Датчики тока на эффекте холла: Работа с датчиками тока на эффекте Холла: ACS758 / Хабр

Содержание

Контрактное производство электроники — Контракт Электроника

А. Маргелов

Датчики тока на основе эффекта Холла Honeywell позволяют решить множество задач в области силовой электроники, которые связаны с созданием систем обратной связи в электроприводном оборудовании для управления и защиты, а также измерении и контроле постоянного, переменного и импульсного токов в широких пределах с высокой точностью.

Несмотря на то, что в мире существует множество методов измерения тока, только три из них объединяет низкая стоимость и соответственно массовое производство. Среди них известные нам технологии: резистивная на основе токового трансформатора и на основе эффекта Холла. В таблице 1 приведен сравнительных анализ основных характеристик датчиков тока, выполненных с использованием этих трех технологий. Другие методы находят применение лишь в дорогостоящем лабораторном оборудовании.

Резистивный метод с использованием токового шунта является очень распространенным и недорогим. Однако ему свойствены два недостатка: поглощение мощности и, соответственно, нагрев и отсутствие электрической изоляции. Вместе с этим индуктивность большинства мощных резисторов ограничивает частотный диапазон. Низкоиндуктивные мощные шунты для ВЧ-при-ложений более дорогие, но и позволяют работать в диапазоне выше 500 кГц.

Токовые трансформаторы применяются только в случае измерения переменных токов. Большинство недорогих токовых трансформаторов работают в очень узком диапазоне частот и не способны измерять постоянный ток. Широкополосные же трансформаторы превосходят по стоимости датчики тока на эффекте Холла и резистивные. Однако токовые трансформаторы не вносят потерь, не требуют питания и не имеют напряжения смещения.

Рисунок 1 Структуре датчика

Датчики тока на эффекте Холла (открытого типа и компенсационные), которым и посвящена данная статья, представляют наиболее интересную группу распространенных на сегодняшний день устройств измерения тока. К их главным достоинствам следует отнести отсутствие вносимых с систему потерь мощности (и как следствие, выделение теплоты), хорошую электрическую изоляцию, широкий диапазон частот и возможность измерения постоянных токов. Недостатком, по сравнению с вышерассмотренными методами, является необходимость внешнего источника питания.

Компания Honeywell выпускает широкую линейку датчиков тока на эффекте Холла трех типов. Это датчики тока открытого типа, датчики тока компенсационного типа и датчики тока открытого типа с логическим выходом.

ДАТЧИКИ ТОКА ОТКРЫТОГО ТИПА

Эти датчики предназначены для бесконтактного измерения постоянного тока на эффекте Холла открытого типа

Рисунок 2 Внешний вид датчиков тока откРытого типа

го, переменного и импульсного токов в диапазонах ±57…±950 А. Структура приборов приведена на рис. 1.

Датчики тока открытого типа фирмы Honeywell (рис. 2) построены на базе интегрированных линейных датчиков Холла 91SS12-2 и SS94A1 (производятся Honeywell), обладающих повышенной температурной стабильностью и линейностью характеристики. Датчики имеют аналоговый выход, напряжение на котором прямо пропорционально величине тока, протекающего через контролируемый проводник. При нулевом токе на выходе действует напряжение смещения, равное половине напряжения источника питания. Размах выходного напряжения и, соответственно, чувствительность линейно зависят от напряжения источника питания (пропорциональный выход, 0,2511

пит < UBUX < 0,75UJ. Дополнительная регулировка чувствительности производится путем увеличения числа витков проводника с током вокруг кольца магнитопровода датчика. Датчики на базе сенсора SS94A1 имеют двухтактный выходной каскад, построенный на комплементарной паре из биполярных p-n-p- и n-p-n-транзисторов, а на базе 91SS12-2 — каскад на p-n-p-транзис-торе с открытым коллектором. В таблице 2 приведены основные технические характеристики датчиков тока открытого типа.

ДАТЧИКИ ТОКА КОМПЕНСАЦИОННОГО ТИПА

Компенсационные датчики тока позволяют бесконтактным способом измерять постоянный, переменный и импульсный токи в диапазонах ±5… ±1200 А. Структура приборов приведена на рис. 3.

Таблица 1. Характеристики датчиков тока, выполненных на основе различных технологий

Датчики тока

Поглощение

Электрическая

Внешнее

Частотный

Напряжение

Относительная

 

мощности

изоляция

питание

диапазон

смещения

стоимость

Резистивные DC

да

нет

нет

< 100 кГц

нет

самая низкая

Резистивные AC

да

нет

нет

> 500 кГц

нет

низкая

На эфффекте Холла

нет

да

да

< 100 кГц

да

средняя

открытые

           

На эфффекте Холла

нет

да

да

> 1 МГц

нет

высокая

компенсационные

         
 

Токовые трансформаторы

да (для АС)

нет

нет

фиксирован

нет

высокая

ИНЖЕНЕРНАЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

Таблица 2

. Основные технические характеристики датчиков тока открытого типа компании Honeywell

 

Наименование Диапазон, А

Чувствительность, мВхЫ*

Напряжение Темп. дрейф Время 1п, мА

Ч/ В

 

(ампл. знач.)

номин. значение

откл.

смещ., В смещ., %/°С откл., мкс

 

Линейные датчики тока на базе сенсора 915512-2, выходной каскад — р-п-р откр. коллектор, вертикальный монтаж

CSLA1CD

±57

49,6

     

5,8

   

CSLA1CE

±75

39,4

4,4

   

CSLA1DE

±75

39,1

4,8

   

CSLA1CF

±100

29,7

2,7

   

CSLA1DG

±120

24,6

2,1

   

CSLA1CH

±150

19,6

1,8

   

CSLA1DJ

±225

13,2

1,2

   

CSLA1EJ

±225

13,2

1,5

   

CSLA1DK

±325

9,1

1,7

   

CSLA1EK

±325

9,4

1,3

   

CSLA1EL

±625

5,6

1,3

Un/2 ±0,05 3 19

8…16

Линейные датчики тока на базе сенсора 5594А, выходной каскад — двухтактный р-п-р+п-р-п, вертикальный монтаж

CSLA2CD

±72

32,7

3

   

CSLA2CE

±92

26,1

2,1

   

CSLA2DE

±92

25,6

2,2

   

CSLA2CF

±125

19,6

1,3

   

CSLA2DG

±150

16,2

1,1

   

CSLA2DJ

±225

8,7

0,6

±0,02

 

CSLA2DH

±235

9,8

1,1

   

CSLA2EJ

±310

7,6

0,7

   

CSLA2DK

±400

5,8

0,5

   

CSLA2EL

±550

4,3

0,4

±0,0125

 

CSLA2EM

±765

3,1

0,36

   

CSLA2EN

±950

2,3

0,2

Un/2 ±0,007 3 20

6…12

Линейные датчики тока на базе сенсора 915512-2, выходной каскад — р-п-р откр. коллектор, горизонтальный монтаж

CSLA1GD

±57

49,6

5,8

   

CSLA1GE

±75

39,4

4,4

   

CSLA1GF

±100

29,7

2,7

Un/2 ±0,05 3 19

8…16

Линейные датчики тока на базе сенсора 5594А, выходной каскад — двухтактный р-п-р+п-р-п, горизонтальный монтаж

3

2,1 1,3

0,6 Un/2 ±0,02 8 20 6.12

CSLA2GD CSLA2GE CSLA2GF CSLA2GG

±72 ±92 ±125 ±150

32,7 26,1

12,7

Рисунок Структура датчика тока на эффекте Холла компенсационного типа

Ток, протекающий через контролируемый проводник, создает магнитное поле, пропорциональное величине этого тока, которое концентрируется внутри кольцевого магнитопровода и воздействует на линейный интегрированный датчик Холла. Сигнал датчика усиливается УПТ, нагрузкой которого является катушка ООС. Катушка создает в магнитопроводе противоположенное по направлению магнитное поле, полностью компенсирующее исходное. Выходом датчика служит второй вывод катушки. Таким образом, выходной сигнал — это ток, пропорциональный величине тока в контролируемом проводнике и числу витков катушки обратной связи (I ~ 1Ы).

Рисунок 4 Внешний вид датчиков тока компенсационного типа

К примеру, датчик с катушкой в 1000 витков формирует выходной ток в 1 мА на 1 А измеряемого тока. Токовый выход конвертируется в вольтовый при помощи внешнего резистора, рекомендованные значения которого всегда приводятся в технической документации на датчик. Дополнительная регулировка чувствительности производится путем увеличения числа витков проводника вокруг кольца магнитопровода датчика или установкой перемычек, задающих число витков внутренней компенсационной катушки датчика (например, в моделях СБЫЕШ, СБЫЕ381). В таблице 3 приведены основные технические характеристики датчиков тока компенсационного типа.

Рисунок 5 Структура датчика тока с логическим выходом

Таблица Основные технические характеристики датчиков тока компенсационного типа компании Honeywell

Наименование

Диапазон, A Un, В

Хар-ка катушки

Номин 1вых

RmrD при

t

зад

, мкс

Изол.,

Точн.,

 

(ампл. знач)

N

R, Ом

при 1ит

1ном, Ом

   

кВ

% от 1ном

CSNN191

±15

±15

200

20

50 мА при 10 А

100.200

<

1,0

±2,5

CSNE151

±5…±36*

±15

1000

110

25 мА при 25 А

100.320

<

1,0

5

±0,5

CSNE151-005

±5…±36*

±15

1000

110

25 мА при 25 А

100.320

<

1,0

5

±0,5

CSNE381

±5…±36*

±5

1000

110

25 мА при 25 А

0.84

<

1,0

5

±0,5

CSNh251

±4…±43*

±15

1000

110

25 мА при 30 А

100.320

<

1,0

5

±0,5

CSNX25

±56

4,75.5,25

2000

50

12,5 мА при 25 А

0.80

<

0,2

±0,24

CSNA111

±70

±15

1000

90

50 мА при 50 А

40.130

<

1,0

2,5

±0,5

CSNE151-100

±90

±12…±15

1000

66

25 мА при 25 А

54.360

<

0,2

±0,5

CSNP661

±90

±12…±15

1000

30

50 мА при 50 А

70.195

<

0,5

3

±0,5

CSNP661-002

±90

±12…±15

1000

30

50 мА при 50 А

70.195

<

0,5

3

±0,5

CSNB121

±100

±15

2000

160

25 мА при 50 А

40.270

<

1,0

2,5

±0,5

CSNB131

±100

±15

2000

130

25 мА при 50 А

40.300

<

1,0

2,5

±0,5

CSNF161

±150

±12…±15

1000

30

100 мА при 100 А

10.40

<

0,5

3

±0,5

CSNF161-002

±150

±12…±15

1000

30

100 мА при 100 А

10.40

<

0,5

3

±0,5

CSNT651

±150

±12…±15

1000

100

25 мА при 50 А

40.75

<

0,5

3

±0,5

CSNT651-001

±150

±12…±15

1000

100

25 мА при 50 А

40.75

<

0,5

3

±0,5

CSNF151

±180

±12…±15

2000

100

50 мА при 100 А

10.75

<

0,5

3

±0,5

CSNF151-002

±180

±12…±15

2000

100

50 мА при 100 А

10.75

<

0,5

3

±0,5

CSNG251

±180

±15

2000

100

50 мА при 100 А

0.125

<

0,5

±0,5

CSNG251-

±180

±15

2000

100

50 мА при 100 А

0.125

<

0,5

±0,5

CSNR151

±200

±12…±15

2000

100

62,5 мА при 100 А

10.40

<

0,5

3

±0,5

CSNR151-002

±200

±12…±15

2000

100

62,5 мА при 100 А

10.40

<

0,5

3

±0,5

CSNR161

±200

±12…±15

1000

30

125 мА при 125 А

30.40

<

0,5

3

±0,5

CSNR161-002

±200

±12…±15

1000

30

125 мА при 125 А

30.40

<

0,5

3

±0,5

CSNJ481

±600

±12…±18

2000

25

150 мА при 300 А

0.70

<

1,0

7,5

±0,5

CSNJ481-001

±600

±12…±18

2000

25

150 мА при 300 А

0.70

<

1,0

7,5

±0,5

CSNJ591

±1200

±12…±24

5000

50

100 мА при 500 А

0.130

<

1,0

6

±0,5

CSNK591-001

±1200

±12…±24

5000

50

100 мА при 500 А

0.130

<

1,0

6

±0,5

Рисунок 6 Внешний вид датчиков тока с логическим выходом

ДАТЧИКИ ТОКА С ЛОГИЧЕСКИМ ВЫХОДОМ

Датчики тока с логическим выходом (рис. 5) позволяют обнаружить превышение тока в контролируемом проводнике выше определенного значения и сформировать логический сигнал тревоги.

