電壓傳感器的工作原理：電壓傳感器
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電壓傳感器
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本詞條由“科普中國”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項(xiàng)目
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。
電壓傳感器是指能感受被測電壓并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。在各種自動檢測、控制系統(tǒng)中，常需要對高速變化的交、直流電壓信號做跟蹤采集，對于比較復(fù)雜的電壓波形做頻譜分析。
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中文名
電壓傳感器
外文名
voltage sensor
作 用
測量電壓
類 型
電壓互感器、霍爾電壓傳感等
應(yīng) 用
半導(dǎo)體保護(hù)等
學(xué) 科
檢測學(xué)
目錄
1
簡介
2
原理
3
分類
4
要求
5
選用原則
電壓傳感器簡介
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語音
電壓傳感器是能感受被測電壓并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。在各種自動檢測、控制系統(tǒng)中，常常需要對高速變化的交、直流電壓信號作跟蹤采集，對于比較復(fù)雜的電壓波形作頻譜分析。這類信號可能是高電壓、大電流等強(qiáng)電，也可能是負(fù)載能力很差的弱電或幅值很小的信號。在這些情況中，就需要采用合適的電壓傳感器對不能直接測量或不匹配的電壓信號進(jìn)行采集，從而得到標(biāo)準(zhǔn)化、電氣隔離的電壓信號。
電壓傳感器
隨著越來越多新技術(shù)的發(fā)展，電壓傳感器也得到了進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。例如傳動系統(tǒng)的變頻器和整流器、不間斷電源、有源濾波器、無功補(bǔ)償、電池充放電、半導(dǎo)體保護(hù)、驅(qū)動保護(hù)等設(shè)備或系統(tǒng)中，大量使用了各種各樣的電壓傳感器。電壓傳感器的作用是自動檢測電壓，從而使我們能夠?qū)υO(shè)備或系統(tǒng)的電壓進(jìn)行控制和顯示，必要時(shí)采取過電壓、欠電壓等自動保護(hù)措施。
電壓傳感器原理
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語音
對于交流電壓測量，可用電壓互感器作為傳感元件，即使用一臺電壓互感器將被測電壓降至到可利用的低電壓，然后通過相關(guān)電路變換成與被測電壓成線性關(guān)系的直流電壓送入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換器。當(dāng)被測電壓為直流電壓時(shí)，可用分壓電阻作為傳感元件，并聯(lián)在被測元件兩端的電阻值應(yīng)足夠大（一般應(yīng)控制在消耗功率小于被測電機(jī)額定功率的1/1000以下）)，以盡可能地減少該回路電流產(chǎn)生的損耗給測量值造成的影響，對于低壓電機(jī)，應(yīng)在10KΩ左右。取該被測電壓在電阻上的一部分電壓降作為信號，直接送入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換器。
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電壓傳感器分類
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語音
電壓傳感器的作用是自動檢測電壓，從而使我們能夠?qū)υO(shè)備或系統(tǒng)的電壓進(jìn)行控制和顯示，必要時(shí)采取過電壓、欠電壓等自動保護(hù)措施。常用的電壓傳感器根據(jù)其不同的工作機(jī)理和應(yīng)用范圍大致可以分為：電壓互感器、霍爾電壓傳感器以及光纖電壓傳感器等幾種主要類型。(1)電壓互感器。隨著電力系統(tǒng)容量的日益擴(kuò)大和電網(wǎng)電壓運(yùn)行等級的不斷提高，電壓互感器已經(jīng)成為電力系統(tǒng)中電能計(jì)量和繼電保護(hù)的重要設(shè)備之一，其測量精度及可靠性對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的影響。