CN203798887U - 一种开环式霍尔电流传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电子领域，公开了一种开环式霍尔电流传感器，结构所述的铁氧体圆环铁芯的形状为圆形或椭圆形，并且铁氧体圆环铁芯上带有缺口，缺口形成气隙，在缺口中插入霍尔传感器。所述的外壳为空心结构，包括底座和中心带有圆形孔或方形孔的铁芯固定槽，铁氧体圆环铁芯固定在铁芯固定槽内。这种开环式霍尔电流传感器最大使用频率达到2MHz，完全适应传感器的高频化使用要求；且原材料价格便宜，制造工艺简单，价格低廉。
Description
技术领域
本实用新型属于电子领域，涉及磁场传感器，具体为一种霍尔电流传感器。
背景技术
霍尔电流传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，一般分为开环式和闭环式两种，可广泛应用于变频调速、蓄电池检测、光伏逆变器、光伏汇流箱、变频器、电焊机、直流电机驱动检测、焊机电源、无功补偿、电动汽车、伺服电机、不间断电源UPS、逆变电源等各个领域中。由于通电螺线管内部存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔传感器测量出磁场，从而确定导线中电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。
霍尔电流传感器的优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。霍尔电流传感器工作原理如图1所示，标准圆环铁芯有一个缺口，将霍尔传感器元件插入缺口中，圆环上绕有线圈，当电流通过线圈时产生磁场，则霍尔传感器有信号输出。
而作为霍尔电流传感器用铁芯材质要求（1）磁导率高以便快速聚磁；（2）温度系数越小越好；（3）磁滞系数要高。鉴于以上要求，霍尔电流传感器用铁芯材质一般选用坡莫合金。坡莫合金的特点是指镍含量为35%-90%并含有少量其它合金元素的高磁导率镍铁合金，在弱磁场下有较高的导磁率和低的矫顽力（Hc）而著称，它的饱和磁感应强度（Bs）一般在0.6-1.0T之间。
霍尔电流传感器未来发展趋势有以下几个特点：
1）高灵敏度，被检测信号的强度越来越弱，这就要传感器灵敏度得到极大提高。
2）更小的温度稳定性，更多的应用领域要求传感器的工作环境越来越严酷，这就要求磁传感器必须具有很好的温度稳定性，行业应用包括汽车电子行业。
3）更高的抗干扰性，很多领域如汽车电子、水表等，传感器的使用环境没有任何屏蔽，就要求传感器本身具有很好的抗干扰性。
4）小型化、集成化、智能化，要想做到以上需求，这就需要芯片级的集成，模块级集成，产品级集成。
5）低损耗，很多领域要求传感器本身的功耗极低，得以延长传感器的使用寿命。
6）高频特性，随着应用领域的推广，要求传感器的工作频率越来越高，应用领域包括水表、汽车电子行业、信息记录行业。
7）低成本，由于国内生产传感器厂商较多，主要生产中低档产品为主，竞争激烈，价格战愈演愈烈，低成本更是生产消费类电子产品企业的关注热点。
由于霍尔传感器高频化、低损耗、低成本的发展趋势，限制了坡莫合金使用领域，其存在以下两个劣势：
（1）使用频率低，难于适应高频化的要求。
坡莫合金由于受到其制造工艺限制，一般只能轧制成0.02-0.2mm厚度，0.2mm厚度只能用于50Hz，更薄的可以运用到工频和中频，最大使用频率最大也只能100KHz。如使用到高频，坡莫合金的劣势就体现出来，由于其电阻率低，损耗明显增加，限制了坡莫合金在高频范围的使用领域。
坡莫合金的生产过程比较复杂。例如，板材轧制的工艺、退火温度、时间、退火后的冷却快慢等都对材料最终的磁性能有很大影响。
（2）价格昂贵
坡莫合金的特点是在弱磁场下有较高的导磁率，这一特性超过普通硅铁铁芯甚至铁氧体磁芯。但制造坡莫合金原材料之一镍是稀有金属，价格昂贵，加之工艺复杂繁多，所以坡莫合金铁芯价格非常昂贵，一般只应用在小信号放大回路或特殊产品中及汽车等高档消费类市场，一般低端消费类电子产品难于涉足。
而且，为了提高霍尔电流传感器的测量精度，需要将待测的导线在传感器上多绕几圈，通常使用绕线器来操作，将霍尔电流传感器固定在绕线器上。绕线器的
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种霍尔电流传感器，用降低成本，使用高频化和低成本的铁氧体圆环铁芯并改进结构以适应传感器市场发展趋势。
一种开环式霍尔电流传感器，结构包括外壳及包裹于外壳内的铁氧体圆环铁芯；
所述的铁氧体圆环铁芯的形状为圆形或椭圆形，并且铁氧体圆环铁芯上带有缺口，缺口形成气隙，在缺口中插入霍尔传感器。所述的外壳为空心结构，包括底座和中心带有圆形孔或方形孔的铁芯固定槽，铁氧体圆环铁芯固定在铁芯固定槽内。
优选的，在底座的下部设置固定板，固定板上开设安装孔；底座下部开设横向的滑动槽，固定板插在滑动槽内。优选的，滑动槽的深度为固定板长度的1/2～3/4。
铁氧体圆环铁芯的材料通过以下方法制备：将包括Fe2O367%～72%、Mn3O416%～19%和ZnO11%～15%的原料混合、预烧、砂磨、造粒后在1300～1500℃下烧结25～35小时，上述百分比为质量百分比。
优选的，所述的原料由68.5%～71%Fe2O3、16.5%～18%Mn3O4和12.5%～13.5%ZnO组成，上述百分比为质量百分比。
