Что такое магнитный поток и как он связан с током. Как рассчитать магнитный поток. Какие существуют способы измерения магнитного тока. Где применяются магнитные цепи и потоки.
Что такое магнитный поток и как он определяется
Магнитный поток — это физическая величина, характеризующая количество силовых линий магнитного поля, проходящих через поверхность. Основные факты о магнитном потоке:
- Обозначается греческой буквой Ф
- Измеряется в веберах (Вб)
- Рассчитывается по формуле: Ф = B * S * cos α, где B — магнитная индукция, S — площадь поверхности, α — угол между нормалью к поверхности и вектором магнитной индукции
- Является скалярной величиной
- Максимален, когда силовые линии перпендикулярны поверхности
- Равен нулю, когда силовые линии параллельны поверхности
Связь магнитного потока и электрического тока
Магнитный поток тесно связан с электрическим током. Основные закономерности:
- Ток в проводнике создает вокруг себя магнитное поле
- Изменение магнитного потока через контур индуцирует в нем ЭДС (закон электромагнитной индукции Фарадея)
- Магнитный поток, создаваемый током в контуре, пропорционален силе тока: Ф = LI, где L — индуктивность контура
- При изменении тока в контуре возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая изменению тока
Способы измерения магнитного тока
Существует два основных метода измерения электрического тока:
Прямое (шунтовое) измерение
- Основано на законе Ома
- Измеряется падение напряжения на шунтирующем резисторе
- Инвазивный метод — требует включения в цепь
- Подходит для токов до 100 А
- Не обеспечивает гальваническую развязку
Косвенное (магнитное) измерение
- Основано на законе Ампера
- Измеряется магнитное поле вокруг проводника с током
- Неинвазивный метод — не требует включения в цепь
- Подходит для больших токов и высоких напряжений
- Обеспечивает гальваническую развязку
Применение магнитных цепей и потоков
Магнитные цепи и потоки находят широкое применение в технике и электронике:
- Трансформаторы
- Электродвигатели
- Генераторы
- Реле и магнитные пускатели
- Магнитные сепараторы
- Магнитные накопители информации
- Датчики магнитного поля
- Магнитометры
Основные формулы для расчета магнитных величин
Для работы с магнитными цепями и потоками используются следующие формулы:
- Закон электромагнитной индукции: ε = -dФ/dt
- Магнитный поток: Ф = BS cos α
- Индуктивность: L = Ф/I
- ЭДС самоиндукции: εs = -L dI/dt
- Энергия магнитного поля: W = LI^2/2
Физический смысл магнитного потока
Магнитный поток характеризует интенсивность магнитного поля, пронизывающего некоторую поверхность. Физический смысл магнитного потока можно пояснить следующим образом:
- Магнитный поток аналогичен потоку жидкости или газа через поверхность
- Количественно равен числу силовых линий магнитного поля, пересекающих поверхность
- Характеризует способность магнитного поля совершать работу
- При изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции
- Магнитный поток используется для описания явлений электромагнитной индукции
Закон Ампера и правило правой руки
Закон Ампера описывает связь между током и создаваемым им магнитным полем:
- Магнитное поле вокруг проводника пропорционально току через него
- Направление магнитного поля определяется правилом правой руки
- Если направить большой палец по току, то согнутые пальцы укажут направление линий магнитного поля
- Магнитное поле образует концентрические окружности вокруг проводника
- Знание направления магнитного поля важно для правильного расположения датчиков
Типы датчиков для измерения магнитного тока
Для измерения магнитного тока используются различные типы датчиков:
- Датчики Холла — измеряют поперечное напряжение, возникающее в проводнике с током в магнитном поле
- Магниторезистивные датчики — изменяют сопротивление в магнитном поле
- Индукционные датчики — используют явление электромагнитной индукции
- Феррозондовые датчики — измеряют изменение магнитного потока
- СКВИД-магнитометры — сверхчувствительные датчики на основе эффекта Джозефсона
Выбор типа датчика зависит от требуемой чувствительности, диапазона измерений, быстродействия и условий применения.
