电流传感器范文

电流传感器范文第1篇

关键词:光纤传感器;动态范围;法拉第效应;脉冲电流

中图分类号:TM452.94

0 引 言

随着电力工业的迅速发展, 电力传输系统容量不断增加,运行电压等级越来越高,不得不面对棘手的强大电流的测量问题。一次仪表和二次仪表之间的电绝缘和信息传递的可靠性要求可能使传统的测量手段无用武之地。而在高电压、大电流和强功率的电力系统中,测量电流的常规技术所采用的以电磁感应原理为基础的电流传感器(简称为CT),暴露出一系列严重的缺点:由爆炸引起的灾难性事故的潜在危险;大故障电流导致铁芯磁饱和;铁芯共振效应;滞后效应;输出端开路导致高压;体积大、重量大、价格昂贵;精度无法做得很高;易受电磁干扰影响。传统CT已难以满足新┮淮电力系统在线检测、 高精度故障诊断、电力数字网等发展的需要将光纤传感技术引入到电流检测中的光纤电流传感器(简称 OCS)成为解决上述难题的最好方法。

自从1973年, A J Rogers首先提出光学电流传感的想法以来,光纤传感技术已发展了20多年。与普通电磁互感器相比,在高强电流测量应用中光纤电流传感器具有以下优点[5]:光纤电流传感器没有磁饱和现象,也不像通常的电磁互感器的动态工作范围受磁饱和效应的限制;光纤电流传感器抵抗高电磁干扰,对环境的要求低;光纤电流传感器可以在较宽的频带内,产生高线性度响应;光纤电流传感器体积比较小,安装使用比较方便等。

总之,光纤电流传感器具有许多优点,尤其是它的绝缘性能好,体积小,成本低,并且频带宽,响应时间短,可同时用于测量直流、交流及脉冲大电流,因此可望成为高压下测量大电流的理想传感器。

1 传感器原理及光路设计

光纤电流传感器利用磁光材料的法拉第效应,在光学各向同性的透明介质中,外加磁场[WTHX]H[WTBZ]可以使在介质中沿磁场方向传播的平面偏振光的偏振面发生旋转[5[CD*2]7],偏转角度通过检偏器可确定。其原理如图1所示,B为两偏振器夹角,θ为平面光通过磁光晶体后发生的偏转角。

其旋转角Е扔牍獯播的磁光材料上的磁场中强度[WTHX]H[WTBX]和磁光材料的长度L成正比:当[WTHX]Η[WTBX]一定时,旋转的角度θ为:

式中:v为verdet常数;[WTHX]Η[WTBX]为磁场强度;L为磁光玻璃长度。通电长直导线磁场公式:

再由式(4)可得:当P=P0时,I┆max=2πrB/vL,只要角B越大,所能测的最大电流值也越大,所以在实验中常用增大角B的办法来增大其测量范围。但在实际中,角B的增大到一定值后会使光路的调焦变得更困难,并使小信号更难测量,在以往实验中一般取B=45°或相差不大的值。г诟檬笛橹醒∮2 mW的激光器作调整光源,在第一次调焦时把磁光晶体的出射光投到1 m外的地方以便消除可能出现的双折射,并用光学胶密封各接合面,使光路调整更容易操作,因此角B选择了80°。上式中,夹角B在传感器完工后是定值,因此只要测得P,P0值就可得到电流值。

在光路设计中,采用图2所示结构。暗灰色的箭头线表示光线在传感器中的传输路径:光源发出的光经带自聚焦透镜的光纤进入传感器,通过蒸镀反射膜的直角棱镜的反射改变为线偏振光进入磁光晶体,偏振面受磁场调制的线偏振光经过检偏器和对应的直角棱镜后通过另一带自聚焦透镜的光纤进入光电探测器。

2 系统结构

由式(4)可知,获得P0,P即可得到被测电流值I。系统构框图如图3所示。

其中,激光器采用恒流驱动,提供32 mA 恒定电流。通过出光功率自动控制电路,实现光功率反馈,将探测到的光电信号与激光器的驱动电流比较,以达到及时调整激光器工作光功率抖动的目的。

光检测及放大部分电路实现了光/电转换,并且对电信号放、滤波,以及分离直流信号和交流信号。原理框图如图4所示。

[JP2]信号采集处理部分实现对直流信号和交流信号分别采集,进行处理。记录下未通电流时的直流信号U0,作为基准值,UХ直鹞带有电流直流、交流信息的检测值,经过运算分别出被测电流I 的直流分量和交流分量。[JP]

3 实验结果及分析

[JP2]在实验的传感头内孔径D1=2 cm,外环直径D2=5 cm,底座(即图2中的plinth)厚度h=1.1 cm;准直┢魇仟用能通过635 nm红光的光纤和聚焦透镜制成;磁┕饩И体厚度d=2 cm;verdet常数v=-1.17×10-3rad/A;光源输出功率为1 mW;实验中分别用连续电流和脉冲电流对其进行检测。实验时把器件一端接在光源输出端,另一个接在输入端,并把通电导线从缺口横穿过去就可开始测试。

3.1 用连续交流电测实验

在用连续交流电测实验中通过读取光纤电流传感器输出的电压与用标准器件测得的电流进行比较,并把所得的电压值等效为光纤电流传感器的电流值。在实验中标准器件使用的是电流互感器。表1是在某测试机构中测得的数据。

第一组第二组第三组

电流 /kA电压 /V电流 /kA电压 /V电流 /kA电压 /V

将表1中的电流值作为横坐标,电压值作为纵坐标绘制成曲线,如图5所示。可以看出,电压与电流是近似成正比的。

从图5 的数据可看到在100~3 000 A范围内,系统具有良好的线性度。

3.2 用脉冲电流测实验

由于一般测试机构中很少测试上万安的交流电,┩6和图7是在某测试院中用脉冲电流实验时在示波器上显示的波形图,上面曲线是通过光纤电流传感器得到的波形,图中曲线是通过电流互感器得到的波形。

图6是用B=45°、峰值为32 kA的脉冲电流实验得到的图像。从图中可看出光纤电流传感器在10 kA左右的波形突然向下凹陷。经检验是所测电流超过其最大测量范围所致,即出现饱和失真。

图7是B=80°、峰值为32 kA的脉冲电流实验得到的图像。在图中,用光纤电流传感器测得的电流波形曲线没有失真,并且与用电流互感器测得的波形线较好的吻合,说明32 kA的电流在其动态范围之中,并且响应时间小于10 μs。

综合上述实验,系统在小电流测试时具有较好的线性度和稳定性。在大电流测试中,第一次测试出现了饱和失真,第二次用增大角B的方法解决了失真的问题,并且动态范围较大,响应时间短。其实,由式(4)还可看出,通过增大verdet常数v,或磁光晶体长度L还可以使测量范围变得更大,但这就需要重新定制、加工磁光[LL]晶体,使成本更高和制作时间更长。故第一次出现饱和失真后选择了增大角B的方法。

4 结 语

在此用磁光晶体作材料,以法拉第旋光效应为原理设计和制作了光纤电流传感器的传感头,并用所设计的传感头搭建了实验系统和进行大电流的检测实验。实验结果表明,该设计的传感器在高电压下能较准确实现32 kA电流的测量。而且该器件结构简单、使用方便、响应时间短,具有较好的实用价值。

参 考 文 献

[1]徐时清,戴世勋,张军杰,等.全光纤电流传感器研究新进展\[J\].激光与光电子学进展,2004,41(1):41[CD*2]45.

