摘要，本页为霍尔电流传感器说明书主要介绍电流传感器中霍尔电流传感器的工作原理，直放式(开环)电流传感器(CS系列)跟 磁平衡式(闭环)电流传感器(CSM系列)的区别及霍尔传感器的安装规范。
一什么是霍尔电流传感器
霍尔电流传感器包括开环式和闭环式两种，高精度的霍尔电流传感器大多属于闭环式，闭环式霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理，即闭环原理，当原边电流IP产生的磁通通过高品质磁芯集中在磁路中，霍尔元件固定在气隙中检测磁通，通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流，用于抵消原边IP产生的磁通，使得磁路中磁通始终保持为零。经过特殊电路的处理，传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变化。
二、霍尔电流传感器的工作原理
2.1直放式(开环)电流传感器
当原边电流IP流过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压VS精确的反映原边电流IP。一般的额定输出标定为4V。
2.2磁平衡式(闭环)电流传感器
磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。
具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用，此时可以通过Is来测试Ip。当Ip变化时，平衡受到破坏，霍尔器件有信号输出，即重复上述过程重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。因此，从宏观上看，次级的补偿电流安匝数在任何时间都与初级被测电流的安匝数相等。
闭环式霍尔电流传感器与开环式霍尔电流传感器的主要区别
A、带宽区别
微观上讲，气隙处的磁场始终在零磁通附近变化，由于磁场变化幅度非常小，变化幅度小，变化的频率可以更快，因此，闭环式霍尔电流传感器具有很快的响应时间。实际的闭环式霍尔电流传感器带宽通常可以达到100kHz以上。而开环式霍尔电流传感器的带宽通常较窄，如：LEM公司的HAZ系列开环式霍尔电流传感器的带宽在3kHz左右。
B、精度区别
开环式霍尔电流传感器副边输出与磁芯气隙处的磁感应强度成正比，而磁芯由高导磁材料制作而成，非线性和磁滞效应是所有高导磁材料的固有特点，因此，开环式霍尔电流传感器一般线性度角差，且原边信号在上升和下降过程中副边输出会有不同。开环式霍尔电流传感器精度通常劣于1%。闭环式霍尔电流传感器由于工作在零磁通状态，磁芯的非线性及磁滞效应不对输出造成影响，可以获得较好的线性度和较高的精度。闭环式霍尔电流传感器精度一般可达0.2%。
三、霍尔电流传感器应用
近年来，自动化系统中大量使用大功率晶体管、整流器和可控硅，普遍采用交流变频调速及脉宽调制电路，使得电路中不再只是传统的50周的正弦波，出现了各种不同的波形。对于这类电路，采用传统的测量方法不能反应其真实波形，而且电流、电压检出元件也不适应中高频、高di/dt电流波形的传感和检测。
霍尔效应传感器，可以测量任意波形的电流和电压。输出端能真实地反映输入端电流或电压的波形参数。针对霍尔效应传感器普遍存在温度漂移大的缺点，采用补偿电路进行控制，有效地减少了温度对测量精度的影响，确保测量准确；具有精度高、安装方便、售价低的特点。
霍尔效应传感器广泛应用于变频调速装置、逆变装置、ups电源、通信电源、电焊机、电力机车、变电站、数控机床、电解电镀、微机监测、电网监测等需要隔离检测电流电压的设施中。
四、霍尔电流传感器测量
霍尔电流传感器尤其是闭环式霍尔电流传感器因其宽频带、交直流两用、不易磁饱和等特点，在工业测控领域得到了广泛的应用。然而，霍尔电流传感器也存在一些不足：
1、相比电磁式电流互感器，其二次电流较小，抗干扰能力相对较弱；
2、易受环境磁场的影响，降低测量精度；
3、一般不提供角差指标，用于功率测量时，系统误差无法溯源。
一般建议，霍尔电流传感器用于不涉及功率测量的或对精度要求不高的以控制为目的的测量；对于工频正弦电路的功率测量或电能计量，推荐采用电磁式电流互感器；对于变频电量的高精度测量，尤其是相位相关的功率测量
五、霍尔电流传感器安装规范
为了达到霍尔电流互感器的测量精度，安装规范一般有如下要求：
1、电缆(或其它载流导体)需垂直穿过孔径;
2、电缆(或其它载流导体)需在孔径的轴线上;
3、电缆(或其它载流导体)最好充满孔径;
4、霍尔电流传感器附近，不宜有强磁场。
霍尔电流传感器安装规范示意，如图1所示。
六、霍尔电流传感器安装规范分析
原边导体流过电流时，在导体周围会产生磁场，磁通包括穿过铁芯(磁芯)的主磁通和不穿过铁芯的漏磁通。霍尔元件置于霍尔电流传感器的铁芯开口气隙中，通过检测主磁通的磁感应强度来反映导体中的电流。霍尔电流传感器分为开环式和闭环式，（接线图看上文第二点）
主磁通及漏磁通都与载流导体与气隙及铁芯的相对位置有关，载流导体从霍尔电流传感器孔径中穿过的方式直接影响测量精度，特别是当载流导体与铁芯的距离及气隙的距离为同一数量级时，漏磁的影响不可忽略!
