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电流传感器范文1
【关键词】磁阻效应；电流传感器；工作特性
中图分类号：O47文献标识码： A
一、前言
电流传感器（MRCS）是通过采取锑化铟一铟（InSb-In）磁阻元件（MR）组合而制成的，这种电流传感器不仅仅保持了霍尔电流传感器的良好特性，而且还还有许多其他的优良特点，体积较小、价格廉惠、结构简单并且可以大量生产。设建电流传感器就是为了测验微弱点流，这个电流传感器是经过一起讲两个InSb―In磁阻元件阻值同时更变的方法来达到这个目的的，这个电流传感器消除了大容量的耦合电容，而且还可以缩减提及容量和提高改善频率特质。
二、InSb-In磁阻薄膜的特质
所谓的磁阻效应就是说材质电阻是受外界增加的磁场的大小的变化而变化的，然而半导体磁敏材质则是因电流方向相垂直方向的磁场对它产生作用而会受到影响，具体的内容就是因为洛伦兹力的作用，然而载流子移动的方向有了变化，随后使得电流行径变长了，因而导致电阻数值变大了，磁阻效应分为两种，一个就是物理磁阻效应，另一个就是几何磁阻效应。首先来探讨下物理磁场效应，对于物理磁场效应来说，两种载流子 （电子和空穴）的移速率相比而言相差非常大的半导体材质，他们之中移速率相对而言大一点的是一种载流子导致电阻受到变化。除此之外，几何磁阻效应就是，对于主要材质确定的半导体磁敏电阻，它们的几何形状会牵扯到磁阻效应，也就是说，会对磁阻效应产生相当大的影响。还有一些就是长与宽的比例不相同或者几何形状不太相同的磁敏电阻，它们的磁阻效应也会不相同，因此为了加强几何磁阻的效应强度，我们会想方设法来达到这一目的，可以使得长与宽的比例变得愈来愈小，就是有关宽度方向的长度相对于长度方向的长度是它的若干倍数，也就是长度与宽度的比例值比1小。
三、InSb-In薄膜制作工法
制作InSb―In磁阻元件有很多种方法，最为传统的方法就是将块状形态的单晶切成厚厚的薄片，然后再通过加工粗略地打磨再度缩小薄片的薄度,再之后就是进行精工打磨让它变得光滑抛光，使之成为厚度是30-60微米的薄薄的条片，还要做的就是做好短路的电极，做这个短路电极就是为了要缩减长度和宽度的比例值。做这样的元件是要有精细的技巧，利用的是真空镀膜的技巧，需要掌控材质的化学计量比例与掌控结晶程序，然后才使得薄薄的膜片中的In发出时形成了针状体态，然而还有一个就是铟针所起到的作用就是短路的电极，它的主要的工法流程步骤是，基片抛光，真空蒸镀，热处理，光刻，初测分选，焊引线最后就是测量分类。它的组成元件是是导线、绝缘基片、InSb-In磁阻元件MR1和MR2、永磁体、五个引脚等等。
四、InSb-In磁阻型电流传感器的构造
InSb-In磁阻型电流传感器主要是由导线、绝缘基片、InSb-In磁阻元件MR1和MR2、永磁体和五个引脚组合而成的。这种电流传感器的MRCS的结构有图展示，图1所示。InSb-In磁阻型电流传感器的金属外壳有着屏蔽和保护传感器的作用。MR1和MR2是相对称搁置的一组磁阻元件，它们的电阻数值基本上是相等的，并且永磁体元件始终会给它们产生偏放磁场B，等到检测电流通过的导线位于MR1和MR2的对称轴的地方。电路图如图2所示，其中MR1和MR2都是通过恒流源所提供电流的，并且电流是I0.在待检测交变电流通过4、5处的时候，在线路的四周围会产生空间磁场。在此空间磁场一个一个流穿MR1和MR2的时候，有那么一瞬间它们的方向是相反的，因此这样的磁场在同MRCS里面永磁体的偏放磁场B相互叠重在一起的时候会让MR1和MR2受到影响，其中一个的电阻数值会因此而变大，而另外一个电阻数值会因此而变小。这样的两种磁阻元件的电阻数值的变化会影响图中的Ua、Ub电位的变化，将Ua、Ub两端的信号不在同一时刻通过电压跟随导线进入差动比例运放电路实行变大，这样子就可以得到输出信号U0.