[2]Emerging Technologies Working Group,Fiber Optic Sensors Working Group.Optic Current Transducer for Power Systems:Areview\[J\].IEEE Trans.on Power Delivery,1994,9(4):1 778[CD*2]1 788.

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[4]石顺祥,张海兴,刘劲松.物理光学与应用光学\[M\].西安:西安电子科技大学出版社,2000.

[5]张新亮,刘德明,黄德修.具有温度和偏振态补偿功能的光纤电流传感器的研究\[J\].传感器技术,1998,10(1):1[CD*2]3.

[6]李晶.高压电力系统电参量光学测量的研究\[D\].青岛:山东科技大学,2003.

[7]王美蓉.基于BGO晶体的光纤电流传感器研究\[D\].西安:西北工业大学,2005.

[8]欧中华,李立芳,代志勇,等.集磁式光纤电流传感器的研究[J].光学与光电技术,2008,6(3):7[CD*2]10.

[9]张涛,袁心平,谢兴盛.大学物理教程[M].成都:电子科技大学出版社,2006.

作者简介 庞碧波 男,1980年出生,四川人,电子科技大学光光电信息学院,硕士研究生。主要从事传感器及其应用的研究。

电流传感器范文第2篇

【关键词】 电力系统 电流传感器 继电保护

前言：随着我国科学技术的快速发展，在电网的等级和压力不端增大时，对与电网的继电保护有了新的要求。在继电保护中，要求对互感器具有较为敏捷的反应速度。这样才能将故障的数据信息真实的反映出来，进而使得继电保护装置能在暂态过程中，做出正确的动作。从目前技术的层面来看，电流传感器能有效的应对这样的问题。

一、电流传感器简介

在电流传感器不断发展的过程中，第二代的电流传感器在实际的应用中较为广泛。第二代的电流传感器是一种三端口的电流型有源集成器件。与上一代相比，在其基础之上，增加了缓冲器、电流镜以及电流模等，通过新技术和就技术的有效融合，提高了动态的范围，同时，电路结构简单，运转的速度较高，功率较低等优势。所以，如若将会电流传感器与其他电子器件进行重新组合。则可以形成其他的电路结构，进而实现电流器得到广泛应用，从而设计出性能较好的模拟电路。

二、电流传感器在继电保护中的可行性研究

在我国电力工业的不断发展过程中，对电力系统的要求越来越高。但传统的传感器在使用时，存在很多的问题和不足之处。例如，以往使用的绝缘材料的结构都比较复杂，并且体积也相对较大，成本也比较高。而电流传感器的出现为改变这一现象提供了一定的技术支持。电流传感器具有广泛的使用前景，是电力技术未来发展的主要方向之一。电流传感器在整个电力系统的监控方面具有很大的作用，对于电力系统实现设备的自动化化具有一定的影响。新研制出的传感器克服了传统传感器质量体积大、抗干扰能力弱等缺点，优化电力系统的安全运行，节约电力系统的运行成本。

在我国计算机技术和控制技术发展的进程中，电力运行系统中的继电保护装置也达到了微机化控制的要求，使继电保护控制设备日趋小型化，这也要求了与其相关的设备接口要做出相应的改变，以满足继电保护设备对于接口的要求。而电流传感器正满足上诉的要求，相较于其他的控制设备，电流传感器具有十分明显的优势。除了满足基本的设备连接要求，其本身具有的良好兼容性、简便性等方面都要比传统的设备更加的优秀，并且更加的节约成本。而且利用电流传感器进行继电保护满足技术上的要求，可以进行推广和广泛的使用。

三、电流传感器在继电保护中应用

3.1电流传感器和继电保护接口

电流传感器是电力系统中的检测装置，能将检测到的电流信息，按照设定的方式将这些数据信息进行传送，进而满足对电力系统中，电流信息的存储、显示、记录以及控制的需求。在应用到继电保护中，电流传感器不仅是提供光信号和电信号。同时能将光信号和电信号进行有效的结合[1]。在科学技术不断发展的过程中，新型的电流传感器增加了输出端口，在原有技术的基础之上，增加了电子模块，这样的方式有利于拓展继电保护的应用和推广。同时，还减轻了电流传输器的自身的质量，增强了使用的效率。

3.2电流传感器对继电保护的影响

电流传感器对于继电保护产生的影响主要体现在以下几个方面，其一是，促成了电路保护方面的探讨。现今在我国电器市场中，关于继电保护的商品有较多，其各自的工作原理也具有多样化，最基本的工作原理就是滤波。这样就会产生延迟，对电力资源的消耗极大。因此，为了保障电力系统中电流的正常运转，就要对故障进行科学系统的分析，对电路的高速运转进行保护。其二是电流传感器能提高对继电保护的可靠性[2]。以往的电流传感器在使用的过程中，基于其自身的局限性，很多情况下没能使继电保护作出正确的动作，这就产生了不平衡。而新型的电流传感器的容量较大，能对电流大规模的动态范围进行保护，这就在很大的程度上提高了继电保护的可靠性。

四、结论

在电力系统中，电流感应器能对电流属性进行感知，并对具有特殊性的电流状况反馈给电力系统中的继电保护中。通过本文的论述得知，在第一代的电流传感器对继电保护的中，还存在一定的问题，而第二代的电流传感器能弥补其中的不足。随着科学技术的不断进步，电流传感器对电力系统中继电保护起到重要的推动作用。

参 考 文 献

[1]胡明耀，王达达，王洪亮等.光纤电流传感器在智能电网中检测原理的研究[J].光通信研究，2014，05（06）：62-65.