Ток или поток? Магнитные цепи и их основные характеристики / Хабр
Привет, Хабр! С недавнего времени я стал задумываться об актуальности статей и заметил, что на Хабре нет ни одной обзорной статьи про магнитные цепи. Как так!? Ведь это… а что это такое?
Действительно, наверняка даже самые отстраненные от инженерного дела люди имеют представление о том, что такое электрические цепи, но возможно, что про магнитные цепи не слышали вовсе. Каждый школьник когда-то в учебнике физики наблюдал разные схемы и формулы, описывающие законы Ома. Но магнитные цепи в рамки школьного курса не входят.
Я решил написать данную статью, чтобы показать, насколько удивителен мир физики и заинтересовать школьников в её изучении. В данной статье, однозначно, для полноты вещей будут и выводы формул и использование некоторых математических операций, которые могут быть известны не всем, но такие моменты я постараюсь сгладить. Приступим.
Что нужно вспомнить?
Для более четкого представления сей статьи, неплохо бы вспомнить основные характеристики самого магнитного поля: вектор магнитной индукции, вектор напряженности, поток вектора магнитной индукции — а также нужно вспомнить немного про магнитные вещества, а именно про ферромагнетики.
Полагается, что вам известен обобщенный закон Ома и помнится, что такое ток, напряжение и сопротивление. Если нет, то крайне советую обратиться к сторонним ресурсам, чтобы иметь хотя бы общее представление о том, что последует далее. Крайне советую учебник И.Е. Иродова «Электромагнетизм».
Применение магнитных цепей
Магнитные цепи находят очень большое поле применения, а именно, они используются для надежного пропускания магнитного потока по специальному проводнику с минимальными или, в некоторых случаях, определенными потерями. В электротехнической промышленности широко используется взаимная зависимость магнитной и электрической энергий, переход из одного состояния в другое. На подобном принципе работают, например, трансформаторы, разные электродвигатели, генераторы и другие устройства.
Конечно, можно продолжительное время говорить об устройствах, разных типах магнитопроводов (про которые речь пойдет далее), но наша первичная цель — рассмотреть выводы основных характеристик магнитных цепей.
Продолжаем!
Как устроены магнитные цепи?
Магнитную цепь, на самом деле, не так сложно представить, как может показаться человеку, который о них впервые слышит. Обычно магнитные цепи представляют из себя некоторые фигуры из ферромагнитного сердечника с источником или несколькими источниками ПОтока. Пожалуй, один из самых простых примеров с одним источником, который можно взять на вооружение, проиллюстрирован ниже:
Перед продолжением обусловимся, что среди электротехников сердечник называют магнитопроводом. Часть магнитопровода, на которой отсутствуют обмотки и которая служит для замыкания магнитной цепи, называется «ярмо».
Начнем с тороидального сердечника. Такой тороидальный сердечник может служить формой для катушки, как бы странно это не звучало. Но что за катушка? Ну, первое что приходит в голову — провод, образующий витки. Хорошо, но какого его предназначение? Вернемся к электрическим цепям и вспомним, что существуют источники тока / напряжения, так называемые активные элементы.
Так вот, в магнитных цепях роль источника выполняют катушки с током, накрученные на основной элемент магнитной цепи — ферромагнитный магнитопровод.
Вспомним теперь про ферромагнитные материалы. Почему именно они? Дело в том, что благодаря высокому значению магнитной проницаемости, что сигнализирует о хорошей намагниченности ферромагнетика, силовые линии магнитного поля практически не выходят за пределы сердечника, либо не выходят вовсе. Однако это будет справедливо лишь тогда, когда наш сердечник замкнутый, либо имеет небольшие зазоры. То есть, ферромагнетики обладают сильно выраженными магнитными свойствами, когда как у парамагнетиков и диамагнетиков они значительно слабее, что можно наблюдать на следующем графике зависимости намагниченности от напряженности магнитного поля:
Вещества, которые входят в конструкцию магнитопровода, могут обладать не только сильномагнитными свойствами, но также и слабомагнитными. Однако мы рассматриваем сердечник из ферромагнитного материала.
