霍爾效應(yīng)(交/直流)鉗形表的內(nèi)部設(shè)計(jì)

本文深入探討了霍爾效應(yīng)鉗形表的內(nèi)部設(shè)計(jì)原理，重點(diǎn)分析了其如何通過霍爾效應(yīng)傳感器測量交直流電流，以及與傳統(tǒng)電流互感器型鉗形表在結(jié)構(gòu)和功能上的差異。

霍爾效應(yīng)(交/直流)鉗形表的內(nèi)部設(shè)計(jì)

霍爾效應(yīng)鉗形表既可測量交流電流又可測量直流電流，可高達(dá)千赫(1000 Hz)范圍。

與電流互感器型一樣，霍爾效應(yīng)鉗形表也使用剛性鐵鉗口聚集包圍在被測導(dǎo)體周圍的磁場。

與電流互感器型鉗形表不同的是，鉗口沒有纏繞銅絲。相反，鉗口環(huán)繞住導(dǎo)體后，導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場集中在鐵芯中的一個(gè)或多個(gè)間隙上。

注意霍爾效應(yīng)鉗形表鉗口尖端的相交點(diǎn)。

左圖：僅支持交流電流的互感器鉗形表的鉗口緊密閉合。右圖：霍爾效應(yīng)傳感器鉗形表的鉗口之間安裝有一個(gè)傳感器。

霍爾效應(yīng)鉗形表的鉗口相交點(diǎn)有一個(gè)間隙，產(chǎn)生一個(gè)磁場(又稱為磁通)必須跳過的氣穴。該間隙限制了磁通，所以磁芯達(dá)不到飽和。

相比之下，僅支持交流電流的互感器鉗形表的鉗口在閉合時(shí)是齊平的。打開時(shí)，鉗口的尖端顯露出裸金屬芯端面

在間隙中，由一層薄塑料模壓覆蓋，是成為霍爾效應(yīng)傳感器的半導(dǎo)體 — 輸出電壓隨磁場(本例中為被測導(dǎo)體或線路的磁場)變化的變送器。其目的是直接測量磁通量。然后將該傳感器的輸出電壓進(jìn)行放大和比例縮放，用于表示通過鉗口中導(dǎo)體的電流。

當(dāng)電流通過被測導(dǎo)體時(shí)，霍爾效應(yīng)鉗形表形成的鐵芯允許磁場輕易通過 — 實(shí)際上比空氣更容易。

當(dāng)磁場(磁通)到達(dá)鉗口前端中的小氣穴時(shí)，磁場必須跳過該間隙。由于間隙非常小，磁場仍然保持集中在氣隙兩端，而霍爾效應(yīng)傳感器(安裝在間隙中)產(chǎn)生與間隙中磁通量成比例的電壓，鉗形表將電壓轉(zhuǎn)換為電流讀數(shù)。

在霍爾效應(yīng)裝置中，直流磁場也集中在磁芯上，像附著在鐵芯上的永久磁場。由于大地的直流磁場以及測量點(diǎn)附近其他磁場的可能性，這些鉗形表要求在測量之前對讀數(shù)進(jìn)行“調(diào)零”，以消除偏移。

公認(rèn)霍爾效應(yīng)是由美國物理學(xué)家埃德溫·霍爾(Edwin Hall，1855-1938)于1879年發(fā)現(xiàn)的。