图示1，MRCS结构示意图
图示2信号处理电路图
五、实验结论和分析
让等到检测信号的频率处于50Hz不波动，等待检测电流i从10mA加大到100mA，此时我们可以看出来输出电压从50mV连续加大到350mV，实验结果如图3所示。
图示3输出电压和等待检测电流的关系
然而让等到检测的信号处在60mA上不波动，频率就会从1Hz加大到20000Hz，在我们监察到频率在70-500Hz的时候，此时的输出的电压就是最大的，是208mV；然而频率在1-70Hz的时候，输出电压慢慢加大；频率是500-15000Hz的时候，输出电压慢慢的下降下来；在大于15000Hz的时候，输出电压的变化频率就比较小了，基本上处于平缓的状态，那么我们就可以得到结果如图4所示，它的通频带是7-1800Hz，在这样的频率范围之内，输出特质才可以达到十几测验的目标。
依照直线通过交变电流的时候他的四周围空间磁场和电流的关系，通过计算可以知道，U0是跟随者i的变大而连续线性变大的，所以就可以出现图3所示的结果。
在维持电路处于静态工作的时候，使得外面的温度从―25摄氏度慢慢上到到55摄氏度，由此我们可以了解到试样品A、试样品B、试样品C和试样品D的输出电压的变化范围都不是很大，其中四条曲线都基本上呈现的是上升趋势。就如图4所示。
图4输出电压和温度关系
因为这个温度的改变，使得两个InSb的磁阻都会有一定的变化量，经过式子可以明确地推导出U0=0.
经过实验测试可以明显地显示出这样的设计在理论的基础上可以很有效地一直温漂。我们可以从图示5中看出，四条曲线都分别是通过四个同样的电路制造样品A、B、C、D而测试得到的结论。它们的静态的工作点是不一样的，这和一样的参数元件之间有着事实上的差距是有关的。温度从―25摄氏度升温直到55摄氏度的时候，输出电压的变化幅度是0.14-1.21V，变化速率的范围是每摄氏度0.0294%-0.0491%。这个就和电路中元件的组成和跟随温度的变化的性能是有关系的。
六、小结
利用InSb-In共晶型薄膜磁阻元件，然后还有偏磁体系和放在中轴线的线路组成磁阻型电流传感器，而且还建设了一种能让输出信号能有比较大幅度的信号处理电路。经过这个测试我们可以知道各种元件之间的变化在他们之间或多或少都会是有一定的联系的。如果使得等待检测信号的电流强度或者是频率发生变化的话，那么InSb磁阻所在的磁场就会相应的发生改变。因而就会使得磁阻阻值发生改变，进而再会引起输入信号Ua、Ub的变化。
我们可以把输入信号来实行差模治理，然后再通过计算进而抉择出最为适宜的电路参数，除去了偏放的直线电流电平，最后我们可以得到和等待检测微弱电流信号形成正比例的放大倍数的信号。
这个电流传感器的通频带是7-1800Hz，并且可以测验到的微弱电流的信号最低可以达到10mA，而且得常有效的对于温漂有着强大的抑制作用。
【参考文献】
[1]翟学明. 输电线路绝缘子泄漏电流高精度检测与数据压缩技术的研究[D].华北电力大学,2012.
[2]邢佳. 基于系统比例测量的非接触式微弱电流检测系统及其应用[D].天津大学,2010.
[3]程志奇. “磁传感器及其应用技术”讲座 第四讲 磁敏电阻传感器(一)[J]. 自动化仪表,1988,08:39-44+32.
