电压互感器设计方案

电压互感器设计方案方案名称：电压互感器方案摘要：本方案意在通过设计一个反响转扮装置来实现计算机对中频炉加热系统温度的实时监控，即电压传感器。通电线圈里的交变电流产生同频率的磁场，将传感器置于磁场中会在传感器关键器件上产生感应电动势〔法拉利电磁感应〕，通过对感应电动势的检测来间接反映磁场强度，从而建立起计算机与被控对象之间的桥梁。本文预备两套方案来设计电压互感器。一种是基于霍尔效应的霍尔线性集成传感器，当外加磁场时,霍耳元件产生与磁场成线性比例变化的霍耳电压,经放大器放大后输出。另一种利用磁敏晶体管，此类晶体管是继霍尔元件之后进展起来的一种型磁电转换器件，它具有磁灵敏度高、响应快、无触点、输出功率大等特点，因此在电磁测量、工业掌握及检测技术方面得到广泛应用。磁敏晶体管中主要有磁敏二极管，磁敏三极管。方案内容：方案一：霍耳线性集成传感器的输出电压与外加磁场成线性比例关系。这类传感器一般由霍耳元件和放大器组成，当外加磁场时,霍耳元件产生与磁场成线性比例变化的霍耳电压,经放大器放大后输出。霍尔效应原理：将一块半导体或导体材料，沿ZB，沿X方向通以工作电流I，则在Y方向产生出电动势VH，如图1所示，这现象称为霍尔效应。VH称为霍尔电压。YZYXBXB+Fe+bEIVHdFm---A-H--B--Fm+A+--bEHIVHd++++(a) (b)3霍尔效应原理图I——掌握电流 Ih——霍尔电流 Vh——霍尔电压 V——掌握电压R——输入电阻 R3——负载电阻图中掌握电流I由电源E供给,R为调整电阻,保证器件内所需掌握电流I。霍耳输出端接负载R,R可是一般电阻或放大器的输入电阻、或表头内阻等。磁场B垂直3 3通过霍耳器件,在磁场与掌握电流作用下，由负载上获得电压。V和霍耳电场方向分别平行HHBId设霍耳片厚V和霍耳电场方向分别平行HHBId和霍耳电势VH

的关系式R —霍耳系数，由载流材料物理性质打算。H根本特性：H直线性指霍耳器件的输出电势VH

分别和根本参数I、V、B之间呈线性关系。灵敏度可以用乘积灵敏度或磁场灵敏度以及电流灵敏度、电势灵敏度表示：K——V与磁感应强度B和掌握电流I乘积之间的比H H值，通常以mV/(mA·0.1T)。由于霍耳元件的输出电压要由两个输入量的乘积来确定,故称为乘积灵敏度。霍尔元件的测量误差造成测量误差的主要因素有两类：半导体固有特性和半导体制造工艺的缺陷。误差表现为:零位误差和温度误差。零位误差：霍尔元件在加掌握电流但不加外磁场时消灭的霍尔电势称为零位电势，又称为不等位电势。主要缘由在于霍尔电极不在同一等位面。可承受电桥平衡原理补偿。温度误差由于载流子浓度等随温度变化而变化，会导致霍尔元件的内阻、霍尔电势等也随温度变化而变化。这种变化程度随不同半导体材料有所不同，而且温度高到肯定程度，产生的变化相当大。温度误差是霍尔元件测量中不行无视的误差。针对温度变化导致内阻(输入、输出电阻)的变化，可以承受对输入或输出电路的电阻进行补偿。对霍尔元件进展温度补偿的方法有很多种：承受恒流源供给掌握电流、合理选择负载电阻、承受热敏电阻，也可以将整个霍尔电流传感器进展监测补偿。其中最简洁有用的方法就是用热敏电阻对霍尔元件进展温度补偿。对于由温度系数较大的半导体材料(如锑化铟)3所示的温度补偿电路，其中Rt是热敏元件(热电阻或热敏电阻)。图3(a)是在输入回路进展温度补偿电路，当温度变化时，用Rt的变化来抵消霍尔元件的乘积灵敏度S和输入电阻Ri变化对霍尔输出电势Vk3(b)则是在输出回路进展温度补偿的电路，当温度变化时，用Rt的变化来抵消霍尔电势Vk和输出电阻R0变化对负载电阻RL上的电压UL的影响。安装测量电路时，应使热敏元件和霍尔元件的温度全都。在实际电路设计中，为了提高传感器的性能，往往在电路中设置稳压、电流放大输出级、失调调整和线性度调整等电路。单端输出的传感器是一个三端器件，它的输出电压对外加磁场的微小变化能做出线性响应，通常将输出电压用电容交连到外接放大器，将输出电压放大到较高的电平。其典型产品是SL3501。双端输出的传感器是一8脚双列直插封装的器件，它可供给差动射极跟随输出，还可供给输出失调调零。SL35