電壓互感器安裝在電力系統(tǒng)中一次與二次電氣回路之間，其主要功能就是按照一定的比例將輸電線路上的高電壓，降低到可以用儀表直接測量的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，以便電壓測量儀表直接進(jìn)行測量；電壓互感器除用作測量外，還可與繼電保護(hù)和自動裝置配合，對電網(wǎng)各種故障進(jìn)行電氣保護(hù)和自動控制。電壓互感器實(shí)現(xiàn)一、二次系統(tǒng)的電氣隔離。(2)霍爾電壓傳感器。霍爾電壓傳感器是當(dāng)今電子測量領(lǐng)域中應(yīng)用最多的傳感器件之一，可廣泛應(yīng)用于電力、電子、交流變頻調(diào)速、逆變裝置、電子測量和開關(guān)電源等諸多領(lǐng)域。霍爾電壓傳感器是一種能夠隔離主電流回路與電子控制電路的電壓檢測元件，具備優(yōu)越的電性能，同一只檢測元件既可以檢測交流也可以檢測直流，甚至可以檢測瞬態(tài)電壓峰值，是有望替代傳統(tǒng)互感器的新一代產(chǎn)品。霍爾電壓傳感器按照不同的工作原理又可以分為：磁平衡式電壓傳感器、磁調(diào)制式電壓傳感器、光電隔離式電壓傳感器、高阻隔離式電壓傳感器。(3)光纖電壓傳感器。光纖電壓傳感器是新一代具有極強(qiáng)的生命力和競爭力的電壓檢測裝置。光纖電壓傳感器主要由光源、傳感頭、光電轉(zhuǎn)換及信息處理電路、計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)組成。光纖電壓傳感器采用非金屬晶體作為傳感頭，光纖作為傳感介質(zhì)，使電網(wǎng)與測量電路能有效隔離，從而避免二次短路的危險(xiǎn)。光纖電壓傳感器由于其傳感機(jī)理，具有不存在磁飽和、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)；它利用光纖傳遞信息，抗干擾能力強(qiáng)，還能起到測量回路和高壓回路電氣隔離的作用，因而絕緣結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)互感器簡單，并能減小體積、質(zhì)量，有著傳統(tǒng)電磁式互感器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
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電壓傳感器要求
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語音
利用電壓傳感器對電壓進(jìn)行測量，一般要求所采集到的電壓信號與被測電壓量在幅值上成比例，兩者的相角完全相同或相差極小。此外，對于電壓傳感器還有以下的基本要求。(1)電壓傳感器接入被測電路應(yīng)基本上不影響被測電壓的幅值和波形。(2)電壓傳感器所得電壓波形應(yīng)與被測電壓波形相同，分壓比應(yīng)與被測電壓頻率和幅值無關(guān)。(3)電壓分壓比與大氣條件（氣壓、氣溫、濕度）無關(guān)或基本無關(guān)。(4)電壓傳感器所消耗的電能應(yīng)該不大。在一定的冷卻條件下，分壓器所耗散的電能所形成的溫升不應(yīng)引起分壓比的改變。(5)電壓傳感器不應(yīng)受外界電磁場的干擾，另一方面也不應(yīng)對外界環(huán)境產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁干擾。
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電壓傳感器選用原則
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語音
電壓測量中，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的電壓傳感器，電壓傳感器選用的基本原則是：①被測電壓的量值范圍是選擇電壓傳感器的重要依據(jù)，因此要有足夠?qū)挼碾妷簻y量的范圍；②應(yīng)有足夠?qū)挼念l率范圍和足夠高的測量精度；③有足夠高的輸入阻抗，電壓傳感器的輸入電阻就是被測電路的額外負(fù)載，為了減小測量電路的接入對被測電路的影響，要求其具有較高的輸入阻抗；④應(yīng)具有較高的抗干擾能力，被測電壓中往往含有一些噪聲干擾等不需要測量的成分。
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2021-05-120
閱讀42
參考資料
1.
黃玉平，李建明，朱成林編著．航天機(jī)電伺服系統(tǒng)：中國電力出版社，2013.11
2.
才家剛編著．電機(jī)試驗(yàn)技術(shù)及設(shè)備手冊：機(jī)械工業(yè)出版社，2004年05月
3.
