發布日期：2022-10-09 點擊率：128
它是反映材
料霍爾效應強弱的重要參數，只要測出
VH
（伏）以及知道
IIs
（安）、
B
（高斯）和
d
（厘
米）可按下式計算
RH
（厘米
3/
庫侖）。
二．霍爾傳感器
1.
原理
由
霍爾效應
的原理
知，霍爾電勢的大小取決于：
Rh
為霍爾常數，
它與半導體材質有關；
I
為霍爾元件
的偏置電流；
B
為磁場強度；
d
為半導體材料的厚度。
對于一個給定的霍爾器件，
當偏置電流
I
固定時，
UH
將完全取決于被測的磁場強度
B
。一個
霍爾元件
一般
有四個引出端子，其中兩根是霍爾元件的偏置電
流
I
的輸入端，另兩根是霍爾電壓的輸出端。如果兩
輸出端構成外回路，就會產生霍爾電流。一般地說，
偏置電流的設定通常由外部的基準電壓源給出；若精度要求高，則基準電壓源均用恒流源
取代。為了達到高的靈敏度，有的霍爾元件的傳感面上裝有高導磁系數的坡莫合金；這類
傳感器的霍爾電勢較大，但在
0.05T
左右出現飽和，僅適用在低量限、小量程下使用。在
半導體薄片兩端通以控制電流
I
，
并在薄片的垂直方向施加
磁感應
強度為
B
的勻強
磁場
，
則
在垂直于電流和磁場的方向上，將產生電勢差為
U
H
的霍爾電壓。
?
?
電流檢測方式
一、檢測電阻+運放
優勢：
成本低、精度較高、體積小
劣勢：
溫漂較大，精密電阻的選擇較難，無隔離效果。
分析：
這兩種拓撲結構，都存在一定的風險性，低端檢測電路易對地線造成干擾；高端檢測，電阻
與運放的選擇要求高。
檢測電阻，成本低廉的一般精度較低，溫漂大，而如果要選用精度高的，溫漂小的，則需要
用到合金電阻，成本將大大提高。運放成本低的，鉗位電壓低，而特殊工藝的，則成本上升
很多。
?
二、電流互感器CT/電壓互感器PT
在變壓器理論中，一、二次電壓比等于匝數比，電流比為匝數比的倒數。而CT 和PT 就是特
殊的變壓器。
基本構造上，CT 的一次側匝數少，二次側匝數多，如果二次開路，則二次側電壓很高，會
擊穿繞阻和回路的絕緣，傷及設備和人身。PT 相反，一次側匝數多，二次側匝數少，如果
二次短路，則二次側電流很大，使回路發熱，燒毀繞阻及負載回路電氣。
CT,電流互感器，英文拼寫Current Transformer，是將一次側的大電流，按比例變為適合通過
儀表或繼電器使用的，額定電流為5A 或1A 的變換設備。它的工作原理和變壓器相似。也
稱作TA 或LH（舊符號）工作特點和要求：
1、一次繞組與高壓回路串聯，只取決于所在高壓回路電流，而與二次負荷大小無關。
2、二次回路不允許開路，否則會產生危險的高電壓，危及人身及設備安全。
3、CT 二次回路必須有一點直接接地，防止一、二次繞組絕緣擊穿后產生對地高電壓，但僅
一點接地。
4、變換的準確性。
PT，電壓互感器，英文拼寫Phase voltage Transformers，是將一次側的高電壓按比例變為適
合儀表或繼電器使用的額定電壓為100V 的變換設備。電磁式電壓互感器的工作原理和變壓
器相同。也稱作TV 或YH（舊符號）。
工作特點和要求：
1、一次繞組與高壓電路并聯。
2、二次繞組不允許短路（短路電流燒毀PT）,裝有熔斷器。
3、二次繞組有一點直接接地。
4、變換的準確性
三、模塊型霍爾電流傳感器
模塊型霍爾電流傳感器分開環模式與閉環模式。
開環模式又稱為直接測量式霍爾電流傳感器，輸入為電流，輸出為電壓。這種方式的優
點是結構簡單，測量結果的精度和線性度都較高。可測直流、交流和各種波形的電流。但它
的測量范圍、帶寬等受到一定的限制。在這種應用中，霍爾器件是磁場檢測器，它檢測的是
