如何選用正確的傳感器來保障測試效果最佳

通常的電流傳感器、互感器是把大電流轉(zhuǎn)換為同頻同相的小電流以便于測量或?qū)崿F(xiàn)隔離。根據(jù)不同的變換原理，一般有基于電磁感應原理、霍爾效應、磁通門這幾種技術的電流傳感器/互感器。這里將向大家介紹在現(xiàn)場該如何選用正確的傳感器來保障測試效果最佳。

由于傳感器的測量”死區(qū)”問題，大量程傳感器無法測試小電流，所以現(xiàn)場測試時往往需要選擇多種傳感器來匹配不同測試場合。那到底該如何選擇呢?

一、電流互感器

電流互感器類似于一個初級匝數(shù)很少，次級匝數(shù)較多的變壓器。理想情況下初次級電流之比與匝數(shù)比成反比，電流變換比例以初次級額定電流標注，例如“300A/5A”，表示被測電流為額定值300A時輸出電流為5A。由于初次級線圈均存在漏感和電阻，以及勵磁電流、鐵芯磁化曲線非線性，會導致互感器產(chǎn)生比值誤差和相位誤差。用于計量計費的互感器準確度一般為0.1~1級。由互感器原理可知，它是不能測量直流電流的，通常設計為工頻測量，準確度為工頻下的參數(shù)，帶寬較窄，不適合用于諧波分析和非正弦測量，如果測量的型號含有大量諧波，那么結(jié)果就很嚴重偏小。使用電流互感器一定注意不能將次級開路，否則將會產(chǎn)生高壓危及人身和設備安全。

二、電流鉗

電流鉗可以說是應用的最多的傳感器了，它們小巧、靈活、幾乎可以適應所有測試場合。從原理上看，主要分為電磁感應原理和霍爾效應兩種類型。

基于電磁感應原理的電流鉗與互感器一樣，鐵芯被分成兩部分，閉合時兩部分鐵芯需要緊密結(jié)合，有些電流鉗次級連接了電阻輸出為電壓信號，沒有內(nèi)部電阻的輸出為電流信號，這也是為什么有些廠家同一個型號的電流鉗有電流和電壓輸出兩種類型，最典型的就是法國CA的C117和C116。受到兩部分鐵芯閉合程度的影響，電流鉗精度通常比互感器差一些。同樣地基于電磁感應的電流鉗也只能測量交流。

基于霍爾效應的電流鉗是在鐵芯中加工了一個氣隙放置霍爾元件，利用霍爾元件測量氣隙中的磁感應強度，根據(jù)控制方式不同，有開環(huán)和閉環(huán)兩種類型。開環(huán)霍爾型使用線性度較好的霍爾元件，霍爾元件輸出電壓正比于被測電流。閉環(huán)霍爾型使用零磁通技術，鐵芯上有補償線圈。當初級有被測電流在鐵芯中產(chǎn)生磁通時，霍爾元件檢測鐵芯中的磁感應強度，通過負反饋將此誤差電壓轉(zhuǎn)換為電流驅(qū)動補償線圈，抵消鐵芯中的磁通，最終被測電流與補償線圈產(chǎn)生的磁通量大小一致方向相反，通過測量補償線圈的電流即可按照匝數(shù)比換算出被測電流。

開環(huán)和閉環(huán)霍爾型電流鉗都可以測量直流和交流，開環(huán)霍爾受鐵芯非線性和霍爾元件溫度特性等影響，精度和線性度都較差，但成本低。閉環(huán)霍爾對霍爾元件的線性度依賴較小，鐵芯工作在零磁通下，因此精度比開環(huán)的高。但是電流鉗存在活動鐵芯閉合程度不理想問題，幾乎沒有等于優(yōu)于0.1%的，能夠做到1%已經(jīng)是很高的指標。霍爾元件需要提供工作電壓，因此這兩種電流鉗都要供電，閉環(huán)霍爾需要驅(qū)動補償線圈耗電更大。

三、閉口式電流傳感器

通常與霍爾型電流鉗一樣，也有開環(huán)和閉環(huán)霍爾兩種類型，輸出為電流或電壓信號。由于閉口形式，比相同類型的電流鉗精度高，我們最常見的大部分LEM LF系列傳感器就是這種原理。

另外有利用磁通門技術的電流傳感器，精度優(yōu)于0.05%，甚至達到12ppm，但是這種類型傳感器非常昂貴并且很脆弱。在使用中一旦未給傳感器供電情況下，通有被測電流，會造成傳感器損壞。此類電源最常見的就是LEM IT系列的傳感器。

四、精密電阻

精密電阻可以說是經(jīng)常被忽略的，也許大家不知道在什么場合用它。它的本質(zhì)其實就是一個電阻，可以將采到的電流信號轉(zhuǎn)為電壓信號。那什么時候用呢?舉個例子如下。

當使用功率計PA333H和LEM LF 205-S傳感器進行測試，該傳感器的變比為1:2000，功率計PA333H能準確測試的最小電流為10mA，換算回來，通過傳感器我們最小能測的電流大小為20A!這種組合顯然是不合理的，但是依然有很多場合需要用到。如果此時我需要測試20A以下的電流該怎么辦呢?除了換變比更小的傳感器和換成功率分析儀以外(可以測到更小的電流)，還可以使用緊密電阻。如致遠電子的PATV-33，它的阻值約為3.3歐，加上它之后，這個組合的變比就成了1.65mV/A，最小可以測量到0.3A左右。大大提升了傳感器測量小電流的能力。

測試儀器結(jié)合霍爾傳感器的測試方案已經(jīng)應用在了工業(yè)生產(chǎn)、汽車、新能源等各大領域，整體的測量精度也不僅由測試儀器決定，同時，傳感器也發(fā)揮著不可或缺的作用。在測試過程中，選用合適的傳感器和使用正確的測量方法是非常有必要的。