电流传感器范文2
关键词： 无损测量；电涡流；测厚；电路
0 引言
电涡流无损检测具有很悠久的历史，从Michael Faradays
总结出电磁感应定律，即变化的磁场能产生电场以来，电磁感应相关技术取得了巨大的发展。后来Foster提出的通过分析系统的阻抗变化来分析涡流检测仪的干扰因素，为涡流检测提供了很好的理论依据，大大推动了电涡流无损检测技术的发展。通过对阻抗分析法的有效运用，电涡流测量技术已经渗透到我们工业测量的方方面面，包括了航空航天、核工业、机械、冶金、石油、化工、机械、汽车等部门，电涡流无损技术的快速发展，相关研究和运用也越来越广泛，其中传感器的电路设计和测量精度的控制都是研究的焦点。
1 涡流检测原理图
涡流检测是无损检测的一个分支，是运用电磁感应原理，将一半径为r的线圈通过正弦波电流后，线圈周围就会产生一交变磁场H1；若在距线圈x处有一电导率为a，磁导率为u厚度为d的金属板，线圈周围的交变磁场会在金属表面产生感应电流，也称作涡流。金属表面也产生一个与原磁场方向相反的相同的相同频率的磁场H2，反射到探头线圈，导致载流线圈的阻抗和电感的变化，改变了线圈的电流大小及相位，原理图如图1所示。
图1 电涡流测厚原理图
2 测厚探头的设计
图2 电涡流测量电路整体设计图
电涡流测量电路的整体测量电路设计图如图2所示，涡流探头测量物体厚度后引起阻抗的变化，通过电桥电路转化成电流信号输出，也由于信号很微弱，需要经过放大器进行功率放大输出，经过整波电路，把交流信号转化为直流信号，然后把那些高频的还有低频的号过滤掉，得到干扰较小的电流信号，经过放大器尽心比例放大后接入ARM7的A/D转换接口，把模拟信号转化为数字信号，对信号进行控制然后接入数字示波器，观察波形输出，把结果通过PC机显示出来[1]。
传统的电涡流传感器的测量电路主要是通过电桥法组成的，电桥法是将传感器线圈的阻抗变化转化为电压或电流的变化，图3是电桥电路的原理图，线圈A和线圈B为传感器线圈，线圈A为阻抗可调线圈，线圈B为测量线圈，传感器原线圈的阻抗值等于线圈A设定的阻抗值，当线圈B接近被测钢件时，线圈B的阻抗值发生变化，使电桥两边失去平衡，电桥的不平衡会使电阻两边产生不均衡信号通过放大器放大后进行检波输出就可以得到和被测量成正比的输出信号，通过一定的方法进行线性拟合就可以得到输出信号和钢件淬火层厚度之间的关系，其中线圈A和线圈B都可以通过漆包线和绝缘套管绕制而成，线圈的阻抗大小由线圈的匝数决定，同时线圈的匝数和绝缘套管的内径和外径大小一起决定了探头能后测量的范围大小。经过实验分析可知，线圈厚度越厚，涡流损耗越小，传感器的的测量精度也越差；线圈外径越大，涡流损耗越小，传感器的测量精度也越差，相反若只是改变传感器线圈的内径对传感器的测量精度影响不大。电涡流效应主要集中在待测物体表面，所以表面的平滑程度对测量的精度也有很大影响。（新型电涡流测量电路设计）
图3 电桥电路原理图
放大电路如图4所示，输出电压的饱和极限等于运放的电源电压V=Vf=R1*V0/（R1+R2），作用于反向输入端，这里Vf也称为反馈电压，根据虚短和虚断定义知电压增益Av=（R1+R2）/R2=1+R2/R1，Av的值只取决于运放外部电路的电阻值R1和R2，由于通过电桥得到的信号时很微弱的，所以输出的电压信号通过放大器进行功率放大是很有必要的。
家用电器使用的都是220V交流电，而各种元器件要求使用的都是直流电。整流，就是把交流电变为直流电的过程，相当于在电路中接入了一个RC整流电路。利用二极管具有单向导电特性的作用，可以把方向和大小交变的电流变换为直流电。整流电路可以分为半波整流电路和全波整流电路。半波整流电路是由负载电阻、整流二极管和电源变压器组成。变压器把220V电压通过线圈匝数比转换为所需要的交变电压，再把交流电变换为元器件可以使用的直流电。全波整流电路，可以看做是由两个半波整流电路组合成的。在变压器的中间取出一个线头，把线圈分成两个匝数比相同的线圈绕组，分别和一个二极管组成一个回路，两个回路得到的电压大小相等极性相反[4]。
家用的220V的交流电经过二极管整流之后，用于二极管的单向导电作用，方向变得单一了，由于转换过程中还有有点路连接中都会产生大小不一的干扰，使正弦交变电压信号出现波动。这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装置供电的，要把脉动直流变成波形平滑的直流，这便是滤波[2][3]。
图5 滤波电路
传感器电路中使用滤波电炉就是为了把整流器输出的直流电压中的或大或小的波动成分尽可能地消除，改造成接近恒稳的直流电。为了排除电路焊接过程中造成的干扰，滤波电路一般都采用组合逻辑器件低通滤波器MAX280，滤波电路结构如图5所示。
电容相当于是一个电能储存的仓库。在电路中，当电路中有电压信号输入时电容便开始不断充电，把电能储存在电容当中；当没有外部电压信号输入时，电容就会把储存的电能释放出来，在回路中进行放电作用。电容在有电压信号输入的过程中电压不断升高，直到接近充电电压；在关闭电压信号后电容存储的点亮逐渐降低，直到完全消失。电容器的容量越大，负载电阻值越大，充电和放电所需要的时间越长。这种电容带两端电压不能突变的特性，正好可以用来承担滤波的任务。
3 总结
通过对对电磁涡流传感器的制作，对电磁涡流测量厚度的电路有了很深的理解，这主要也是在懂得了电涡流测量原理的基础上进行的，电涡流测量仪作为一种非破坏性的涂层测量仪，可以在微米范围内测量涂层厚度，仪器操作性强，运用的领域很广泛，对制药和冶炼等都有很好的运用前景，对电磁涡流电路的研究具有很好的指导意义。
参考文献：
[1]于亚婷，新型电涡流传感器开发[J].成都：电子科技大学，2011，4.