Ещё из школьного курса мы представляем себе картину с линиями магнитной индукции соленоида, мы можем визуально представить его поле и понимаем, что концентрация силовых линий, их насыщенность, наибольшая в центре рассматриваемого соленоида. Тут очень важно вспомнить правило буравчика, чтобы правильно указать направление силовых линий.
Отсюда становится ясно, что катушки-источники порождают магнитное поле, а следовательно и поток линий магнитной индукции. Такие линии будут циркулировать по нашему сердечнику, словно повторяя его форму. Именно поэтому нам важно условие замкнутости сердечника и материал, из которого он сделан. Положим, что наш воображаемый сердечник замкнут. Из этого следует, что и силовые линии замкнуты, а следовательно выполняется теорема Гаусса для магнитного поля, которая гласит: поток линий магнитной индукции через замкнутую поверхность равен нулю. Стоит учесть, что поток адаптируется под площадь сечения.*
Ну и в конечном счете ферромагнитный сердечник поток куда-то передает! Аналогичным образом замкнутый проводник позволяет передать электрический ток.
Отлично! Мы разобрались с тем, что такое магнитные цепи и даже вспомнили про теорему Гаусса и ферромагнетики. Теперь поговорим о том, какие следствия вытекают из теоремы Гаусса и возможности пренебрежения полем вне сердечника и в зазорах.
1] Магнитные потоки Ф1 и Ф2 через произвольные сечения будут равны между собой.
2] В узле (разветвлении) сердечника алгебраическая сумма потоков (с учетом их направлений) будет равна нулю… Мне одному это что-то напоминает?
То есть мы окончательно сформулировали, что замкнутая (или почти замкнутая) система из ферромагнитных сердечников может рассматриваться как проводящая цепь. В нашем случае — магнитная.
Расчет магнитных цепей
Теперь внимание. Мы можем провести прямую аналогию и рассматривать магнитный поток в цепи, как характеристику электрической цепи — силу тока. Рассмотренное второе следствие означает, что для магнитной цепи, также как и для электрической, справедливо первое правило Кирхгофа.
Отсюда можно лаконично перейти к закону полного тока, который в рамках классического магнетизма будет выглядеть следующим образом (приготовьтесь, немного математики):
Криволинейный интеграл по замкнутому контуру от напряженности магнитного поля будет равен алгебраической сумме токов, сцепленных (окруженных) данным контуром.
Также мы помним, что напряженность магнитного поля связана с магнитным потоком следующим образом:
Руководствуясь приведенным законом полного тока и определением напряженности через магнитный поток, мы можем переписать закон полного тока относительно магнитного потока.
Откуда в уравнении появился и что символизирует аргумент l? Все просто. Так как мы рассматриваем контур L, то логично предположить, что на разных его участках наши показатели могут принимать разные значения: площадь сечения может изменяться, как и магнитная проницаемость или магнитный поток.
Полученное уравнение можно рассматривать как второй закон Кирхгофа, который, напомню, звучит следующим образом:
В любой момент времени алгебраическая сумма напряжений на ветвях контура равна нулю.
Для полной ясности, проведем аналогию между электрическими и магнитными цепями, а также их величинами.
Именно проведя аналогичное представление для электрической цепи, мы можем рассчитывать магнитные цепи. Для того, чтобы это сделать, следует:
Мысленно разбить сердечник на отдельные однородные участки (непрерывные, с постоянным сечением) без разветвлений и определить их магнитные сопротивления;
Построить эквивалентную электрическую цепь, последовательно заменяя участки магнитной цепи участками электрической с электрическими сопротивлениями, а также заменяя индуктивности (катушки) на источники ЭДС;
После обозначения заданных сопротивлений и ЭДС, можем вычислить в общем токи в элементах электрической цепи;
Произвести замену полученных величин согласно таблице (токи в потоки, ЭДС в МДС [Магнитодвижущую силу / Ампер-витки], а электрическое сопротивление в магнитное сопротивление).
Именно таким образом, мы можем рассчитать характеристики магнитной цепи.