由于霍尔电流传感器的铁芯是开口结构，测量精度易受周围外部环境磁场的影响，如变压器及流过大电流的载流体等。并且在三相电测试中，各相间的霍尔电流传感器应保持一定的距离，避免相互电磁干扰。
七、如何规范安装才能发挥霍尔电流传感器的精度
实际工程应用中，全部满足上述的安装规范要求，若采用电缆穿心，几乎不能做到。因此，最好依据霍尔电流传感器孔径的形状和尺寸，制作相当形状和尺寸铜排或铜棒，如图3所示。
图3铜排及铜棒
事实上，为了提高霍尔电流传感器的实际测量精度，并且方便客户的使用，部分厂家(例如LEM莱姆)的高精度霍尔电流传感器采用铜排接入方式，如图4所示。
霍尔电流传感器磁饱和问题
许多霍尔电流传感器厂家在其技术资料的也将无磁饱和作为霍尔电流传感器的一个重要优点来宣传。霍尔电流传感器不会发生磁饱和几乎是霍尔电流传感器自应用以来就得到广泛认可的主要优点之一。
事实是不是这样呢？
事实上，霍尔电流传感器包含了非线性的磁芯，就已经决定了霍尔电流传感器在特定情况下，一定会发生磁饱和！
01开环式霍尔电流传感器的磁饱和问题
下图为所有高导磁材料的典型磁化曲线示意图：
图3霍尔电流传感器磁芯的磁化曲线
图中，Oa’为起始非线性段，a’a’’为线性段，a’’a为饱和区。众所周期，为了获取较好的测量结果，不论是开环式霍尔电流传感器，还是电磁式互感器，都会将磁化曲线中线性度较好的一段作为工作区间。换言之，只要磁感应强度超出线性区域一定的范围，就会发生磁饱和。
与电磁式互感器相比，开环式霍尔电流传感器磁饱和原因只有一个，就是原边电流足够大。
不会因为电流频率低导致磁饱和，是霍尔电流传感器的优点，也是开环式霍尔电流传感器磁饱和特点。
相比之下，电磁式互感器也有一个优点，就是二次负荷足够小时，即便过载较多，也不会发生磁饱和。
02闭环式霍尔电流传感器的磁饱和问题
开环式霍尔电流传感器磁饱和问题较简单，相比之下，闭环式霍尔电流传感器磁饱和问题似乎不可理解，因为闭环式霍尔电流传感器正常工作时，磁芯中的磁通为零，零磁通下，自然不会饱和。
然而，这只能将是在正常工作条件下！
事实上，即便是电磁式电流互感器或开环式霍尔电流传感器磁饱和问题都是发生在过载，频率过低，负荷过大等非正常工作条件下，正常工作条件下，都不会发生磁饱和！
从闭环式霍尔电流传感器工作原理可知，零磁通是建立在副边补偿绕组产生的磁场可以抵消原边导体产生的磁场的前提下。那么，当闭环式霍尔电流传感器是不是任何情况下都可以维持这个零磁通呢？
显然不是！
A、传感器未供电的情况下，副边补偿绕组不产生电流，此时，闭环式霍尔电流传感器相当于一个开环式霍尔电流传感器，只要原边电流够大，就会发生磁饱和。
B、正常供电，原边电流过大。这是因为二次补偿绕组可以产生的电流毕竟是有限度的，当原边电流产生的磁场大于副边补偿绕组能够产生的最大磁场时，磁平衡被打破，磁芯中有磁场通过，原边电流继续加大时，磁芯中磁场也随着增大，原边电流足够大时，闭环式霍尔电流传感器进入磁饱和状态！
与电磁式电流互感器及开环式霍尔电流传感器相比，闭环式霍尔电流传感器磁饱和现象不易发生，但不等于不会发生，使用不当或长时间过载，也会发生磁饱和。
八结语
1、规范安装是霍尔电流传感器达到标称精度的前提。
2、采用与霍尔电流传感器孔径尺寸相当的铜棒或铜排接入，回避了穿心导体位置及尺寸对测量精度的影响，最大程度的保证了测量精度。
3、由生产厂家直接提供铜排接入方式的传感器，无需用户自行定制，极大的方便了客户使用。