[2]赵昕明，高温型电涡流位移传感器及高精度测量电路[D].上海：同济大学，2004.
电流传感器范文3
电流一压力传感器(通常也叫做I／P)常常用在利用电信号来控制气动阀的情况下。能够将标准电信号变为压强的这些传感器在造纸、化工、提炼、食品加工等工厂中，得到广泛的应用。
同其他任何仪器一样，I／P的准确度也会随着时间而漂移，甚至是使整个单元失效。由于在大多数的控制环路中，准确度是十分重要的，所以这种漂移和失效会导致重大的问题。例如：一个偏离基准的I／P会使阀门部分关闭，而不是全部关闭，这样就很可能发生泄漏。好的情况下，只会造成产品浪费。坏的情况下，就会因阀门中的液体随处流动，而造成巨大的损失和人员伤亡。类似地，阀门的部分关闭还会引发其他问题：从延误生产到影响质量等问题。正由于这些问题，所以I／P和其他的仪器一样，需要定期进行校正。
l／P校正的传统方法
典型的I／P校正过程需要两种仪器：压力计或压力校正仪、电流源或电流校正器。需要对其他的仪器(如电流到频率转换器或温度传感器)进行校正的技术人员可能还需要另外一些测试和信号源仪器，如频率计或温度校正器。如果既要校正仪器，又要给失效单元排错，那么就需要在测试仪器中加上数字万用表。为了满足这些要求，技术人员最终将不得不在不同的仪器间玩魔术似的摆弄或是经常往来于仪表商店。
校正过程本身包括许多步骤。首先，技术人员作As Found测量，给I／P加上特定的电流，然后记下输出压强，如果这些测试显示I／P已超出容差范围内，技术员就开始作As Left测试，其中包括在每个测试点上加最后一轮的电流源，并测量出压强值。
使工作变得更复杂的是需要记录每次测量的结果。例如，国际质量标准ISO 9000就要求记录下所有的仪器校正结果，同样的，属于FDA、EPA、NRC和OSHA授权的工厂也必须满足制定标准文件的要求。
这种记录是十分繁琐的，它要求技术员必须能够灵活处理纸、笔和仪器的关系，有时候还需要中断校正工作，以便及时记录下测试结果。此外，技术人员通常还需要计算出每个测试中错误的百分比并加以记录。这不仅很枯燥，而且易于出错，这种错误可能会导致仪器工作在正常范围以外。最后，技术员一回到工作间，就必须开始抄写所有的现场记录。这样又引入产生进一步错误的福禄克公司何学农可能性。
对一个熟练的技术员来说，每个I／P的校正过程需要10～30min，此外还需加上在工作间中完成整个记录的5～10min。
一种更好的校正方法Fluke741B／743B／744简介
现在有一种十分简单的I／P校正方法。采用Fluke741 B／743B／744，Fluke741 B和743B／744记录式校正仪在四个主要方面简化了技术员的校正过程：
1 减少了对多种工具的要求
741B和743B／744能够对压强、温度(热耦和RTD)、电压、电流、阻抗和频率等进行校正，因而可满足技术人员进行各种仪器校正的所有要求，它还能同时用来进行排错。
2 可以实现自动测试
只要技术人员输入一些关键的信息，其中包括初始值的高低端值、测量的高低端值、容差和测试点数，校正器就能自动进行As Found和As Left测试。这样就节省了技术人员的时间，并减去了手工输入每个测试点值的麻烦。
3 自动计算误差的百分比
741B和743B／744能够自动计算每次测试的错误百分比，并根据技术人员所输入的容差值来判断仪器是工作在正常范围还是超出容限范围。这种自动能力不仅节省了时间，还能保证结果的准确度。技术人员只需要看看屏幕上显示表格中的结果，就可以知道I／P是否在正常范围内工作。如果不在正常范围，还可知道何处超出了容差范围。
4 自动记录结果
741B和743B／744能够自动地记录和存储测试的结果。741B可存储一天的工作，而743B／744则可以存储一周的工作，回到工作间后，技术员只需重新调出屏幕所显示的结果，并把它们复制到校正表格上，或者使用743B／744和Fluke的基于Windows的DPC／TRACK软件，把结果下载到PC上，并以自动的方式完成表格。