Полученные результаты позволяют, например, вычислить индуктивности.
А примеры расчетов будут?
Здесь — нет. А по ссылке — да! В данном документе Самарского государственного технического университета рассмотрены базовые примеры, которые позволят лучше разобраться в теме, если она вас заинтересовала. Помимо всего прочего, там же приведены теоретические справки. Советую прочитать в надежде, что вы сможете для себя что-то новое подчерпнуть.
Заключение
Во-первых, спасибо, что дочитали статью! Один из способов поддержать меня как автора — подписаться на мой паблик Вконтакте, где иногда выходят «локальные статьи».
Во-вторых, вернемся к началу статьи. Там я задался целью показать, почему физика удивительна. Не хочу быть многословным, поэтому просто попрошу вспомнить все то, что было описано выше. Мы оперировали моделями, которые относятся к разделу физики электричества и перенесли их на физику магнетизма. Наверняка, вы замечали, насколько часто встречаются элементы механики в иных разделах.
Это по истине удивительно! Однако главное не поработиться иллюзией, что в мире все законы нам предельно известны…
Магнитный поток
Автор: Субботин Б.П.
На картинке показано однородное магнитное поле. Однородное означает одинаковое во всех точках в данном объеме. В поле помещена поверхность с площадью S. Линии поля пересекают поверхность.
Определение магнитного потока:
Магнитным потоком Ф через поверхность S называют количество линий вектора магнитной индукции B, проходящих через поверхность S.
Формула магнитного потока:
Ф = BS cos α
здесь α — угол между направлением вектора магнитной индукции B и нормалью к поверхности S.
Из
формулы магнитного потока видно, что
максимальным магнитный поток будет при
cos α = 1, а это случится, когда вектор B
параллелен нормали к поверхности S.
Минимальным магнитный поток будет при
cos α = 0, это будет, когда вектор B
перпендикулярен нормали к поверхности
S, ведь в этом случае линии вектора B
будут скользить по поверхности S, не
пересекая её.
А по определению магнитного потока учитываются только те линии вектора магнитной индукции, которые пересекают данную поверхность.
Измеряется магнитный поток в веберах (вольт-секундах): 1 вб = 1 в * с. Кроме того, для измерения магнитного потока применяют максвелл: 1 вб = 108 мкс. Соответственно 1 мкс = 10-8 вб.
Магнитный поток является скалярной величиной.
ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТОКА
Вокруг
проводника с током существует магнитное
поле, которое обладает энергией.
Откуда
она берется? Источник тока, включенный
в эл.цепь, обладает запасом энергии.
В
момент замыкания эл.цепи источник тока
расходует часть своей энергии на
преодоление действия возникающей ЭДС
самоиндукции. Эта часть энергии,
называемая собственной энергией тока,
и идет на образование магнитного
поля.
Энергия магнитного поля
равна собственной
энергии тока.
Собственная
энергия тока численно равна работе,
которую должен совершить источник тока
для преодоления ЭДС самоиндукции, чтобы
создать ток в цепи.
Энергия магнитного поля, созданного током, прямо пропорциональна квадрату силы тока. Куда пропадает энергия магнитного поля после прекращения тока? — выделяется ( при размыкании цепи с достаточно большой силой тока возможно возникновение искры или дуги)
Основные формулы
· Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея):
, (39)
где – эдс индукции;– полный магнитный поток (потокосцепление).
· Магнитный поток, создаваемый током в контуре,
где – индуктивность контура;– сила тока.
· Закон Фарадея применительно к самоиндукции
. (41)
· Эдс индукции, возникающая при вращении рамки с током в магнитном поле,
, (42)
где –
индукция магнитного поля;–
площадь рамки;–
угловая скорость вращения.
· Индуктивность соленоида
, (43)
где – магнитная постоянная;– магнитная проницаемость вещества;– число витков соленоида;– площадь сечения витка;– длина соленоида.
· Сила тока при размыкании цепи
, (44)
где – установившаяся в цепи сила тока;– индуктивность контура,– сопротивление контура;– время размыкания.
