霍尔传感器状态监测电路的设计及其应用

1 引言

        传感器位于研究对象与测试系统之首，是获取与检测信息的窗口。霍尔传感器以其体积小、结构简单等优点在自动化生产中得到了广泛的应用，尤其在测试行业和大型企业中（如煤矿企业等）已成为一种不可替代的半导体器件。

        由于一般的电流、电压互感器体积大、精度不高、使用不便，所以设计了霍尔传感器监测电路并据此制作了相应的电路板。该电路板可以同时分别监测三路电流和电压量，且测量电阻可根据实际需要随时更换，具有体积小、方便、快捷等优点。并以液压动力系统状态监测为实例，通过与一般电流互感器测量结果比较，表明此电路板可用于工程测试中，性能优良。

2 霍尔传感器状态监测电路的设计

2.1 设计时考虑的几个问题

       1）一般的电流、电压互感器由于体积大、精度不高且使用时需要固定，非常不便；而霍尔传感器具有体积小、精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强和不损失被测电路能量等优点。

       2）通常在液压动力系统状态监测中，电流信号易获取、携带着许多反映设备运行状态的有用信息。若采用合适的信号处理方法，会给状态监测乃至故障诊断工作带来极大方便；电压信号随着电网的波动或电机断相、短路等故障也会出现异常。故在状态检测过程中，获取电流、电压信号是很有必要的。

       3）一般的采集卡输入信号范围为±5 V，而不同的工况、测试环境、系统等对传感器的输出信号范围都有不同的要求，故和传感器相匹配的测量电阻需要随时调整。 由此看来，为了实际测量工作的有效进行，需要设计一个电路将霍尔传感器和其匹配测量电阻加以集成，可以同时测量电流、电压信号，且测量电阻要更换方便。所以，在工程实践的基础上，设计了电路并制作了相应的电路板，给出了工程应用实例。

2.2 设计原理、电路图及需注意的问题

       设计的理论基础为霍尔效应原理。霍尔效应是形成电流的作定向运动的带电粒子即载流子（N 型半导体中的载流子是带负电荷的电子，P 型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中受到洛仑兹力作用而产生的。

       利用基于霍尔效应的电压（HNV025A）和电流（HNC-25LA）传感器，配上各自的测量电阻（初级和次级电阻）和一些输入输出端口，设计的电路原理图如图1。

       其中，霍尔电压传感器工作原理为：用磁检测器磁芯中次级电流所产生的磁场补偿初级电流所产生的磁场，使之在零磁通状态下工作，有等式NpgIp=NsgIs，IP 为初级电流，NP 为初级匝数，IS 为次级电流，NS 为次级匝数，匝数比为2 500∶1 000。