所述的烧结在氮窑内进行，所述的预烧温度为700～100℃，时间为2～5小时。
更优选的，所述的铁氧体为铁氧体材料5K5，原料由69.3wt%Fe2O3、17.70wt%Mn3O4、13.00wt%ZnO组成。
经研究发现，铁氧体物理、静态电特性及磁滞系数完全符合霍尔电流传感器使用要求，特别是铁氧体5K5最大使用频率达到2MHz，完完全全适应传感器的高频化使用要求。
铁氧体的原材料使用三氧化二铁、四氧化三锰、氧化锌，原材料的价格便宜，制造工艺简单，价格低廉；制造工艺较坡莫合金相对简单，同样规格铁氧体磁芯价格只是坡莫合金铁芯的十分之一。
在使用时，要将霍尔电流传感器固定在绕线器上，将导线缠绕在上面，通过线圈产生磁场。这时，根据绕线器的大小可调节固定板的位置，
综合上述，本实用新型的产品有广阔的市场前景，潜力巨大。
附图说明
图1为开环式霍尔电流传感器的原理示意图
图2为本实用新型开环式霍尔电流传感器外壳的结构示意图
1—铁氧体圆环铁芯，101—缺口，2—霍尔传感器元件，3—线圈，4—外壳，401—铁芯固定槽，402—底座，404—滑动槽，5—固定板，501—安装孔
图3为铁氧体磁芯材料5K5的磁滞回线
图4为实施例1所制备的铁氧体磁芯材料5K5与坡莫合金铁芯材料的温度特性及频率特性比较
具体实施方式
实施例1
将三氧化二铁69.3wt%、氧化锌13.00wt%、四氧化三锰17.70wt%称量混合后，在800℃下预烧3小时，砂磨、造粒后制得颗粒料，放在模具后压制H16.8（外径）*11（内径）*3.9（高度）生坯（单位均为毫米），放在氮窑内在1400℃经32小时烧结，得到铁氧体5K5。烧结电性能数据如表1和表2：
表1
功耗(kw/cm3)
表2
压型数据：重量2.95克，成型尺寸4.58mm，密度2.97g/cm3。磨削数据：切割气隙0.16mm，外观无缺口。
实施例2
如图1和图2，一种开环式霍尔电流传感器，其特征在于，结构包括外壳4及包裹于外壳内的铁氧体圆环铁芯1；铁氧体圆环铁芯的形状为圆形或椭圆形，通过实施例1的方法制得；并且铁氧体圆环铁芯上带有缺口101，缺口形成气隙，在缺口中插入霍尔传感器元件2。霍尔传感器元件外接检测电路。
外壳为空心结构，包括底座402和中心带有圆型孔403的铁芯固定槽401，铁氧体圆环铁芯固定在铁芯固定槽内。
在底座的下部设置固定板5，固定板上开设安装孔501；并且底座下部开设横向的滑动槽，固定板插在滑动槽内。滑动槽的深度为固定板长度的1/2～3/4。
将要检测的导线从圆形孔中间穿过绕在开环式霍尔电流传感器上形成线圈3，增加匝数以提高精度。
使用时用螺丝通过安装孔将开环式霍尔电流传感器固定在绕线器上，并用绕线器将导线缠绕于开环式霍尔电流传感器上，根据使用情况可调节固定板伸出的长度，以适合不同的绕线器大小，满足各种使用场合。
实施例3
实施例1的铁氧合金5K5磁滞回线如图2所示。实施例1的铁氧体5K5与坡莫合金材料的物理及直流特性如表3所示。
表3坡莫合金材料和铁氧体5K5物理及直流特性
检测坡莫合金、铁氧体材料3KDW及实施例1的铁氧体材料5K5的性能，结果如图3所示。
由表3、图3和图4可见，铁氧体5K5的物理、静态电特性及磁滞系数完全符合霍尔电流传感器使用要求，特别是铁氧体5K5最大使用频率达到2MHz，完全适应传感器的高频化使用要求。
使用实施例2的开环式霍尔电流传感器，并分别用坡莫合金、铁氧体材料3KDW作为铁芯来代替实施例2中的铁氧体圆环铁芯，结果显示，采用实施例1铁氧体5K5作为开环式霍尔电流传感器的标准圆环铁芯的材料时，所得到的开环式霍尔电流传感器与采用坡莫合金的开环式霍尔电流传感器检测效果相同；而且在2MHz的频率下依然可以有准确的检测效果。
Claims (4)
1.一种开环式霍尔电流传感器，其特征在于，结构包括外壳(4)及包裹于外壳(4)内的铁氧体圆环铁芯(1)；
所述的铁氧体圆环铁芯(1)的形状为圆形或椭圆形，并且铁氧体圆环铁芯上(1)带有缺口(101)，缺口(101)形成气隙，在缺口(101)中插入霍尔传感器元件(2)；
所述的外壳(4)为空心结构，包括底座(402)和中心带有圆形孔或方形孔的铁芯固定槽(401)，铁氧体圆环铁芯(1)固定在铁芯固定槽(401)内。
2.权利要求1所述开环式霍尔电流传感器，其特征在于，底座下部设置固定板(5)，固定板(5)上开设安装孔(501)；
底座下部开设横向的滑动槽(404)，固定板插在滑动槽(404)内。
3.权利要求2所述开环式霍尔电流传感器，其特征在于，滑动槽(404)的深度为固定板(5)长度的1/2～3/4。
4.权利要求1所述开环式霍尔电流传感器，其特征在于，所述铁氧体圆环铁芯(1)的材料为铁氧体材料5K5。
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| CN108120865A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-06-05 | 海宁天悦电子有限公司 | 一种灵敏度高安全型电流传感器 |
| CN109917163A (zh) * | 2017-12-12 | 2019-06-21 | 张皓 | 一种霍尔电流传感器 |
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