磁阻傳感器在電氣工程上測量電流的探討

摘 要：該文介紹了用磁傳感器來測量電流的基本原理。分析了一種新型電氣工程中使用的非接觸式測量電流電路工作原理，證明了這種測量電流方法的可行性。

關鍵詞：磁阻傳感器 電氣工程 測量電流 應用

中圖分類號：TM933文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（b）-0097-01

測量電流有很多種方法，最常用的方法是使用阻性分流器、變壓器或磁性傳感器。阻性分流器應用歐姆定律，通過分流器的電流與分流器兩端的電壓值成正比，分流器相當于與負載串聯。這種方法優點是：精度高、底偏差，缺點是無法提供電絕緣。短暫的峰值可能燒壞分流器或導致線路中電子元件的過載。電流互感器由一個初級線圈和一個次級線圈，包圍著一個磁芯組成，初級線圈產生電流，使磁芯感應磁場，以使次級線圈產生感生電流，與初級電流成正比，電流互感器雖提供了電氣絕緣，保護了傳感器和周圍的元件，但只能對交流電流測量，直流電流是不能測量的，且體積大，測量電流的方法固定在一個位置上測量，不能移動，所以使用不靈活。

1 磁傳感器的測量機理

（1）大多的情況下，通電導體周圍的磁場可由安培定律得出：磁場強度順著電流流過的路徑的積分，

如果：I=1amp，r=1cm，B=20MT

通過不同大小電流，產生的磁場情況，如1安培時，在離導線中心2cm時產生的磁場為0.1高斯。

（2）線性磁場傳感器的原理

線性磁場傳感器可以有各種各樣的產品，簡單的磁場傳感器是一個電阻電橋元件，其原理如圖2所示。

只需要一個供電電壓便可測量磁場，當0～10 V的電壓連接到橋路上時，傳感器開始測量軸線內的環境磁場。除了電橋電路外，傳感器的芯片上有兩個磁耦合電流帶（偏置電流帶和置位/復位電流帶），它只省去了外部加裝線圈的需要。磁阻傳感器是由在硅圓片上電積的一個薄層鎳鐵薄膜制成，并布置成一個電阻帶，如果對其施加磁場時或傳感器靠近磁場時，又或靠近通電導體時，電橋電阻的變化使電壓輸出產生相應的變化。

通常施加在薄膜測的外部磁場，使磁力線產生旋轉，并改變其角度，這又使電阻值發生變化（R/R），并造成惠斯通電橋的電壓輸出的變化，這就是鎳鐵電阻的變化被稱作磁阻效應，這在直接與電流的方向和磁電矢量有關。

在制作過程中，敏感軸（磁場方向）被設置為沿薄膜長度的方向，這樣可使施加在鎳鐵薄膜的磁場導致電阻值的最大變化。但是，沿敏感軸的強磁場（大于10高斯）的影響，會擾亂薄膜磁電的極性，改變傳感器的特性。為了恢復傳感器的特性，必須短暫地施加一個強的恢復磁場，這種做法被稱復位脈沖。電橋輸出信號的極性取此內部薄膜的磁電方向且對零磁場輸出相對稱。

2 磁傳感器測量電流的電路設計

2.1 測量裝置的簡介

總結目前市場上此類產品存在的缺陷，有針對性地研發出適應電氣設施測量電流使用的一種新型磁傳感器，非接觸式測量電流的裝置，其特點是：克服市場上目前出售的該產品由于都是接觸式方法造成現場檢測的不便。采用了非接觸方法克服了這些困難，基本在任何情況下都能對線路電流進行檢測，這種裝置成本低、質量輕、體積小是從事電氣設施測量電流非常適用的工具。

2.2 電路設計

根據以上分析和電氣設施現場的實際情況，設計一種采用HMC系列傳感器的測量電流裝置。

其電路如圖3所示。

該電路的原理是：裝置采用9U直流電池作為工作電源，經過三端穩壓集成電路后使C、D兩點電壓5作磁阻傳感器工作電源，另外9U電壓是直接供給LM358集成運算放大器I作用。當5磁阻傳感器沒接觸被測物時，其兩點A、B的電壓是相符的，但當其靠近被檢測物體時，A、B兩點有微弱電壓輸出，通過L358的放大作用后F點得到一個輸出電壓，從而可判別到被測物體是否有電流流過。

3 使用效果和方法

該新型的裝置試制成功后，經過在測試現場的使用，達到預期的初步效果，可以定性地非接觸式的方法判別導線中的電流，操作方法簡單，具體是：將電源開關置于閉合位置，調整電位器11使F點的輸出電壓為零，把磁阻傳感器5靠近被測導線，觀察F點的輸出電壓情況，若F點有電壓輸出測說明導線中有電流流過，否則就沒有。

4 結語

目前，對電氣線路中電流的測量裝置種類繁多，但基本上都是采用接觸式的方法測量，采用電流互感器的檢測方法雖然也是非接觸式的方法，但局限于場地和條件；此新型的檢測裝置有精度不高的缺點，但可方便監視電流，定性測試方法可以克服目前該類產品的不足。

參考文獻

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