磁芯氣隙中的磁感應強度。電流增大后，磁芯可能達到飽和；隨著頻率升高，磁芯中的渦流
損耗、磁滯損耗等也會隨之升高。這些都會對測量精度產生影響。當然，也可采取一些改進
措施來降低這些影響，例如選擇飽和磁感應強度高的磁芯材料；制成多層磁芯；采用多個霍
爾元件來進行檢測等等。
開環模式的結構原理見下圖
根據檢測量程的需求，一般分為以下兩種繞線模式，左圖為小量程的結構圖，右圖為大
量程的結構圖。
閉環模式又稱為零磁通模式或磁平衡模式，其輸入與輸出端均為電流信號。原理見下圖
將霍爾器件的輸出電壓進行放大，再經電流放大后，讓這個電流通過補償線圈，并令補
償線圈產生的磁場和被測電流產生的磁場方向相反，最終達到磁平衡。
這個平衡過程是自動建立的，是一個動態平衡。建立平衡所需的時間極短。平衡時，霍
爾器件處于零磁通狀態。磁芯中的磁感應強度極低（理想狀態應為0），不會使磁芯飽和，
也不會產生大的磁滯損耗和渦流損耗。恰當地選擇磁芯材料和線路元件，可做出性能優良的
零磁通電流傳感器。
現在市場上的模塊霍爾電流傳感器，一般體積較大，為雙電源供電，價格較高，閉環模
式的霍爾電流傳感器其性能要比開環模式好，但價格也比開環模式的貴許多。
四、其他的電流檢測器件。
除以上介紹的幾種電流檢測方式外，還有其他幾種測量方式，分別為：
AVAGO 的光耦隔離放大器。
TI 的電容式隔離放大器
ADI 的西格瑪德爾塔式隔離放大器。
這三種電流檢測方式，芯片內部結構，原理是不一樣的，但外圍電路有許多共同點。
一、三種方式均是通過檢測精密電阻兩端的電壓來判定其被檢測電流的大小。
二、原邊與負邊均需加電源供電。
三、輸出為差分輸出，需考慮共模抑制比，可做到零基準電壓。
四、響應時間與精度差不多，均為us 級，精度界于1%~5%。
五、Allegro電流傳感器
介紹完了其他的電流檢測方式，接下來，重點介紹一下Allegro 的電流傳感器。鄙人代
理此條線的產品。
Allegro 電流傳感器的共同點：
1． 芯片級霍爾電流傳感器，串聯在電流回路中，外圍電路簡單。
2. 開環模式的霍爾電流傳感器（因體積問題，芯片級霍爾電流傳感器無法做到閉環模
式。）
3. 可測交直流電流。
4. 無需檢測電阻，內置毫歐級路徑內阻。
5. 單電源供電，原邊無需供電。
6. 80~120KHz 的帶寬，外圍濾波電容可調整帶寬與噪聲的關系。
7. 輸出加載于0.5Vcc 上，非常穩定的斬波輸出。
8. us 級響應速度，精度在-40~85℃時小于2%
9. 帶抑制干擾的特殊封裝工藝。
10. 非常好的一致性與可靠性。年出廠不合格率小于1PPM。
常推的幾顆Allegro 霍爾電流傳感器為：
ACS712
從ACS712 的內部框圖與封裝解剖圖可以看出，原邊電流只是從芯片內部流過，與副邊
電路并沒有接觸，原邊與副邊是隔離的，因為封裝小，所以ACS712 的隔離電壓為2100V。
因為電流的流過會產生一個磁場，霍爾元件根據磁場感應出一個線性的電壓信號，經過內部
的放大、濾波、與斬波電路，輸出一個電壓信號。
ACS712 根據尾綴的不一樣，量程分為三個規格：5A、20A、30A，溫度等級均為E 級（-40~85
℃）。輸入與輸出在量程范圍內為良好的線性關系，其系數Sensitivity 分別為，185、100、
66mV/A。因為斬波電路的原因，其輸出將加載于0.5Vcc 上。ACS712 的Vcc 電源一般建議采
用5V。輸出與輸入的關系為Vout=0.5Vcc+Ip*Sensitivity。一般輸出的電壓信號介于0.5V~4.5V
之間。
Ip+與Ip-之間流經芯片內部的那一部份，我們稱之為內置路徑內阻，其阻值為1.2mΩ.
