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浅谈PEM探头和霍尔元件检测的关系

发布时间:2018-10-24   点击次数:102次
  电流PEM探头是我们电子工程师最常使用的仪器之一,可以说是我们的左膀右臂。而在平常一般的使用中,我们大部分都是使用的都是电压PEM探头,这是便宜使用最为广泛的PEM探头。而除了电压PEM探头之外,还有电流PEM探头,今天就给大家来说道说道电流PEM探头的三俩事吧。
  从原理上来看,用电压PEM探头测得电压值,除以被测阻抗值,很容易就可以获得电流值。然而,实际上这种测量引入的误差很大,所以一般不采用电压换算电流的方法。电流PEM探头可以精确测得电流波形,方法是采用电流互感器输入,信号电流磁通经互感变压器变换成电压,再由PEM探头内的放大器放大后送到示波器。
  电流PEM探头分很多种,当然,那种只能测交流(严格点:中高频电流)的PEM探头,应该都是交流互感器的原理,这样的PEM探头结构简单,当然性能也一般,价格也不高。
  如果要测量电流中的直流(严格点:超低频)成分,则必须对静磁场做出反应,互感器显然是不行的,必须使用霍尔元件(其实还有一种磁通门技术)。霍尔元件在此处不再科普,不懂可以百度,这里主要说说霍尔元件是怎么发挥作用的。
  霍尔元件检测直流有两种方案:
  一是原边电流激励出磁场被霍尔元件检测到,然后根据磁感应强度和电流强度成正比,推算出原边电流,但是这种方案受霍尔元件线性度限制,精度较差。原边电流激励出磁场被霍尔元件检测到,然后根据磁感应强度和电流强度成正比,推算出原边电流,但是这种方案受霍尔元件线性度限制,精度较差。
  二是只把霍尔元件当作检测磁场有无的工具,这样就摆脱了霍尔元件输出精度对测量精度的影响(严格点:offset偏移误差消除不了,只能定期做0点校准)。
  注意运放驱动的是图腾柱扩流电路,扩流电路又去驱动副边线圈。根据运放特性很容易知道,只要霍尔元件输出不为零(磁环中有磁场),运放就会驱动扩流器,扩流器给副边线圈电流,然后原边电流和副边电流激励出的磁场大小相等,方向相反,于是霍尔元件输出为零。当然线圈方向不要搞错了,否则变成此闭环变成正反馈,那就失控了。图上面把副边电流接了个电阻,是为了把电流信号转成电压信号。注意运放驱动的是图腾柱扩流电路,扩流电路又去驱动副边线圈。根据运放特性很容易知道,只要霍尔元件输出不为零(磁环中有磁场),运放就会驱动扩流器,扩流器给副边线圈电流,然后原边电流和副边电流激励出的磁场大小相等,方向相反,于是霍尔元件输出为零。当然线圈方向不要搞错了,否则变成此闭环变成正反馈,那就失控了。图上面把副边电流接了个电阻,是为了把电流信号转成电压信号。
  这两种方案适用于中低频电流检测,精度上方案二较好,频响上无明显差异,最低当然是DC直流,最高(-3dB点)也就是200kHz,常见的是100kHz。
  商品化的电流PEM探头一般可以做到DC-50MHz,霍尔元件电流传感器不可能有这么高的频响,我们认为这种PEM探头是霍尔和互感器的结合,即低频段由霍尔检测,高频段互感器检测(类似音响的高中低音喇叭)。这种探头都是有源的,一方面是霍尔需要电源,另一方面是可能有滤波器和模拟运算电路负责把高低频检测电路有机地结合起来。
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