趙凱岐，吳紅星，倪風(fēng)雷編革．傳感器技術(shù)及工程應(yīng)用：中國電力出版社，2012.01
電壓傳感器的工作原理：電壓傳感器的工作原理是什么？民熔教授：看一遍就懂的文章！
原標(biāo)題：電壓傳感器的工作原理是什么？民熔教授：看一遍就懂的文章！
大家好！我是民熔集團(tuán)的陳博士，今天我們來講講電壓傳感器的工作原理是什么？在此之前，我們先了解一下民熔電壓傳感器是什么！民熔電壓傳感器是指能感受被測電壓并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。在各種自動檢測、控制系統(tǒng)中，常需要對高速變化的交、直流電壓信號做跟蹤采集，對于比較復(fù)雜的電壓波形做頻譜分析。這么有用的民熔電壓傳感器！他的民熔電壓傳感器的工作原理是什么？別著急！下面陳博士為大家一一講解！
民熔電壓傳感器是一種將被測電量參數(shù)轉(zhuǎn)換成直流電流、直流電壓并隔離輸出模擬信號或數(shù)字信號的裝置。電壓電流傳感器用于測量電網(wǎng)中波形畸變較嚴(yán)重的電壓或電流信號，也可以測量方波，三角波等非正弦波形。那么民熔電壓傳感器的工作原理是什么呢？
民熔電壓傳感器是一種能感知被測電壓（型號不同），一定時(shí)間內(nèi)（材質(zhì)，使用方法）將獲得的電壓轉(zhuǎn)換成直流電流、直流電壓并隔離輸出模擬信號或數(shù)字信號的傳感器。主要用于用于測量電網(wǎng)中波形畸變較嚴(yán)重的電壓或電流信號，也可以測量方波，三角波等非正弦波形。同傳統(tǒng)的互感器和分流器相比，民熔電壓傳感器精度高，響應(yīng)快，線性好，頻帶寬，過載強(qiáng)和不損失測量能量等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于電力、電子、逆變裝置、開關(guān)電源、交流變頻調(diào)速等諸多領(lǐng)域。
當(dāng)原邊經(jīng)過民熔電壓傳感器時(shí)，原邊電流IP會產(chǎn)生磁力線，原邊磁力線集中在磁芯周圍，內(nèi)置在磁芯氣隙中的霍爾電極可產(chǎn)生和原邊磁力線成正比的大小僅幾毫伏的電壓，電子電路可把這個(gè)微小的信號轉(zhuǎn)變成副邊電流IS，民熔電壓傳感器的輸出信號是副邊電流IS，它與輸入信號（原邊電流IP）成正比，IS一般很小，只有100~400mA。如果輸出電流經(jīng)過測量電阻RM，則可以得到一個(gè)與原邊電流成正比的大小為幾伏的輸出電壓信號。
原邊電壓通過外置或內(nèi)置電阻，將電流限制在10mA，此電流經(jīng)過多匝繞組之后，經(jīng)過聚磁材料將原邊電流產(chǎn)生的磁場被氣隙中的霍爾元件檢測到，并感應(yīng)出相應(yīng)電動勢，該電動勢經(jīng)過電路調(diào)整后反饋給補(bǔ)償線圈進(jìn)而補(bǔ)償，該補(bǔ)償線圈產(chǎn)生的磁通與原邊電流（被測電壓通過限流電阻產(chǎn)生）產(chǎn)生的磁通大小相等，方向相反，從而在磁芯中保持磁通為零。
感謝大家閱讀：基礎(chǔ)知識薄弱，為初學(xué)者打開一扇門 以上就是民熔電壓傳感器了哦，喜歡的寶寶可以關(guān)注小編哦，如果還有其他問題可以在下方評論區(qū)寫出自己的疑惑，陳博士一定會為大家一一解答的哦！而且陳博士會每天為大家分享關(guān)于民熔電壓傳感器的各種干貨哦
如果還需要更多的小知識！可以灌注我們威信供粽浩 民熔電氣集團(tuán) 回復(fù)：電壓傳感器 里面有超多電壓傳感器的各種干貨以及其他電氣小知識！還有視頻詳情解說！返回搜狐，查看更多
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電壓傳感器的工作原理：電壓電流傳感器原理
根據(jù)不同的電流測量原理，電流傳感器一般有電阻分流器檢測、霍爾效應(yīng)、磁通門、電磁感應(yīng)、羅氏線圈（電磁感應(yīng)原理及安培環(huán)路定律）這五種技術(shù)。根據(jù)測量原理的不同，電流傳感器主要有分流器、霍爾電流傳感器、電流互感器、磁通門電流傳感器、羅氏線圈、巨磁阻電流傳感器、光纖電流傳感器這幾種類型。
電壓傳感器原理：?