當大電流流經它時，所產生的功耗很小，如30A 滿量程的電流流經它時，產生的功耗為
P=30*30*1.2/1000=1.08W。
ACS 712 的全溫度范圍的精度為±1.5%。在25~85℃時，精度特性更好。輸入與輸出之
間的響應時間為5us。帶寬為80KHz，通過調整濾波腳與地之間的濾波電容，可根據客戶的
要求來調整噪聲與帶寬的關系，電容取值大，帶寬小，噪聲小。
ACS710
與ACS712 相比，ACS710 多了一個過流保護功能。如上圖所示，藍色虛框為ACS710 的
電流檢測回路，紅色虛框為ACS710 的過流保護回路。
ACS710 與ACS712 的電流檢測原理是一樣的，所不同的有以下幾點：
1. ACS710 因為封裝SOIC-16 體積比ACS712 稍大，所以原邊與副邊的隔離電壓也比
ACS712 大，為3000V。
2. 內置路徑內阻為1.0 mΩ。
3. 量程不一樣，根據尾綴不同，分12.5A 與25A 兩種量程。這里的12.5A 量程與25A
量程指的是優化量程，實際上，ACS710 有三倍過載能力，即，他們的實際量程分
別為37.5A 與75A。但考慮到電流過大，溫升的效應，不建議將ACS710 長期工作
于過載條件下。
4. ACS710 Vcc 可選用5V 與3.3V 兩種。5V 與3.3V 時， 其輸入輸出的線性系數
（Sensitivity）也為線性。如ACS710 25A 量程的IC，Vcc 為5V 時，Sensitivity
為28mV/A. 3.3V 時，Sensitivity 為28*3.3/5=18.5mV。
5. 溫度等級不一樣，ACS710 為K 級，-40~125℃.
6. ACS710 的帶寬為120KHZ，響應時間為4us，過流保護響應時間為2us。
ACS710過流保護功能說明
1. 16 管腳為使能腳。
2. 調整15 腳外圍的兩個分壓電阻值， 可設定過流保護的門限值。Vcc 為5V 時，
ACS710KLATR-12CB-T（12.5A 量程的型號）其可設定的過流保護的門限范圍為22.3A~35.7A；
ACS710KLATR-25CB-T（25A 量程的型號）其可設定的過流保護的門限范圍為44.6A~71.5A。
3.13 管腳為Fault 輸出腳，過流條件出現時，13 管腳將在2us 內輸出一個低電平信號，其中
外接電容Coc 為緩沖電容，以防止因干擾而產生的誤報情況。
4. 下圖為過流保護過程的圖解說明。
ACS758
ACS758 的原理是一樣的。與ACS712、ACS710 相比，其特點是：
1. 量程大，分為50A、100A、150A、200A 四個等級。
2. 內置路徑內阻小，為100uΩ.
3. 溫度等級，50A、100A 量程的等級為L 級，即-40~150℃；150A 量程的為K 級，即-40~125
℃；200A 量程的為E 級，即-40~85℃.
4. 帶寬為120KHz，響應時間為4us。
5. 25℃時，原邊1200A 大電流時，可承受時間為1 秒。
85℃時，原邊900A 大電流時，可承受時間為1 秒。
150℃時，原邊600A 大電流時，可承受時間為1 秒。
以上介紹的為Allegro 的三顆代表型芯片級霍爾電流傳感器，我介紹的均為雙向的霍爾
電流傳感器（可測交直流），輸出加載于0.5Vcc 上。Allegro 也有單向的霍爾傳感器，其單
向的霍爾電流傳感器（可測正電流），輸出加載于0.1Vcc 上。芯片級的霍爾電流傳感器，目
前其最大量程為200A，對于大于200A 的電流，可用Allegro 線性霍爾做成塻塊型霍爾電流
傳感器。事實上，國內有部份品牌的模塊型霍爾電流傳感器，就是應用Allegro 的線性霍爾
做為核心做成的。
六．小結
各種電流檢測的方式原理各不同。
檢測電阻+運放與電流互感器屬于低成本的方案，其可靠性與安全性較差，主要用于低端
方案。
模塊式霍爾電流傳感器，其體積較大，雙電源供電，成本較高。
隔離放大器，其原邊，副邊均需電源供電，在消除干擾方面的設計難度更大，成本比模
塊式霍爾電流傳感器要低，比Allegro 的成本高。外圍電路較復雜，需加檢測電阻。
Allegro 的霍爾電流傳感器，量程相對于每一個型號來說，是固定的，最高量程為200A。
小量程(50A 以下)的霍爾電流傳感器成本低，ACS758 的成本比模塊型霍爾電流傳感器低。輸
出加載于0.5Vcc,輸出信號為正電壓。
?