电流传感器范文第3篇

针对当今的电力传输系统，Si85xx交流电流传感器可提供更可靠及更具成本效益的选择，与传统的变压器不同。传统的变压器体积庞大且笨重，会导致显著的电力损失并造成寄生效应，使系统设计更为复杂。高集成度的ISOpro交流电流传感器具有极精密的架构，能将滤波器和重置电路等昂贵分立组件的需求降至最低。目前已开始提供4mm×4mm×1mm的小体积QFN封装，可轻松布局于空间有限的印制电路板上。

Si85xx传感器提供5A、10A和120A版本，以完整的输出范围提供2.0V的大型输出信号电平，不需再使用另外的放大器。

Silieon Labomtories

电话：021-6237-2233

DDR3内存模块高精度温度传感器

IDT温度传感器可测量计算子系统的局部温度，一旦温度上升超过预定水平，系统控制器就会通过控制系统带宽、调整内存刷新率或改变风扇速度进行响应。此外，如果温度达到临界点，新的IDT温度传感器可以触发一个子系统关闭，从而提高可靠性。IDT的产品包括一个独立温度传感器(TS300083)，以及一个集成在单片片芯上的非易失内存用户信息的256字节EEPROM阵列，如内存模块的串行存在探测(SPD)的系统配置信息。

全新的IDT温度传感器系列是首款超过了美国电子工程设计发展联合会为B级别温度传感器规定的J C42.4规范要求的产品，可在20～+125℃之间的整个温度范围内提供±1℃的温度传感精度，从而提供了更好的系统精度。该器件还集成了一个创新的模数转换器，可提供高达12位(0.0625℃)的可编程分辨率和业界领先的转换时间，大大改进了整个温度范围热控回路的整体精度。

IDT

电话：021-6495-8900

高精度汽车智能电子系统运动传感器

AIS226DS是一款双轴共面加速器，测量精度高于两个独立传感器解决方案。该器件的最大量程为±6g，其中，‘g’表示重力加速度。例如，在载人火箭发射飞向太空时，机组人员感受的重力加速度大约为3g。新的AIS226D s还能可靠地分辨小于0.02度的细微倾角。高精度倾角测量功能是高度自动调节大灯、电子驻车制动器和坡路起步辅助(HSA)系统不可或缺的功能。

STMieroelectronies

电话：010-5984-6288

.cn

表面贴装透射式(断续式)光电传感器

TCPT1300X01和TCUT1300X01的宽温范围使其能够胜任低温和高温环境。传感器的缝隙宽度为3.0mm，可以和各种材料一起使用，能够采用比更小缝隙的传感器宽松得多的机械公差，因此非常适合汽车和工业应用。

TcPT1300X01是单通道透射式传感器，孔径为0.3mm，缝隙宽度为3.0mm。TCUT1300X0i是双通道透射式传感器，两个检波器的孔径为0.3mm，缝隙宽度为3.0mm。这两个传感器的光电晶体管的输出和工作波长为950nm。

TCPT1300X01和TCUTl300X01可以和编码轮一起使用，用于探测旋转位置和转速，或是和线性编码条一起使用，探测线性位置和速度。

双通道的TCUUT1300X01也可以用于探测方向，通常用于方向盘的光学编码。

Vishay Interteehnology

电流传感器范文第4篇

关键词 FBG光纤光栅 电磁力 MATLAB图像 电流传感器

中图分类号：TN253 文献标识码：A

Electromagnetic FBG Current Sensor Research Based on FBG

JIANG Zhigang

（Department of Engineering， Wuhan Vocational College of Industry and Trade， Wuhan， Hubei 430074）

Abstract This paper focuses on the FBG fiber grating reflection wavelength variation and change. When the current intensity increased from 0mA to 1100mA， every 10mA record the shift of the Prague wavelength demodulation method， filter the data， after repeated three times the experimental data obtained， through MATLAB image analysis， when the current tends to be more than 500mA， and showed good linear relationship. At the same time， analysis of electromagnetic air gap effect on current sensor and current return test defects.

Key words FBG fiber； grating electromagnetic force； MATLAB image； current sensor

0 引言

光纤光栅是近十几年来在光纤通信和光纤传感等领域最具有代表性的无源器件成果之一，也成为传感技术中技术革新速度较快方向之一，尤其体现在抗电磁干扰能力强、价格低廉、有较好的柔韧性，而且波分复用性能强，在军工、民用工业上有广泛的应用。近几年在高压输电方向也有较大的技术突破，在传统工业输电传输过程中，电压、电流传感器普遍存在工艺复杂、耗损较高、价格高昂等问题。

现代工业中使用的光纤电流传感器主要有（1）M―Z型光纤电流传感器，其稳态性和可靠性较差，易受到外界环境的影响。（2）磁致伸缩式光纤电流传感器，此类传感器本身形成的磁场易与工作磁场交叉相互产生影响，同时也易受外界温度等因素的影响，稳定度和精度存在不确定性。①本实验采用电流的电磁作用力为工作媒介，引起布拉格光纤光栅（FBG）的栅距产生变化，通过对布拉格中心波长偏移量的测定，即可获得电流数值。

1 布拉格光纤光栅电流传感基本原理

1.1 光纤光栅（FBG）检测理论

通常情况下，光纤光栅在受到紫外线的作用下，容易按折射率分布状态形成周期性的条纹，同时产生布拉格光栅效应，其布拉格波长为

= 2 （1）

式中为布拉格光纤光栅波长，为光纤的有效折射率，为光纤光栅周期。②

在（1）式中，可以看出布拉格中心波长易受折射率和光栅周期的双重影响，即其中的任意一个物理量发生变化，布拉格中心波长将随之发生偏移。在本次实验中，在保持外界工作温度不变的条件下，若对光纤光栅施加轴向均匀的应变，则导致布拉格中心波长的偏移 为③

= （2）

式中为轴向应变， 为中心波长的偏移量，为由弹光系数产生的一个参数，可由实际具体系数计算得到。

1.2 电流电磁力的作用原理

当施加工作电流时，电流会在线圈的周围形成激励磁场，同时也储存了相应的磁场能。其磁场能为

= （3）

而电磁力与磁场能的关系为

= （4）

式中为气隙磁导，为工作气隙，为电磁吸力

当气隙趋向于无限小时，实际气隙磁导可以简化为

= （5）

式中为磁体极化后形成的面积，而磁动势可以简化为④

= （6）

其中为工作线圈的匝数，根据（3）、（4）、（5）和（6）式，得到：

= （7）

根据式（1-7）得到电流形成的实际电磁力与成一次线性关系。⑤结合光纤光栅轴向上的应变，可进一步得到：

= （8）

公式（8）就是布拉格中心波长偏移量 与电流的关系。清晰得到中心波长偏移量越大，则说明工作电流越大，对于常系数，可以通过实验及理论参数推导出来。

1.3 传感器的设计

本次实验别设定螺线管线圈匝数为2000匝，阻抗为7.24 ，使用型号为LightwaveLDC-3744B的可调谐恒流电源为螺线管提供工作电流，电流强度调谐精度80，可提供最大电压50伏。

本次实验中，选用的布拉格光纤光栅是用普通单模光纤利用相位掩模法制作而成的，布拉格光纤光栅的总长度为8mm。应用法布里腔原理的光纤布拉格光栅解调器，此光谱仪基于法布里干涉原理对布拉格反射光谱的中心波长进行解调，该仪器具有较高的分辨率，此光谱仪的重要要的特征为：分辨率约为：lpm，中心波长的准确测量精度为？Pm，能量幅值损耗小于10dB，中心波长使用范围为1280～1316nm，扫描频率为50Hz，工作环境温度为-15 55℃。

