为什么不存在低电流霍尔效应电流传感器?


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似乎没有霍尔效应电流传感器可用于小电流,例如500mA量级。我猜这是由于某些技术或物理限制。它是什么?


您不会因为没有真正的需求而在该范围内找到商业产品。有更好,更简便的方法来测量该水平的直流和交流电流。
Dave Tweed 2014年

Answers:


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霍尔效应电流传感器测量在承载电流的导体周围产生的磁通量。这样,由于导体附近的外来磁性“噪声”,灵敏度受到本底噪声的限制。

可以通过相当简单的方法,通过集中电流承载导体产生的磁通量,在不同程度上克服这一问题:将待测电流通过霍尔效应传感器周围的线圈。

例如,Melexis MLX91206线性霍尔效应电流传感器数据表的12.1节说明了使用线圈来测量小电流:

图3

MLX91206可以通过传感器周围的线圈增加磁场来测量低电流。测量的灵敏度(输出电压与线圈中的电流)将取决于线圈的尺寸和匝数。通过在线圈周围增加一个屏蔽,可以提高灵敏度并增强对外部磁场的抵抗力。线轴提供非常高的介电绝缘性,这使其成为电流相对较低的高压电源的合适解决方案。为了获得最佳精度和分辨率,应按比例缩放输出以获得最大电压,以测量最大电流。

实际上,只要设计能够容忍电流路径中的电感,那么MLX91206就能很好地工作至100 mA电流,以实现满量程输出。在测量供电轨电流时,实际上可以通过使用电感来“免费”抑制纹波,从而增加优势。


猜想:值得探讨的是,非矩形(环形)线圈是否比矩形线圈提供更好的外部磁噪声衰减-也许甚至可以测量更低的电流。


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我不是专家,但这是我的最佳猜测。首先,从维基百科开始,霍尔效应传感器的电压输出为:

VH=IBnte

其中是提供给感应板的电流,是您感应的磁场, 是板的厚度,是元素电荷,是载流子电子的载流子密度。IBten

您正在感应的磁场是由您要测量的电流产生的。该字段的产生者:

B=μ0I2πr

刚拿到幅度的想法,在你所描述的情况下,500mA,可1cm处的距离B场将是约10 T(微特斯拉)。μ

在这一点上,我们有两件事情要搞砸,以使电压高于本底噪声。我们可以增加电源电流,也可以减小感应板的厚度。显然,在增加电流方面存在实际限制,而在减小板的厚度方面存在严格限制。两种选择也相互对立,减小厚度会增加电阻,对于更高的电流会产生更多的热量。

这样看来,使用非常昂贵的设备测量非常小的电流将很容易。我似乎还记得粒子加速器是使用几乎绝对为零的冷却超导体来做到这一点的,但现在我找不到这种证据。


我们使用工作在4.2K的超导SQUID测量电流,但这对于日常使用来说是不切实际的。对于100uA(8个十进制数字)的范围,本底噪声约为1pA(sqrt-Hz)。
Spehro Pefhany 2014年
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