一、简介
LEM是一家以生产电流传感器见长的厂家，总部在瑞士，产品也涉及各种电量传感器，广泛用于工业、能源、自动化和汽车等行业。1989年全资在北京顺义创办北京莱姆电子有限公司，是全球三大电量传感器生产基地之一。
大电流在工业上常见，而且由于涉及较大的能量，因此电压也比较高，这就给电流的检测带来一定的挑战，不太适合用普通的分流电阻来测量，因为这样一来会有较大的功率损失，另一方面也是非隔离的。各种电流传感器的使用就可以解决这两个问题。也就是说，电流传感器具有损失小、隔离两个优势。
常见的电流传感器从原理上看，可以分成以下四类：
1、电流互感器
也就是变流器，一般用闭合环形磁心，原边1匝直通或2到3匝，副边匝数较多，均匀绕在磁心上，根据电磁感应原理，原边的安匝数与副边的安匝数相等。例如原边1匝、100A，副边50匝则就有2A，由于匝数固定，因此副边的电流就与原边的成正比。此规律必须要求副边不能开路，负载不能大，最好是短路，才能成立。这种互感器广泛用于各种电力设备，把各种电流转换成统一的5A满度（或1A满度）。互感器具有结构简单、坚固耐用、无需供电的特点，精度也不错，精度高的互感器有计量级别的，可以达到0.2%甚至0.1%以上。不过，此法只能用于交流电，不能用于直流。
2、线性霍尔电流传感器，也叫直放式、开环式、直测式霍尔传感器线性霍尔器件，简单说就是利用霍尔原理，可以输出与外加磁场成正比的4端器件
线性霍尔在使用的时候，首先要在对角端加上稳定的电压（或电流），输出端就可以得到与磁场成正比的电压信号，类似一个电阻桥/传感器桥，其输出的差模信号在外磁场=0的情况下也为0，共模信号为供电电压的1/2，因此后面需要差分放大器。
利用线性霍尔的直放式电流传感器的原理如下：
被测电流Ip从穿过磁心的导线流过，在环形磁心的间隙产生磁场，这个磁场大小与通过的电流成正比（假设磁心是线性的）。间隙中放置一个线性霍尔器件，利用其输出电压与外加磁场成正比的特性，得到与Ip成正比的电压，经过差分放大后作为传感器的输出。
这种传感器具有原理简单、检测电流范围宽阔、电气隔离、交直流两用等优势，广泛用在各种大电流设备的内部作为检流。我们常见的钳形表，很多也是这种原理。由于磁心上面没有线圈，制作起来也简单，开口方便，类似以下这种可拆合的：
线性霍尔的弱点，是精度不高，因为电流转变成磁场和磁场转变成电压的两个环节上，均存在非线性和不稳定因素，一般为5%左右，高精度的可以达到1%或更好一点。下图是自己对一个100A传感器的实测，可见电流用在最大的2/3之内比较好：
3、磁平衡传感器，也叫闭环式、补偿式、零磁通式传感器
在有开口的磁环绕制多匝副线圈，馈给与原边方向相反的安-匝，比如原边Ip=100A，副边1000匝，则输入一个方向相反的Is=0.1A电流，同样具有1000安匝，但磁感应强度方向相反，就可以补偿/抵消原边电流所产生的磁场，使得磁芯及间隙中的磁通为零。类似，开口磁环的磁隙中也放置一个线性霍尔传感器，但此时的目的是检测磁场的有无和方向，对是否线性好基本没有要求，因此可以选择高灵敏的霍尔器件，或者放大器的放大倍数可以取的比较高。当电流有轻微i不平衡后，霍尔器件就有非零输出，通过放大，调整副边电流Is，这样就可以使得副边电流很严格的跟随匝数比，达到补偿目的，完全补偿后磁隙的磁通为零。此时副边电流会同时流过一个检流电阻Rm，得到与输入电流Ip成正比的电压信号。
此法的优势还在于对于磁心的要求也降低，无需电流-磁场曲线的线性，同时，由于霍尔器件之工作在零点附近，因此响应速度也很快。另一方面，此种传感器也是交直流两用的。
（备注，以上二个原理图来自原上君的日志 http://blog.renren.com/share/139272762/2767496227）
当然，高精度传感器也带来一些问题，比如由于磁平衡、零磁通检测原理，对外界磁场就非常敏感，地磁也会产生很大的影响。另外，由于磁心上绕有副线圈，而且最好要求均匀分布，所以磁芯难于开口，这样测量起来就不方便了。
