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一、引言
1、霍爾效應介紹，開環式和閉環式的優缺點。
自從1897年美國物理學家Edwim Herbert Hall發現了霍爾效應，霍爾技術越來越多的應用到工業控制的各個領域。到了20世紀80年代，隨著電子制造工業的高速發展，霍爾電流/電壓傳感器集成度和可靠度有了很大提高，尤其是閉環霍爾電流/電壓傳感器的研制成功，更加擴大了霍爾器件的應用領域。
2、閉環霍爾電流傳感器的工作原理。
霍爾傳感器是以霍爾效應為基礎。如圖1所示，當把通有小電流的半導體薄片置于磁場中時，半導體內的載流子受洛倫茲力的作用而發生偏轉，使半導體兩側產生電勢差，該電勢差即為霍爾電壓VH，這個VH電壓與磁感應強度B及控制電流IC成正比，經過理論推算得到如下等式關系：
VH=（RH/d）×B×IC (1)
式中，VH為霍爾電壓；B為磁感應強度；IC為控制電流；RH為霍爾系數：d為半導體片的厚度。
在式(1)中：若保持控制電流IC不變，在一定條件下。可通過測量霍爾電壓推算出磁感應強度的大小，由此建立了磁場與電壓信號的聯系；根據這一關系式。人們研制了用于測量磁場的半導體器件即霍爾器件。
閉環霍爾電流傳感器是用霍爾器件作為核心敏感元件、用于隔離檢測電流的模塊化產品，其工作原理是霍爾磁平衡式的(或稱霍爾磁補償式、霍爾零磁通 式)。眾所周知，當電流流過一根長的直導線時，在導線周圍產生磁場，磁場的大小與流過導線的電流的大小成正比，這一磁場可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進行檢測，由于磁場的變化與霍爾器件的輸出電壓信號有良好的線性關系，因此，可以用測得的輸出信號，直接反應導線中電流的大小，即：
I∝B∝VH (2)
式中，I為通過導線中的電流；B為導線通電流后產生的磁感應強度；VH為霍爾器件在磁場中產生的霍爾電壓。
選擇適當的比例系數，上述關系可表示為等式。
對于霍爾輸出電壓VH的處理，人們設計了許多種電路，但總體來講可分為兩類：一類為開環(或稱直測式、直檢式)霍爾電流傳感器；另一類為閉環(或稱零磁通式、磁平衡式)霍爾電流傳感器。
針對霍爾傳感器的電路形式，人們最容易想到的是將霍爾元件的輸出電壓用運算放大器直接放大，得到所需要的信號電壓，由此電壓值來標定原邊被測電流的大小，這種形式的霍爾傳感器通常稱為開環霍爾電流傳感器。開環霍爾傳感器的優點是電路形式簡單、成本相對較低；其缺點是精度和線性度較差，響應時間較慢， 溫度漂移較大。
二、LEM電流、電壓傳感器主要特性及優點
1、LEM公司及主要產品
LEM公司是全球電量傳感器的知名知道尚，也是電量傳感器領域的領導者。早在20世紀70年代LEM公司就在鐵路領域占領重要一席。該公司的鐵路專用傳感器系列產品集程度高、性能穩定可靠、安裝方便等優點，并通過CE，RoHs，UL，UR等國際認證，提供5年質保，贏得了鐵路行業的廣泛認可。
2、結合霍爾傳感器工作原理，詳細介紹LEM的傳感器及主要參數。
LEM公司生產的傳感器相對于同類產品具有一下優點；
產品精度高
良好的線形度
溫度漂移低
反映時間快
抗干擾能力強
具有電源過載保護
3、從設計的角度分析LEM的優點：帶補償，用戶自定義原邊電阻等特性。
三、內燃機車勵磁控制系統組成及采樣信號的分析
1、簡單介紹內燃機車勵磁調節器功能
實現機車的恒功率調節、電阻制動工況的恒勵磁電流和恒制動電流調節、輔助電壓調整、無級調速、磁場削弱、制動擴展、輪緣潤滑、高位油壓保護、空壓機軟啟動等。
需要檢測的模擬量如下：
1、Rgt滑動端電壓：0-133.3V
2、Rgt高端電壓：0-133.3V
3、主發電壓：0-1024V
4、主發電流：0-7.2A
5、制動勵磁電流：0-1A
2、采樣的信號分析（主發電壓、制動勵磁電流等），及傳感器如何選型
主發電壓檢測：被檢測電壓范圍0-1024V，選用LEM傳感器LV100型號。此傳感器接法及原邊電阻的選擇如下圖所示：
主發電流和勵磁電流檢測：被檢測的主發電流范圍0-7.2A，制動勵磁電流范圍0-1A。選用LA25-8NP型傳感器，此傳感器接法及原邊電阻的選擇如下圖所示：
滑動端和高端電壓檢測：被檢測的滑動端和高端電壓范圍0-133.3V，選用LV28-P型傳感器，此傳感器接法及原邊電阻的選擇如下圖所示：
四、總結
由于勵磁控制器工作在高溫、高寒、粉塵大、電磁污染嚴重等惡劣環境下。對元器件的選擇要求很嚴格，經過對LEM傳感的測試和使用情況，LEM公司的電流、電壓傳感器滿足我們的技術要求。
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