提升测量精度 | 霍尔电流传感器如何正确操作？

【开环式霍尔电流传感器工作原理图】

霍尔电流传感器能够根据工作原理不同分为开环式霍尔电流传感器与闭环式霍尔电流传感器。上图所示为开环式霍尔电流传感器的原理图。开环式霍尔电流传感器由磁芯、霍尔元件以及放大电路组成。操作时霍尔元件将被放置于磁芯开口气隙处，在原边导体流过电流的情况下，导体周围将产生与电流大小成正比的磁场强度；在磁芯将磁力线集聚至气隙处的情况下，霍尔元件将输出与气隙处磁感应强度成正比的电压信号，同时经放大电路将该信号放大输出。

在开环式霍尔电流传感器的磁芯中，磁通与初级绕组安匝数成正比，若匝数相同的情况下，电流越小磁通也越小。除此之外磁芯的非线性特质又决定了霍尔电流传感器在输出时与被测电流的关系也是非线性的，且由于磁芯本身所具备的磁滞效应还将使相同电流对应的磁通及磁感应强度与电流的所处过程（上升过程或下降过程）有关，这种被称为升降变差的现象将使非线性区升降变差变大。

因此，对于开环式霍尔电流传感器来说，在被测信号远远小于额定电流的情况下，使用者可以通过适当增加初级穿心匝数的方式，使磁芯工作在线性区，从而高效提高电流的测量精度。

【闭环霍尔电流传感器工作原理图】

如上图中所示，在闭环霍尔电流传感器正常工作的情况下，在磁芯气隙的霍尔元件处，初级绕组产生的磁通将与次级补偿绕组产生的磁通互相抵消同时维持在磁平衡状态，但由于磁芯中的磁通为零，所以磁芯中并不存在开环式霍尔电流传感器测量中所遇到的非线性误差比升降变差问题，且由于闭环霍尔电流传感器本身线性度较高，所以在较宽的测试范围内均可达到较高的测量精度。

除此之外鉴于多匝穿心的主要目的是提高传感器的信噪比和匹配二次测量仪表的量程，所以对比于开环式霍尔电流传感器，在闭环霍尔电流传感器的测量中采用多匝穿心增强测量精度的必要性大大降低。

在此就出现一个新的问题，多匝穿心是否可以进一步提升测试精度？基于此问题就要从霍尔电流传感器的另外一个角度展开解析：

在霍尔电流传感器中初级绕组产生的磁通包括穿过磁芯的主磁通和不穿过磁芯的漏磁通，磁路中的磁通如电路中的电流、相当于电路中的电压（电动势）的磁动势（安匝数），相当于电路中电阻的磁阻，其中磁导率越大磁阻越小。假设磁芯闭合，那么磁芯的磁导率间远远大于周围介质（空气）的磁导率，漏磁通也将远远小于主磁通，所以霍尔元件输出的电压将与初级绕组的安匝数成正比。

为安装霍尔元件，霍尔电流传感器的磁芯多为非闭合磁芯，此外在开口处（气隙）所安装的霍尔元件还将检测穿过磁芯的主磁通的磁感应强度。气隙介质与环境介质相同，因此磁导率亦相同，在载流导体与磁芯的距离及气隙的距离为同一数量级的情况下，漏磁是不可以轻视的，当然上述问题也同样存在于开环式霍尔电流传感器中。

简单来说，漏磁通及主磁通都与载流导体与气隙及磁芯的相对位置相关，也正因如此，霍尔电流传感器在安装规范中通常具备以下要求：

显然为了满足上述要求，霍尔电流传感器的多匝穿心在实际工程应用中十分艰难，同时为了提高霍尔电流传感器的实际测量精度，少数的厂家会使用铜排接入方式以规避穿心导体的位置及尺寸对测量精度的影响。

根据使用开环式霍尔电流传感器及闭环霍尔电流传感器的多匝穿心利弊分析，可得出如下结论：