變化被稱作磁阻效應(yīng)，這在直接與電流的方向和磁電矢量有關(guān)。

在制作過程中，敏感軸（磁場方向）被設(shè)置為沿薄膜長度的方向，這樣可使施加在鎳鐵薄膜的磁場導(dǎo)致電阻值的最大變化。但是，沿敏感軸的強磁場（大于10高斯）的影響，會擾亂薄膜磁電的極性，改變傳感器的特性。為了恢復(fù)傳感器的特性，必須短暫地施加一個強的恢復(fù)磁場，這種做法被稱復(fù)位脈沖。電橋輸出信號的極性取此內(nèi)部薄膜的磁電方向且對零磁場輸出相對稱。

2 磁傳感器測量電流的電路設(shè)計

2.1 測量裝置的簡介

總結(jié)目前市場上此類產(chǎn)品存在的缺陷，有針對性地研發(fā)出適應(yīng)電氣設(shè)施測量電流使用的一種新型磁傳感器，非接觸式測量電流的裝置，其特點是：克服市場上目前出售的該產(chǎn)品由于都是接觸式方法造成現(xiàn)場檢測的不便。采用了非接觸方法克服了這些困難，基本在任何情況下都能對線路電流進行檢測，這種裝置成本低、質(zhì)量輕、體積小是從事電氣設(shè)施測量電流非常適用的工具。

2.2 電路設(shè)計

根據(jù)以上分析和電氣設(shè)施現(xiàn)場的實際情況，設(shè)計一種采用HMC系列傳感器的測量電流裝置。

其電路如圖3所示。

該電路的原理是：裝置采用9U直流電池作為工作電源，經(jīng)過三端穩(wěn)壓集成電路后使C、D兩點電壓5作磁阻傳感器工作電源，另外9U電壓是直接供給LM358集成運算放大器I作用。當(dāng)5磁阻傳感器沒接觸被測物時，其兩點A、B的電壓是相符的，但當(dāng)其靠近被檢測物體時，A、B兩點有微弱電壓輸出，通過L358的放大作用后F點得到一個輸出電壓，從而可判別到被測物體是否有電流流過。

3 使用效果和方法

該新型的裝置試制成功后，經(jīng)過在測試現(xiàn)場的使用，達到預(yù)期的初步效果，可以定性地非接觸式的方法判別導(dǎo)線中的電流，操作方法簡單，具體是：將電源開關(guān)置于閉合位置，調(diào)整電位器11使F點的輸出電壓為零，把磁阻傳感器5靠近被測導(dǎo)線，觀察F點的輸出電壓情況，若F點有電壓輸出測說明導(dǎo)線中有電流流過，否則就沒有。

4 結(jié)語

目前，對電氣線路中電流的測量裝置種類繁多，但基本上都是采用接觸式的方法測量，采用電流互感器的檢測方法雖然也是非接觸式的方法，但局限于場地和條件；此新型的檢測裝置有精度不高的缺點，但可方便監(jiān)視電流，定性測試方法可以克服目前該類產(chǎn)品的不足。

參考文獻

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