电流传感技术分类介绍-基于法拉第定律的电流传感技术

    罗氏线圈Rogowski线圈被定义为用于测量交流电（AC）的电气设备。它也用于测量高速瞬态，脉冲电流或正弦电流。Rogowski线圈的名称以德国物理学家WalterRogowski的名字命名。Rogowski线圈是均匀缠绕的线圈，匝数为N，横截面积A恒定。Rogowski线圈中没有金属芯。空芯线圈放置在导体周围，由电流产生的磁场在线圈中感应出与电流变化率成比例的电压。该电压被积分，产生与电流成比例的输出。

    电流传感技术分类介绍-磁场传感技术

    新闻中心是基于霍尔效应的设备，霍尔效应传感器是埃德温·霍尔（EdwinHall）在1879年根据洛伦兹力的物理原理发现的。它们由外部磁场激活。在这种通用设备中，霍尔传感器感测由磁系统产生的磁场。该系统通过输入接口响应要检测的量（电流，温度，位置，速度等）。霍尔元件是基本的磁场传感器。它需要信号调理以使输出可用于大多数应用。由一次电流（Ip）产生的磁通量会集中在磁路中，并使用霍尔器件进行测量。然后，对霍尔器件的输出进行信号调理，以提供一次电流的精确表示。又可分为开环和闭环两种技术类型。

　　电流是什么？电流是在电导体或空间中移动的带电粒子流，例如电子或离子。它是通过一个区域的净电荷流动速率来衡量的。移动的粒子称为电荷载流子，根据导体的不同，它可能是几种粒子中的一种。在电路中，电荷载流子通常是通过导线移动的电子。测量单位用安培表示，符号为I。

　　电流传感器技术是检测电流并将其转换为可观察的形式。在电气工程中，电流传感技术可以是用于测量电流的多种技术中的任何一种。电流的测量范围从皮安到上万安。电流传感技术的选择取决于要求，例如大小，精度，带宽，成本，耐用性，隔离度或尺寸等。电流值可以由仪器直接显示，也可以转换为数字形式以供监测或控制系统使用。

　　电流传感器技术分类介绍：非隔离绝缘，分流电阻---AC+DC

　　隔离绝缘：基于法拉第定律的电流传感技术，AC，电流互感器，罗氏线圈

　　磁场传感技术：AC+DC，霍尔效应，磁通门传感器，磁阻式

　　电流传感技术分类介绍-分流电阻：电流传感的常见和简单方法是使用分流电阻。分流电阻两端的电压降与其电流成正比,成本较低。

电流传感器优势分析：

电流传感器的基本优点在于：响应时间快、低温漂、精度高、体积小、频带宽、抗干扰能力强、过载能力强。

电流传感器是一种有源模块，如霍尔器件、运放、末级功率管，都需要工作电源，并且还有功耗。电流传感器不论是开环还是闭环原理，基本的性能区别不大。

电流传感器优势：

1、在进口产品的再改造和旧设备的技术改造中，非接触检验显示出非接触测量的优势；电流的数值可以在原设备的电气接线中测量，而无需任何改变。

2、传统的电流电压互感器，虽然工作电流电压水平较高，在规定的正弦工作频率下精度较高，但其合适的频段非常窄，无法传递DC。另外，工作时有激磁电流，所以是电感器件，只能在响应时间上做几十个。ms。

3、传统检测元件受到许多因素的限制，如规定频率、规定波型和响应滞后，无法适应大功率变流技术的发展。新一代霍尔电流电压传感器、电流电压传感器和真正有效的树枝应运而生。AC/DC将转换器组合成一体化的变送器，已经成为人们熟悉的检验模块。

4、使用分流器的缺点是无法隔离电源，还有插入损耗。电流越大，消耗越大，体积越大。我们还发现分流器在检查高频大电流时不可避免地具有电感性，无法真正传递被测电流波形，也无法真正传递非正弦波形。

5、使用非常方便，取一个非常方便。LT100－C一个100的电流传感器串在M端和电源零端。mA模拟表头或数字万用表，连接工作电源，将传感器放在电线电路上，可以准确显示主电路0~100。A电流值。

    图2整车电器检测设备布置

    2．控制模块软件一致性检查

    通过读取ECU中的软件版本与标准软件版本进行对比，能够对ECU进行软件一致性校验。这对于具有ECU刷写功能的车型尤为重要（见图1）。因为针对不同车型采用的ECU硬件相同但软件却不同，需要进行模块软件刷写。在刷写过程中可能因为车型选错或操作人员扫描失误导致软件刷写错误。