Основой этих приборов является интегрированный датчик Холла с логическим выходом. Структура датчиков приведена на рисунке справа. Значение порога срабатывания определяется моделью датчика и может иметь следующие значения: 0,5, 3,5, 5,0, 7,0, 10,0 и 54,00 А. Порог срабатывания может быть установлен меньше номинального значения путем увеличения числа витков проводника вокруг кольца датчика. В таблице 4 приведены основные технические характеристики датчиков тока с логическим выходом.

Таблица 4. Основные технические характеристики датчиков тока c логическим выходом компании Honeywell

Наименование

 

I „„„,,„,,„,, A

 

!выхmax,

Чвых (0/1),

 
 

(при 25С)

(при 25С)

 

мА

В

мкс

CSDA1AA

0,5

0,08

6.16

20

0,4/Un

100

CSDA1AC

3,5

0,6

6.16

20

0,4/Un

100

CSDC1AA

0,5

0,08

5…±0,2

20

0,4/Un

100

CSDC1AC

3,5

0,6

5…±0,2

20

0,4/Un

100

CSDA1BA

0,5

0,08

6.16

20

0,4/Un

100

CSDA1BC

3,5

0,6

6.16

20

0,4/Un

100

CSDC1BA

0,5

0,08

5…±0,2

20

0,4/Un

100

CSDC1BC

3,5

0,6

5…±0,2

20

0,4/Un

100

CSDC1DA

0,5

0,08

5…±0,2

20

0,4/Un

100

CSDA1DA

0,5

0,08

6.16

20

0,4/Un

100

CSDC1DC

3,5

0,6

5…±0,2

20

0,4/Un

100

CSDA1DC

3,5

0,6

6.16

20

0,4/Un

100

CSDD1EC

5

3,8

4,5.24

40

0,4/Un

60

CSDD1GK2

7

4

4,5.24

40

0,4/Un

60

CSDD1EG

10

7,6

4,5.24

40

0,4/Un

60

CSDD1FR

54,12

35,36

4,5.24

40

0,4/Un

60

Более подробную информацию о датчиках компании Honeywell можно найти по адресу http://content.honeywell.com/sensing/ products или запросить у официального дистрибьютора компании КОМПЭЛ (www.compel.ru, e-mail: [email protected]).

www.chip-news.ru

Датчики Холла для определения тока и местоположения. В чем разница?

Измерение во всех его формах является фундаментальным для многих приложений. Это неизменно включает материал, который действует как преобразователь, чтобы преобразовать одно свойство в другое. В электронике чувствительный элемент будет иметь физические свойства, которые изменяются в результате действия датчика, такие как его сопротивление или реактивное сопротивление, позволяющие измерять изменение тока или напряжения.

Эффект Холла

В 1879 году Эдвин Холл обнаружил, что когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, вводится перпендикулярно магнитному полю, напряжение можно измерять под прямым углом к пути тока. Хорошо известно, что эффект Холла является результатом взаимодействия заряженных частиц, таких как электроны, в ответ на электрические и магнитные поля.

Эффект Холла применительно к датчикам проявляется либо в измеримой разности напряжений на проводнике, через который должен протекать постоянный ток, либо в виде измеримой разности тока в проводнике, через который должно протекать постоянное напряжение (рисунок ниже). Разница напряжений пропорциональна напряженности магнитного поля. Это означает, что эффект Холла можно использовать двумя весьма различными способами, даже если основной эффект одинаков в обоих случаях.

Уровень сигнала из-за изменения поля относительно фонового шума невелик (диапазон мкВ). Следовательно, для его использования требуются довольно сложные пути прохождения сигнала.

Не желая никоим образом обесценивать открытия Эдвина Холла, этот эффект действительно является продолжением использования силы Лоренца, которая описывает взаимодействие между электрическими и магнитными силами на точечном заряде из-за изменения электромагнитного поля.

Проще говоря, в случае эффекта Холла сила Лоренца описывает влияние, которое магнитное поле оказывает на заряженную частицу, в частности направление, которое она будет вынуждена принимать, когда проходит через проводник, подверженный воздействию магнитного поля. Физическое движение приводит к большему или меньшему заряду на поверхности проводника, что приводит к разности потенциалов, известному как напряжение Холла.

Измерение тока с помощью эффекта Холла

Тот факт, что эффект Холла зависит от магнитного поля, означает, что его можно использовать в качестве бесконтактной технологии. Таким образом, он не является «навязчивым», в отличие от наиболее распространенного способа измерения тока, который заключается в использовании шунта (низкоомного резистора) и измерении падения напряжения на нем. Использование эффекта Холла для измерения тока по своей природе надежно в приложениях большой мощности, поскольку оно не опирается на потенциал земли в качестве эталона.

Для обычного датчика тока на основе эффекта Холла это означает размещение датчика перпендикулярно магнитному полю и использование концентратора, обычно ферромагнитного сердечника, имеющего форму кольца или квадрата, расположенного вокруг проводника, несущего измеряемый ток (рисунок ниже). Датчик обычно держат в небольшом воздушном зазоре, образованном между двумя концами ферромагнитного сердечника.

С датчиком тока IMC-Холла чувствительный элемент расположен параллельно протекающему току. В этом случае ферромагнитный сердечник не требуется; однако для защиты от перекрестных помех может потребоваться защита. Это означает, что его можно использовать для измерения тока, протекающего по шине или дорожке печатной платы, просто расположив датчик над шиной или дорожкой. Этот тип датчика активируется технологией IMC-Hall с использованием встроенного магнитного концентратора (IMC), разработанного компанией Melexis.

По сути, это магнитное поле, генерируемое током, который обнаруживается благодаря эффекту Холла, а не самим протекающим током.

Отслеживание местоположения с помощью эффекта Холла

Тот же принцип можно использовать для обнаружения наличия, отсутствия или расстояния до магнитного поля. Фактически напряжение Холла, возникающее в результате движения магнита поверх датчиков, может быть обнаружено, усилено и обработано. Это дает возможность использовать эффект Холла для определения положения или даже ориентации объектов относительно датчика.

В простом приложении это может быть реализовано относительно грубо, например, отслеживание, когда ноутбук открыт или закрыт. Или он может быть более сложным, когда он используется для обнаружения линейного движения или поворота, такого как изменение положения движущегося объекта (рисунок ниже). В этом отношении использование эффекта Холла для определения положения намного более универсально, чем его использование в качестве датчика тока.

Встроенный магнитный концентратор (IMC)

Одним из недостатков большинства датчиков Холла, который связан с причиной эффекта, является то, что пластина Холла, используемая для определения поля, ограничена только одной осью.

Чтобы устранить этот недостаток, Melexis разработала встроенный магнитный концентратор, или IMC, который делает эффект Холла гораздо более гибким. IMC позволяет датчикам  Холла, оставаясь в плоскости, обнаруживать магнитные поля от осей X, Y и Z (рисунок ниже). Следовательно, преимущества применения многочисленны, включая гибкость ориентации датчика.

Применение эффекта Холла в автомобильной промышленности

Благодаря использованию технологии встроенного магнитного концентратора многие приложения в автомобильной промышленности могут использовать эффект Холла. Работая в трех измерениях, датчик Холла может использоваться для определения положения педалей, вращения рулевой колонки и состояния тормозного рычага, а также положения сидений с электроприводом.

Он также может применяться под капотом для контроля вращающихся частей насосов и двигателей, а также для измерения тока, потребляемого электрифицированными частями силового агрегата, такими как инвертор, система контроля аккумулятора (BMS) или бортовое зарядное устройство (OBC).

Итоги

В основных терминах феномен Холла может быть использован рядом полезных способов, включая измерение тока и определение положения. Несмотря на серьезные проблемы, такие как низкое отношение сигнал / шум или влияние паразитного поля, электронная промышленность преуспела в разработке надежных и точных сенсорных решений, основанных на эффекте Холла.

В частности, добавление мощного аналогового внешнего интерфейса и тракта цифрового сигнала наряду с запатентованными технологиями, такими как IMC-Hall от Melexis, означает, что эффект Холла можно применять для измерения тока и определения местоположения даже в суровых условиях, таких как автомобильная промышленность.

Датчик тока

Датчик тока предназначен для того, чтобы передать в систему автоматического управления сигнал, пропорциональный току, протекающему в силовой цепи или для преобразования тока до значения, удобного для измерения.

В настоящее время примерно 15 % всех электроприводов имеют инверторное управление, и это управление позволяет сэкономить до 50 % всей расходуемой электроэнергии. Однако векторное управление невозможно без контроля тока, напряжения и магнитного поля.

Наиболее распространенными сегодня способами измерения тока являются три метода:

  • метод прямого измерения с помощью токоизмерительного шунта;
  • косвенный метод с помощью трансформатора тока;
  • метод, основанный на основе эффекта Холла.

Метод прямого измерения – это наиболее часто применяемый метод, что объясняется простотой его использования и дешевизной. Прямое измерение тока обеспечивается включением в схему токочувствительного резистора (шунта), который имеет стабильный температурный коэффициент (ТКС менее 0,01 %).

Графическое изображение шунта представлено на рисунке 2.89 а, схема подключения – на рисунке 2.89 б.

Шунты изготовляют из манганина. Если шунт рассчитан на небольшой ток (до 30 А), то его обычно встраивают в корпус прибора (внутренние шунты). Для измерения больших токов используют приборы с наружными шунтами. В этом случае мощность, рассеиваемая в шунте, не нагревает прибор.