使用741B和743B／744输入测试参数和执行As Found及As Left测试的这一整体过程所需的时间仅5min，其中还包括记录过程，对一个繁忙的仪器技术人员来说，这些时间上的节省就意味着工作效率的大幅增加。
741B和743B／744是专门为生产加工工业所设计的适用于恶劣现场作业的工具。无论是潮湿的气候、粗暴的操作，还是恶劣的工厂环境，它均可提供准确可靠的性能。
简单的使用操作
使用741B和743B／744校正I／P是比较容易的，只需要将I／P输入端接至741B或743B／744的电流源端，将I／P的输出线连接至一个Fluke-700P压强模块上就可以了。
如果进行As Found测试，先按下As Found键，然后，屏幕上就会揭示输入各部的压强和电流的0％和100％的值，以及需要校对的测试点的个数以及允许容差的百分比，再按下自动测试键，自动测试就开始了。它将自动地加上每个特定的电流，测量出每个输出压强值，计算每种情况的误差百分比，记录下结果，并标出超出容差范围的部分。整个过程只需要2～3min。
如果测试的结果中有超出容差范围的，就可以按下调整键，轮流选择适当的键(0％、100％、50％)已进行必要的调整。然后再按下As Left和自动测试键，自动记录As Left测量结果。由于校正器可以记住前面的参数，这次就不必再输入参数了。
最后，校正器将提示你输入记录号、仪器的序号和你的操作密码，
这样就可以将某套测试结果和特定的仪器联系起来，以便将来识别。现在你可以转向下一个仪器的校正了。
灵活的PC接口
使用743B／744和可选项DPC／TRACK软件，可以用电子化方式在校正器和PC之间进行信息传输。这种通信能力不仅通过自动完成记录过程来节省时间，还可允许以标准ASCII格式从现在的数据库中输入、输出信息。例如，在一天的开始，管理员将今天要校正的传感器的记录号以及校正程序远程加载到每个技术人员的校正器中，这样就节省了技术员手工输入数据的时间，且不需要参考写好的说明。同样的，如果你的部门使用数据库来跟踪每个传感器的校正状态，你就可以在每天的工作结束前，从743B／744中下载数据并输出到你的数据库中，从而实现数据库中的自动更新。
DPC／TRACK还可以迅速地产生简明、分步的校正指令。这些指令不仅
能满足ISO 9000的要求，还能确保技术人员遵从工厂的特定程序。建立校正程序十分容易，只需点一下743B／744面板上的PC图像，就好像在亲自操作743B／744一样。
利用DPC／TRACK的文本功能，可以在校正程序的前后增加自己的特殊指令。例如，可以增加打开指令来告诉技术员在何处能够找到传感器，如何隔离和断开它，以及如何挂接测试仪器。类似地，也可以增加解释如何关断测试仪器，重新连接以及使仪器返回原状态的关闭指令。
DPC／TRACK带有内置的标准报告，也可以将其打印出来以用来为校正提供硬复制记录。也可以用ASCII格式将校正数据输出到数据单或者数据库应用软件中；在那里，不仅能够打印出常规的报告，还可以对数据进行分析。
方便的排错功能
当你接到一个修理电话时，741B和743B／744还可以兼作仪器排错工具，这样就省去了回工作间拿附加的检测和校正仪器的麻烦。它们具有数字万用表的所有功能，能够测量最大到300V的AC、DC电压、最大到110mA的DC电流，最大到50kHz的频率并可测量电阻，此外还能验证连续性。
例如，假设你要对一个功能不正常的I／P进行检测(如图1所示)，操作员说阀门已经关闭，但是控制器显示阀门是半开的，你首先的任务是确定I／P本身是否是问题源。首先将I／P的输入端连至741B或743B／744的电流源端，I／P的输出端连至741B或743B／744的压力模块，然后前面就像作I／P校正那样，加上不同数值的电流，并测出压强。如果每种数值的输入电流，输出压强值都保持正确，就说明问题不是出在I／P上。