为了提高闭环传感器的精度，要减少漏磁，使得原边副边的电流均能反映在磁隙中不漏掉，这就要求磁芯有较高的导磁率；减少磁隙开口的缝隙也能减少干扰，但有限与霍尔器件，所以一般缝隙到1mm最小；为了减少漏磁，也应该提高对称性，比如采用圆形铁心、均匀绕线，但这也使得体积增大、加工成本提高；为了防止外界磁场的影响，需要加上铁磁物质进行磁屏蔽，这当然也要增加体积和成本。
4、磁通门传感器
与上述闭环方式比，磁通门传感器也是闭环零磁通检测方式，只不过磁路是闭合的，去掉了线性霍尔零磁通检测器，代之以额外的检测线圈，利用高导磁率铁心在方波激励下可以饱和的非线性特性来探测微弱磁场。
当检测线圈D通以足够的方波电流，磁芯就会反复饱和，如果原边电流Ip=0，那么在检测线圈上就可以出现正负峰值对称的波形。
若Ip有出现使得磁通不为零，则检测线圈的正负峰值就不对称了，出现了偶次谐波，这样就可以经过放大，产生副边电流Is，使得原边电流Ip得到补偿，磁心重新回到零磁通。以上是磁通门传感器的简要描述，实际的工作原理要复杂得多，比如为了不让周期性的驱动电流反过来向原边注入，要采取双磁心，激励绕组D分成两半反向串联抵消，同时在外边增加第三个空心磁心作为磁屏蔽和有效铁心，再在上面绕制高频补偿线圈W，最后绕上副边补偿线圈S。较详细的原理图如下：
这种现象对被测弱磁场就好比一道门，使得磁场通过调制方式得以转变成电信号，从而达到测试弱磁场的目的。
由于磁通门检测具有非常高的灵敏度，因此理论上可以保持严格的Ip/Is比率，采取更多的相应措施后，该技术的传感器就具有非常高的稳定性、良好的线性、超低的温漂，同时也具有较快的反应时间，适合高精度交直流检测。
原理参考：
基于磁通门原理的高精度电流传感器的研制.pdf
(1.12 MB, 下载次数: 615)
新颖高性能电流传感器研究.pdf
(217.6 KB, 下载次数: 411)
那么磁通门传感器和DCC（Direct-Current Comparator）又是什么关系呢？
其实都是一样的，DCC就是采用了相同的磁通门技术，只不过通常DCC是DCC电阻桥的简称，因此感觉更精密。实际上，DCC从最开始就是对比直流电流的，因此也完全适应电流测试，只不过有些DCC在测试大电流的应用中，由于各种原因，其精度远没达到1ppm级别，而让LEM的电流传感器远远甩在后面。不过，特别生产制作的DCC大电流测试系统，指标可以非常高。
这个世界上生产高精度磁通门电流传感器的厂家并不多，连LEM自己原先都没有，而是后来买来的丹麦的Danfysik。除了LEM外，我知道还有荷兰HITEC公司，有几个系列，但指标与LEM的相比要差一些。另外还有一家Danisense，也是丹麦公司，生产0.01%的（但从指标上看要更好）。
LEM IT系列高精度磁通门传感器：http://www.lem.com/hq/en/component/option,com_catalog/task,displayserie/serie,IT%2060-1000%20S/output_type,/
HITEC高精度磁通门传感器：http://www.hitecsms.com/?RubriekID=4024
Danisense高精度磁通门传感器：http://www.danisense.com/
西班牙Premo的，精度不太高，上述解剖图就是：
http://www.grupopremo.com/zh/pro ... 00atransducers.html
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发表于 2014-1-1 21:12:48
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发表于 2014-1-1 21:30:13
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