目前Allegro這種芯片級的電流傳感器已經廣泛應用于變頻器，伺服驅動，控制器等多個工控領域，價格與體積，品質等具備絕對優勢。
霍爾電流傳感器概述
霍爾電流傳感器是按照霍爾效應原理制成，對安培定律加以應用，即在載流導體周圍產生一正比于該電流的磁場，而霍爾器件則用來測量這一磁場。因此，使電流的非接觸測量成為可能。
霍爾電流傳感器可分為直檢式和閉環式霍爾電流傳感器。
霍爾效應在1879年被E.H.霍爾發現，它定義了磁場和感應電壓之間的關系，這種效應和傳統的感應效果完全不同。當電流通過一個位于磁場中的導體的時候，磁場會對導體中的電子產生一個垂直于電子運動方向上的的作用力，從而在導體的兩端產生電壓差。
霍爾電流傳感器是利用霍爾效應將一次大電流變換為二次微小電壓信號的傳感器。實際設計的霍爾傳感器往往通過運算放大器等電路，將微弱的電壓信號放大為標準電壓或電流信號。上述原理制作而成的霍爾電流傳感器，被稱為直檢式霍爾電流傳感器或開環式霍爾電流傳感器。
閉環式霍爾電流傳感器，也稱零磁通霍爾電流傳感器或磁平衡式霍爾電流傳感器，是基于磁平衡式霍爾原理，即閉環原理，當原邊電流IP產生的磁通通過高品質磁芯集中在磁路中，霍爾元件固定在氣隙中檢測磁通，通過繞在磁芯上的多匝線圈輸出反向的補償電流，用于抵消原邊IP產生的磁通，使得磁路中磁通始終保持為零。經過特殊電路的處理，傳感器的輸出端能夠輸出精確反映原邊電流的電流變化。
霍爾電流傳感器主要特性參數
1、標準額定值IPN和額定輸出電流ISN
IPN指電流傳感器所能測試的標準額定值，用有效值表示（A.r.m.s），IPN的大小與傳感器產品的型號有關。ISN指電流傳感器額定輸出電流，一般為10~400mA，當然根據某些型號具體可能會有所不同。
2、偏移電流ISO
偏移電流也叫殘余電流或剩余電流，它主要是由霍爾元件或電子電路中運算放大器工作狀態不穩造成的。電流傳感器在生產時，在25℃，IP=0時的情況下，偏移電流已調至最小，但傳感器在離開生產線時，都會產生一定大小的偏移電流。產品技術文檔中提到的精度已考慮了偏移電流增加的影響。
3、線性度
線性度決定了傳感器輸出信號（副邊電流IS）與輸入信號（原邊電流IP）在測量范圍內成正比的程度，南京中旭電子科技有限公司的電流傳感器線性度要優于0.5%。
4、溫度漂移
偏移電流ISO是在25℃時計算出來的，當霍爾電極周邊環境溫度變化時，ISO會產生變化。因此，考慮偏移電流ISO的最大變化是很重要的，其中，IOT是指電流傳感器性能表中的溫度漂移值。
5、過載
電流傳感器的過載能力是指發生電流過載時，在測量范圍之外，原邊電流仍會增加，而且過載電流的持續時間可能很短，而過載值有可能超過傳感器的允許值，過載電流值傳感器一般測量不出來，但不會對傳感器造成損壞。
6、精度
霍爾效應傳感器的精度取決于標準額定電流IPN。在+25℃時，傳感器測量精度與原邊電流有一定影響，同時評定傳感器精度時還必須考慮偏移電流、線性度、溫度漂移的影響。
霍爾電流傳感器的測量方法
1、原邊導線應放置于傳感器內孔中心，盡可能不要放偏;
2、原邊導線盡可能完全放滿傳感器內孔，不要留有空隙;
3、需要測量的電流應接近于傳感器的標準額定值IPN，不要相差太大。如條件所限，手頭僅有一個額定值很高的傳感器，而欲測量的電流值又低于額定值很多，為了提高測量精度，可以把原邊導線多繞幾圈，使之接近額定值。例如當用額定值100A的傳感器去測量10A的電流時，為提高精度可將原邊導線在傳感器的內孔中心繞十圈（一般情況，NP=1;在內孔中繞一圈，NP=2;……;繞九圈，NP=10，則NP×10A=100A與傳感器的額定值相等，從而可提高精度）;