图1 光纤布拉格光栅电流传感器实验实际结构图

2 实验结果与分析

本次实验的稳定室温为26℃，调整方式为手动直接调整直流电流大小，此温度状态下的中心波长为1302.232nm。在正常工作前，为了避免光纤光栅随温度升高而性能受损，常用的保护方法为在光纤光栅的两端用双面粘贴片，同时，也能对光纤光栅产生较小的前期应力。只需要将环氧树脂涂抹在光纤光栅上。带温度恢复到室温26℃后，重新测定中心波长，并予以记录，实测得中心波长为1303.943nm。当输入直流电流时，采用步进式调整，当电流值调整到位时，锁定电流源并保持10秒钟。借助于光谱仪测定每次输入电流所对应的中心波长值。

逐渐改变电流的大小，利用光谱仪解调不同电流下的中心波长，设计的电流大小从0mA到1100mA，电流大小以10mA步进，以表格的形式记录下每次电流对应的中心波长，分别做三次实验后，利用MATLAB软件，建立纵坐标为中心波长值，单位为pm，横坐标为电流的平方，单位为的图像⑥。

图2 布拉格波长与电流平方的关系

基于此图可以清晰地反映出中心波长和电流的平方之间的实际关系，明显看到电流在500mA以上才出现真正意义上的中心波长与电流平方之间的线性关系。

基于图2中的实验图像，从两个方面分析：（1）当电流大小在500mA以下时，中心波长强度的变化不是特别明显，尤其是电流小于100mA，线性度较差，主要原因受到线圈与导体之间的气隙影响，当电流较小时，外界因素的影响相对较大；（2）当电流大小超越500mA以后，中心波长与电流的平方成线性关系，说明此类电流传感器只适合于测量较强电流或电压，尤其是超大电流。

另外，此实验中只测试了电流从0mA增加到1100mA单向过程中的波长变化情况，而未能对回程情况进行测试和分析，以便更好地研究此类布拉格光纤光栅电流传感器的迟滞性效果，⑦并能进一步设计性能优异的传感器。

3 结束语

在介绍电磁式古拉格光纤光栅电流传感器的基本原理的同时，进一步设计了传感器的组装结构，以此传感器为平台，进行了响应的测试，测试的数据及分析图像都清晰地反映了此类电流传感器的用途和缺陷，以便于进行今后的工作。

注释

① 廖帮全，冯德军等.光纤布拉格光栅电流传感器的理论和实验研究.光学学报，2002.22（9）.

② 王锋，韦兆碧等.光纤电流传感器传感头的结构与原理.仪表技术与传感器，2002（11）.

③ 张君正，刘彬等.光纤高压电流传感器传感头的设计.自动化与仪表，2002（1）.

④ 孙凤池，黄亚楼等.调制―解调技术在光纤传感式电流测量中的应用.南开大学学报（自然科学版），2002（4）.

⑤ 王黎蒙，朱荣华等.光纤Bragg光栅电压传感特性.传感技术，2000.19（3）.

⑥ 赵立民，秦天鹤.利用电磁铁的光纤光栅电流传感实验.沈阳工业大学学报，2005（5）.

电流传感器范文第5篇

关键词： 霍尔电流传感器；神经网络；测量精度

1、引言

霍尔电流传感器是通过霍尔效应来制作的电流检测元件，传统方法通常采用硬件补偿的方式来提升传感器的测量精度[1]，随着微处理器的飞速发展，越来越多的智能算法被应用到电流传感器的补偿和校准中，提升传感器的稳定性和系统精度。本文利用BP神经网络算法来提高传感器测量精度，通过 C语言在STM32F103ZET处理器上进行实现[2]。

2、电流传感器的测量系统

本系统采用的是霍尔电流传感器，具有适用范围广，测量范围大和动态性能好等特点，被广大电子工程设计师所喜爱[3]。霍尔电流测量系统可以分成硬件设计和软件设计。在硬件设计中，采用模块化功能方式进行实现，主要包含的模块有电源模块、传感器调理模块、数据采集模块和显示模块等；系统的软件设计，通过STM32微处理器来实现BP神经网络算法和数据处理等[4]。电流传感器测量系统的模块图如图2-1所示。

从图2-1中可以看出，系统的主控制器采用的是STM32F103ZET，它是一款基于Cortex-M3的32位处理器，它能够对ADC转换、数据采集、BP神经网络程序和显示模块进行控制。霍尔传感器测量系统的供电电源是220V电源，但是主控制器和系统电路需要的电压值是5V和3.3V，需要对电压值进行转换。电压值220V转5V的电源电路图如图2-2所示。

从图2-2中可以看出，将220V转换后的电压值通过三端口稳压电源LM7805得到稳定的5V电压值。系统中5V转3.3V的电压设计是利用LM1117-3.3来进行实现的。5V转3.3V的电源电路实现图如图2-3所示。

对于霍尔电流传感器的信号采集，需要对霍尔电流传感器信号进行放大和滤波，使其经过LM324放大器后的电压值为AD参考电压值的范围内，约在AD参考电压的一半左右。霍尔电流传感器采集电路图如图2-4所示。

3、BP神经网络提高融合精度研究

BP神经网络是应用比较广泛的人工智能算法，具有多层的网络结构，包括两种不同的算法：一个向前传播，一个向后传播，逐步的处理输入信号，最后转移到输出层。由于每一个神经节点只影响下一层的节点，所以如果不能获得预期目标，它开始向后传播，传输出来的错误信号经过调整每一个神经节点的权值使其误差信号达到最小[5]。BP神经网络结构图如图3-1所示。

为了提高电流传感器的测量精度，利用BP神经网络算法来进行实现，首先要对系统的霍尔传感器和温度传感器进行标定，将标定数据进行预处理，作为BP神经网络的二维输入值，输出值则是霍尔电流传感器系统的输出值[6]。对于二维输入多项式BP神经网络，按照多项式序列进行排列，可以得到隐含层的激励函数：

将求出的权值带入到模型中，得出相应的输出值。BP神经网络数据处理流程图如图3-2所示。

4、结论

本文提出的基于BP神经网络的电流传感器系统，能够将微处理器技术和智能算法相结合，利用软件编程的方式来提升传感器的测量精度。在接下来的工作中，将梯度算法和数据挖掘技术也融入到系统中，通过其来分析样本对BP神经网络结构的影响，使传感器更加具有智能化。

参考文献

[1]卢敏，郑建生，张提升等. 一种霍尔电流传感器的电路设计[J].电子设计工程，2010，18（11）：41-44.

[2]冯明.霍尔元件不等位电势的调制消除[J].功能材料与器件学报，2004，10（4）：455-4548.

