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零磁通電流感測器的動作原理與特徵

本文將說明高精度、寬頻帶、主要用於功率測量及波形觀測的零磁通電流感測器。關於進行電力品質管理時，測量市電頻率（50Hz, 60Hz）可用的電流感測器（通用），請見另一篇文章。

1971年HIOKI開始販售第一款勾表，距今已超過50年。在此期間，我們持續致力於零磁通研究，開發出在磁電轉換技術及設備都具代表性的磁通閘跟霍爾元件，追求高精度、寬頻帶的測量。

零磁通型電流感測器的測量原理（高性能測量用）

何謂零磁通方式？

註釋：此處以霍爾元件檢測型來做說明

流經測量導體的電流，在磁芯內部產生磁通（Φ）。
為了抵銷磁芯內部產生的磁通，二次電流流經二次側的回授線圈。（回授線圈的磁通為Φ’）
惟在DC電流的低頻領域中，磁通無法被抵銷，會留在磁路內。（殘留磁通為Φ-Φ’）
霍爾元件能夠檢測此殘留磁通（Φ-Φ’）。而為了與殘留磁通（Φ-Φ’）相抵，會透過放大器迴路疊加到二次回授電流。
二次電流流經線圈，流至分流電阻（r）。此電流為CT電流（由線圈產生的電流）和放大器（霍爾元件檢測出的回授電流）的總和。其結果，端子間發生了電壓，此輸出電壓跟測量電流成正比。

未命名 - 2026年7月08日 16.19.58-16 (1).png — 探棒輸出：霍爾元件檢測

未命名 - 2026年7月08日 16.19.58-17 (1).png — 探棒輸出：磁通閘檢測

零磁通方式適用於DC到高頻，可在寬頻帶且穩定進行測量。

1.零磁通方式：線圈檢測型（AC）的測量原理

零磁通方式（線圈檢測型）的電流感測器，是在基本的線圈方式加上負回授迴路，以達到高性能化（高精度、寬頻帶）。

・以零磁通方式來說，流經測量導體的AC電流會在磁芯產生磁通（Φ），為了抵銷此磁通（Φ），二次電流流經回授線圈，二次電流感應產生磁通（Φ’）。
・然而，在低頻領域時，磁通（Φ-Φ’）無法被抵銷，因此留在磁路內。
・檢測線圈可測出此殘留磁通（Φ-Φ’）。接著，為了與低頻領域的磁通（Φ-Φ’）相抵，會透過放大器迴路疊加到回授電流。
・此綜合二次電流流經分流電阻，端子間產生電壓。
・此輸出電壓與測量電流成正比。

2.零磁通方式：霍爾元件檢測型（DC/AC）的測量原理

零磁通方式（霍爾元件檢測型）的電流感測器，是在基本的霍爾元件方式加上負回授迴路，以達到高性能化（寬頻帶、低雜訊）。

・以零磁通方式來說，流經測量導體的AC電流會在磁芯產生磁通（Φ），為了抵銷此磁通（Φ），二次電流流經回授線圈，二次電流感應產生磁通（Φ’）。
・然而，在低頻領域時，磁通（Φ-Φ’）無法被抵銷，因此留在磁路內。
・霍爾元件可測出此殘留磁通（Φ-Φ’）。接著，為了與低頻領域的磁通（Φ-Φ’）相抵，會透過放大器迴路疊加到回授電流。
・此綜合二次電流流經分流電阻，端子間產生電壓。
・此輸出電壓與測量電流成正比。

3.零磁通方式：磁通閘檢測型的測量原理

零磁通方式（磁通閘檢測型）的電流感測器，是透過磁通閘加上負回授迴路，以達到高性能化（高精度、寬頻帶、大動作溫度範圍）。

高性能電流感測器的特徵及用途

線圈檢測型（AC）

特徵：

・採用負回授方式抵銷磁芯內的磁通，因此不受磁芯的B-H特性影響，具有較佳的直線性。
・在1Hz～的低頻領域是透過檢測線圈跟放大器；在高頻領域則是透過回授線圈來發揮作用，因此可適用於寬廣的頻率帶寬。
・僅能用於交流（AC），無法測量直流（DC）。

應用：

・AC電力計用（高精度，1Hz～）
・各種產業設備的三相交流輸出等的功率測量

霍爾元件檢測型（DC/AC）

特徵：

・採用負回授方式抵銷磁芯內的磁通，因此不受磁芯的B-H特性影響，具有較佳的直線性。
・在DC～的低頻領域是透過霍爾元件和放大器；在高頻領域則是透過回授線圈來發揮作用，因此可適用於寬廣的頻率帶寬。
・採用本公司開發的高性能霍爾元件，雜訊極小。
・受霍爾元件特性影響，容易因為溫度和老化等原因引起飄移，並不適合長期量測。

應用：

・DC/AC寬頻帶波形觀測用（雜訊小）
・各種產業設備的待機電流、突波電流、負載電流、控制電流等的波形觀測。

磁通閘檢測型（AC）

特徵：

・採用負回授方式抵銷磁芯內的磁通，因此不受磁芯的B-H特性影響，具有較佳的直線性。
・在DC～的低頻領域是透過磁通閘和放大器；在高頻領域則是透過回授線圈來發揮作用，因此可適用於寬廣的頻率帶寬。
・磁通閘在寬廣的溫度範圍內，仍可保持極小的零點偏移（offset），因此能夠進行正確性高且穩定的測量。是相當適合搭配高精度功率計（電力計）的機種。
・由於勵磁電流的頻率及諧波本身都會成為雜訊，因此採用磁通閘方式的電流感測器的雜訊，會比使用霍爾元件的電流感測器還要稍大。