4、當欲測量的電流值為IPN/10的時，在25℃仍然可以有較高的精度。
霍爾電流傳感器的使用注意事項
A、接線時注意接線端子的裸露導電部分，盡量防止ESD沖擊，需要有專業施工經驗的工程師才能對該產品進行接線操作。電源、輸入、輸出的各連接導線必須正確連接，不可錯位或反接，否則可能導致產品損壞。
B、產品安裝使用環境應無導電塵埃及腐蝕性
C、劇烈震動或高溫也可能導致產品損壞，必須注意使用場合。
霍爾電流傳感器如何測量電流
三種方式可以測量霍爾電流傳感器的電流：
1、用霍爾電流傳感器;霍爾電流傳感器最大的可以達到幾十萬A，完全可以檢測，不過成本比較高。
2、如果是交流電流的話，可以用交流電流互感器;輸出信號是AC0-1A或者AC0-5A信號，數顯表和變送器都可以來接收這個信號。
3、羅氏線圈;羅氏線圈只能檢測工頻交流電流，還需要一個外置的積分器，最后滿量程輸出的電壓是原始波形的AC0-1V，你可以給數顯表或者給變送器在進行下一步的轉換。
霍爾電流傳感器的應用
1繼電保護與測量：在工業應用中，來自高壓三相輸電線路電流互感器的二次電流，如分別經三只霍爾電流傳感器，按比例轉換成毫伏電壓輸出，然后再經運算放大器放大及有源濾波，得到符合要求的電壓信號，可送微機進行測量或處理。在這里使用霍爾電流傳感器可以很方便地實現了無畸變、無延時的信號轉換。
2、在直流自動控制調速系統中的應用：在直流自動控制調速系統中，用霍爾電流電壓傳感器可以直接代替電流互感器，不僅動態響應好，還可實現對轉子電流的最佳控制以及對晶閘管進行過載保護。
3、在逆變器中的應用：在逆變器中，用霍爾電流傳感器可進行接地故障檢測、直接側和交流側的模擬量傳感，以保證逆變器能安全工作。
4、在不間斷電源中的應用：在該應用中，用霍爾電流傳感器進行控制，保證逆變電源正常工作。使用霍爾電流傳感器1發出信號并進行反饋，以控制晶閘管的觸發角，霍爾電流傳感器2發出的信號控制逆變器，霍爾電流傳感器3控制浮充電源。由于其響應速度快，霍爾電流傳感器特別適用于計算機中的不間斷電源。
5、在電子點焊機中的應用：在電子點焊機電源中，霍爾電流傳感器起測量和控制作用。它的快速響應能再現電流、電壓波形，將它們反饋到可控整流器A、B，可控制其輸出。用斬波器給直流迭加上一個交流，可更精確地控制電流。用霍爾電流傳感器進行電流檢測，既可測量電流的真正瞬時值，又不致引入損耗。
6、用于電車斬波器的控制：電車中的調速是由調整電壓實現的。而將霍爾電流傳感器和其它元件配合使用，并將傳感器的所有信號輸入控制系統，可確保電車正常工作。
7、在交流變頻調速電機中的應用：用變頻器來對交流電機實施調速，在世界各發達國家已普遍使用，且有取代直流調速的趨勢。用變頻器控制電機實現調速，可節省10％以上的電能。在變頻器中，霍爾電流傳感器的主要作用是保護昂貴的大功率晶體管。由于霍爾電流傳感器的響應時間往往小于5μs，因此，出現過載短路時，在晶全管未達到極限溫度之前即可切斷電源，使晶體管得到可靠的保護。
8、用于電能管理：霍爾電流傳感器，可安裝到配電線路上進行負載管理。霍爾電流傳感器的輸出和計算機連接起來，對用電情況進行監控，若發現過載，便及時使受控的線路斷開，保證用電設備的安全。用這種裝置，也可進行負載分配及電網的遙控、遙測和巡檢等。
9、在接地故障檢測中的應用：在配電和各種用電設備中，可靠的接地是保證配電和用電設備安全的重要措施。采用霍爾電流傳感器來進行接地故障的自動監測，可保證用電安全。