· Сила тока при замыкании цепи
. (45)
· Время релаксации
. (46)
Примеры решения задач
Пример 1.
Магнитное
поле изменяется по закону ,
где=
15 мТл,. В
магнитное поле помещен круговой
проводящий виток радиусом = 20
см под угломк
направлению поля (в начальный момент
времени).
Найти эдс индукции, возникающую в
витке в момент времени=
5 с.
Решение
По закону электромагнитной индукции возникающая в витке эдс индукции , где– магнитный поток, сцепленный в витке.
,
где – площадь витка,;– угол между направлением вектора магнитной индукциии нормалью к контуру:.
.
Подставим числовые значения: = 15 мТл,,= 20 см = = 0,2 м,.
Вычисления дают .
Пример 2 В однородном магнитном поле с индукцией = 0,2 Тл расположена прямоугольная рамка, подвижная сторона которой длиной= 0,2 м перемещается со скоростью= 25 м/с перпендикулярно линиям индукции поля (рис. 42). Определить эдс индукции, возникающую в контуре. Решение При
движении проводника АВ в магнитном
поле площадь рамки увеличивается,
следовательно, возрастает магнитный
поток сквозь рамку и возникает эдс индукции. |
По закону Фарадея , где, тогда, но, поэтому.
Так, .
Знак «–» показывает, что эдс индукции и индукционный ток направлены против часовой стрелки.
САМОИНДУКЦИЯ
Каждый проводник, по которому протекает эл.ток, находится в собственном магнитном поле.
При изменении силы тока в проводнике меняется м.поле, т.е. изменяется магнитный поток, создаваемый этим током. Изменение магнитного потока ведет в возникновению вихревого эл.поля и в цепи появляется ЭДС индукции. Это явление называется самоиндукцией.Самоиндукция — явление возникновения ЭДС индукции в эл.цепи в результате изменения силы тока. Возникающая при этом ЭДС называется ЭДС самоиндукции
Проявление явления самоиндукции
Замыкание
цепи
При
замыкании в эл.цепи нарастает ток, что
вызывает в катушке увеличение магнитного
потока, возникает вихревое эл.поле,
направленное против тока, т.
е. в катушке
возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая
нарастанию тока в цепи ( вихревое поле
тормозит электроны).
В результатеЛ1
загорается позже, чем
Л2.
Размыкание цепи При размыкании эл.цепи ток убывает, возникает уменьшение м.потока в катушке, возникает вихревое эл.поле, направленное как ток ( стремящееся сохранить прежнюю силу тока) , т.е. в катушке возникает ЭДС самоиндукции, поддерживающая ток в цепи. В результате Л при выключении ярко вспыхивает. Вывод в электротехнике явление самоиндукции проявляется при замыкании цепи (эл.ток нарастает постепенно) и при размыкании цепи (эл.ток пропадает не сразу).
ИНДУКТИВНОСТЬ
От чего зависит ЭДС самоиндукции? Эл.ток создает собственное магнитное поле . Магнитный поток через контур пропорционален индукции магнитного поля (Ф ~ B), индукция пропорциональна силе тока в проводнике (B ~ I), следовательно магнитный поток пропорционален силе тока (Ф ~ I). ЭДС самоиндукции зависит от скорости изменения силы тока в эл.
цепи, от свойств
проводника
(размеров и формы) и от
относительной магнитной проницаемости
среды, в которой находится
проводник.
Физическая величина,
показывающая зависимость ЭДС самоиндукции
от размеров и формы проводника и от
среды, в которой находится проводник,
называется коэффициентом самоиндукции
или индуктивностью.
Индуктивность —
физ. величина, численно равная ЭДС
самоиндукции, возникающей в контуре
при изменении силы тока на 1Ампер за 1
секунду.
Также индуктивность можно
рассчитать по формуле:где Ф — магнитный поток через контур, I — сила тока в контуре.
Единицы измерения индуктивности в системе СИ:
Индуктивность катушки зависит от: числа витков, размеров и формы катушки и от относительной магнитной проницаемости среды ( возможен сердечник).
