4种不同电流检测的实现方式与原理

学术   2024-01-21 08:42   山东  

在对于电信号采集的设计中,其中对电流信号的采集是非常常见的,根据电流信号的属性,如信号大小、信号周期等因素,以及采样的需求指标不一样,往往需要选择不同的采样方式进行采样。


常见的电流信号采集一般有4种:

1、电流互感器(CT)采集

2、锰铜分流器采集

3、霍尔传感器采集

4、罗氏线圈采集


首先,电流互感器是由闭合的铁心和线圈绕组组成。其原理与变压器原理类似,都是根据电磁感应原理,将一次绕组的待测电流变换为2次绕组的小信号,再通过电阻等电路进行小信号的电流电压转换,然后送入ADC、计量芯片等器件进行采样。


其中,额定1次侧与2次侧的电流比值,就是该互感器的额定系数K。K值可以是几百,也可以是几千,这是通过绕组的匝数来决定的。


在使用电流互感器时,应该选择合适的额定输入与变比,否则可能会影响检测精度及互感器本身的安全,并且在2次侧不允许开路。因为开路时,1次侧电流全部成为磁化电流,容易造成铁心过度饱和磁化,发热严重甚至烧毁线圈。电流互感器一般在电表等设备中被广泛采用。



锰铜分流器就是采用锰铜材料制作的一个小电阻,该电阻用于电流信号的取样,当通过将电流时,会在两端产生的压降,一般在额定输入时一般标准化为75MV,压降信号就可以作为采样小信号通过放大电路等处理之后送入ADC、计量芯片等器件进行采样。


但不同于互感器的间接采样,由于是直接采样,在很多电路中需要进行其他电路部分的隔离处理。由于材料具有低温度系数,减少了环境温度变化引起精度变化。



霍尔传感器采集是基于霍尔原理,一般接口由电信号输入,信号输出及电源接口组成,是将一次大电流变换为二次微小电压信号的传感器。


霍尔传感器又分为开环和闭环两种,其区别于互感器的地方在于霍尔传感器的输出信号不是感应电流,而是通过检测霍尔感应电动势,再通过内置控制电路与电源来实现电流信号大小的输出。由于也是隔离检测,加上其测量范围广、精度高、线性度好等优势,在很多地方被广泛应用。



最后再说一下罗氏线圈,也叫罗柯夫斯基线圈,是一种测量交流电流的器件,并不能测量直流。其与电流互感器最根本的区别,就是该器件没有铁芯,靠的也是电磁感应原理,直接在2次侧产生感应信号,由于没有铁芯,罗氏线圈可以测量很大的电流。


但是,测量出来的信号相对于电流互感器较弱,所以需要对其进行放大处理后再进行测量,罗氏线圈由于无磁饱和现象,所以测量范围可从数安培到数百千安,并且因为其柔性结构的原因,很多时候安装不受限制多以在一些大电流的特殊场合常常被采用。



以上就是4种电流采样方式的原理与特点,在设计过程中需要根据实际情况进行选择,希望这篇文章能对大家有所帮助。

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