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Hall-Effekt-Strommesszangen (Gleich- und Wechselstrom) genauer betrachtet

11. Sept 2020 | Stromzangen

Hall-Effekt-Strommesszangen können sowohl Gleichstrom als auch Wechselstrom bis in den Kilohertz-Bereich (1000 Hz) messen.

Diese Strommesszangen verwenden, genau wie Stromwandler, starre Eisenbacken, um das Magnetfeld, das um den zu messenden Leiter aufgebaut wird, zu bündeln.

Im Gegensatz zu Stromwandlern sind die Backen nicht von Kupferdrähten umwickelt. Stattdessen wird das vom Leiter erzeugte Magnetfeld durch einen oder mehrere Luftspalte im Kern gebündelt, nachdem die Klemmbacken um den Leiter geklemmt wurden.

Beachten Sie die Stelle, an der sich die Spitzen der Klemmbacken einer Hall-Effekt-Strommesszange berühren.

Innenansicht einer Strommesszangenspitze

Es besteht ein Luftspalt an der Stelle, an der sich die Spitzen der Klemmbacken einer Hall-Effekt-Strommesszange berühren, den das Magnetfeld (bzw. der magnetische Fluss) überwinden muss. Dieser Spalt begrenzt den magnetischen Fluss, weshalb der Kern nicht gesättigt wird.

Im Gegensatz dazu sind die Backen eines Wechselstrom-Stromwandlers bündig, wenn sie geschlossen sind. Beim Öffnen sehen Sie die nicht isolierten Metallflächen der Zangenmessspitzen.

In diesem Spalt, der durch ein dünnes Kunststoffformteil bedeckt ist, befindet sich ein Halbleiter, auch als Hall-Effekt-Sensor bekannt, ein Messwandler, der seine Ausgangsspannung in Abhängigkeit von Magnetfeldern ändert, in diesem Fall das Magnetfeld, das der zu messende Strom im Leiter erzeugt. Dieser Sensor misst direkt den magnetischen Fluss. Die Ausgangsspannung des Sensors wird dann verstärkt und repräsentiert den Strom, der durch den innerhalb der Backen liegenden Leiter fließt.

Der durch den zu messenden Leiter fließende Strom erzeugt einen magnetischen Fluss, der die Backen der Hall-Effekt-Strommesszange, die einen Eisenkern bilden, leichter als Luft passieren kann.

Wenn der magnetische Fluss diesen kleinen Luftspalt an den Spitzen der Backen erreicht, muss das Feld diesen Spalt überwinden. Da der Spalt klein ist, wird das Feld über dem Spalt gebündelt und der Hall-Effekt-Sensor, der sich im Spalt befindet, erzeugt eine Spannung, die proportional zum magnetischem Fluss im Spalt ist. Die Zange wandelt diesen Wert um und zeigt den Strommesswert an.

Bei Hall-Effekt-Geräten werden auch Gleichstrommagnetfelder durch den Kern gebündelt, wie ein Permanentmagnet, der an Eisen gehalten wird. Aufgrund des Magnetfelds der Erde und möglicher anderer Magnetfelder in der Nähe der Messstelle müssen diese Zangen vor der Messung auf Null gesetzt werden, um Offsets zu eliminieren.

Der amerikanische Physiker Edwin Hall (1855-1938) hat den Hall-Effekt im Jahr 1879 entdeckt.