10、在電網無功功率自動補償中的應用：電力系統無功功率的自動補償，是指補償容量隨負荷和電壓波動而變化，及時準確地投入和切除電容器，避免補償過程中出現過補償和欠補償的不合理和不經濟，使電網的功率因數始終保持最佳。無功功率的自動采樣若用霍爾電流、電壓傳感器來進行，由于它們的響應速度快，且無相位差，在保證“及時、準確”上會具有顯著的優點。
11、霍爾鉗形電流表：將磁芯做成張合結構，在磁芯開口處放置霍爾器件，將環形磁芯夾在被測電流流過的導線外，即可測出其中流過的電流。這種鉗形表既可測交流也可測直流。用鉗形表可對各種供電和用電設備進行隨機電流檢測。12、電功率測量：將負載電壓進行變換，令其與霍爾器件的工作電流成比例，將負載電流通入磁芯繞組中，作為霍爾電流傳感器的被測電流，霍爾電流傳感器輸出的霍爾電壓即可指示功率，以構成霍爾功率計。
12、在力工頻諧波分析儀中的應用：在電力系統中，電網的諧波含量一般用電力工頻諧波儀來進行測試。為了將被測電壓和電流變換成適合計算機A/D采樣的電壓，人們曾將各種電力工頻諧波分析儀的取樣裝置，如電流互感器、電壓互感器、電阻取樣與光隔離耦合電路等和霍爾電流傳感取樣測試對比，結果表明霍爾電流傳感器最為適用。
13、開關電源中的應用：近代出現的開關電源，是將電網的非穩定的交流電壓變換成穩定的直流電壓輸出的功率變換裝置。無論是電壓控制型還是電流控制型開關電源，均采用脈沖寬度調制，借助驅動脈沖寬度與輸出電壓幅值之間存在的某種比例關系來維持恒壓輸出。其中，寬度變化的脈沖電壓或電流的采樣、傳感等均需用電流、電壓傳感器來完成。霍爾電流、電壓傳感器以其頻帶寬、響應時間快以及安裝簡便而成為首選的電流、電壓傳感器。
14、在大電流檢測中的應用：在冶金、化工、超導體的應用以及高能物理（例如可控核聚變）試驗裝置中都有許多超大型電流用電設備。用多霍爾探頭制成的電流傳感器來進行大電流的測量和控制，既可滿足測量準確的要求，又不引入插入損耗，還免除了像使用羅果勘斯基線圈法中需用的昂貴的測試裝置。圖47示出一種用于DⅢ－D托卡馬克中的霍爾電流傳感器裝置。采用這種霍爾電流傳感器，可檢測高達到300kA的電流。
15、用作電磁隔離耦合器：用霍爾電流傳感器的工作原理，可做成電磁耦合器。用初級線圈的電流控制霍爾器件的輸出，用這個輸出信號控制其它的電路，既收到隔離的效果，又達到耦合的目的。用這種電路可做成霍爾繼電器、過載保護器、通信線路的保護開關等等。這種電磁耦合器既可做成開關式，也可做成模擬量輸出式。
描述
霍爾電流傳感器分類
霍爾電流傳感器在測量方式上可以分為兩種，開環式霍爾電流傳感器和閉環式霍爾電流傳感器。這兩種類型的傳感器在結構上來說閉環式傳感器比開環式多了一個線圈，在精度上閉環式要優于開環式。
電流通過導體產生磁場，霍爾傳感器貼近導體檢測其磁場強度，通過磁場強度計算電流。
閉環霍爾電流傳感器性能要優于開環霍爾電流傳感器，可以測量任意波形的電流、主副線圈間絕對電氣隔離、電氣測量范圍寬、響應時間短，在交直流測量中均可應用。
根據霍爾電壓與磁場強度的正比例關系，設計裝置，提供恒定的控制電流，那么霍爾電流的大小就只收到磁場強度一個因素的影響，進而霍爾電壓的變化可以反應磁場強度的變化。而磁場是由相應電流產生的，與電流具有明確的聯動關系。這就是利用霍爾元件測量電流強度的基本原理。
霍爾效應從本質上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力作用引起的偏轉。當帶電粒子（電子或空穴）被約束在固體材料中，這種偏轉就導致在垂直電流和磁場的方向上產生正負電荷的聚積，從而形成附加的橫向電場。
邊主回路有一被測電流I1，將產生磁通φ1，被副邊補償線圈通過的電流I2所產生的磁通φ2進行補償后保持磁平衡狀態，霍爾器件則始終處于檢測零磁通的作用。所以稱為霍爾磁補償電流傳感器。這種先進的原理模式優于直檢原理模式，突出的優點是響應時間快和測量精度高，特別適用于弱小電流的檢測。
當補償電流I2流過測量電阻RM時，在RM兩端轉換成電壓。做為傳感器測量電壓U0即：U0=I2RM
由于磁補償式電流傳感器必須在磁環上繞成千上萬匝的補償線圈，因而成本增加；其次，工作電流消耗也相應增加；但它卻具有直檢式不可比擬的較高精度和快速響應等優點。
開環式霍爾電流傳感器測量原理
開環式霍爾電流傳感器由鐵芯、霍爾芯片、運放等關鍵元器件構成。當電流穿過鐵芯時會在鐵芯上感應出磁場，鐵芯將磁場聚集于豁口處被霍爾元器件感應到，從而感應出相應的電壓，該電壓被運放處理后輸出，運放所輸出的電壓信號和原邊電流滿足一定的線性關系，從而將被測電流信號轉化為電壓信號，單片機采樣該電壓信號就可計算出被測電流的大小，從而實現測量電流的作用。開環式霍爾電流傳感器又叫直測式。由于體積受限，許多芯片級的霍爾電流芯片都是用開環測量原理，如ACS712、ACS758等。
閉環霍爾電流傳感器工作原理
與開環霍爾電流傳感器相比，閉環霍爾電流傳感器多了一個補償線圈，該線圈纏繞在鐵芯上。當電流傳感器通過鐵芯時，鐵芯感應出磁場，霍爾元器件將磁場轉化成電壓，該電壓被運放處理后驅動電路產生一個補償電流，該補償電流流過線圈產生一個磁場，該磁場與原邊電流產生的磁場大小相等方向相反，從而抵消原邊磁場，處于磁平衡狀態。所以該補償電流就是原邊電流縮放后的，縮放比例與補償線圈的圈數呈線性關系。閉環式霍爾電流傳感器又叫間接測量法。
霍爾電流關鍵元器件-霍爾元器件
在霍爾電流傳感器中，霍爾元器件是關鍵元器件，其性能影響著產品的性能。霍爾元器件的作用是將一定范圍內的磁通量轉化成電壓信號。如下圖所示，霍爾元器件將50mT內的磁通密度轉化成電壓信號。所以選用該芯片時，一定不要讓鐵芯產生的磁通密度超過50mT。
霍爾電流關鍵元器件-鐵芯
霍爾電流傳感器是由結構和電路緊密配合的一個產品，這其中，霍爾元器件的高度、位置，鐵芯的材料、長度、橫截面積都決定著產品的性能。在設計產品時，一定要注意嚴格根據測量范圍計算鐵芯的磁路長度、鐵芯的橫截面積、磁隙間距以及霍爾芯片的高度。當然這部分的計算是設計霍爾電流傳感器中最核心的部分。
霍爾電流傳感器測量過程注意事項
霍爾電流傳感器不論是開環還是閉環原理，基本的性能區別不大，優點在于響應時間快、低溫漂、精度高、體積小、頻帶寬、抗干擾能力強、過載能力強。
霍爾電流傳感器測量過程注意事項：
1、原邊導線應放置于傳感器內孔中心，盡可能不要放偏;
2、原邊導線盡可能完全放滿傳感器內孔，不要留有空隙;
3、需要測量的電流應接近于傳感器的標準額定值IPN，不要相差太大。如條件所限，手頭僅有一個額定值很高的傳感器，而欲測量的電流值又低于額定值很多，為了提高測量精度，可以把原邊導線多繞幾圈，使之接近額定值。例如當用額定值100A的傳感器去測量10A的電流時，為提高精度可將原邊導線在傳感器的內孔中心繞十圈（一般情況，NP=1;在內孔中繞一圈，NP=2;……;繞九圈，NP=10，則NP×10A=100A與傳感器的額定值相等，從而可提高精度）;
4、當欲測量的電流值為IPN/10的時，在25℃仍然可以有較高的精度。
打開APP閱讀更多精彩內容
下一篇： PLC、DCS、FCS三大控
上一篇： 電氣控制線路圖控制原