问题的另外一个原因可能在控制器。它可能会输出错误的电流信号。你可以按照下面的步骤来检验这种可能性：先去掉一个引线，将741B和743B／744和控制器的输出端串联起来，然后用741B和743B／744的电流测量功能测出输出电流。
如果问题既不是出在I／P也不是出在控制器，那么你下一步该做的就是检测阀门，看它是否接受到正确的压强信号。你可以将阀门连接到I／P的输出端，或者将阀门的反馈放大器连接到741B和743B／744的压强模块，它将显示阀门实际受到的压力。
如果作用在阀门或阀门的反馈放大器上的压强不正确，而I／P输出的压强却是正确的，这就说明管道系统和装配部件存在泄漏。利用一个低廉的手动阀门和T型接头(共需花10～15美元)，就可检验出管道系统和装配部件的有效性。首先断开I／P与管道系统的连接。将手动阀门连接到两者之间。
将T型头连接在手动阀门之后，T型头的一端连接到741B和743B／744的压强模块，另外一端连接到所要测试的线路。连接如图2所示。
一旦线路中的压强达到稳定，就可以关闭手动阀门，停止I／P方向来的人和空气流动，然后用741B和743B／744的压强测量功能来监视线路的压强。如果不存在泄漏，线路的压强会保持稳定。如果线路压强连续地下降，就肯定存在泄漏。为了解决这个问题，你就必须拧紧装配部件或更换管道系统。
在某些情况下，I／P经常被用在温度控制环路中。在这种控制环路中主要用蒸汽流来控制环路。如图3中所示，一个环路组成主要为：一个用来测量温度的热耦或RTD、一个给控制器传输电信号的温度传送器，一个将控制器输出信号变为压强的I／P以及一个控制蒸汽流动的气动阀门。
如果I／P、控制器给I／P的输出以及加载阀门上的输入压强都被测过，下一步就是用741B和743B／744的电压测量功能测量控制器的输入电压。控制器由指示部分和控制部分组成，因而必须对两者都检测。如果指示器的指示与741B和743B／744的测量电压相符，就说明这部分工作正常。
如果控制器确实在控制，但存在偏差(例如，设置点为50％。而仪器却控制在52％)，问题就在于控制器可能没有校正。为了验证是否为这种情况，应该用741B和743B／744对控制器作一次校正，在每个测试点上加上电流并测试电压。如果经过校正，控制器还没有减小偏差，问题就可能在于内部控制模式，需要进行元件级的排错。
如果发现控制器也没有问题，下一步的工作就是检测温度传送器的校正。这时，只需要正确的选择741B和743B／744的温度源模式(热耦合或RTD)，并同时测量温度传送器的输出电流即可。
节省大量的时间
电流传感器范文4
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
电流传感器范文5
我们知道:(1)其中为霍尔电场,是载流子在电流方向上的平均漂移速度。设试样载流子浓度为,则(2)由(1)、(2)两式可得:霍尔电压(3)其中比例系数称为霍尔系数,它反映了霍尔效应强弱,只要测出以及知道和可用下列计算:霍尔系数为:(4)及(9)(10)称为霍尔灵敏度。表示霍尔元件在单位磁感应强度B和流经单位电流I时的霍尔电势差的大小。大小决定了当一定时,霍尔电势差的大小,其值由材料的本身决定。
那么对一定的元件,是常量,单位为•,常用单位是。由(9)式知,对和小的元件较高。由(10)式知,对确定的元件,当电流一定时,霍尔电势差与该处的磁感应强度成正比,因而可以通过测霍尔电势差而间接测出磁感应强度,即(11)实验仪器:Pc机一台,数据采集器一台,微电流传感器,量程10μA,及电流传感器,电压传感器,配套软件为朗威DISLab;CVM-200型霍尔效应仪,含实验台和测试仪,实验台包括一个电磁铁(产生匀强磁场),一个霍尔传感器(置于电磁铁缝隙中),其位置可调节,左右两个开关分别控制霍尔传感器工作电流和电磁铁线圈激励电流的方向,中间开关向上闭合用以测量霍尔传感器输出的霍尔电压,向下闭合用以测量霍尔传感器上的电压降U0。仪器上标有该霍尔传感器的灵敏度,注意要将单位mV/(mA*KGS)换算成国际单位制。测试仪含电源和测量仪表,两个恒流源分别输出霍尔传感器工作电流和电磁铁线圈激励电流,调节和,可实现实验条件的控制和改变,以前是两者共用一个电流表读值,现改为两个电流传感器采集和值。因值是毫安级,故用微电流传感器;而激励电流值是安培级,故用较大量程的电流传感器;以前用自带电压表用来测量霍尔电压和U0,现改为用小量程电压传感器采集数据。读数单位是毫伏。
霍尔实验过程:
1、将DIS数据采集器正确装配于pc机相关接口,按照图二、图三示意连接好电路,分别将微电流传感器和电压传感器接入数据采集器;
2、将pc机开机并打开朗威DISLab软件,将开关断开并将各传感器归零位;
3、将测试面板上"输出"、"输出"两对接线柱分别与实验台上的两对相应的接线柱正确相连(因还要使用测试仪所带可调节输出值的电源);切不可将"输出"、"输出"连错,同时将微电流传感器串联于电路,而电流传感器串联与电路,再将实验台"输出"与电压传感器相连。(各传感器均为红线流入电流)测试仪开机前将各调节旋钮逆时针方向旋到底;
4、保持=0.9A值不变,调节输出值分别为0.1、0.3直到1.1毫安系统获得如表一数据,并拟合~曲线,为一斜线故为线性关系;
实验结论:①利用霍尔效应测磁场:将霍尔元件(已知参数)放人待测磁场中,并通以额定电流,测量出霍尔电压由(11)式可得出磁场强度。特斯拉计原理。
②利用霍尔效应由5、6、7式可确定材料的导电类型、载流子浓度及迁移率。
③霍尔电压大小与霍尔元件中流过的电流强度和磁感应强度成正比,而与霍尔元件的厚度成反比。
④消除误差的方法:对于产生霍尔效应同时产生的负效应(误差的主要来源),如厄廷好森、能斯特效应、里纪-勒杜克效应和制作工艺(不等势电压降)产生的误差,我们可以通过改变输入电流和磁场的方向加以消除,如规定电流和磁场正反方向后分别测量出由下列四组不同方向的电流和磁场的组合的即+B+=U1B+=U2B=U3+B=U4求U1U2U3U4代数平均值÷4即可。
⑤由的符号判断样品的导电类型:判断的方法是按图一所示的电流和磁场的方向,若测得的的值是正值,样品属型,否则,为型。判断时一定要注意到电流、磁场和霍尔电压的值必同时为正时才成立。
⑥根据4、5、6、7式推导知霍尔器件对材料的要求:霍尔电压大小的关键是选择霍尔系数大(即迁移率高、电阻率低)。而半导体固有特性决定了它是制造霍尔元件较理想的材料之一,并且型材料要优于型材料。其次,霍尔电压大小与材料的厚度成反比,薄型的霍尔器件输出电压较片状要高许多。
电流传感器范文6
关键词:OCT 法拉第磁旋光效应 二次转换器 合并器
1、结构
OCT整体结构由电流传感部分、信号传输部分和合并单元部分三部分组成。
1.1 电流传感部分
电流传感部分主要包括一次导体、高压壳体和光学电流传感器，其中光学电流传感器采用基于法拉第磁旋光效应原理的传感器。
1.2 信号传输部分
信号传输部分采用光纤复合绝缘子。光纤复合绝缘子由空心套管构成支撑件，套筒内抽真空后填充绝缘脂，以增强绝缘性能。
1.3 合并单元部分
合并单元部分采用标准机箱结构，主要包括二次转换器装置和合并器装置。
1.3.1 二次转换器装置
二次转换器装置主要包括稳压电源插件、信号采集插件、光源插件。
稳压电源插件：用于提供装置所需工作电压，包括+5V、±15V和24V电压输出。
信号采集插件：用于采集、处理并发送电流信息，主要包括光发送模块、光接收模块、低通滤波和模数转换模块以及数据处理和发送模块。
光源插件：用于给传感器提供所需光源。
1.3.2 合并器装置
主要包括同步功能模块、数据接收和处理模块、数据配置和通讯模块和以太网发送模块。
2、主要工作原理
2.1 光学电流传感器