ЭДС САМОИНДУКЦИИ
ЭДС самоиндукции препятствует нарастанию силы тока при включении цепи и убыванию силы тока при размыкании цепи.
Для
характеристики намагниченности вещества
в магнитном поле используетсямагнитный
момент (Рм).
Он
численно равен механическому моменту,
испытываемому веществом в магнитном
поле с индукцией в 1 Тл.
Магнитный момент единицы объема вещества характеризует его намагниченность — I, определяется по формуле:
I= Рм /V, (2.4)
где V — объем вещества.
Намагниченность в системе СИ измеряется, как и напряженность, в А/м, величина векторная.
Магнитные свойства веществ характеризуются объемной магнитной восприимчивостью — cо , величина безразмерная.
Если какое-либо тело поместить в магнитное поле с индукцией В0, то происходит его намагничивание. Вследствие этого тело создает свое собственное магнитное поле с индукцией В‘, которое взаимодействует с намагничивающим полем.
В этом случае вектор индукции в среде (В)будет слагаться из векторов:
В
= В0 +
В‘(знак
вектора опущен), (2.
5)
где В‘ —индукция собственного магнитного поля намагнитившегося вещества.
Индукция собственного поля определяется магнитными свойствами вещества, которые характеризуются объемной магнитной восприимчивостью — cо , справедливо выражение:В‘ = cо В0 (2.6)
Разделим на m0 выражение (2.6):
В‘/ mо= cо В0 /m0
Получим: Н‘ = cо Н0 , (2.7)
но Н‘ определяет
намагниченность вещества I,
т.е. Н‘ = I,
тогда из (2.
7):
I = cо Н0. (2.8)
Таким образом, если вещество находится во внешнем магнитном поле с напряженностьюН0, то внутри него индукция определяется выражением:
В=В0 + В‘ = m0Н0 +m0Н‘ = m0 (Н0 + I) (2.9)
Последнее выражение строго справедливо, когда сердечник (вещество) находится полностью во внешнем однородном магнитном поле (замкнутый тор, бесконечно длинный соленоид и т.д.).
Введение в измерение магнитного тока
- Учебный дом TI
- Лаборатория точности TI
- TI Precision Labs — Датчики
- Магнитные датчики
- Магнитные датчики тока
- Введение в измерение магнитного тока
Лаборатория TI Precision
МЕНЮ
Датчики температуры (20)
Магнитные датчики (24)
Введение в магнитное зондирование (3)
Основные характеристики магнитных датчиков (5)
Применение магнитных датчиков (9)
Расчет магнитных полей (1)
Магнитные датчики тока (2)
Датчики тока на эффекте Холла (1)
Характеристики системы (3)
Датчики влажности (6)
Датчики внешней освещенности (18)
Ультразвуковой датчик (8)
Индуктивное измерение (6)
Электронная почта
[ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ МУЗЫКИ] Здравствуйте и добро пожаловать в серию TI Precision Lab, посвященную магнитным датчикам.
Меня зовут Ян Уильямс. И я менеджер по приложениям Current Sensing Products. В этом видео мы представим введение в измерение магнитного тока, включая сравнение прямого и непрямого измерения, обзор закона Ампера и обзор различных технологий измерения магнитного тока.
Прямое или шунтовое определение тока основано на законе Ома. При подключении шунтирующего резистора последовательно к нагрузке системы на шунтирующем резисторе создается напряжение, пропорциональное току нагрузки системы. Напряжение на шунте можно измерить с помощью дифференциальных усилителей, таких как усилители измерения тока, операционные усилители, дифференциальные усилители или инструментальные усилители.
Этот метод является инвазивным измерением тока, поскольку шунтирующий резистор и измерительная схема электрически связаны с контролируемой системой. Таким образом, прямое измерение обычно используется, когда гальваническая развязка не требуется, хотя изолированные устройства доступны.
Шунтирующий резистор также рассеивает мощность, что может быть нежелательно.