    3．对整车电器功能性检查

    设备通过对ECU的控制，激活车辆各种电器零件，进行功能性检测。有些电器零件在满足一定条件下才能够工作（如空调必须在发动机起动后才能开启），而通过ECU直接控制则可以跳过这些条件直接激活电器功能，使得车辆在静态时就能够完成所有的功能性检测，并且功能性检测诊断设备能够自行完成，无需人工干预。依据主机厂投资不同，电子电器检测设备的设置站点不同，目前国内自主品牌一般在车门分装线与仪表分装线各设置一个站点，在CP7生产线动态测试前进行整车ECU故障清除，因方向盘转角标定需借助四轮定位仪完成，故在此设置一站点。对于转毂试验台，每个主机厂可根据自己的不同情况自行选择，动态测试前进行电器件功能检测（见图2），最后，在出厂前进行ECU模块刷写。

    4．对整车电子电器系统中电流的检测

    电流检测是电子电器检测中重要的环节之一。通过读取各种电器零件在工作中的电流，判断电器零件、零件线束和零件功能是否正常。在对各种电器零件进行基础的电器设备功能性检测时，对于功耗较高的、易损坏的电器零件还要进行底层电流检测。因为有些电器零件即使功能正常但依旧存在电流值过大或过小的情况，过大易导致线束烧毁，过小易导致功能无法激活。因此，电流检测就显得非常重要，它能够有效地发现这样的缺陷隐患。图3所示为电子电器检测设备对4个车门的电器与线束的通断进行检测。

    图3电子电器检测设备对整车车门的检测

    国内自主品牌企业的项目战略情况

    目前，在国内自主品牌汽车企业中，电子电器检测项目处于刚刚起步阶段。从刚开始对电子电器监测单一设备的认识，到最后与整个公司资源管理的融合，以及质量管理体系的渗透，电子电器检测项目在某种意义上是一个企业技术功底的比拼。图4所示为电子电器检测设备实施的边界条件。

    在电子电器检测项目实施的过程中，通常会遇到以下问题：

    1．部门之间协调不足

    将电子电器检测作为生产部门或工艺部门的一部分独立存在。没有将上游系统、整车开发平台和品质监控部门集合在一起进行统一协调，导致电子电器检测系统无法发挥应有的功效。

    2．零部件电器性能不满足要求

    因零部件无设计的电器参数标准，导致检测的电器性能值不能确定，如果将参数放大起不到电子电器检测的目的，如果将参数值设小，工厂为保证装车合格率，只能将检测标准无限扩大，从而失去检测意义。

    图4电子电器检测设备实施的边界条件

    3．信息化配套系统不完善

    没有完善的工业网信息系统的软硬件支持，电子电器检测系统很难高效地工作，并且部分功能只能通过各种降级方案实现：图3形象地描述了客户需求在公司ERP模块资源整合，通过精准化、及时化的生产组织，将客户个性化需求转化到批量生产中信息的惟一性，使得生产的产品零缺陷。

    为全方位控制整车生产信息，汽车主机厂生产排产部门依据整车VIN码，查询整车配置信息，对所有工位零件及配置信息进行追踪与控制。每个主机厂处理方式及层次不同，如果直接依据销售配置表在研发信息化系统中对整车硬件和软件选项库进行整车信息统计，传递给公司制造信息化系统，能够大大提升电子电器检测设备的准确率。

    总结

    为使车辆出厂前的缺陷程度降低、成本控制合理且车辆更加安全，并达到有效提高产品质量及品牌竞争力的目的，需要完善电子电器检测设备统计系统及分析软件，对电子电器性能、故障类型和故障原因进行全面、详细的分析，对于提高整车制造工艺水平及控制成本有着极大的帮助。

　　FPGA图像处理模块.用于嵌入视觉和控制算法NI1483CameraLink适配器模块与NIFlexRIO现场可编程门阵列(FPGA)板结合，为直接在FPGA上嵌入视觉和控制算法提供了一种解决方案。

　　工程师和科学家可以使用FPGA来实时处理和分析图像

　　I1483非常适合于光学相干断层扫描(OCT)和高速控制系统的应用，如激光对准和分选。该模块支持基本的，中等的和全配置的相机链接设备，以及80位10点配置，所有高达85兆赫。该设计使工程师和科学家能够在使用自定义图像传感器时定制图像采集。该模块还集成了几个I/O选项，包括四条TTLI/O线、两个光隔离输入和一个正交编码器输入，除了许多模块化的I/O和工业通信选项可用的PXI平台。

　　对于必须为监测或故障排除目的而制造的基本电子元件，电流一直是更有问题的参数。在实验室或testbench上下文中，断开电路并插入电流表直接测量电流可能很简单..在生产测试环境中，在现场服务中，或在系统运行时对其进行监测和诊断测量，这种方法往往不方便或不可能。将低值电阻元件放置在电流路径中并测量其上产生的电压也会出现类似的接入问题，在工业驱动器或逆变器等高压系统的情况下也会出现安全问题。¬