1.?磁平衡式霍爾電壓傳感器?
原邊電流VP通過原邊電阻轉(zhuǎn)換為原邊電流IP，IP產(chǎn)生的磁通量與霍爾電壓經(jīng)過放大產(chǎn)生的副邊電流IS通過副邊線圈的磁通量相平衡。副邊電流IS精確地反映原邊電壓。
2.?磁調(diào)制式電壓傳感器?
本系列傳感器未使用霍爾元件。它采用兩組相同的磁路和副邊線圈，其工作原理為由內(nèi)部方波振蕩電路產(chǎn)生的補(bǔ)償電流對安匝數(shù)補(bǔ)償，以達(dá)到磁場平衡。
3.?高阻隔離式電壓傳感器?
該系列電壓傳感器所測量的原邊電壓經(jīng)原邊電阻值電阻分壓，其產(chǎn)生的低壓信號到副邊放大電路后輸出測量電壓信號Vs。?
4.?隔離放大器式電壓傳感器?
該系列電壓傳感器所測量的原邊電壓經(jīng)過原邊高阻值電阻分壓，其產(chǎn)生的低壓信號采用高精度的光電隔離元件傳送到副邊放大電路后輸出測量電壓信號；亦可經(jīng)電壓／電流轉(zhuǎn)換電路輸出測量電流信號IS。?
電流傳感器原理
一、分流器
分流器是根據(jù)直流電流通過電阻時(shí)電阻兩端產(chǎn)生電壓的原理制作而成，分流器實(shí)際就是一個(gè)阻值很小的電阻，當(dāng)有直流電流通過時(shí)，產(chǎn)生壓降，供直流電流表顯示，直流電流表實(shí)際為電壓表，一般這個(gè)電壓表量程為75mV、150mV、300mV，用電壓表來測量這個(gè)電壓，再將這個(gè)電壓換算成電流，就完成了大電流的測量。
分流器原理圖
在低頻率小幅值電流測量中，表現(xiàn)出高的精度和較快的響應(yīng)速度。在工業(yè)領(lǐng)域中，在不涉及到測量回路與被測電流之間電隔離的場合，分流器是將電流信號轉(zhuǎn)變成電壓信號的首選的低成本方案。
二、電流互感器
電流互感器原理是依據(jù)電磁感應(yīng)原理的。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。電流互感器的作用是可以把數(shù)值較大的一次電流通過一定的變比轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次電流，用來進(jìn)行保護(hù)、測量等用途。
穿心式電流互感器原理圖
電流互感器技術(shù)成熟，在工頻測量方面有非常高的精度，由于其原理限制，不能測量直流。
三、霍爾電流傳感器
霍爾電流傳感器包括開環(huán)式和閉環(huán)式兩種，開環(huán)的霍爾電流傳感器采用的是霍爾直放式原理，閉環(huán)的霍爾電流傳感器采用的是磁平衡原理。高精度的霍爾電流傳感器大多屬于閉環(huán)式。
開環(huán)霍爾電流傳感器原理圖
磁平衡式霍爾電流傳感器原理圖
四、磁通門電流傳感器
磁通門傳感器是利用被測磁場中高導(dǎo)磁率磁芯在交變磁場的飽和激勵(lì)下，其磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度的非線性關(guān)系來測量弱磁場的。這種物理現(xiàn)象對被測環(huán)境磁場來說好像是一道“門”，通過這道“門”，相應(yīng)的磁通量即被調(diào)制，并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。利用這種現(xiàn)象來測量電流所產(chǎn)生的磁場，從而間接的達(dá)到測量電流的目的。
磁通門電流傳感器原理圖
磁通門傳感器具有分辨力高、測量弱磁場范圍寬、可靠、能夠直接測量磁場的分量和適于在速運(yùn)動系統(tǒng)中使用等特點(diǎn)。