Измерение постоянного тока обычно применяется для токов нагрузки менее 100 ампер, которые не очень динамичны, и при напряжениях обычно менее 100 вольт. Для получения дополнительной информации о измерении постоянного тока, пожалуйста, посмотрите серию видеороликов TI Precision Labs об усилителях измерения тока.
Косвенное или магнитное измерение тока основано на законе Ампера. Согласно закону Ампера, магнитное поле в пространстве вокруг проводника пропорционально электрическому току через этот проводник. При размещении магнитного датчика, такого как датчик Холла, рядом с проводником с током, на датчике генерируется напряжение, пропорциональное магнитному полю, воспринимаемому датчиком.
Этот метод позволяет проводить неинвазивные измерения, когда схема датчиков не связана электрически с денежной системой. Поскольку между схемой датчиков и системой нет прямой связи, система по своей сути изолирована. Это делает измерение магнитного тока отличным выбором для измерения высокого напряжения или динамического тока.
В прошлом косвенное измерение тока обычно использовалось только для измерения токов силой 100 ампер и выше. Датчики были относительно дорогими и не подходили для измерения токов на печатной плате. Кроме того, часто требовалась некоторая магнитная конструкция, например, использование магнитных сердечников для ослабления или концентрации магнитного потока, видимого датчиком.
Однако достижения в области технологий и снижение цен привели к появлению более новых устройств, таких как встроенные датчики магнитного тока, которые относительно недороги и хорошо подходят для более низких токов на печатной плате.
Давайте уделим немного времени краткому обзору закона Ампера и правила правой руки. Как указано на предыдущем слайде, закон Ампера гласит, что магнитное поле в пространстве вокруг проводника пропорционально электрическому току через этот проводник. Но в каком направлении следуют линии магнитного потока?
Правило правой руки — простой и полезный способ определить это. Линии магнитного поля вокруг проводника образуют концентрические окружности, перпендикулярные проводнику, если вы поднимите большой палец вверх правой рукой и направите большой палец в направлении тока, ваши пальцы согнуты в том же направлении, что и направление магнитного поля.
.
Направление магнитного поля важно для датчиков магнитного тока, поскольку эти устройства имеют определенную ось чувствительности. Если направление магнитного потока не совпадает с их осью чувствительности, они не обнаружат поле и не дадут измеримого выходного сигнала. Например, устройства обычно чувствительны к полям, перпендикулярным поверхности корпуса.
Следовательно, такое устройство не может измерять ток непосредственно по дорожке печатной платы, поскольку поле в этом месте распространяется по корпусу, а не внутрь корпуса. Вместо этого устройство следует переместить рядом с трассой, по которой поле перемещается в упаковку.
Существует несколько различных реализаций измерения магнитного тока или MCS, в которых используется одна и та же фундаментальная физика, заданная законом Ампера, который мы обсуждали ранее. Поскольку физика одинакова для всех этих решений, разница заключается в механической и магнитной интеграции решения. Где генерируется и измеряется поле относительно текущего потока?
Пространство решений можно условно разделить на три разных типа в зависимости от этой механической интеграции. Во-первых, датчики на основе модулей обычно используют магнитный тороид или другую геометрию для концентрации магнитного поля, создаваемого проводником с током. Эти системы обычно продаются сторонними производителями, поскольку требуется высокая степень магнитной конструкции.
Далее, измерение окружающего магнитного тока использует окружающее поле в воздухе, создаваемое дорожкой печатной платы, шиной или другим проводником для измерения тока. Это достигается с помощью линейного датчика Холла или другого магнитного датчика на некотором фиксированном механическом расстоянии от проводника. В этом типе решения также может использоваться магнитный концентратор или экран для улучшения уровней сигнала или уменьшения влияния полей рассеяния.
Наконец, третий тип — измерение магнитного тока в корпусе. В этой технологии измеряемый ток фактически проходит через корпус устройства. И магнитное поле, создаваемое током, протекающим через выводную рамку, измеряется внутри с помощью изолированного датчика IC.