Шунт, представленные на рисунке, имеет наконечники из меди, которые служат для отвода тепла от манганиновых пластин, впаянных между ними. Шунт подключается последовательно в цепь через токовые зажимы. Измерительный механизм присоединяют к потенциальным зажимам, между которыми и заключено сопротивление шунта. При таком включении измерительного механизма устраняются погрешности от контактных сопротивлений.

Наружные шунты обычно выполняются калиброванными, т е. рассчитываются на определенные токи и падения напряжения. Калиброванные шунты должны иметь номинальное падение напряжения 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ. Для переносных магнитоэлектрических приборов на токи до 30 А внутренние шунты изготовляют на несколько пределов измерения. Большинство измерительных головок для шунтов откалибровано на напряжение в 75мВ.

Шунты разделяются на классы точности 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5. Число, определяющее класс точности, обозначает допустимое отклонение сопротивления шунта в процентах его номинального значения.

Преимущества:

  • простота контракции;
  • хорошая линейность;
  • способность измерять постоянный и переменные токи;
  • отсутствие необходимости внешнего источника питания.

Недостатки:

  • отсутствие гальванической развязки;
  • вносимые в цепь измерений потери;
  • при низких токах шунт должен иметь высокое сопротивление, чтобы падение напряжения на нем имело достаточную величину, что приводит к необходимости применения усилителя;
  • наличие паразитной индуктивности у большинства мощных резисторов приводит к ограничению полосы пропускания данного метода.

В конструктивном отношении трансформаторы тока выполнены в виде сердечника, шихтованного из холоднокатанной кремнистой трансформаторной стали, на которую наматываются одна или несколько вторичных изолированных обмоток. Первичная обмотка также может быть выполнена в виде катушки, намотанной на сердечник, либо в виде шины. В некоторых конструкциях вообще не предусмотрена встроенная первичная обмотка; первичная обмотка выполняется потребителем путём пропускания провода через специальное окно. Обмотки и сердечник заключаются в корпус для изоляции и предохранения обмоток. В некоторых современных конструкциях трансформаторов тока сердечник выполняется из нанокристаллических (аморфных) сплавов, для расширения диапазона, в котором трансформатор работает в классе точности.

Вторичные обмотки трансформатора тока обязательно нагружаются. Сопротивление нагрузки строго регламентировано требованиями к точности коэффициента трансформации. Незначительное отклонение сопротивления вторичной цепи от номинала приводит к изменению погрешности преобразования и возможно ухудшению измерительных качеств трансформатора. Значительное увеличение сопротивления нагрузки создает высокое напряжение во вторичной обмотке, достаточное для пробоя изоляции трансформатора, что приводит к выходу трансформатора из строя, а также создаёт угрозу жизни обслуживающего персонала. Кроме того, из-за возрастающих потерь в сердечнике магнитопровода, трансформатор начинает перегреваться, что также может привести к повреждению (или, как минимум, к износу) изоляции и дальнейшему её пробою. Полностью разомкнутая вторичная обмотка ТТ не создаёт компенсирующего магнитного потока в сердечнике, что приводит к перегреву магнитопровода и его выгоранию. При этом магнитный поток, созданный первичной обмоткой, имеет очень высокое значение и потери в магнитопроводе сильно нагревают его.

Коэффициент трансформации измерительных трансформаторов тока является их основной характеристикой. Номинальный (идеальный) коэффициент указывается на шильдике трансформатора в виде отношения номинального тока первичной (первичных) обмоток к номинальному току вторичной (вторичных) обмоток, например, 100/5 А или 10–15–50–100/5 А (для первичных обмоток с несколькими секциями витков). При этом реальный коэффициент трансформации несколько отличается от номинального. Это отличие характеризуется величиной погрешности преобразования, состоящей из двух составляющих – синфазной и квадратурной. Первая характеризует отклонение по величине, вторая отклонение по фазе вторичного тока реального от номинального. Эти величины регламентированы ГОСТами и служат основой для присвоения трансформаторам тока классов точности при проектировании и изготовлении. Поскольку в магнитных системах имеют место потери, связанные с намагничиванием и нагревом магнитопровода, вторичный ток оказывается меньше номинального у всех трансформаторов тока. В связи с этим для улучшения характеристик и внесения положительного смещения в погрешность преобразования применяют витковую коррекцию. А это означает, что коэффициент трансформации у таких откорректированных трансформаторов не соответствует привычной формуле, соотношений витков первичной и вторичной обмоток.

Графическое изображение трансформаторов тока представлено на рисунке 2.90 а, на рисунке 2.90 б – схема включения.

Аналогичный метод измерений используется в датчиках, получивших название «пояс Роговского». Различие только в том, что «пояс Роговского» не имеет сердечника и поэтому его индуктивность меньше, чем у трансформаторов тока.

Преимущества:

  • наличие гальваническая развязка с высоким пробивным напряжением;
  • может измерять токи в несколько кА;
  • высокая точность измерений.

Недостатки:

  • работают на сетевой частоте и не могут использоваться в цепях постоянного тока;
  • изменяет фазу сигнала и требует компенсации.

Датчики компенсационного типа и датчики прямого усиления основаны на использовании эффекта Холла, Генераторы Холла обладают определенной зависимостью чувствительности и начального выходного напряжения от температуры, тем не менее, эта зависимость может быть значительно компенсирована электронной схемой датчика тока.

Датчики прямого усиления используют эффект Холла. Магнитная индукция В и напряжение Холла, создаются измеряемым первичным током IP, который необходимо преобразовать в выходной ток датчика. Ток управления подается с помощью стабилизированного источника тока.

При создании датчика тока открытого типа берется магнитопровод, пропускается через него провод измеряемой цепи и в разрез магнитопровода помещается датчик Холла (рисунок 2.91).

Достоинством такого датчика является относительная простота. Недостатком – наличие подмагничивания сердечника, следовательно, повышение нелинейности показаний.

Датчики прямого усиления позволяют измерять номинальные токи от нескольких ампер до нескольких сотен килоампер с общей точностью в несколько процентов от номинального значения.

Датчики прямого усиления способны измерять постоянный, переменный ток и токи других форм с гальванической изоляцией. Они отличаются низкой потребляемой мощностью и уменьшенными геометрическими размерами, а также относительно небольшим весом, в особенности для диапазона больших токов. Они обеспечивают отсутствие внутренних потерь в измеряемой цепи и особенно устойчивы к перегрузкам. Эти датчики сравнительно недороги и в основном применяются в промышленности.

Датчики компенсационного типа, (также называемые датчиками с нулевым потоком) имеют встроенную компенсационную цепь, с помощью которой характеристики датчиков тока, использующих эффект Холла, могут быть существенно улучшены.

В то время как датчики прямого усиления дают выход напряжения, пропорциональный увеличенному напряжению Холла, компенсационные датчики обеспечивают выходной ток, пропорциональный напряжению Холла, который действует как сигнал обратной связи, чтобы компенсировать магнитное поле, создаваемое первичным током, магнитным полем, создаваемым полем выходного тока (рисунок 2.92).

Диапазон компенсационных датчиков позволяет измерять номинальные токи от нескольких ампер до нескольких сотен килоампер с точностью около 1 %.

Компенсационные датчики способны измерять постоянный ток, переменный ток и токи иной формы с гальванической развязкой.

Они выделяются следующим:

  • отличная точность;
  • очень хорошая линейность;
  • малый температурный дрейф;
  • очень быстрое время отклика и широкий частотный диапазон;
  • не приводят к дополнительным потерям в измерительной цепи.

Токовый выход этих датчиков особенно приспособлен к применению при наличии помех окружающей среды. При необходимости очень легко преобразовать сигнал датчика в напряжение. Датчики выдерживают перегрузки тока без повреждений. Эти датчики особенно хорошо подходят к промышленному применению, когда требуется высокая точность и широкий частотный диапазон. Основным недостатком этой технологии является потребление мощности на компенсацию тока. Кроме того, для диапазона высоких токов эти датчики более дорогие и имеют большие габариты по сравнению с аналогичными датчиками прямого усиления. Несмотря на это, датчики компенсационного типа являются относительно дешевыми, особенно для диапазона малых токов.

Достоинства:

  • широкий диапазон измеряемых токов с частотой до 50–100кГц и выше;
  • измеряет постоянный и переменный ток;
  • гальваническая развязка;
  • высокая точность;
  • низкий температурный дрейф;
  • линейность;
  • небольшие масса-габаритные показатели;
  • низкое энергопотребление.

Недостатки:

  • высокая стоимость.

Литература

Элементы и функциональные устройства судовой автоматики — Авдеев Б.А. [2018]

ДАТЧИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА НА ЭФФЕКТЕ ХОЛЛА ДТХ-Т

КЛЕЩИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ КЭИ-0,6М

. КЛЕЩИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ КЭИ-0,6М 1. Введение… 3 2. Назначение… 3 3. Основные технические характеристики КЭИ-0,6М…. 4 4. Устройство и работа изделия… 5 5. Поверка изделия…. Ошибка! Закладка

Подробнее

=200 A. Датчик тока LF 205-P/SP1

Датчик тока LF 205-P/SP1 Для электронного преобразования токов: постоянного, переменного, импульсного и т.д. в пропорциональный выходной ток с гальванической развязкой между первичной (силовой) и вторичной

Подробнее

10. Измерения импульсных сигналов.

0. Измерения импульсных сигналов. Необходимость измерения параметров импульсных сигналов возникает, когда требуется получить визуальную оценку сигнала в виде осциллограмм или показаний измерительных приборов,

Подробнее

БР-02-4 Блок релейный

ООО СИГМА-ИС БР-02-4 Блок релейный Руководство по эксплуатации САКИ.425533.008РЭ БР-02-4. Руководство по эксплуатации 1. НАЗНАЧЕНИЕ… 3 2. КОМПЛЕКТНОСТЬ… 3 3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ… 3 4. УСТРОЙСТВО

Подробнее

Адаптер RS232 RS485. Паспорт Т ПС

Адаптер RS232 RS485 Паспорт Т10.00.51 ПС www.kreit.nt-rt.ru Лист 2 Т10.00.51 ПС по вопросам продаж и поддержки обращайтесь: +7(843)206-01-48 (факс доб.0) [email protected] www.kreit.nt-rt.ru СОДЕРЖАНИЕ Т10.00.51

Подробнее

МП.ВТ Изм Лист докум.

Настоящая методика поверки (МП) распространяется на преобразователи измерительные постоянного тока Е856, выпускаемые по ТУ 25-0415.046-85 и устанавливает методику их поверки. Межповерочный интервал 1 год.

Подробнее

Датчик освещенности ФС-03

ООО НТФ «МИКРОНИКС» Датчик освещенности ФС-03 ПАСПОРТ ГСПК.468263.146 ПС РЕДАКЦИЯ 1 Г. ОМСК Содержание 1.Назначение устройства…… 3 2.Технические характеристики….. 3 3.Устройство и принцип работы…..

