霍尔电流传感器

基本结构与测量回路

霍尔电流传感器的核心测量回路为：被测导线穿过环形铁芯（或作为钳形/穿孔结构的一部分），铁芯上开有气隙，霍尔片置于气隙中。被测电流 $I$ 在导线周围产生环形磁场，环形铁芯将磁通汇聚并引导至气隙，霍尔片在气隙处感应磁感应强度 $B$，输出与 $B$ 成正比的霍尔电压 $V_H$。

霍尔效应与电压关系

置于磁感应强度 $B$ 中的霍尔片，当控制电流 $I_c$ 通过时，霍尔电压为

其中 $R_H$ 为霍尔系数（由材料决定），$d$ 为霍尔片厚度，$I_c$ 为控制电流，$B$ 为气隙中的磁感应强度。$V_H$ 的单位为伏特（V），$B$ 的单位为特斯拉（T）。

电流与磁场的转换

对于穿过环形铁芯的导线，根据安培环路定理，铁芯中的磁通势为 $NI$（$N$ 为穿过铁芯的导线匝数，通常 $N=1$）。气隙中的磁感应强度 $B$ 与 $I$ 近似成正比：

因此霍尔电压 $V_H$ 也与被测电流 $I$ 成正比，从而实现电流测量。

非接触与大电流用途

由于被测导线只需穿过铁芯或钳口，无需断开电路，因此霍尔电流传感器可实现非接触测量。钳形/穿孔结构便于夹持导线，适用于大电流测量，例如手持式霍尔电流计可测量高达数百安培的电流。

适用范围与条件

上述关系在铁芯未饱和、气隙尺寸远小于铁芯磁路长度、霍尔片工作在线性区时成立。测量交流电流时，霍尔电压随被测电流变化，可反映其瞬时值；若需有效值，应对给定窗口的瞬时输出进行平方平均再开方，或另设RMS转换电路。