Различия между этими различными решениями не всегда очевидны. Это важно помнить, поскольку каждая реализация имеет присущие преимущества и проблемы, но может принципиально решить одну и ту же проблему и, таким образом, быть взаимозаменяемой в определенной степени, в зависимости от требований приложения.
Итак, каковы некоторые из проблем, стоящих перед измерением магнитного тока? При разработке модуля необходим значительный уровень механической и магнитной конструкции. Это может быть незнакомой территорией для инженеров, которые обычно работают в области электротехники. Хотя он может создать мощное сенсорное решение, сложность и стоимость, связанные с конструкцией модуля, делают его недоступным для многих приложений.
Датчики окружающей среды зависят от расстояния до магнитного поля, создаваемого проводником с током, в то время как датчики окружающего воздуха и внутрикорпусные датчики чувствительны к помехам от рассеянных магнитных полей, других магнитных материалов в системе и компоновке печатной платы.
Встроенные магнитные датчики тока имеют еще несколько уникальных проблем, включая возможности изолирующего барьера и тепловые ограничения его возможностей измерения тока. Есть решения этих проблем. Например, с полями рассеяния можно бороться, используя дифференциальные датчики или экранируя датчик. Более подробная информация об этих проблемах и о том, как с ними справляться, будет представлена в следующих видеороликах этой серии.
При выборе устройства измерения тока вы можете задаться вопросом, какое устройство или технология лучше всего подходят для этой задачи. Хотя обычно существует несколько возможных вариантов применения, на приведенном здесь изображении показаны наиболее подходящие технологии для заданного первичного тока и синфазного напряжения. Обратите внимание, что это сравнение очень упрощено, и границы каждой технологии четко не определены.
Сделаем пример. Что делать, если приложение требует измерения от 10 миллиампер до 10 ампер при обычном режиме 12 вольт? В этом случае неизолированные усилители кажутся очевидным выбором.
В другом случае может потребоваться измерение от одного ампера до 100 ампер при обычном режиме 100 вольт. Здесь все гораздо менее ясно, так как неизолированные усилители, магнитные усилители в корпусе и изолированные усилители, кажется, подходят. Чтобы выбрать правильное устройство, вам нужно учитывать, требуется ли изоляция, а также производительность, стоимость и другие важные факторы для вашего приложения.
На этом видео заканчивается. Спасибо за просмотр. Пожалуйста, попробуйте пройти викторину, чтобы проверить свое понимание содержания. Для получения дополнительной информации и видеороликов о магнитных датчиках тока посетите сайт ti.com/halleffect.
Предыдущий Далее
Описание
13 марта 2020 г.
В этом видеоролике представлено введение в измерение магнитного тока, включая сравнение прямого и непрямого измерения, обзор закона Ампера и обзор различных технологий измерения магнитного тока.
Скачать слайды вебинара
Дополнительная информация
«Магнитный» ток | Природа
- Опубликовано:
- ДЖЕЙМС Т. КЕНДАЛЛ 1
Природа том 153 , страницы 157–158 (1944 г.)Процитировать эту статью
63 доступа
2 Цитаты
Сведения о показателях
Abstract
Сообщение об утверждении Эренхафта об открытии магнитного тока, появившееся в ежедневной прессе от 17 января, очень кратко и, возможно, неточно.
Однако это оказалось настолько совершенно противоречащим фундаментальным концепциям электричества и магнетизма, что вдумчивые читатели должны поискать в уме другие интерпретации экспериментальных явлений, которые, как сообщается, он наблюдал. Соответственно, мы немедленно установили аппаратуру для повторения экспериментов, описанных в прессе.
Это предварительный просмотр содержимого подписки, доступ через ваше учреждение
Варианты доступа
Подписаться на журнал
Получить полный доступ к журналу на 1 год
199,00 €
всего 3,90 € за выпуск
Подписаться
Расчет налогов будет завершен во время оформления заказа.
Купить статью
Получите ограниченный по времени или полный доступ к статье на ReadCube.
32,00 $
Купить
Все цены указаны без учета стоимости.
Информация об авторе
Авторы и организации
Исследовательский отдел Metropolitan-Vickers Electrical Co.