Подробнее

Многоканальный блок питания

БП07-Д3.2.-Х Многоканальный блок питания 109456, Москва, 1-й Вешняковский пр., д.2 тел.: (495) 174-82-82, 171-09-21 Р. 283 Зак. паспорт и руководство по эксплуатации СОДЕРЖАНИЕ Введение… 2 1. Технические

Подробнее

5Ш РЭ. 1 шт. В соответствии с заказом

УСТРОЙСТВО РАЗГРУЗКИ КОНТАКТОВ УРК Руководство по эксплуатации 5Ш0.278.003РЭ Руководство по эксплуатации содержит технические данные, описание принципа действия и состава устройства разгрузки контактов

Подробнее

Зав. АА Дата приемки Штамп ОТК

БЛОК РАСШИРЕНИЯ АРИЯ-БР-Р ТУ 4372-021-49518441-10, изм.4 1. Назначение Блок расширения АРИЯ-БР-Р (далее «изделие») предназначен для работы в составе системы речевого оповещения АРИЯ в качестве усилителя

Подробнее

Блок питания одноканальный

БП60Б-Д Блок питания одноканальный 109456, Москва, 1-й Вешняковский пр., д.2 тел.: (495) 174-82-82, 171-09-21 Р. 308 Зак. 781 паспорт и руководство по эксплуатации СОДЕРЖАНИЕ 1. Назначение… 2 2. Технические

Подробнее

+7(904) (903)

Модуль согласования скорости МСС-03 Уважаемый потребитель! В связи с постоянной работой по совершенствованию модуля согласования скорости МСС-03, повышающей его надежность и улучшающей условия эксплуатации,

Подробнее

Блок сетевого фильтра

БСФ-Д-0,6 Блок сетевого фильтра 61153, г. Харьков, ул. Гвардейцев Широнинцев, 3А Тел.: (057) 70-91-19 Отдел сбыта: [email protected] Группа тех. поддержки: [email protected] Р. Зак. 586 паспорт и руководство

Подробнее

ПАСПОРТ ВОЛЬТМЕТР ЦИФРОВОЙ NUC-113 НУЛС

ПАСПОРТ ВОЛЬТМЕТР ЦИФРОВОЙ NUC-113 НУЛС.411134.002 2010 НАЗНАЧЕНИЕ Вольтметр цифровой NUC-113 предназначен для измерения напряжения в пределах -19,99… 19,99 В с отображением на 3 ½ LED дисплее. В вариантном

Подробнее

ТРАНСФОРМАТОР ТОКА Т-0,66-1-У3

ОКП 341440 код ТН ВЭД России 8504313900 ТРАНСФОРМАТОР ТОКА Т-0,66-1-У3 ПАСПОРТ КЦНС.671113.005 ПС Разработал инженер-конструктор Проверил инженер-конструктор С.С. Фарамазян А.И. Лелеко Нормоконтроль Утверждаю

Подробнее

БЛОК СЕЛЕКТОРА БС ПАСПОРТ

БЛОК СЕЛЕКТОРА БС ПАСПОРТ ВАБМ.465287.005 ПС 1 Основные данные об изделии и технические данные Наименование и обозначение изделия: Блок селектора БС ВАБМ.465287.005 Наименование изготовителя: ООО «Вентур-Сервис»

Подробнее

Зав. АА Дата приемки Штамп ОТК

БЛОК РАСШИРЕНИЯ ТУ 4372-021-49518441-10, изм.4 1. Основные отличительные особенности — повышена выходная мощность; — расширен диапазон воспроизводимых частот; — повышена частота проведения контроля целостности

Подробнее

БЛОК КОНТРОЛЯ ЭНЕРГОПАРАМЕТРОВ ЭПУ485

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО СВЯЗЬИНВЕСТ БЛОК КОНТРОЛЯ ЭНЕРГОПАРАМЕТРОВ ЭПУ485 Редакция 2 Руководство по эксплуатации СУИК.414620.003 РЭ Республика Беларусь, 220068 г.минск, ул. Некрасова, 114 Тел./факс

Подробнее

Блоки питания датчиков

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ «СТЭНЛИ» Блоки питания датчиков КОРУНД-БПД-2К-24(27,36)DIN КОРУНД-БПД-4К-24(27,36)DIN КОРУНД-БПД-8К-24(27,36)DIN РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ КТЖЛ.426372.РЭ Москва

Подробнее

ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ ДВТ-002

Чернигов ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ ДВТ-002 Руководство по эксплуатации и паспорт Настоящее руководство по эксплуатации и паспорт предназначено для ознакомления обслуживающего персонала с устройством,

Подробнее

ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С УНИФИЦИРОВАННЫМ ВЫХОДНЫМ СИГНАЛОМ ТСМУ-055, ТСМУ-205, ТСПУ-055, ТСПУ-205, ТХАУ-055, ТХАУ-205, ТХКУ-205. Паспорт СОДЕРЖАНИЕ

ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С УНИФИЦИРОВАННЫМ ВЫХОДНЫМ СИГНАЛОМ ТСМУ-055, ТСМУ-205, ТСПУ-055, ТСПУ-205, ТХАУ-055, ТХАУ-205, ТХКУ-205 Паспорт СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение. 3 2. Назначение. 3 3. Технические данные и

Подробнее

Сертификат соответствия РОСС RU.МЕ65.В

ООО «МИРТЕК» МЕ65 СЧЕТЧИКИ АКТИВНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ОДНОФАЗНЫЕ ОДНОТАРИФНЫЕ МИРТЕК-101 МИРТ.411152.026ПС ПАСПОРТ Сертификат соответствия РОСС RU.МЕ65.В01761 Государственный реестр средств измерений

Подробнее

БЛОКИ ПИТАНИЯ 2000П Руководство по эксплуатации www.teplopribor.nt-rt.ru По вопросам продаж и поддержки обращайтесь: Волгоград (844)278-03-48, Воронеж (473)204-51-73, Екатеринбург (343)384-55-89, Казань

Подробнее

+7(904) (903)

Блок аналоговых сигналов БАС-02 Уважаемый потребитель! В связи с постоянной работой по совершенствованию блока аналоговых сигналов БАС-02, повышающей его надежность и улучшающей условия эксплуатации, в

Подробнее

БЛОКИ ОПТОРЕЛЕ Б О Р

42 1898 БЛОКИ ОПТОРЕЛЕ Б О Р Руководство по эксплуатации СНЦИ.423142.002 РЭ Предприятие-изготовитель — АО «СКБ СПА» 428018, г. Чебоксары, ул. Афанасьева, д. 8 Отдел продаж: т/ф (8352) 45-89-50, 45-84-93

Подробнее

Российская Федерация ООО «КТС-сервис»

Российская Федерация ООО «КТС-сервис» ОКП 61 9900 Резисторы догрузочные RДТ Руководство по эксплуатации КТСС.342850.002РЭ Новосибирск 2009 г ВВЕДЕНИЕ Настоящее руководство по эксплуатации распространяется

Подробнее

Преобразователь давления ( ОНК )

Преобразователь давления ( ОНК — 140 ) Инструкция Содержание 1 Средства измерений и испытаний 3 2 Меры безопасности 3 3 Условия регулировки и проверки изделия 4 4 Порядок работы 4 5 Тренировка 4 6 Регулировка

Подробнее

ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ ЦИФРОВОЙ

Чернигов ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ ЦИФРОВОЙ ДВТ-001ц Руководство по эксплуатации и паспорт Настоящее руководство по эксплуатации и паспорт предназначено для ознакомления обслуживающего персонала с

Подробнее

БЛОК ПИТАНИЯ PWR D10

ISO 9001.2000 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР «АРГО» БЛОК ПИТАНИЯ PWR D10 Руководство по эксплуатации АПГУ.420600.001-05 РЭ Содержание 1 Описание и работа изделия… 3 1.1 Назначение изделия… 3 1.2 Технические

Подробнее

БРЛ-03 Блок ретранслятора линейный

Группа компаний СИГМА Блок ретранслятора линейный Руководство по эксплуатации САКИ.425661.112РЭ ППКОПУ 01059-1000-3 «Р-08» Блок ретранслятора линейный. Руководство по эксплуатации САКИ.425661.112РЭ 2 Редакция

Подробнее

ТРАНСФОРМАТОР ТОКА ТОЛ-10

ТРАНСФОРМАТОР ТОКА ТОЛ-10 Руководство по эксплуатации 3414-016-13858457-08 РЭ Наименование организации-изготовителя: ОАО «Энергоучет», ЗАО «Энергоучет» 195197, Санкт-Петербург, ул. Жукова, дом 19 Телефон/факс(812)

Подробнее

ДАВМ РЭ 1

1 Настоящее руководство по эксплуатации содержит сведения о назначении, конструкции, характеристиках трансформаторов серии ОСГ (далее — трансформаторы) класса напряжения 35 кв и предназначено для ознакомления

Подробнее

Датчик тока с эффектом Холла SACI /САСИ TEh232

Разборные трансформаторы тока SACI TA со склада в Москве

SACI TEh232

Датчик тока с эффектом Холла SACI /САСИ TEh232
Американец Эдвин Герберт Холл в 1879 г. обнаружил эффект, впоследствии названный его именем. Эффект Холла состоит в возникновении электрического поля и разности потенциалов на краях полупроводниковой пластинки, по которой пропускают ток и на которую воздействует магнитное поле. Электрическое поле оказывается перпендикулярным магнитному полю и плоскости, в которой протекает ток. Под действием силы Лоренца происходит отклонение электронов к одному из краев пластинки, а в противоположном — накопление дырок, и между этими зонами возникает ЭДС, именуемая ЭДС Холла.

Эта ЭДС тем больше, чем сильнее протекающий по полупроводниковой пластинке ток и чем значительнее магнитная индукция.
Предлагаемое устройство, принцип действия которого основан на эффекте Холла, может быть использовано для обнаружения превышения током в проводнике порогового значения и сигнализации об этом. Датчик Холла располагают в зазоре ферромагнитного концентратора, который можно изготовить из трансформаторного железа либо пермаллоя для отслеживания тока с частотой до нескольких килогерц, или из феррита для регистрации тока с частотой до десятков килогерц.
Концентратор на тороидальном магнитопроводе с зазором необходим для повышения чувствительности датчика. На магнитопровод уложена обмотка из провода, по которому протекает подлежащий регистрации ток. Число витков — не критично (от одного и до заполнения окна сердечника). Индукция магнитного потока, проходящего сквозь датчик Холла, тем выше, чем больше число витков обмотки, сила протекающего по ней тока и чем меньше толщина немагнитного зазора в сердечнике. Другими словами, чем больше число витков обмотки и тоньше зазор, тем выше чувствительность датчика тока. Но если немагнитный зазор будет чересчур мал, то сердечник может войти в насыщение. Важна также взаимная ориентация концентратора и рабочей плоскости датчика Холла.

Технические характеристики датчик тока с эффектом SACI /САСИ TEh232.

Модель TEH-132
 Ток на первичной обмотке (A) 100          200          300          400          500          600          1000 A
 Диапазон  ±300       ±600       ±900       ±1100       ±1200       ±1300       ±1500 A

Габаритные размеры датчик тока с эффектом Холла SACI /САСИ TEh232

Описание датчик тока с эффектом SACI /САСИ TEh232

ООО «Триумф-Инжиниринг» 117105, Москва, Варшавское шоссе, 17.

Телефон в Москве + 7 495 587-04-23

e-mail Написать письмо

[contact_form lang=en]

Интегральные датчики Холла — статья Георгия Волович. Интегральные датчики магнитного поля. Принцип действия датчика Холла, схемы, формулы, иллюстрации.

