电压传感器回路：电压传感器的作用_电压传感器选用原则

　　电压传感器的作用
　　电压传感器作用：电压传感器是能感受被测电压并转换成可用输出信号的传感器。在各种自动检测、控制系统中，常常需要对高速变化的交、直流电压信号作跟踪采集，对于比较复杂的电压波形作频谱分析。这类信号可能是高电压、大电流等强电，也可能是负载能力很差的弱电或幅值很小的信号。在这些情况中，就需要采用合适的电压传感器对不能直接测量或不匹配的电压信号进行采集，从而得到标准化、电气隔离的电压信号。
　　对于交流电压测量，可用电压互感器作为传感元件，即使用一台电压互感器将被测电压降至到可利用的低电压，然后通过相关电路变换成与被测电压成线性关系的直流电压送入到数据采集系统和A/D转换器。
　　当被测电压为直流电压时，可用分压电阻作为传感元件，并联在被测元件两端的电阻值应足够大（一般应控制在消耗功率小于被测电机额定功率的1/1000以下），以尽可能地减少该回路电流产生的损耗给测量值造成的影响，对于低压电机，应在10KΩ左右。取该被测电压在电阻上的一部分电压降作为信号，直接送入到数据采集系统和A/D转换器。

　　电压传感器选用原则
　　电压测量中，应根据具体情况选择合适的电压传感器，电压传感器选用的基本原则是：
　　①被测电压的量值范围是选择电压传感器的重要依据，因此要有足够宽的电压测量的范围；
　　②应有足够宽的频率范围和足够高的测量精度；
　　③有足够高的输入阻抗，电压传感器的输入电阻就是被测电路的额外负载，为了减小测量电路的接入对被测电路的影响，要求其具有较高的输入阻抗；
　　④应具有较高的抗干扰能力，被测电压中往往含有一些噪声干扰等不需要测量的成分。

电压传感器回路：电压电流传感器原理

根据不同的电流测量原理，电流传感器一般有电阻分流器检测、霍尔效应、磁通门、电磁感应、罗氏线圈（电磁感应原理及安培环路定律）这五种技术。根据测量原理的不同，电流传感器主要有分流器、霍尔电流传感器、电流互感器、磁通门电流传感器、罗氏线圈、巨磁阻电流传感器、光纤电流传感器这几种类型。
电压传感器原理：?
1.?磁平衡式霍尔电压传感器?
原边电流VP通过原边电阻转换为原边电流IP，IP产生的磁通量与霍尔电压经过放大产生的副边电流IS通过副边线圈的磁通量相平衡。副边电流IS精确地反映原边电压。

2.?磁调制式电压传感器?
本系列传感器未使用霍尔元件。它采用两组相同的磁路和副边线圈，其工作原理为由内部方波振荡电路产生的补偿电流对安匝数补偿，以达到磁场平衡。

3.?高阻隔离式电压传感器?
该系列电压传感器所测量的原边电压经原边电阻值电阻分压，其产生的低压信号到副边放大电路后输出测量电压信号Vs。?

4.?隔离放大器式电压传感器?
该系列电压传感器所测量的原边电压经过原边高阻值电阻分压，其产生的低压信号采用高精度的光电隔离元件传送到副边放大电路后输出测量电压信号；亦可经电压／电流转换电路输出测量电流信号IS。?

电流传感器原理
一、分流器
分流器是根据直流电流通过电阻时电阻两端产生电压的原理制作而成，分流器实际就是一个阻值很小的电阻，当有直流电流通过时，产生压降，供直流电流表显示，直流电流表实际为电压表，一般这个电压表量程为75mV、150mV、300mV，用电压表来测量这个电压，再将这个电压换算成电流，就完成了大电流的测量。

分流器原理图
在低频率小幅值电流测量中，表现出高的精度和较快的响应速度。在工业领域中，在不涉及到测量回路与被测电流之间电隔离的场合，分流器是将电流信号转变成电压信号的首选的低成本方案。
二、电流互感器
电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。电流互感器的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。

穿心式电流互感器原理图
电流互感器技术成熟，在工频测量方面有非常高的精度，由于其原理限制，不能测量直流。
三、霍尔电流传感器
霍尔电流传感器包括开环式和闭环式两种，开环的霍尔电流传感器采用的是霍尔直放式原理，闭环的霍尔电流传感器采用的是磁平衡原理。高精度的霍尔电流传感器大多属于闭环式。

开环霍尔电流传感器原理图

磁平衡式霍尔电流传感器原理图
四、磁通门电流传感器
磁通门传感器是利用被测磁场中高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的。这种物理现象对被测环境磁场来说好像是一道“门”，通过这道“门”，相应的磁通量即被调制，并产生感应电动势。利用这种现象来测量电流所产生的磁场，从而间接的达到测量电流的目的。

磁通门电流传感器原理图
磁通门传感器具有分辨力高、测量弱磁场范围宽、可靠、能够直接测量磁场的分量和适于在速运动系统中使用等特点。
五、罗氏线圈
罗氏线圈是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈。输出信号是电流对时间的微分。通过一个对输出的电压信号进行积分的电路，就可以真实还原输入电流。该线圈具有电流可实时测量、响应速度快、不会饱和的特点，适用交流尤其是高频大电流测量。