五、羅氏線圈
羅氏線圈是一個(gè)均勻纏繞在非鐵磁性材料上的環(huán)形線圈。輸出信號是電流對時(shí)間的微分。通過一個(gè)對輸出的電壓信號進(jìn)行積分的電路，就可以真實(shí)還原輸入電流。該線圈具有電流可實(shí)時(shí)測量、響應(yīng)速度快、不會飽和的特點(diǎn)，適用交流尤其是高頻大電流測量。
羅氏線圈測量原理圖
羅氏線圈是一個(gè)均勻纏繞在非鐵磁性材料上的環(huán)形線圈。輸出信號是電流對時(shí)間的微分。通過一個(gè)對輸出的電壓信號進(jìn)行積分的電路，就可以真實(shí)還原輸入電流。該線圈具有電流可實(shí)時(shí)測量、響應(yīng)速度快、不會飽和的特點(diǎn)，適用交流尤其是高頻大電流測量。
六、巨磁阻電流傳感器
物質(zhì)的電阻率在磁場中會產(chǎn)生輕微變化。這種現(xiàn)象叫磁阻效應(yīng)（AMR）。某些條件下物質(zhì)電阻率會隨磁場產(chǎn)生較大變化稱作巨磁阻效應(yīng)（GMR）。GMR可以比AMR大一個(gè)數(shù)量級的靈敏度。巨磁阻效應(yīng)是一種量子力學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)現(xiàn)象，是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時(shí)較之無外磁場作用時(shí)存在巨大變化的現(xiàn)象。基于這個(gè)效應(yīng)的傳感器就是巨磁阻傳感器。
巨磁阻電流傳感器原理圖
七、光纖電流傳感器
光纖電流傳感器是以法拉第磁光效應(yīng)為基礎(chǔ)、以光纖為介質(zhì)的新型電流傳感器。激光束通過光纖，并經(jīng)起偏器產(chǎn)生偏振光，經(jīng)自聚焦透鏡人射到磁光晶體：在電流產(chǎn)生的外磁場作用下，偏振面旋轉(zhuǎn)θF角度;經(jīng)過檢偏器、光纖，進(jìn)人信號檢測系統(tǒng)，通過對θF的測量得到電流值。
光纖電流傳感器原理圖
光纖電流傳感器主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)中電流的測量;除此之外與電機(jī)制造廠、測量儀器儀表廠結(jié)合，還可研制開發(fā)線路事故點(diǎn)的標(biāo)定裝置及事故區(qū)間的判定裝置等一系列電力系統(tǒng)的測量、診斷裝置。
電壓傳感器的工作原理：霍爾電流電壓傳感器原理圖及工作原理
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磁平衡式霍爾電電壓傳感器工作原理原邊電壓Vp通過原邊電阻R1轉(zhuǎn)換為原邊電流Ip，Ip產(chǎn)生的磁通量與霍爾電壓經(jīng)放大產(chǎn)生的副邊電流Is通過副邊線圈所產(chǎn)生的磁通量相平衡。副邊電流Is精確地反映原邊電壓。 磁平衡式霍爾電流傳感器工作原理：原邊電流Ip產(chǎn)生的磁通量與霍爾電壓經(jīng)放大產(chǎn)生的副邊電流Is通過副邊線圈所產(chǎn)生的磁通量相平衡。副邊電流Is精確地反映原邊電流。：直檢式霍爾電流傳感器工作原理如圖。由于磁路與霍爾器件的輸出具有良好的線性關(guān)系，因此霍爾器件輸出的電壓訊號U0可以間接反映出被測電流I1的大小，即：I1B1U0;把U0定標(biāo)為當(dāng)被測電流I1為額定值時(shí)，U0等于50mV或100mV。這就制成霍爾直接檢測（無放大）電流傳感器