[3]李傲梅，王林森. 零磁通霍尔电流传感器磁路仿真[J].化工自动化及仪表，2011，10（1）：1200-1202.

[4]林欣，王建民，余道杰. 以霍尔电流传感器提高开关电源的效率[J].电子设计工程，2012，20（22）：154-157.

[5]旺先兵，费树岷，徐清扬等. BP神经网络PID控制的永磁真空开关储能电容恒流充电特性分析[J].电工技术学报，2015，30（10）：212-217.

电流传感器范文第6篇

在中学化学实验中，若要测定溶液的离子浓度，一般会采用滴定的方法；若需测定溶液离子浓度的变化，一般要进行溶液导电实验，就是通过小灯泡的明暗以及电流表指针的偏转定性地反映出溶液导电性能强弱的相对变化。这样做虽然很直观，但精确度很低。

采用DIS电流传感器测定，可以提高数据采集精确度。但是在实验仪器中存在的系统误差以及在实验操作过程中人为的较大误差就很难避免。如果不将这些问题解决，整个实验在准确性上就会失去传感器测定的意义。

例如“测定冰醋酸加水稀释过程中离子浓度的变化”实验，在精确测量与传统实验仪器和粗糙实验操作之间的矛盾尤为突出。主要体现在以下几个方面：

(1)如何保证加水稀释的速率是匀速的；

(2)如何使装置内液体获得最佳的搅拌效果；

(3)如何保证实验操作过程中乙酸溶液与自制电极的接触面积恒定。

此实验为一个稀释实验，经过反复实验操作发现，为了采集足够的数据画出一条完整的曲线图象，基本上冰醋酸都要被稀释十倍以上。但是使用实验室现有的玻璃仪器在冰醋酸体积较小时液体要浸没自制电极显得有些困难。即使能达到浸没，也无法加入十倍以上的蒸馏水(加入过多蒸馏水，玻璃仪器会出现溢流现象)，或会出现无法放入搅拌子的现象，或出现搅拌效果不佳的局面。

为了解决这些问题，提升实验整体的精确性，作者自行设计了以下的装置：

1自动滴液装置

1.1装置构造

实验装置类似于医用点滴吊瓶(如图1)，由玻璃的试剂瓶、两孔胶塞、玻璃导管、橡皮管、止水夹和活动开关组成。

1.2 流速的标定

在自动滴液装置中加入250mL左右的水，分别在不同液位处打开止水夹，使用秒表计时。每放出100mL(精确值)进行一次计时，发现前后两次的耗时纪录之差值在半秒钟之内。

前100mL耗时1°50′73″；

后100mL耗时1°50′57″。

1.3 特点

对自动滴液装置的流速事先进行标定。以设计好的流速滴入有磁力搅拌的盛有冰醋酸的稀释池中。与此同时，计算机上显示时间与乙酸溶液导电性(电流)关系的图像。

整个稀释过程结束后，只需纪录稀释曲线最高点对应的加入蒸馏水的时间，根据事先标定的自动滴液装置的流速，就可以很容易计算得到最高点对应的加入蒸馏水的体积，从而得到稀释冰醋酸时溶液中离子浓度开始变小时候的乙酸浓度值。

1.4 使用方法

使用前先对自动滴液装置流速进行标定。

实验时将控制流速开关滑动至适合挡位，将止水夹打开，使瓶内蒸馏水流出。实验结果时关闭止水夹即可。

1.5 实验装置原理(如图2)

1.6该装置还适用于其它需要匀速滴加液体的化学实验。

1.7可通过调整BC的长度或者C处出液管管口的大小控制容器内液体的流速(或通过调节自动开关控制流速)。

1.8利用标定好的数据，可以设计程序令计算机上作出的图像的横坐标由时间变为体积，这样能更清楚地说明问题。

2 稀释池

2.1装置构造

如图3，选用250mL锥形瓶(相同容积搅拌效果最好)，将其瓶口用玻璃片封口，并截去底部，倒置。瓶颈部刚好能容纳20mL待稀释冰醋酸，放入搅拌磁子。

2.2 优点

该装置解决了两个问题

①该装置达到了同等条件下最好的液体搅拌效果。

②在冰醋酸体积只有20mL的时候，冰醋酸就能浸没自制电极。

2.3 使用方法

如图4，放入自制电极(注意与搅拌磁子的相对位置)，自制电极下端为小的石墨薄片，上部是绝缘的玻璃棒，并且令待稀释的冰醋酸刚好浸没自制石墨电极。再将其它仪器装置安装到位，实验即可开始。

电流传感器范文第7篇

【关键词】电子式电流互感器 在线校验技术

1 前言

提高和优化电子式电流互感器的在线校验技术可以有效地提高互感器的使用性能和寿命，增强数字化变电站的整体性能，从而达到有效地促进智能电网的科学发展的效果。因此，供电企业应当积极采取有效地措施和技术，引进先进的科学理念，促进现代电子式电流互感器在线校验技术的提高。

2 电子式电流互感器在线校验技术的原理和构成

电子式电流传感器的在线校验技术的工作原理是在充分研究和考虑到电子式电流传感器的工作方式、性能特点以及内部结构等内容的前提下，通过利用专业化的手段在电子式电流传感器和电线中建立专门用来做信息采集和电流数据校验和比对的专业数据传输通道，从而在被校验的电子式电流传感器的内部建立专业化的校验平台，通过在此平台的基础之上将在线电子式电流传感器的校验数据数字进行科学、合理、高精准度的在线校验和对比，从而有效地得出误差值所需校验数据。目前市面上普遍的在线电子式电流传感器校验技术的内部结构构成主要有标准电流校验平台、专业的电流校验通道以及被校验的电流传感器的电流校验通道这三种。与传统的离线电子式电流传感器校验技术相比，在线校验技术在校验电子式电流传感器的电流传感头方面优化了电流传感头的精准度，在线校验技术采用的现代先进的高精度钳形结构的电流传感头，这种电流传感头可以很好地满足在线校验技术在校验电子式电流传感器过程中的对于工艺方面和精准度方面的要求。而在电子式电流传感器的校验算法方面，在线校验技术对于电子式电流传感器中的复杂、种类繁多的电网波形的检验和数据检测提取具有更强的适应性能和计算性能，计算数据的精确性也得到了很大的提高。

3 电子式电流互感器在线校验技术

3.1 带电作业

带电作业方式是电子式电流互感器在线校验技术中最为基础的校验技术之一，也是非常重要的校验技术之一。带电作业的在线校验技术主要使用方式是通过对于具有高电压的电气设备进行持续的电流供应、不用切断电源的方式进行电子式电流互感器的检查、修理、更新换代等工作，校验技术人员可以通过采用绝缘保护材料来保护自身的人身安全，比如说校验技术人员可以使用绝缘的操作工具、绝缘的衣物材料、以及等电位的工具进行带电作业操作，从而实现既能够在线进行电子式电流互感器的校验，也能够充分保证校验技术人员的生命安全。带电作业方式是在线校验技术和传统的离线校验技术在应用形式上最为明显的区别，同时也是在线校验技术的优势所在。虽然传统的离线校验传感器技术在保护校验技术人员的人身安全性能这一方面的做的比较到位，但是由于它的工作原理是通过在断电的情况下进行校验和测试，这很大程度上降低了校验时的正确率和校验效率。而在线电流互感器校验技术在充分保护好校验技术人员的人身安全的前提下，通过带电作业的方法可以最为高效的找到故障部位和损坏零件，从而极大程度上的提高了电子式电流互感器的校验正确性和效率。