В статье описаны принципы построения и основные характеристики линейных и логических микросхем датчиков магнитного поля на эффекте Холла. Приведены параметры некоторых промышленных типов этих датчиков и примеры их применения.

Принцип действия датчика Холла

Рис.1 Иллюстация эффекта Холла

Интегральные датчики магнитного поля в своём большинстве используют эффект Холла, открытый американским физиком Эдвином Холлом (E. Hall) в 1879 г. Эффект Холла состоит в следующем. Если проводник с током помещён в магнитное поле, то возникает э.д.с., направленная перпендикулярно и току, и полю. Эффект Холла иллюстрируется на рис. 1. По тонкой пластине полупроводникового материала протекает ток I. При наличии магнитного поля на движущиеся носители заряда (электроны) действует сила Лоренца. Эта сила искривляет траекторию движения электронов, что приводит к перераспределению объёмных зарядов в полупроводниковой пластине. Вследствие этого на краях пластины, параллельных направлению протекания тока, возникает э.д.с., называемая э.д.с. Холла. Эта э.д.с. пропорциональна векторному произведению индукции B на плотность тока j:

Рис.2 Расположение двух элементов Холла на ИМС, компенсирующее ошибку, вызванную механической деформацией кристалла

где d – ширина пластины, q – заряд частицы-носителя, n – концентрация носителей. При снижении концентрации носителей э.д.с. Холла возрастает, поэтому в качестве материала для датчиков Холла предпочтительно использование таких полупроводников, как кремний, арсенид галлия и др. Для прямоугольной пластины с однородными током и магнитным полем, направленными, как показано на рис. 1, эта э.д.с. равна

где kн – постоянная Холла, VS – напряжение, создаваемое на токоподводящих выводах датчика Холла. Для кремния kн составляет величину по рядка 70 мВ/(В•Тл), поэтому, как правило, э.д.с. датчика Холла требуется усиливать. Кремний обладает тензорезистивным эффектом, заключающимся в изменении сопротивления при механических напряжениях. Желательно уменьшить это влияние в датчике Холла. Это достигается соответствующей ориентацией элемента Холла на интегральной схеме и использованием нескольких элементов на кристалле. На рис. 2 показаны два элемента Холла, расположенные рядом на кристалле ИМС. Они позиционированы так, что испытывают практически одинаковое механическое напряжение, вызывающее изменение R. К элементу, который на рисунке изображён слева, приложено напряжение возбуждения VS, направленное по вертикальной оси, а к изображённому справа – по горизонтальной. При сложении сигналов этих двух датчиков ошибка, вызванная деформацией кристалла, компенсируется.

…дальше

Принцип действия датчика Холла
Интегральные датчики Холла
Применение датчиков Холла
Основные характеристики датчиков Холла

Работа с датчиками тока на эффекте Холла

Получение точных данных при измерении электрического тока и напряжения имеет огромное значение во время работы с электронной аппаратурой. Оптимальное решение для гарантии надежности – покупка датчиков тока, основанных на эффекте Холла. Они обеспечивают выдачу точной информации и оптимальную скорость измерения.

Эффект Холла – это достоверный способ определения типа носителей заряда в металлическом элементе или полупроводнике. Датчики производят на его основе, поскольку они позволяют получать данные о постоянном токе и имеют широкую сферу применения.

Датчики используются для организации обратной связи в электрических установках с целью контролирования параметров электроцепей. Кроме того, они дают возможность создать гальваническую развязку в промышленных приводах, сварочной технике, системах электроснабжения и т.д.

Преимущества модулей:

· Небольшие размеры.

· Низкая цена.

· Простая интеграция в измерительную систему.

· Высокая точность.

В нашем интернет-магазине RoboStore продаются датчики тока Холла, которые вы можете купить с доставкой по Украине. В этой статье расскажем основные моменты работы с элементами.

Работа датчиков

Когда электрический ток проходит сквозь датчик, электроны двигаются по прямой линии. Если на датчик воздействует внешнее магнитное поле, то носители заряда отклоняются. В результате электроны с отрицательным зарядом отклоняются к одной стороне устройства, а элементы с положительным зарядом – к другой. Между сторонами пластины наблюдается напряжение, которое прямо пропорционально электрическому току и напряжению магнитного поля.

По принципу действия приборы делятся на:

· Цифровые.

· Аналоговые.

Цифровые датчики определяют поле и при достижении определенного значения, выдают результат. Слабая индукция не дает возможность зафиксировать наличие поля.

Аналоговые датчики преобразовывают индукцию в напряжение. На величину влияет сила и полярность поля.

Датчики Холла – составная часть разнообразных приборов, которые, в частности, используются для определения измерения напряженности магнитного поля. Широкое распространение устройства получили в системах зажигания авто.

Оформление заказа на сайте robostore.com.ua

Наш интернет-магазин представляет широкий ассортимент товаров для роботостроения. Каждая модель сертифицирована, соответствует установленным стандартам, поэтому гарантирует эффективную эксплуатацию и долговечность. Чтобы оформить покупку заходите на сайт и добавляйте товар в Корзину. Если появятся вопросы – свяжитесь с консультантами магазина по телефону.

SET-Article-датчик тока на эффекте Холла

Датчик Холла представляет собой преобразователь, который изменяет свое выходное напряжение в ответ на магнитное поле. Датчики Холла используются для бесконтактного переключения, позиционирования, определения скорости и измерения тока.

В датчике на эффекте Холла по тонкой металлической полоске проходит ток.В присутствии магнитного поля электроны в металлической полосе отклоняются к одному краю, создавая градиент напряжения на короткой стороне полосы (перпендикулярно подающему току). Датчики на эффекте Холла имеют преимущество перед индуктивными датчиками в том, что, в то время как индуктивные датчики реагируют на изменяющееся магнитное поле, которое индуцирует ток в катушке провода и создает напряжение на его выходе, датчики на эффекте Холла могут обнаруживать статические (неизменяющиеся) магнитные поля.

В своей простейшей форме датчик работает как аналоговый преобразователь, напрямую возвращая напряжение.При известном магнитном поле можно определить его расстояние от пластины Холла. Используя группы датчиков, можно определить относительное положение магнита.

Часто датчик Холла сочетается с обнаружением порога, так что он действует как переключатель и называется им. Обычно их можно увидеть в промышленных приложениях, таких как изображенный на фото пневматический цилиндр, они также используются в бытовом оборудовании; например, некоторые компьютерные принтеры используют их для обнаружения отсутствия бумаги и открытых крышек.Их также можно использовать в компьютерных клавиатурах, что требует сверхвысокой надежности.

Датчики Холла обычно используются для измерения скорости вращения колес и валов, например, для определения угла опережения зажигания двигателя внутреннего сгорания, тахометров и антиблокировочных тормозных систем. Они используются в бесщеточных электродвигателях постоянного тока для определения положения постоянного магнита. В изображенном колесе с двумя равноудаленными магнитами напряжение от датчика будет достигать пика дважды за каждый оборот.Это расположение обычно используется для регулирования скорости дисководов.

Основы датчиков тока


Датчики тока бывают открытыми или замкнутыми. Датчики тока без обратной связи измеряют переменный и постоянный токи и обеспечивают гальваническую развязку между измеряемой цепью и выходом датчика (первичный ток измеряется без электрического контакта с первичной цепью, обеспечивая гальваническую развязку). Менее дорогие, чем их собратья с замкнутым контуром, датчики тока с разомкнутым контуром, как правило, предпочтительнее в схемах с батарейным питанием, учитывая их низкое энергопотребление и небольшие габариты.Датчики с обратной связью

измеряют переменный и постоянный ток и обеспечивают электрическую изоляцию. Они обеспечивают быструю реакцию, высокую линейность и низкий температурный дрейф. Токовый выход датчика с обратной связью относительно невосприимчив к электрическим помехам. Датчик с обратной связью иногда называют датчиком с нулевым потоком, потому что его датчик на эффекте Холла возвращает противоположный ток во вторичную катушку, намотанную на магнитный сердечник, чтобы обнулить поток, создаваемый в магнитном сердечнике первичным током. Датчики с обратной связью часто являются предпочтительным датчиком, когда важна высокая точность.

Теперь давайте подробнее рассмотрим оба типа, начиная с датчиков без обратной связи.

Датчики тока без обратной связи состоят из датчика Холла, установленного в воздушном зазоре магнитопровода (рис. 1). Проводник создает магнитное поле, сравнимое с током. Магнитное поле концентрируется сердечником и измеряется датчиком Холла. Сигнал от генератора Холла низкий, поэтому он усиливается, и именно этот усиленный сигнал становится выходным сигналом датчика. Датчики с разомкнутым контуром обычно имеют схему, которая обеспечивает температурную компенсацию и откалиброванное выходное напряжение высокого уровня.Хотя они имеют определенное ценовое преимущество перед аналогами с замкнутым контуром, их недостатком является то, что они могут быть подвержены насыщению и температурному дрейфу. Однако дрейф можно до некоторой степени свести к минимуму, введя положительный коэффициент в управляющий ток, чтобы уменьшить дрейф чувствительности в зависимости от температуры.

Рис. 1: Иллюстрация основного принципа и конструкции датчика тока с разомкнутым контуром на эффекте Холла. (Любезно предоставлено Honeywell).

Глядя на рис.1, если управляющий ток в разомкнутой системе управляется с использованием источника постоянного тока, а дифференциальное напряжение Холла усиливается, электронная схема может получить выходное напряжение, пропорциональное только первичному току.

Одним из примеров является преобразователь тока поверхностного монтажа на эффекте Холла серии HMS от LEM (рис. 2). Датчик имеет гальваническую развязку между первичной и вторичной цепями; Испытательное напряжение изоляции 4300 В; низкое энергопотребление; 12 мм, очень низкопрофильный; один источник питания +5 В; фиксированное смещение и усиление.

Рис. 2: Датчик Холла с разомкнутым контуром серии HMS. (Любезно предоставлено ЛЕМ).

В основном используется в промышленных приложениях для приводов переменного тока с регулируемой скоростью, статических преобразователей для приводов двигателей постоянного тока, устройств с питанием от аккумуляторов, источников бесперебойного и импульсного питания, а также источников питания для сварочных работ.

Другой пример — миниатюрные проводные датчики тока без обратной связи серии CSLW компании Honeywell (рис. 3). Серия включает серию SS490 миниатюрных логометрических линейных датчиков Холла, а чувствительный элемент заключен в пластиковый корпус, монтируемый на печатную плату.Узел датчика тока состоит из датчика, коллектора потока, корпуса и проволочной катушки.

Рис. 3. Миниатюрный проводной датчик тока с разомкнутым контуром Honeywell серии CSLW. (Любезно предоставлено Honeywell).

В данном случае проводная конструкция без обратной связи имеет несколько витков для повышения чувствительности. Другие примечательные особенности включают измерение переменного или постоянного тока, линейный логометрический выход, выходной сигнал с приемом или источником тока для гибкости интерфейса, низкие вносимые потери, быстрое время отклика, компактный размер и точное и недорогое измерение.Приложения включают робототехнику, приводы с регулируемой скоростью, управление промышленными процессами, управление двигателями в приборах, HVAC, защиту от перегрузки по току и мониторинг тока в электронных цепях.