　　¬¬解决这个问题的一个熟悉的工具是夹紧电流探头。根据基本电磁原理，我们知道在导体中流动的电流在它周围形成磁场；钳位探头使用该磁场间接测量电流。一些工程师认为钳位电流探头是一个有用的附件，但精度有限。新的设计克服了任何这样的限制，并提供了范围、准确性和稳定性性能，符合当今生产和维护测试场景的要求。探针可以与万用表接口，也可以配置为波形捕获设备，以连接到示波器。

　　¬汽车系统测试带来了许多测量挑战。它需要很高的动态范围；当发动机起动机电动机投入时，电流探头必须测量几百安培，而在天平的另一端，它必须解决毫安甚至微安的电流一电动汽车和混合动力车的发展速度的增加将增加进一步的需求。现代汽车系统中的一个典型测试用例是监测汽车系统在概念上转动时产生的待机电流o任车辆设计包含了许多电子控制单元(ECU)，所有这些单元都通过基于总线的互连相互作用，整个系统在逐渐关闭到静止状态时的行为可能是非常复杂的，并且可能需要很多分钟甚至几个小时。这直接导致需要测量工具，不仅解决非常低的电流，而且在长期内以稳定和完全可重复的方式这样做。¬¬

　　钳位探头的核心是对磁路的详细了解和细致设计..虽然表面上相似，但在dif-中使用了三种不同的测量原理。

　　不同的探针设计。在每一种情况下，探针的颚，当围绕导体关闭时，形成一个磁环。

　　¬一种变体使用放置在磁环间隙内的霍尔效应传感器；该回路将导体周围的磁场集中到间隙中，霍尔传感器发展成比例电压。这被称为开环设备：另一种闭环配置在磁芯周围增加了一个绕组，通过该绕组，伺服放大器驱动电流使霍尔传感器的磁场无效。与所有这些平衡测量技术一样，这种闭环布置可以增加范围和线性度，部分是通过保持磁组分远离其饱和区域。¬

　　¬第二个基本原理是磁通门传感器，它使用磁环的全B-H磁化特性。交流信号驱动磁芯进出其饱和区域：由于被测导体而产生的附加磁场的存在影响了磁性材料在其B-H环周围的漂移，由此可以导出测试电流的值。

　　另一种技术只测量交流电流，而前面提到的方法可以同时处理直流和交流；这是罗格斯基科勒方法，其中磁环是一个空气芯绕组。感兴趣的电流引起的磁场在线圈中产生一个电压，即电流的导数(di/dt)；信号调理然后将该电压集成到电流的测量中。基于传感器的探针可以测量到几毫安，1%的精度和imA分辨率；磁通门技术可以将其扩展到以ioojiA的分辨率测量imA。¬高性能探头的频率响应扩展到100kHz以上，使之成为可能。

　　工业驱动器和逆变器电流流动的谐波分析，脉冲响应时间在I(IS)下。

　　测试环境如上所述，磁设计是性能的关键。诸如汽车行业中的bonnet测量或工业环境中接近电机驱动器等环境对精密系统极为不利。在基本的层面上，电流探头的机械设计必须是稳健和准确的，这样磁环就能被正确地关闭，并且每次应用探头时都建立了相同的条件。

　　在微安培区域实现分辨率要求对外部磁场进行高水平的筛选，同时对感兴趣的领域提供高灵敏度。在工业驱动环境中，杂散场（和其他电噪声）的潜力是显而易见的；同样，在汽车环境中，将有多个电机和其他系统在附近。

　　即使是地球的磁场也必须考虑；在半径为2cm的ima电流产生的磁场强度是io纳米特斯拉；地球的磁场大约是几十微特斯拉..然而，制造高性能钳位探头所需的磁性设计专门知识远远超出了筛选。探头精度是常规指定的导体在探头孔径的中间，电线正常到平面的磁环。在真正的测试中¬

　　以此判断交流发电机是否正常：占空比是脉冲信号的正半周与一个周期的百分比。发动机电控系统中测试占空比的部位，主要是以脉冲电流工作的各种电磁阀。如对电控化油器混合比控制电磁阀、怠速电磁阀、EGR电磁阀、活性炭罐控制阀、分电器霍尔传感器的检测等。通过测量的占空比数值与各汽车厂家提供的标准值对比，很容易就可以判断故障所在。

　　电流传感器主要包括以下几种：1、电流互感器：电磁感应原理；2、新闻中心：霍尔效应原理；3、磁通门传感器：磁通门原理；4、罗氏线圈：电磁感应原理及安培环路定律；5、分流器：欧姆定理。

　　电流传感器工作原理：电流传感器从直流电到几十千赫兹的交流电，其所依据的工作原理主要是霍尔效应，当原边导线经过电流传感器时，原边电流IP会产生磁力线①，原边磁力线集中在磁芯②周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电极③可产生和原边磁力线①成正比的大小仅几毫伏的电压，电子电路④可把这个微小的信号转变成副边电流IS⑤，并存在以下关系式：

　　(1)其中，IS—副边电流；IP—原边电流；NP—原边线圈匝数；NS—副边线圈匝数；NP/NS—匝数比，一般取NP=1。

　　电流传感器的输出信号是副边电流IS，它与输入信号（原边电流IP）成正比，IS一般很小，只有100~400mA。如果输出电流经过测量电阻RM，则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的输出电压信号。

　　电流传感器分类：电流传感器分两大类：直流、BETVLCTOR 。

　　按用途可分为：工业传感器

　　工业产品电流电压测量解决方案。用于控制、校准以及过流保护和监控。

　　铁路传感器为铁路行业提供瞬时电流电压检测，主牵引和辅助变频的控制和保护。

　　自动化传感器用于工业自动化领域的电量传感器，提供瞬时值，RMS，真RMS信号可以直接输入PLC，二次仪表或其他仪器。这些传感器有开口和固定两种磁芯，有盘式和导轨等不同的安装方式。通常用于电机保护、电源监控等领域。

　　大电流传感器用于冶铝、氯碱、有色金属冶炼等行业直流大电流的测量、控制与保护，电流测量范围可以测量500KA。精度高，工作温度范围宽广。

　　电流传感器主要参数：1、标准额定值IPN和额定输出电流ISN

　　IPN指电流传感器所能测试的标准额定值，用有效值表示（A.r.m.s），IPN的大小与传感器产品的型号有关。

　　ISN指电流传感器额定输出电流，一般为100~400mA，某些型号可能会有所不同。

　　2、传感器供电电压VA：VA指电流传感器的供电电压，它必须在传感器所规定的范围内。超过此范围，传感器不能正常工作或可靠性降低，另外，传感器的供电电压VA又分为正极供电电压VA+和负极供电电压VA-。

　　3、测量范围Ipmax：测量范围指电流传感器可测量的最大电流值，测量范围一般高于标准额定值IPN。测量范围可用下式计算：

　　(2)要注意单相供电的传感器，其供电电压VAmin是双相供电电压VAmin的2倍，所以其测量范围要高于双相供电的传感器。

　　4、过载：电流传感器的过载能力参见图2。发生电流过载时，在测量范围之外，原边电流仍会增加，而且过载电流的持续时间可能很短，而过载值有可能超过传感器的允许值，过载电流值传感器一般测量不出来，但不会对传感器造成损坏。

　　5、精度：霍尔效应传感器的精度取决于标准额定电流IPN。

　　(1)偏移电流ISO：偏移电流也叫残余电流或剩余电流，它主要是由霍尔元件或电子电路中运算放大器工作状态不稳造成的。电流传感器在生产时，在25℃，IP=0时的情况下，偏移电流已调至最小，但传感器在离开生产线时，都会产生一定大小的偏移电流。产品技术文档中提到的精度已考虑了偏移电流增加的影响。

　　(2)线性度：线性度决定了传感器输出信号（副边电流IS）与输入信号（原边电流IP）在测量范围内成正比的程度。

　　(3)温度漂移：偏移电流ISO是在25℃时计算出来的，当霍尔电极周边环境温度变化时，ISO会产生变化。因此，考虑偏移电流ISO的最大变化是很重要的。

　　6、抗干扰性：(1)电磁场；闭环霍尔效应电流传感器，利用了原边导线的电磁场原理。因此下列因素直接影响传感器是否受外部电磁场干扰。

　　<1>传感器附近的外部电流大小及电流频率是否变化；

　　<2>外部导线与传感器的距离、外部导线的形状、位置和传感器内霍尔电极的位置；

　　<3>安装传感器所使用的材料有无磁性；

　　<4>所使用的电流传感器是否屏蔽；

　　为了尽量减小外部电磁场的干扰，最好按安装指南安装传感器。

　　(2)电磁兼容性：电磁兼容性EMC，（Electro-MagneticCompatibility）是研究电气及电子设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态，即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作而又互不干扰，达到“兼容”状态的一门学科。空间电磁环境的恶化越来越容易使电子元器件之间因互不兼容而引发系统的误动作，因此电工、电子设备电磁兼容性检测极有必要。由于实际生产、科研及市场推广的迫切需要，采用已通过电磁兼容性检测的电流和电压传感器已形成共识，并已成为一个强制性标准。ABB公司的所有电流传感器自1996年1月1日起，均已通过了EMC检测。