3.2 高精度数据处理算法

数据处理算法是现代电子式电流互感器校验技术中非常重要的部分，它是用来计算电力系统的信号参数以及其误差范围数据的重要保证。电子式电流互感器在线校验技术可以在非线性负荷的环境下完成高精度、高准确度的数据处理算法，从而很大程度上的提高了校验数据的准确性。原因在于与传统的离线电子式电流互感器校验技术相比，在线电子式电流互感器校验技术改变了测试的环境，离线校验技术将智能电网的电源作为测量校验的主要电流功率源，它采用的是傅立叶校验方法，这种校验方法虽然能够在进行校验数据的提取和检测时削弱小波动频率等对于校验信号的影响，而在大范围的信号波动、电流谐波等干扰因素并没有很强的适应性和处理能力。而在线电子式电流互感器校验技术通过引进先进的信号处理技术，很大程度上的提高了电子式电流互感器的测量校验技术的适应能力，提高了电子式电流互感器的数据处理算法的精准性和正确率。

3.3 高准度电流传感头

高准度电流传感头是电子式电流传感器在线校验技术与普通的离线校验技术的一大明显区别，也是在线电子式电流传感器校验技术得优势所在。在线校验技术是在具有高电压的电气设备和有着持续的电流供应、不切断电源的工作环境中进行电子式电流互感器的检查、修理、更新、校验的，因此，它对于电流传感头的精确度、数据正确性要求是非常高的。在线电子式电流传感器校验技术的高精度电流传感头有效地满足了校验工作时的精度级别要求。比如说按照规定的电子式电流传感器的校验标准，企业校验技术人员所用的校验电流传感头应当在精准度方面超过普通的被检验的互感器两倍精确性以上，而在线电子式电流传感器校验技术的高精度电流传感头正好可以有效地满足这一要求。钳形结构的电流传感头是目前市面上最为适合在线校验技术所需的电流传感头之一，钳形结构的电流传感头可以满足在线校验技术在校验过程中的工艺方面和精准度方面的要求，结构上比较符合电流校验技术的非接触式测量原理。

4 结论

电子式电流互感器作为现代智能电网数字化变电站的重要组成部件之一，它的在线校验技术的应用与提高可以起到有效地提高电子式电流互感器的使用性能和寿命，增强数字化变电站的整体性能，达到有效地促进智能电网的科学发展的作用。因此，供电企业应当积极采取和应用在线电流互感器的校验技术，通过严格的遵循电子式电流互感器的设计原理和工作原理，有效地优化在线校验技术的使用性能和精确性，从而有效地促进现代电子式电流互感器在线校验技术的科学提高。

参考文献

[1]李振华.电子式互感器性能评价体系关键技术研究[J].华中科技大学电气工程，2014，（5）：22-23.

电流传感器范文第8篇

关键词：电机驱动器；采样电阻；电流传感器；电流采样

一、引言

电动机自诞生之日起，就对人类社会的发展起着极大的推动作用，大大提高了社会的生产力水平。电动机的应用涉及到生活的方方面面，大到军事、航空，小到办公自动化、家用电器、工业过程控制、精密机床以及汽车电子等工业和民用领域，无不活跃着各式各样的电动机。相应地，围绕电动机的驱动控制开发也在飞速发展，各种调速系统、伺服系统、变频器等应用产品层出不穷，在各行各业得到了广泛的应用。

在电机的驱动控制开发中，电流检测是非常重要的环节，精确的电流采样，是电机良好运转的必要条件。电流检测的目的有两个：一是为了确保电机的快速启动性能，对电机电路主电流信号进行监测，让控制器给出确切的PWM控制信号，实现电流闭环控制；二是为了保障电机在实际运行中出现的短路、过流等故障，能够准确及时地将这些故障信息反馈给控制器，控制器给出控制信号使得及时关断开关以便硬件得到保护。

也就是说，一个典型的电机驱动控制系统，应该含有母线电流检测、电机相电流检测电路，还可能为了检测某个功能模块电路是否止常T作而设置特定的电流检测电路。因此，如何精确有效地设计电流检测电路是电机驱动控制系统设计的关键。

二、电流信号的采样

监测某个信号之前，首先需要对该信号进行采样。通常，电流信号的采样有以下几种方法。

（1）采样电阻。采样电阻测电流的原理是这样的：将采样电阻串接在要监测的电路回路里，电流流过时，在采样电阻两端产生压降，这样就把电流信号转化为电压信号。然后，对该电压信号进行处理变换，输入到微处理器的A/D单元，完成检测的目的。

采样电阻的这种检测方法实现简单，成本低，但是很难做到电阻值稳定不变，采样精度不高，不能提供准确的电流值。而且反馈控制电路与主电路没有隔离，在电机驱动控制系统中，万一功率电路的高电压通过反馈电路进入控制电路，将危及到控制系统的安全 。因此，采样电阻一般应用在精度要求不高、成本敏感的应用场合。

（2）电流传感器。霍尔效应在1879年被E.H.霍尔发现，它定义了磁场和感应电压之间的关系，这种效应和传统的感应效果完全不同。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的作用力，从而在导体的两端产生电压差。霍尔电流传感器就是利用霍尔效应将一次大电流变换为二次微小电压信号的传感器，它有两种工作方式，分别是直测式（开环）电流传感器和磁平衡式（闭环）电流传感器。直测式霍尔电流传感器的不足是检测装置的体积过大；而磁平衡式霍尔电流传感器体积小，其显著长处是磁场补偿法，保持铁心磁通为零，电流过载能力强，套在被测母线上即可工作。

霍尔电流传感器产品已经模块化，可以测量交流、直流、脉冲等多种电流信号，其最大优点是测量精度高、响应快速、隔离检测、线性度好。因此，电机驱动控制系统中采用霍尔电流传感器检测电流的方法是目前应用比较普遍的方法，已经在中高端伺服产品中得到了广泛的应用。

（3）电流互感器。电流互感器是利用变压器原、副边电流成比例的特点制成的。其工作原理、等值电路也与一般变压器相同，只是其原边绕组串联在被测电路中，且匝数很少；副边绕组接电流表、继电器电流线圈等低阻抗负载，近似短路。原边电流（即被测电流）和副边电流取决于被测线路的负载，而与电流互感器的副边负载无关。电流互感器运行时，副边不允许开路。因为一旦开路，原边电流均成为励磁电流，使磁通和副边电压大大超过正常值而危及人身和设备安全。

在测量交变电流的大电流时，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。它将高电流按比例转换成低电流，一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等测量装置。电流互感器一般体积较大，造价昂贵，因此，一般应用在电力系统中，作为测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器。

综上所述，由于体积和成本的原因，在电机驱动控制系统中，经常采用采样电阻和霍尔电流传感器来进行电流采样。

三、电流信号的处理

下面分别针对采样电阻和霍尔电流传感器的工作特性、使用特点介绍一下相应的信号调理电路。

（1）采样电阻

采样电阻信号调理电路如图1所示，图中R7为采样电阻，应用中将其串接在回路中。以运放为中心构成一个差分放大器，R1～R6设置放大器增益，R5同时用来提升采样后的电压值，使得放大器的输入在合适的范围。R8和C2用来滤除高频噪声。

图1 采样电阻信号调理电路

REF为参考电压，产生电路如图2所示，图中R1和R2用来设置参考电压值，根据不同的需要可以灵活调整这两个电阻的值。

图2 电流传感器输出信号调理电路

经过处理后的电压输出信号Vo再经过限幅即可输人到微处理器的A/D单元。

（2）霍尔电流传感器。霍尔电流传感器输出信号调理电路如图3所示，电路形式和图1类似。区别在于放大器的输入，因为常用的霍尔电流传感器是单输出信号，有电流输出和电压输出两种形式，经常把电流输出形式转换为电压信号进行处理。图3中参考电压的产生可参考图2。

四、器件选择及注意事项

存选用采样电阻的过程中，要考虑自身的阻值、电感和精度，以降低自身的功率损耗和电压尖峰。同时要注意温度系数（TCR），可以参考其温漂曲线。

电流传感器的选择注意测量范围，的需要选择不同量程的传感器。根据不同当原边电流超过传感器额定时，线性度将降低。为保证测量精度，传感器额定测量值为被测信号l-1.5倍较为合适，如果被测信号有较大的波形系数，还需进一步加大量程，确保被测信号峰值不超出传感器测量范同。电流传感器的生产厂家比较有代表性的有LEM公司、IR公司、Honey-well公司等。国内做的较好的有宁波株洲时代电子、南京托肯电子、南京中旭等。

尤其要注意的是运放的选择，因为一般伺服系统中PWM调制频率很高，通常在20kHz左右，因此相电流是一个脉动电流。另外，A/D转换单元采样速度很高。因此，在选择运放时，要选择带宽大、高速的精密运放，只有这样才能满足电流采样的需要。

图3 参考电压产生电路

五、结束语

精确的电流检测在电机驱动控制系统中起着关键作用，它是构成电流闭环的前提条件，同时，监测电流可以防止系统发生短路、过流故障，有效保护系统安全，可以说是电机控制系统中不可缺少的环节。目前在各种自动门系统、安防工程、钳形仪表等设备中都或多或少地应用到电流检测技术，探讨其实现形式有助于推动其应用发展。

参考文献：

[1]鲁光辉.霍尔电流传感器的性能及应用『J1.四川文理学院学报：自然科学，2007，17（2）：40-42.

[2]陈伟，张英，刘增玉.两种保护用电流采样电路的比较及应用[J].精密制造与自动化，2007 （1）：45-46.

[3]胡卫华，张朋年.基于霍尔效应的电流传感器ACS706ELC一20A及其应用[J].电子元器件应用，2009，l1（7）：1-3

[4]李欣.高压线性电流传感器IR2175及其应用[J].国外电子元器件，2005（5）：47―50.

电流传感器范文第9篇

关键词：漏电流传感器；检测精度；数字化处理。

中图分类号：TP334 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）27-0245-03

Abstract： n this paper， a new type of digital leakage current sensor based on STM32 platform is developed. It is in a high precision simulation based on leakage current sensor by digitization and improvement， using CAN bus for data communication， real-time display clear， has the ability to meet the independent and comprehensive treatment of treatment with multiple other the same sensor， accurate detection， response fast， safe and reliable data communication lines. Is a kind of current advanced digital sensor for leakage current.

Key words： Leakage current sensor； detection accuracy； digital processing.

铁路电气化的普及，电气设备使用过程中的电气安全问题也越来越多，主要体现在电气设备的绝缘特性与漏电检测上。为了设备的安全使用，必须执行严格的绝缘和漏电的技术要求。从而避免因为绝缘不过关或者漏电而引起安全事故。本文采用STM32平台，利用CAN总线通讯，研制了一款新型数字化漏电流传感器。相比于之前的模拟传感器，本次设计采用数字化设计，通讯利用CAN总线，显示实时清晰，具有独立处理和与其他多个同样的传感器进行配合综合处理的能力，经过软硬件设计和实验测试，本传感器检测精度高、检测快速，错误率低。具有较好的应用价值。

嵌入式系统漏电流传感器在机车中为实现对漏电流的检测，最终实现自动控制。其最主要特征是能快速、准确检测和转换，传递出检测的数字信息，供计算机系统分析处理。国外嵌入式系统传感器应用较早，技术较为成熟，但由于传感器应用广，要求各异，市场需求旺盛。基于STM32平台的CAN总线车载式漏电流传感器的研制就是这样背景产生的。

1 系统原理

其系统的原理图图如图1所示。

由图可以看出多个基于STM32平台的CAN总线漏电流检测数字传感器通过CAN总线连接，通信线串接在一起，极大地减少线数；同时A/D转换在STM32处理器内部，减少传感器硬件内部的分块。

基于STM32平台的CAN总线漏电流检测数字传感器主要检测参数：检测漏电流的范围是 0～300mA ，检测精度为1% ，线性度为1%。其系统整体接线设计图如图2所示。

2 硬件系统设计

系统采用单片机进行系统设计，通过对STM32单片机芯片的使用，熟悉了CORTEX-M3内核的处理器， ARM Cortex-M3是一种基于ARM7v架构的最新ARM嵌入式内核，它采用哈佛结构，使用分离的指令和数据总线（冯诺伊曼结构下，数据和指令共用一条总线）。从本质上来说，哈佛结构在物理上更为复杂，但是处理速度明显加快。根据摩尔定理，复杂性并不是一件非常重要的事，而吞吐量的增加却极具价值。除了使用哈佛结构， Cortex-M3 还具有其他显著的优点：具有更小的基础内核，价格更低，速度更快。与内核集成在一起的是一些系统外设，如中断控制器、总线矩阵、调试功能模块，而这些外设通常都是由芯片制造商增加的。 Cortex-M3 还集成了睡眠模式和可选的完整的八区域存储器保护单元。它采用 THUMB-2指令集，最大限度降低了汇编器使用率。