Быстрый отклик и высокая точность

По сравнению с датчиками с обратной связью датчики с обратной связью измеряют переменный и постоянный ток и обеспечивают гальваническую развязку, быструю реакцию, высокую линейность и низкий температурный дрейф. Их ток на выходе впечатляюще невосприимчив к электрическим помехам. Известные своей высокой точностью, они состоят из генератора Холла, установленного в воздушном зазоре магнитопровода, катушки вокруг сердечника и усилителя тока.Проводник с током, помещенный через отверстие датчика, создает магнитное поле, пропорциональное току. Это поле концентрируется ядром и воспринимается генератором Холла. Генератор Холла подключен ко входу усилителя тока, который приводит в действие катушку. Ток через катушку создает противоположное поле, обеспечиваемое током через апертуру.

Выход этого датчика пропорционален как току апертуры, так и количеству витков катушки.Если чистый первичный ток через апертуру преобразователя тока равен I, число витков в компенсационной обмотке равно N, а ток в компенсационной обмотке равен i, то при нулевом потоке I = Ni.

Выходной ток датчика с обратной связью преобразуется в показатель напряжения путем подключения резистора к выходу датчика и заземлению. Выбор номинала резистора может привести к масштабированию выхода.

Примером преобразователя тока с превосходной точностью, хорошей линейностью и очень низким температурным дрейфом является LTS 25-NP от LEM (рис.4). Устройство представляет собой замкнутый (компенсированный) многодиапазонный преобразователь тока на эффекте Холла. Ключевые особенности включают в себя:

  • Однополярное питание
  • Изолированный пластиковый корпус, соответствующий UL 94-V0
  • Компактная конструкция для монтажа на печатной плате
  • Встроенное измерительное сопротивление
  • Расширенный диапазон измерений.

Рис. 4. Датчик тока с обратной связью LEM LTS 25-NP. (Любезно предоставлено ЛЕМ).

Применения для устройства в основном относятся к промышленной сфере и включают приводы переменного тока с регулируемой скоростью и приводы серводвигателей, статические преобразователи для приводов двигателей постоянного тока, устройства с питанием от аккумуляторов, источники бесперебойного питания, импульсные источники питания и источники питания для сварочных работ.

Резюме

Хотя оба типа датчиков могут быть экономичными в зависимости от требований применения, датчики с разомкнутым контуром обеспечивают наилучшее экономическое преимущество в диапазонах высоких токов (более 100 А). Они же самые маленькие по размеру и весу. Они поддерживают постоянное энергопотребление независимо от измеряемого тока. Ценовое преимущество открытых датчиков может быть реализовано только в приложениях, где можно ограничить колебания температуры.

Датчики тока с обратной связью, с другой стороны, больше подходят для коммерческого и промышленного применения, где они обычно используются.Эти датчики имеют самую высокую точность при температуре окружающей среды и высокой температуре. Они идеально подходят для шумных сред, а их выходной сигнал легко преобразуется в напряжение.

 

Отказ от ответственности: мнения, убеждения и точки зрения, выраженные различными авторами и/или участниками форума на этом веб-сайте, не обязательно отражают мнения, убеждения и точки зрения Digi-Key Electronics или официальную политику Digi-Key Electronics.

Датчик Холла обеспечивает измерение тока

Эффективная работа интеллектуальной сети зависит от возможности измерения текущих уровней и других параметров с высоким разрешением.Еще одной ключевой особенностью приложений «умных» сетей является более широкое использование маломасштабных возобновляемых источников энергии. Эти системы требуют использования инверторов для преобразования электроэнергии, полученной от солнечных или ветряных источников, в сигнал переменного тока, совместимый с распределением по сети. Датчики электрического тока необходимы в контуре управления для обеспечения выполнения этих условий. В этой статье рассматривается технология эффекта Холла для измерения тока и то, как ее можно применить к интеллектуальной сети.

Интеллектуальная сеть опирается на точные данные в режиме реального времени, чтобы гарантировать, что оборудование, которое управляет подачей электроэнергии и которое взаимодействует с сетью, работает с максимальной эффективностью.Данные, собранные датчиками в сети, могут обнаруживать потенциальные проблемные зоны и предупреждать операторов о проблеме или активировать функции, которые могут выполнять корректирующие действия. Это приводит к установке блоков распределения питания (PDU), которые выполняют точные измерения подаваемой мощности и ее характеристик.

Ключевой дополнительной особенностью приложений интеллектуальных сетей является более широкое использование небольших возобновляемых источников энергии. Эти системы требуют использования инверторов для преобразования электроэнергии, полученной от солнечных или ветряных источников, в сигнал переменного тока, совместимый с распределением по сети.Переменный ток должен быть синхронизирован с сетью и иметь низкий уровень гармонических искажений, но добиться этого может быть сложно.

В случае фотогальваники требуется инвертор для преобразования постоянного тока, генерируемого каждой из ячеек, в подходящую выходную мощность переменного тока. Датчики электрического тока необходимы для контура управления инвертора, чтобы обеспечить правильное подключение к сети. Датчики должны точно измерять как переменный, так и постоянный ток и иметь хорошие динамические характеристики. Требуется очень быстрое время отклика, чтобы быстро реагировать на любые изменения в сети и отключать или отключать систему до того, как произойдет повреждение.Широкая выходная полоса пропускания позволяет системе измерять высокочастотные переменные токи и гармоники, чтобы гарантировать, что поставляемая мощность соответствует строгим требованиям к качеству электроэнергии, установленным поставщиками электроэнергии.

Также важна способность распознавать выходы постоянного тока в сеть. Правила различаются от страны к стране, но пределы, как правило, невелики: от десятков до сотен миллиампер. Измерение тока может также поддерживать обнаружение отказов, проверку условий короткого замыкания и перегрузки.

Несмотря на то, что существует ряд вариантов измерения тока, датчики на основе эффекта Холла обеспечивают сочетание функций, которые очень подходят для этих приложений, включая выживание при переходных процессах напряжения, управление пусковыми токами, ограниченное пространство и модульность. Эта технология может поддерживать бесконтактное считывание, обеспечивая внутреннюю изоляцию и защиту от больших скачков напряжения и пусковых токов.

Названный в честь Эдвина Холла, открывшего этот эффект в 1879 году, он представляет собой создание разности потенциалов на электрическом проводнике или полупроводнике магнитным полем, которое перпендикулярно току, протекающему в близлежащем проводнике.Возникающее напряжение зависит от материала, используемого в принимающем проводнике, и приложенного магнитного поля, которое само по себе зависит от совокупного тока, протекающего в исходном проводнике.

Разность потенциалов возникает из-за того, что носители заряда отклоняются магнитным полем от прямого пути. Электроны накапливаются вдоль одной стороны принимающего проводника, создавая измеримую разницу напряжений. Результирующее электрическое поле препятствует миграции дальнейших изменений, так что постоянный электрический потенциал может поддерживаться до тех пор, пока носители заряда продолжают течь через материал.

Одним из недостатков датчиков Холла для измерения тока является ограничение их точности с точки зрения выходного напряжения при нулевом токе, а также изменения чувствительности в зависимости от температуры. Другими проблемами были полоса пропускания выходного сигнала и выходной шум. В более новых поколениях устройств на эффекте Холла эти проблемы были решены, в них были созданы компоненты, которые лучше подходят для приложений контроля инвертора и контроля мощности в целом.

Allegro Microsystems применила процесс BiCMOS для поддержки точной конструкции усилителя с цифровой схемой для заводского программирования усиления и смещения в зависимости от температуры.Как элемент Холла, так и усилитель стабилизированы прерывателем для повышения точности и снижения дрейфа.

Семейство ИС датчиков тока Allegro ACS756 использует эти технологии, сочетая прецизионную схему линейного датчика Холла с малым смещением и медный проводящий путь, расположенный рядом с кристаллом, для обеспечения высокой точности. Приложенный ток, протекающий через этот медный проводящий путь, создает магнитное поле, которое воспринимается встроенной ИС Холла и преобразуется в пропорциональное напряжение.Время отклика менее 4 мкс позволяет измерять ток в высокочастотных инверторах. В приложениях, которые работают на более низких частотах, например, для мониторинга сети, выходные данные можно фильтровать, чтобы снизить уровень шума на выходе и улучшить разрешение.

Внутреннее сопротивление токопроводящего пути составляет 130 мкОм, что обеспечивает низкие потери мощности. Толщина медного проводника позволяет устройству выдерживать пятикратные перегрузки по току. Клеммы токопроводящего пути электрически изолированы от выводов датчика.Это позволяет использовать микросхемы датчиков семейства ACS756 в приложениях, требующих гальванической развязки, без использования оптоизоляторов или других дорогостоящих методов изоляции.

Asahi Kasei CQ-3301 — это высокоскоростной датчик тока, основанный на ультратонкой пленочной технологии квантовых ям на основе арсенида индия и корпусе без сердечника, обеспечивающий компактную опцию VSOP24. Разработанное для обеспечения прохождения тока через корпус в таких приложениях, как мониторинг инвертора, устройство имеет напряжение изоляции 3.0 кВ в течение 60 секунд при частоте переменного тока 50/60 Гц в первичном проводе и времени отклика 0,5 мкс. Обладая выходным сигналом с низким уровнем шума 1,6 мВ 90 120 RMS 90 121, CQ-3301 обеспечивает низкий температурный дрейф для повышения чувствительности и нулевого выходного тока. Он соответствует стандартам безопасности IEC/UL-60950 и UL-508.

Для очень сильноточных приложений Allegro предлагает семейство ИС датчика A136x. Каждый упакован в SIP толщиной 1 мм, способный поместиться в зазор C-образного сердечника вокруг проводника. Устройства, такие как A1363, могут воспринимать токи силой более 1500 А.Они предлагают полосу пропускания 120 кГц, подходящую для высокочастотных инверторов, опять же обеспечивая лучшую точность за счет фильтрации выходного сигнала для более низкой полосы пропускания, например, ожидаемой от систем мониторинга сети.

Рис. 1. A136x в корпусе SIP от Allegro можно установить в С-образный сердечник для измерения уровня тока в высоковольтном проводнике.

Технология измерения тока Triaxis, разработанная Melexis и используемая в таких продуктах, как MLX91205, позволила компании разработать серию корпусов для поверхностного монтажа, которые могут размещаться над проводником, встроенным в печатную плату или шину, вместо того, чтобы иметь его. пройти через пакет.Поскольку обычные датчики на эффекте Холла чувствительны к магнитным полям, перпендикулярным поверхности чипа, а не параллельным, чтобы получить точные измерения от устройства, расположенного над дорожкой печатной платы или шиной, поле необходимо сделать локально вертикальным. Именно для этого предназначена технология интегрированного магнитного концентратора (IMC) Melexis.

В IMC

используется аморфный ферромагнитный слой с высокой проницаемостью и низким коэрцитивным полем, который приклеивается непосредственно к поверхности чипа датчика Холла, фокусируя линии потока магнитного поля на Холле, размер которых составляет примерно одну десятую размера ферромагнитного элемента.Две части IMC собирают и усиливают небольшой магнитный поток, параллельный поверхности чипа, и локально вращают плоскую составляющую в магнитное поле, перпендикулярное поверхности чипа.