罗氏线圈测量原理图
罗氏线圈是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈。输出信号是电流对时间的微分。通过一个对输出的电压信号进行积分的电路，就可以真实还原输入电流。该线圈具有电流可实时测量、响应速度快、不会饱和的特点，适用交流尤其是高频大电流测量。
六、巨磁阻电流传感器
物质的电阻率在磁场中会产生轻微变化。这种现象叫磁阻效应（AMR）。某些条件下物质电阻率会随磁场产生较大变化称作巨磁阻效应（GMR）。GMR可以比AMR大一个数量级的灵敏度。巨磁阻效应是一种量子力学和凝聚态物理学现象，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。基于这个效应的传感器就是巨磁阻传感器。

巨磁阻电流传感器原理图
七、光纤电流传感器
光纤电流传感器是以法拉第磁光效应为基础、以光纤为介质的新型电流传感器。激光束通过光纤，并经起偏器产生偏振光，经自聚焦透镜人射到磁光晶体：在电流产生的外磁场作用下，偏振面旋转θF角度;经过检偏器、光纤，进人信号检测系统，通过对θF的测量得到电流值。

光纤电流传感器原理图
光纤电流传感器主要应用于电力系统中电流的测量;除此之外与电机制造厂、测量仪器仪表厂结合，还可研制开发线路事故点的标定装置及事故区间的判定装置等一系列电力系统的测量、诊断装置。

电压传感器回路：电流电压传感器的用途和特点

　　在科学实验和工业应用的很多场合，需要对电流和电压进行测量和控制，特别是在一些需要对大电流和高电压测量和控制以及对所测电流和电压要求较高精确度的情况下，需要使用安全、方便可靠精确度较高的电流电压传感器。早期，人们采用分流器和分压器的方法来实现对电流和电压的检测，但这种方法无法对主回路进行隔离测量，这种方法使用不安全、精确度低。后来人们又发明了互感器，它与直接分流、分压的方法相比，实现了主回路进行隔离检测，无疑是一大进步，但它的应用范围比较窄，只适用于50Hz 正弦波的工频检测，对于其它波形电流、电压的测量它就无能为力了。
　　随着电力电子技术的发展，原有的电流检测元件（如分流器、互感器）已不能满足中、高频，高di/dt，宽频谱电流波形的传递，霍尔电流电压传感器是弥补这一空缺的、有着广泛应用范围和前景的主要检测元件。霍尔电流电压传感器与普通互感器相比有着下面的特点：
　　1. 测量范围广：它可以测量任意波形的电流和电压，如直流、交流、脉冲、三角波形等，甚至对瞬态峰值电流、电压信号也能忠实地进行反映；
　　2. 响应速度快：最快者响应时间只为1us。
　　3. 测量精度高：其测量精度优于1%，该精度适合于对任何波形的测量。普通互感器是感性元件，接入后影响被测信号波形，其一般精度为3%~5%，且只适合于50Hz 正弦波形。
　　4. 线性度好：优于0.2%
　　5. 动态性能好：响应时间快，可小于1us；普通互感器的响应时间为10~20ms。
　　6. 工作频带宽：在0~100KHz 频率范围内的信号均可以测量。
　　7. 可靠性高，平均无故障工作时间长：平均无故障时间>5 10 小时
　　8. 过载能力强、测量范围大：0---几十安培~上万安培
　　9. 体积小、重量轻、易于安装。
　　由于霍尔电流电压传感器以上的优点，故而可广泛应用与变频调速装置、逆变装置、UPS 电源、逆变焊机、电解电镀、数控机床、微机监测系统、电NETJ控系统和需要隔离检测电流电压的各个领域中。
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电压传感器回路：霍尔电压传感器的电路图 工作原理

霍尔电压互感器的工作原理在测量交变电流的大电压时,为能够安全测量而在火线和地线之间并联一个变压器(接在变压器的输入端),这个变压器的输出端接入电压表,由于输入线圈的匝数大于输出线圈的匝数,因此输出电压小于输入电压,电压互感器就是降压变压器. 按原理分为电磁感应式和电容分压式两类。电磁感应式多用于 220kV及以下各种电压等级。电容分压式一般用于110kV以上的电力系统,330～765kV超高压电力系统应用较多。电压互感器按用途又分为测量用和保护用两类。对前者的主要技术要求是保证必要的准确度；对后者可能有某些特殊要求，如要求有第三个绕组，铁心中有零序磁通等。  电磁感应式电压互感器  其工作原理与变压器相同，基本结构也是铁心和原、副绕组。特点是容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。电压互感器本身的阻抗很小，一旦副边发生短路，电流将急剧增长而烧毁线圈。为此，电压互感器的原边接有熔断器，副边可靠接地，以免原、副边绝缘损毁时，副边出现对地高电位而造成人身和设备事故。测量用电压互感器一般都做成单相双线圈结构，其原边电压为被测电压（如电力系统的线电压），可以单相使用,也可以用两台接成V-V形作三相使用。实验室用的电压互感器往往是原边多抽头的，以适应测量不同电压的需要。供保护接地用电压互感器还带有一个第三线圈，称三线圈电压互感器。三相的第三线圈接成开口三角形（图1）， 开口三角形的两引出端与接地保护继电器的电压线圈联接。正常运行时，电力系统的三相电压对称，第三线圈上的三相感应电动势之和为零。一旦发生单相接地时,中性点出现位移,开口三角的端子间就会出现零序电压使继电器动作，从而对电力系统起保护作用。线圈出现零序电压则相应的铁心中就会出现零序磁通。为此，这种三相电压互感器采用旁轭式铁心（10kV及以下时）或采用三台单相电压互感器。对于这种互感器，第三线圈的准确度要求不高，但要求有一定的过励磁特性（即当原边电压增加时，铁心中的磁通密度也增加相应倍数而不会损坏）。   电磁感应式电压互感器的等值电路与变压器的等值电路相同。   电容分压式电压互感器  在电容分压器的基础上制成。其原理接线见图2。 电容C1和C2串联，U1为原边电压,为C2上的电压。空载时,电容C2上的电压为 由于C1和C2均为常数，因此正比于原边电压。但实际上，当负载并联于电容C2两端时,将大大减小,以致误差增大而无法作电压互感器使用。为了克服这个缺点，在电容C2两端并联一带电抗的电磁式电压互感器YH，组成电容分压式电压互感器(图3)。 电抗可补偿电容器的内阻抗。YH有两个副绕组，第一副绕组可接补偿电容Ck供测量仪表使用；第二副绕组可接阻尼电阻Rd，用以防止谐振引起的过电压。   电容式电压互感器多与电力系统载波通信的耦合电容器合用，以简化系统，降低造价。此时，它还需满足通信运行上的要求。电压互感器工作原理      电磁式电压互感器的工作原理和变压器相同。  图为电磁式电压互感器原理接线图，电压互感器的特点是：(1)容量很小，类似一台小容量变压器；(2)二次侧负荷比较恒定，所接测量仪表和继电器的电压线圈阻抗很大，因此，在正常运行时，电压互感器接近于空载状态。电压互感器的一、二次线圈额定电压之比，称为电压互感器的额定电压比。即：kn=U1n/U2n其中一次线圈额定电压U1n是电网的额定电压，且已标准化(如10，35,110，220，330，500千伏等),二次电压U2n，则统一定为100(或100/ )伏，所以 kn也标准化。互感器原理 在供电用电的线路中电流电压大大小小相差悬殊从几安到几万安都有。为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流，另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用。较早前，显示仪表大部分是指针式的电流电压表，所以电流互感器的二次电流大多数是安培级的（如5A等）。现在的电量测量大多数字化，而计算机的采样的信号一般为毫安级（0-5V、4-20mA等）。微型电流互感器二次电流为毫安级，主要起大互感器与采样之间的桥梁作用。微型电流互感器也有人称之为“仪用电流互感器”。（“仪用电流互感器”有一层含义是在实验室使用的多电流比精密电流互感器，一般用于扩大仪表量程。）电流互感器原理线路图微型电流互感器与变压器类似也是根据电磁感应原理工作,变压器变换的是电压而微型电流互感器变换的是电流罢了。如图绕组N1接被测电流，称为一次绕组（或原边绕组、初级绕组）；绕组N2接测量仪表，称为二次绕组（或副边绕组、次级绕组）。微型电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比，叫实际电流比K。微型电流互感器在额定工作电流下工作时的电流比叫电流互感器额定电流比，用Kn表示。Kn=I1n/I2n微型电流互感器大致可分为两类，测量用电流互感器和保护用电流互感器。测量用电流互感器                                                                                 测量用电流互感器主要与测量仪表配合，在线路正常工作状态下，用来测量电流、电压、功率等。测量用微型电流互感器主要要求：1、绝缘可靠，2、足够高的测量精度，3、当被测线路发生故障出现的大电流时互感器应在适当的量程内饱和（如500%的额定电流）以保护测量仪表。保护用电流互感器                                                                                 保护用电流互感器主要与继电装置配合，在线路发生短路过载等故障时，向继电装置提供信号切断故障电路，以保护供电系统的安全。保护用微型电流互感器的工作条件与测量用互感器完全不同，保护用互感器只是在比正常电流大几倍几十倍的电流时才开始有效的工作。保护用互感器主要要求：1、绝缘可靠，2、足够大的准确限值系数，3、足够的热稳定性和动稳定性。保护用互感器在额定负荷下能够满足准确级的要求最大一次电流叫额定准确限值一次电流。准确限值系数就是额定准确限值一次电流与额定一次电流比。当一次电流足够大时铁芯就会饱和起不到反映一次电流的作用，准确限值系数就是表示这种特性。保护用互感器准确等级5P、10P

电磁感应式多用于 220kV及以下各种电压等级。电容分压式一般用于110kV以上的电力系统,330～765kV超高压电力系统应用较多。

当被测线路发生故障出现的大电流时互感器应在适当的量程内饱和（如500%的额定电流）以保护测量仪表。