OCT的电流传感器采用基于法拉第磁旋光效应原理的传感器，其原理为线性偏振光通过在磁场环境下的介质时，偏振的方向会发生旋转。它是对被测电流周围磁场强度的线积分，即线偏振光在磁场H的作用下通过磁光材料时，其偏振面旋转了角度，可以用下式描述：
式中V为光学材料的维尔德（Verdet）常数，所谓维尔德常数也就是介质的旋光特性，所有材料都存在法拉第效应，对于抗磁性介质，磁效应最弱，对顺磁性及铁磁性介质，一次一个比一个强，但是只有抗磁性介质的维尔德常数不受温度的影响，其单位是rad/A；H为磁场强度，它是由导体中流过的待测电流引起的；l为光纤在材料中通过的路程；K为磁场积分与被测电流的倍数关系。
只要测量出法拉第旋转角就可以按上式求得磁场强度的大小，即测出产生产生这个磁场的电流大小。
2.2 信号采集插件
信号采集插件主要功能是采集一次电流信息并按二次转换器数字输出的规约向合并器发送，它主要包括：
(1)光发送模块，向一次电流传感器发送LED光信号。
(2)光接收模块，接收一次电流传感器传送的经过调制的包含电流信息的光信号，并进行光电转换。
(3)模数转换模块，接收光电转换的模拟电压信号，经低通滤波电路进入模数转换回路转换为数字信号。
(4)数据处理和发送模块，采用32位DSP处理器，其工作频率为150MHz。接收模数转换送入的数字信号并处理恢复一次电流值，按照与合并器约定好的协议进行数据组帧并向合并器发送数字信号；接收同步信号，以保证与其它信号采集插件的信号采样同步。
2.3 合并器
合并器主要功能是同步接收并处理多达9路二次转换器的信号采集插件传来的数字信息，汇总后按照标准规定的格式实时保真地对外提供数字量数据。合并器主要包括以下部分：
(1)同步功能模块，保证与合并器相连的多路二次转换器传来的采样数据的同步，并保证全站的合并器能够同步。
(2)数据接收和处理模块，同时接收多路二次转换器传来的数字量数据并对其有效性进行判断，并按二次转换器数字输出的规约进行解帧处理，并按照相关配置信息将这些数据传送给数据配置和通讯模块。
(3)数据配置和通讯模块，接收相关配置信息和数据接收和处理模块传送来的采样数据，并将采样数据按照配置信息分发给以太网发送模块。
(4)以太网发送模块，将从数据配置和通讯模块传送过来的数据按照合并器数字输出的规约组帧，并通过光纤以太网发送给二次计量、保护等装置。
3、光学电流互感器与传统互感器的比较
与传统的电磁感应式电流互感器相比，光学电流互感器具有如下优点：
(1)具有优良的绝缘性能，抗电磁干扰性能好，不存在流变二次开路给设备和人身造成的危害，安全性和可靠性大大提高。
(2)不含铁芯，消除了磁饱和及铁磁谐振等问题，从而使互感器运行暂态响应好、稳定性好。同时，由于不存在饱和问题，OCT的运用简化了部分微机保护的原理。
(3)有很宽的动态范围，可同时满足测量和继电保护的需要。
(4)频率响应范围宽，可测出高压电力线上的谐波，还可进行电网电流暂态、高频大电流与直流的测量。
(5)可直接与数字化保护和测控设备接口，避免中间环节。
(6)绝缘结构相对简单，不采用油作为绝缘介质，不会引起火灾和爆炸等危险。
但光学电流互感器也并非没有缺点,它在工程应用上的主要问题为：光学系统的长期稳定性还要得到进一步工程应用的检验，环境温度的变化会导致维尔德常数发生变化，LED的发光波长随温度的变化而变化，波长的变化又会导致维尔德常数变化；光学部件准确定位的困难，组装时的应力会导致双折射，利用双光路减弱干扰双折射时光路系统相当复杂，光学系统的加工装配工艺有待提高，光学材料的加工工艺、光路耦合工艺、光路的装配工艺要求都很高；现场校验问题，输出为弱电信号且包括数字量，必须探索新的校验方法。
4、结语
随着光学电流互感器技术的日臻成熟，将引领变电站自动化应用技术进入一个全新的发展阶段。目前光学电流互感器在实际领域中应用较少，还有待进一步实际的观察检验和改进。