Рис. 2. Технология Melexis IMC концентрирует силовые линии, позволяя определять перпендикулярное поле, когда датчик установлен над шиной или печатной платой.

Диапазон тока датчика ограничен геометрией проводника и экрана.Диапазон тока можно легко увеличить, увеличив поперечное сечение шины или расстояние между датчиком и токопроводом. Датчик может контролировать токи от 5 А до 100 А на печатных платах или до 1000 А на сборных шинах. Доступны две разные версии продукта. Модель 91205HB имеет линейный диапазон магнитного поля ±25 мТл, а модель 91205LB — линейный диапазон ±10 мТл.

В результате, предлагая возможность бесконтактного измерения, устройства на эффекте Холла обеспечивают универсальные решения для мониторинга тока в приложениях интеллектуальных сетей, будь то инверторы в возобновляемых источниках энергии или диагностика в блоках распределения электроэнергии.

Отказ от ответственности: мнения, убеждения и точки зрения, выраженные различными авторами и/или участниками форума на этом веб-сайте, не обязательно отражают мнения, убеждения и точки зрения Digi-Key Electronics или официальную политику Digi-Key Electronics.

Измерение тока на эффекте Холла: конфигурации с разомкнутым и замкнутым контуром

Датчики тока

широко используются в различных областях. Распространенным методом является резистивное измерение тока, при котором измеряется падение напряжения на шунтирующем резисторе для определения неизвестного тока.Решения на основе шунтирующих резисторов не обеспечивают гальванической развязки и не являются энергоэффективными, особенно при измерении больших токов.

Другой широко используемый метод основан на эффекте Холла. Датчик тока на эффекте Холла обеспечивает более высокий уровень безопасности благодаря гальванической развязке между датчиком и измеряемым током. Это также позволяет избежать значительного рассеивания мощности шунтирующего резистора, используемого в резистивных методах измерения тока.

В этой статье мы рассмотрим основы датчиков тока на эффекте Холла.

 

Измерение тока без обратной связи

Структура датчика тока без обратной связи на эффекте Холла показана на рисунке 1.

 

Рис. 1. Изображение предоставлено Dewesoft

 

Измеряемый ток протекает по проводнику, находящемуся внутри магнитного сердечника. Таким образом, ток создает магнитное поле внутри сердечника. Это поле измеряется датчиком на эффекте Холла, размещенным в воздушном зазоре сердечника.

Выход датчика Холла представляет собой напряжение, пропорциональное магнитному полю сердечника, которое также пропорционально входному току. Сигнал, создаваемый устройством Холла, обычно обрабатывается схемой формирования сигнала. Схема формирования сигнала может представлять собой простой каскад усиления или более сложную схему, предназначенную для устранения ошибки дрейфа устройства Холла и т. д. 

 

Зачем нам нужен магнитный сердечник?

Предположим, что магнитопровод отсутствует.{-5}~Тесла = 0,2~Гаусса\]

 

Чтобы понять, насколько мало это магнитное поле, обратите внимание, что магнитное поле Земли составляет около 0,5 Гаусса. Следовательно, очень сложно измерить ток силой 1 А, измеряя магнитное поле, которое он создает в свободном пространстве. Чтобы решить эту проблему, мы можем использовать магнитный сердечник, чтобы ограничивать и направлять магнитное поле, создаваемое током. Ядро обеспечивает путь высокой проницаемости для магнитного поля и действует как концентратор поля. Магнитное поле внутри ядра может быть в сотни или тысячи раз больше, чем то, которое данный ток может создавать в свободном пространстве.

 

Воздушный зазор

Как показано на рис. 1, магнитопровод имеет воздушный зазор, в котором размещен датчик Холла. Воздушный зазор может привести к возникновению краевого потока, когда некоторые линии потока отклоняются от своего прямого пути и, следовательно, не проходят через датчик, как ожидалось. Этот эффект окантовки показан на рисунке 2.

 

Рис. 2. Изображение предоставлено Р. Джезом

 

Из-за эффекта интерференции плотность магнитного потока, определяемая датчиком Холла, может быть меньше, чем плотность магнитного потока внутри сердечника.Другими словами, воздушный зазор может снизить эффективность сердечника при преобразовании первичного тока в сильное магнитное поле. Однако, если длина зазора мала по сравнению с площадью поперечного сечения зазора, эффект эффекта интерференции может быть относительно небольшим.

Воздушный зазор нужен нам для измерения магнитного поля внутри сердечника. Кроме того, воздушный зазор позволяет изменять общее сопротивление сердечника. Обратите внимание, что большой ток может создать сильное магнитное поле внутри сердечника и насытить его.Это может ограничить максимальный измеряемый ток. Регулируя длину воздушного зазора, мы можем изменить уровень насыщения сердцевины. На рис. 3 показано, как измеряемая плотность магнитного потока изменяется в зависимости от длины воздушного зазора для данного сердечника.

 

Рис. 3. Изображение предоставлено Allegro

 

С меньшими воздушными зазорами мы можем добиться большего магнитного усиления (усиление в гауссах на ампер). Однако меньший воздушный зазор может привести к насыщению сердечника при относительно меньшем токе.Следовательно, длина зазора напрямую влияет на максимальный ток, который можно измерить. В дополнение к длине зазора существуют и другие факторы, такие как материал сердечника, размеры сердечника и геометрия сердечника, которые определяют эффективность магнитного сердечника. Дополнительные сведения о сердечниках, подходящих для сильноточных приложений (> 200 А), см. в этом примечании по применению от Allegro.

 

Ограничения измерения тока без обратной связи

В конфигурации без обратной связи неидеальные эффекты, такие как ошибки линейности и коэффициента усиления, могут повлиять на точность измерения.Например, если чувствительность датчика меняется в зависимости от температуры, на выходе появится ошибка, зависящая от температуры. Кроме того, при измерении тока без обратной связи сердечник подвержен насыщению. Более того, смещение датчика Холла, а также коэрцитивная сила сердечника могут вносить свой вклад в ошибки.

 

Измерение тока с обратной связью

Метод измерения тока на эффекте Холла с обратной связью показан на рис. 4.

 

Рис. 4. Изображение предоставлено Cheemi-Tech

 

Как следует из названия, этот метод основан на концепции отрицательной обратной связи. В этом случае имеется вторичная обмотка, которая приводится в действие выходом цепи обратной связи. Путь обратной связи определяет магнитное поле внутри сердечника и регулирует ток через вторичную обмотку так, чтобы общее магнитное поле сердечника стало равным нулю. Посмотрим, как работает эта схема.

Измеряемый ток протекает по первичному проводнику и создает магнитное поле внутри сердечника.Это поле измеряется датчиком на эффекте Холла, размещенным в воздушном зазоре сердечника. Выход датчика Холла, представляющий собой напряжение, пропорциональное магнитному полю сердечника, усиливается и преобразуется в сигнал тока, проходящий через вторичную обмотку. Система спроектирована таким образом, что ток, проходящий через вторичную обмотку, создает магнитное поле, противодействующее магнитному полю первичного тока. При полном магнитном поле, равном нулю, мы должны иметь:

 

\[N_pI_p = N_sI_s\]

 

где N p и N s — соответственно число витков первичной и вторичной обмоток; и I p и I s — первичный и вторичный токи.На рисунке 4 мы имеем N = 1 и \[V_{out} = R_m \times I_s\]. Отсюда получаем:

 

\[V_{out} = R_m \times \frac{1}{N_s} \times I_p\]

 

Это дает нам напряжение, пропорциональное первичному току. Обратите внимание, что коэффициент пропорциональности \[R_m \times \frac{1}{N_s}\] является функцией количества витков и номинала шунтирующего резистора. Количество витков является постоянной величиной, и резисторы также очень линейны.

 

Измерение тока в разомкнутом контуре по сравнению с измерением тока в замкнутом контуре

Отрицательная обратная связь, используемая в архитектуре с обратной связью, позволяет уменьшить неидеальные эффекты, такие как линейность и ошибки усиления.Вот почему, в отличие от конфигурации без обратной связи, на архитектуру с обратной связью не влияет дрейф чувствительности датчика. Следовательно, конфигурация с замкнутым контуром обеспечивает более высокую точность. Датчик тока с обратной связью более устойчив к насыщению сердечника, поскольку плотность магнитного потока внутри сердечника очень мала.

При измерении с обратной связью вторичная катушка активно управляется мощным усилителем. Дополнительные компоненты, используемые в архитектуре с обратной связью, приводят к большей площади печатной платы, более высокому энергопотреблению, а также более высокой цене.

Проблема стабильности — еще один недостаток датчика тока с обратной связью. В конфигурации с замкнутым контуром нам необходимо получить передаточную функцию системы и убедиться, что система стабильна. Нестабильная система может демонстрировать перерегулирование или звон в ответ на быстрое изменение входного тока. Чтобы сделать замкнутую систему стабильной, нам обычно нужно ограничить ее пропускную способность. Однако уменьшение пропускной способности системы может увеличить время отклика и сделать систему неспособной реагировать на быстрые изменения входных данных.Обычно ожидается, что конфигурация без обратной связи будет демонстрировать более быстрое время отклика.

Обратите внимание, что смещение датчика Холла может способствовать ошибкам как в конфигурациях с обратной связью, так и в конфигурациях без обратной связи. Смещение элемента Холла из качественного антимонида индия (InSb) обычно составляет ±7 мВ.

 

Современные интегрированные решения

Стоит отметить, что современные датчики тока на основе эффекта Холла используют инновационные методы для устранения некоторых из вышеуказанных ограничений.Например, DRV411 от TI представляет собой микросхему формирования сигнала, разработанную для приложений измерения тока с обратной связью, в которой используется метод вращения тока для устранения смещения элемента Холла и ошибок дрейфа. Этот метод показан на рисунке 5.

 

Рис. 5. Текущий метод вращения, используемый в DRV411. Изображение предоставлено Texas Instruments

 

Другим примером является ACS720 [ссылка для скачивания в формате PDF] от Allegro, который предназначен для приложений измерения тока без обратной связи.ACS720 использует встроенные алгоритмы температурной компенсации для оптимизации точности в зависимости от температуры.

 

Рис. 6. Блок-схема ACS720. Изображение предоставлено Allegro Microsystems [ссылка для скачивания PDF]

Чтобы увидеть полный список моих статей, посетите эту страницу.

В чем разница между измерением тока на эффекте Холла и измерением положения?

Восприятие во всех его формах имеет основополагающее значение для многих приложений.Он неизменно включает в себя материал, который действует как преобразователь для преобразования одного свойства в другое. В электронике чувствительный элемент будет иметь физические свойства, которые изменяются в результате действия датчика, такие как его сопротивление или реактивное сопротивление, что позволяет измерять изменение либо тока, либо напряжения.

Эффект Холла

В 1879 году Эдвин Холл обнаружил, что, когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, помещают перпендикулярно магнитному полю, напряжение можно измерить под прямым углом к ​​пути тока.Хорошо известно, что эффект Холла возникает в результате взаимодействия заряженных частиц, таких как электроны, в ответ на электрические и магнитные поля.