系统采用CAN通讯的方式，CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

漏电流测试仪前期购买带CAN总线接口的STM32开发板，这样节约开发周期，和降低前期的开发风险。在开发板上调通CAN通讯之后，再根据模拟量传感器的实际大小，加装一个小的数据处理单元。完成模拟量采集和CAN通讯。

整个通讯框架由主机实时对各个子模块进行轮询。每个子模块有其单独的通讯地址，保证数据不冲突。采用CAN总线进行信息传递避免了导线过多而带来的故障。

3 系统软件设计

本项目后期测试软件，采用成熟稳定的软件开发平台开发，结合电力机车行业中的实际应用和实际使用过程中得到的反馈意见，不断完善功能，操作方便简单，功能完备。软件架构设想，如图2所示。

4 装置与实验

系统设计为一台装置主机、多个数字传感器及相关电缆组成。

装置主机：由DC110V电源电路 、液晶显示屏、主控制板、数据转存单元及人机界面等组成，如图4所示。

实验流程：

A、主从机和漏电流传感器都相应的接好电源接口和CAN通讯接口。

B、取一组待测漏电流的线，把正电流那根线按漏电流传感器指示的方向穿过，在串入电流表，接入负载（适当接地以模拟漏电实验）后再负线穿过漏电流传感器返回。

C、启动电源和模拟负载及电流表，查看电流表的数据和漏电流检测装置的显示屏数据，进行对比即可看出当前实际的漏电流值。至此实验完成。

如：测量实验记录如表1所示。

5 结论

本项目设计的数字漏电流传感器经过原理分析，硬件设计与软件设计，然后经过实际的漏电流检测，数据表明，检测准备，精度高，检测方便，该数字式漏电流传感器具有良好的应用推广价值。

参考文献：

[1] 王大力.基于CAN总线电动车混合制动系统[J].仪表技术与传感器，2013（11）：108-110.

[2] 袁开鸿.魏丽君.唐东梅.基于STM32平台的CAN总线车载式漏电流数字传感器[J].传感器与微系统，2013，33（3）：118-120.

[3] 唐亚平.魏丽君.张敏三.机车车载漏电流数字传感器研究与应用[J].传感器与微系统，2014，33（12）：45-47.

[4] 陈志旺.STM32嵌入式微控制器原理，应用技术[M].电子工业出版社，2012.

[5] 马忠梅，籍顺心.单片机的C语言应用程序设计[M].北京航空航天大学出版社，2003：132-147.

电流传感器范文第10篇

关键词：电流传感器；氧化还原反应；电子转移；数字化实验

文章编号：1008-0546（2017）05-0092-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.05.030

氧化还原反应是化学学科的核心概念之一，作为中学化学的重点知识贯穿整个中学阶段的化学学习。在初中阶段，学生从得失氧角度来认识氧化还原反应；进入高中，需要学生从电子转移角度重新建立对氧化还原反应概念的认识。如何帮助学生实现对氧化还原反应由表象到本质的认知是教师在具体教学中所遇到的难点。

一、实验设计思路

氧化还原反应的发生伴随着电子的转移，电子的定向移动可以产生电流，所以如果反应中Zn失电子，HCl得电子，那么电子的流向为ZnHCl，那么电流方向即为HClZn，将Zn作为正极反应物，HCl作为负极反应物，将两极用导线相连，用电流表可指示回路中有无电流，从而判断反应中是否发生电子转移。

有些学者利用电流计检测氧化还原反应体系中是否有电流产生[1，2]，本实验利用电流传感器替代电流计接入电路中，给实验带来以下优势：

（1）由于产生电流值未知，当电流很大时，指针的较大偏转会给电流计带来一定损害；当电流很小时，电流表偏转不明显，而电流传感器可精确到0.0001A；

（2）相对于指针的偏转，电流传感器可以定量、准确、持续地采集实验过程中电流值的变化，并呈现电流-时间曲线图；

（3）盐酸溶液中本来就存在自由移动的离子，如何证明电流不是其本身的离子移动产生的呢？利用电流传感器可作对比实验，从电流值的大小比较上即可判定出电流的产生是来自于哪一部分。

二、实验内容

1. 锌与盐酸反应

取1mol/L稀盐酸40mL于塑料槽中，将电流传感器与数据采集器、电脑相连接，记录电流传感器在空气中的初读数为0.0001A。

按照图1直接将两根导线插入盐酸溶液中（作空白实验），设置电极间距离为3cm，采集时间为60s，开始数据采集后，发现电流数据在0.0001A～0.0003A范围波动（图2），电流数值基本不变。

按照图3将Zn片连接导线后，插入1mol/L稀盐酸溶液中，点击开始采集数据，设置电极间距离为3cm，发现电流数据升至0.04A（图4），表明Zn与HCl反应过程中有大量电子发生了转移。

2. 氢氧化钠与盐酸反应

NaOH与HCl的反应为非氧化还原反应，反应中无电子转移。从假设-验证的逻辑推理进行分析，如果证明出NaOH与HCl反应中没有电子转移，才能够证明：只有氧化还原反应才有电子转移。该实验对装置要求较高，可作为教师实验和学生自主探究实验。

按照图1，做NaOH溶液的空白实验，设置电极间距离为3cm，采集时间为60s，待数据稳定后开始数据采集，得实验数据（图5）；

按照图6，将NaOH溶液置于滴定管中，用导线将NaOH溶液、电流传感器、HCl溶液依次相连，设置两电极间距离为3cm，采集时间为150s；打开滴定管旋钮，将其中盛放的1mol/LNaOH溶液缓缓加入1mol/L HCl溶液中，待两溶液接触，形成回路后开始数据采集；待NaOH溶液的液面低于导线底端时（形成断路前），停止数据采集，保存实验数据（图7）。

图5、图7中的实验数据发现，测得NaOH溶液、NaOH与HCl反应体系中的电流值在0.0002A左右，表明两溶液的混合过程中未有电子的转移。

三、研究结论与反思

本实验选择了Zn与HCl反应、NaOH与HCl反应，分别为氧化还原反应、非氧化还原反应，利用电流传感器测定出两个反应体系中电流的数值，发现氧化还原反应中电流数值明显大，并且也大于NaOH溶液、HCl溶液的体系，表明氧化还原反应中存在电子转移。

该实验方法建立在学生已有的电子、电流、电路知识基础上，在教师的引导下，学生能够根据化学反应设计出该实验，这其实也就是一个原电池的模型，但此时不向学生引入电极、正负极等概念，直接就是用导线将两物质体系相连构成回路，用电流传感器定量测定回路中的电流值，从而准确判断反应过程有无电子转移。本实验采用了简单的思路、简单的反应、简单的装置，有利于学生认识氧化还原反应的本质，并见证了区分氧化还原反应与非氧化还原反应的实验事实。

参考文献

[1] 贺正东. 氧化还原反应电子D移的实验 [J]. 化学教学，1986（1）：49