似乎没有霍尔效应电流传感器可用于小电流,例如 500mA 量级。我猜这是由于一些技术或物理限制。它是什么?
为什么不存在用于低电流的霍尔效应电流传感器?
霍尔效应电流传感器测量载流导体周围产生的磁通量。因此,由于导体附近的外来磁“噪声”,灵敏度受到本底噪声的限制。
这可以通过一种相当简单的方法通过集中载流导体的磁通量来在不同程度上克服:将要测量的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第 12.1 节说明了使用线圈测量小电流:
通过传感器周围的线圈增加磁场,可以使用 MLX91206 测量低电流。测量的灵敏度(输出电压与线圈中的电流)将取决于线圈的大小和匝数。通过在线圈周围添加屏蔽,可以获得额外的灵敏度和对外部场的增强免疫力。线轴提供非常高的介电隔离,使其成为具有相对低电流的高压电源的合适解决方案。为了获得最佳精度和分辨率,应调整输出以获得最大电压以用于测量最高电流。
在实践中,只要设计能够容忍电流路径中的电感,MLX91206 就可以在低至 100 mA 的电流下工作,以实现满量程输出。在测量电源轨电流时,实际上可以通过使用电感来“免费”抑制纹波,从而获得额外的优势。
猜想:可能值得探索非矩形(环形)线圈是否比矩形线圈提供更好的外来磁噪声衰减 - 甚至可以测量更低的电流。
我不是专家,但这是我最好的猜测。首先,来自维基百科,霍尔效应传感器的电压输出为:$$V_H = -{{{IB}}\over{nte}}$$
其中 \$I\$ 是提供给感应板的电流,\$B\$ 是您正在感应的磁场,\$t\$ 是板的厚度,\$e\$ 是基本电荷, \$n\$ 是载流子电子的电荷载流子密度。
您正在感应的磁场是由您要测量的电流产生的。该字段由以下方式生成: $$ B = {{\mu _0 I }\over{2\pi r}}$$
只是为了了解大小,在您描述的情况下,500mA,在 1cm 的距离处,B 场大约为 10 \$\mu\$T(微特斯拉)。
在这一点上,我们可以做两件事来获得高于本底噪声的电压。我们可以增加供电电流,也可以减少感应板的厚度。显然,增加电流存在实际限制,而减小板厚度存在严格限制。这两种选择也相互对立,减小厚度会增加电阻,从而为更高的电流产生更多的热量。
那么,使用非常昂贵的设备测量非常小的电流似乎很简单。我似乎记得粒子加速器使用接近绝对零的冷冻超导体来做到这一点,但我现在找不到证据。