Эффект Холла применительно к датчикам проявляется либо как измеряемая разность напряжений на проводнике, по которому должен протекать постоянный ток, либо как измеряемая разность токов на проводнике, по которому должно протекать постоянное напряжение (рис. 1) . Разность потенциалов пропорциональна силе магнитного поля.Это означает, что эффект Холла можно использовать двумя очень специфическими способами, хотя основной эффект одинаков в обоих случаях.

1. Применительно к датчикам эффект Холла представляет собой либо измеримую разность напряжений на проводнике, по которому должен протекать постоянный ток, либо измеримую разность токов на проводнике, по которому должно протекать постоянное напряжение.

Уровень сигнала из-за изменения поля по сравнению с фоновым шумом мал (диапазон мкВ).Следовательно, для его использования требуются довольно сложные пути прохождения сигнала.

Не желая никоим образом обесценивать открытие Эдвина Холла, эффект на самом деле является расширением использования силы Лоренца, которая описывает взаимодействие между электрическими и магнитными силами на точечном заряде из-за изменения электромагнитного поля.

Проще говоря, в случае эффекта Холла сила Лоренца описывает воздействие магнитного поля на заряженную частицу, а именно направление, в котором она будет вынуждена двигаться при прохождении через проводник, находящийся под действием магнитного поля.Физическое движение приводит к большему или меньшему заряду на поверхности проводника, что приводит к разности потенциалов, известной как напряжение Холла.

Измерение тока на эффекте Холла

Тот факт, что эффект Холла зависит от магнитного поля, означает, что его можно использовать в качестве бесконтактной технологии. Таким образом, это ненавязчивый метод, в отличие от наиболее распространенного способа измерения тока, который заключается в использовании маломощного резистора в качестве шунта и измерении падения напряжения на нем.Использование эффекта Холла для измерения тока по своей природе надежно в приложениях с большой мощностью, поскольку оно не использует потенциал земли в качестве эталона.

В случае обычного датчика тока на эффекте Холла это означает размещение датчика перпендикулярно магнитному полю и использование концентратора, обычно представляющего собой ферромагнитный сердечник в форме кольца или квадрата, размещенного вокруг проводника, по которому течет измеряемый ток ( Рис. 2) . Датчик обычно удерживается в небольшом воздушном зазоре, образованном между двумя концами ферромагнитного сердечника.

2. Вот сравнение того, как расположены обычные датчики тока на эффекте Холла и датчики Холла-IMC.

В датчике тока IMC-Hall чувствительный элемент расположен параллельно потоку тока (снова рис. 2) . В этом случае ферромагнитный сердечник не нужен; однако для защиты от перекрестных помех может потребоваться экран. Это означает, что его можно использовать для измерения тока, протекающего по шине или дорожке печатной платы, просто расположив датчик над шиной или дорожкой.Этот тип датчика обеспечивается технологией IMC-Hall с использованием встроенного магнитного концентратора (IMC), разработанного Melexis (см. ниже) .

По сути, благодаря эффекту Холла обнаруживается магнитное поле, создаваемое током, а не сам ток.

Датчик положения на основе эффекта Холла

Тот же принцип можно использовать для обнаружения наличия, отсутствия или близости магнитного поля. По сути, напряжение Холла, возникающее в результате движения магнита поверх датчиков, может быть обнаружено, усилено и обработано.Это дает возможность использовать эффект Холла для определения положения или даже ориентации объектов по отношению к датчику.

В простом приложении это может быть относительно грубо, например, когда ноутбук открыт или закрыт. Или он может быть более сложным, когда он используется для обнаружения линейного движения или вращения, например, изменения положения подвижного объекта (рис. 3) . В этом отношении использование эффекта Холла для определения положения гораздо более универсально, чем его использование в качестве датчика тока.

3. Использование эффекта Холла для определения положения гораздо более универсально, чем его использование в качестве датчика тока.

Встроенный магнитный концентратор (IMC)

Один из недостатков большинства датчиков Холла, связанный с тем, как работает эффект, заключается в том, что пластина Холла, используемая для измерения поля, ограничена только одной осью.

Чтобы устранить этот недостаток, компания Melexis разработала интегрированный магнитный концентратор, или IMC, который делает эффект Холла гораздо более гибким.IMC позволяет датчикам на эффекте Холла, оставаясь в плоскости, обнаруживать магнитные поля от осей X, Y и Z (рис. 4) . Следовательно, преимущества приложения многочисленны, включая гибкость ориентации датчика.

4. Встроенный магнитный концентратор позволяет датчикам Холла, оставаясь в плоскости, обнаруживать магнитные поля по осям X, Y и Z.

Датчики Холла в автомобильной промышленности

С включением технологии IMC многие приложения в автомобильной промышленности могут использовать эффект Холла.Работая в трех измерениях, датчик Холла можно использовать для определения положения педалей, поворота рулевой колонки и состояния тормозного рычага, а также положения сидений с электроприводом.

Он также может применяться под капотом для контроля движущихся частей насосов и двигателей, а также для измерения тока, потребляемого электрифицированными частями трансмиссии, такими как инвертор, система контроля аккумуляторной батареи (BMS) или -бортовое зарядное устройство (OBC).

Заключение

В общих чертах, эффект Холла можно использовать несколькими полезными способами, включая измерение тока и определение положения.Несмотря на серьезные проблемы, такие как низкое отношение сигнал/шум или влияние поля рассеяния, электронной промышленности удалось разработать надежные и точные датчики на основе эффекта Холла.

В частности, добавление сильного аналогового входного каскада и пути цифрового сигнала, а также запатентованных технологий, таких как IMC-Hall от Melexis, означает, что эффект Холла можно применять для измерения тока и определения положения даже в суровых условиях, таких как автомобильная промышленность.

Ник Чарнецки — менеджер по маркетингу магнитных датчиков в компании Melexis.

Руководство по подключению слаботочных датчиков ACS712

Избранное Любимый 1

Эффект Холла и датчики тока

В этом разделе дается краткий обзор электромагнитных концепций, которые делают возможным использование этого датчика тока. Как эта маленькая микросхема получает ток от одной цепи и создает пропорциональное выходное напряжение без физического соединения двух цепей?

Закон индукции Фарадея

В приводе ACS712 определение тока начинается с явления, известного как закон Фарадея (индукции).Это явление, впервые открытое Майклом Фарадеем в 1831 году, лежит в основе современного радио и электромагнетизма. Этот закон описывает, как электрический ток, протекающий в проводнике, создает окружающее магнитное поле и как изменяющееся магнитное поле может создавать или индуцировать ток в проводнике. Вот как антенны улавливают радиоволны!

На этом изображении показано магнитное поле, создаваемое вокруг проводника с текущим по нему током (Фото предоставлено http://www.tesla-institute.com)

Токовые контакты ACS712 внутренне соединены с большой медной дорожкой, что позволяет большому количеству электричества проходить через эту часть микросхемы. Когда через медную полоску протекает ток, вокруг дорожки создается магнитное поле с силой, пропорциональной току.

Эффект Холла

Следующий шаг в измерении тока основан на эффекте Холла — очень полезном явлении, открытом Эдвином Холлом в 1879 году. Говоря простыми словами, эффект Холла создает разность потенциалов на проводнике в присутствии магнитного поля.Это обеспечивает удобный способ обнаружения близлежащих магнитных полей и имеет множество применений. Датчики Холла используются в некоторых автомобильных двигателях, чтобы определить, например, где в цикле вращения находится распределительный вал или коленчатый вал.

Эта анимация показывает, как магнитное поле создает разность потенциалов. Синие круги — это потоки электронов (Фото предоставлено http://www.explainthatstuff.com/hall-effect-sensors.html

).

Привод ACS712 имеет внутренний датчик Холла, расположенный рядом с вышеупомянутой медной полосой.Когда через эту медную полоску протекает ток, создается магнитное поле. Затем это магнитное поле воспринимается датчиком на эффекте Холла и создает выходное напряжение, пропорциональное входному току!

Здесь показано, как датчик тока выглядит внутри (Фото предоставлено Allegro Micro)

Этот метод измерения позволяет цепи датчика быть электрически изолированной от цепи измерения. На практике это означает, что, поскольку цепи физически не связаны, вы можете использовать маломощный Arduino для измерения тока, проходящего через мощное устройство, даже если оно использует переменный ток!


← Предыдущая страница
Введение

Изолированные датчики тока на эффекте Холла

Изолированные датчики тока на эффекте Холла серии

VCS ​​обеспечивают широкополосное измерение тока с усиленным выходным сигналом.Выход напряжения 50 Ом можно напрямую подключить к осциллографу или системе сбора данных.

VCS ​​имеют магнитную изоляцию, как накладные щупы осциллографа. VCS предназначены для встроенных или лабораторных приложений, требующих точного измерения постоянного, импульсного постоянного или переменного тока. Изолированные датчики тока на эффекте Холла обеспечивают надежное крепление кабеля и надежные воспроизводимые измерения.

Изолированный датчик тока на эффекте Холла серии VCS

Основные характеристики

  • Датчики переменного, постоянного или импульсного постоянного тока
  • 0.Точность 5 %
  • Прослеживаемая калибровка NIST
  • Гальваническая развязка
  • Полоса пропускания 650 кГц
  • Выход напряжения 50 Ом
  • Диапазон тока 0–320 А (640 А параллельно)

Приложения

  • Измерение изолированного тока
  • Измерение импульсного тока
  • Системы сбора данных
  • Тестирование двигателей
  • Мониторинг высокомощных светодиодов/лазерных диодов
  • Тестирование источника питания
  • Встроенные приложения
  • 1
Датчик тока на эффекте Холла = VCS5 | 2=пробник Tektronix TCP 312 с усилителем TCPA300 | График показывает сопоставимую производительность между VCS и датчиком Tektronix в измерение выходного тока.| Условия испытаний: Десять светодиодов последовательно питаются до 1А. Пять светодиодов намеренно закорочены. То Источник тока SpikeSafe™ отключается через 4 мкс.

Нет ограничений по ампер-секундам

Многие датчики тока имеют характеристики длительности импульсного тока. Эти характеристики, называемые изделиями в ампер-секундах, сильно ограничивают возможности пробника с большими токами. Например, Tektronix TCP303, рассчитанный на 150 А, может выдерживать номинальные 150 А только в течение 100 мкс, прежде чем произойдет перегрузка.Серия VCS не имеет ограничений в ампер-секундах.

Частотная характеристика и линейность

VCS ​​имеют хорошую частотную характеристику и линейность наряду с точным отслеживанием тока до 400 А/мкс. Эти характеристики означают, что импульсные сигналы с временем нарастания до 2 мкс могут быть измерены с хорошей точностью даже при большой составляющей постоянного тока. Датчики также можно использовать для измерения гармоник в сети переменного тока для проверки коэффициента мощности.

Крепление

Во избежание перегрева кабели необходимо крепить с помощью прилагаемых латунных винтов 1/4”.Затяните от 25 дюймов-фунтов минимум до 30 дюймов-фунтов максимум.

Схема монтажа серии VCS

Галерея продуктов

Изолированный датчик тока на эффекте Холла серии VCS .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *