Základy prúdových senzorov

Prúdové senzory sú buď v otvorenej alebo v uzavretej slučke. Senzory prúdu s otvorenou slučkou merajú striedavé a jednosmerné prúdy a poskytujú elektrickú izoláciu medzi meraným obvodom a výstupom zo senzora (primárny prúd sa meria bez elektrického kontaktu s primárnym obvodom, čím sa zabezpečuje galvanické oddelenie). Senzory prúdu s otvorenou slučkou, ktoré sú lacnejšie ako ich bratranci v uzavretej slučke, sa vo všeobecnosti uprednostňujú v obvodoch napájaných z batérií vzhľadom na ich nízke prevádzkové prevádzkové požiadavky a malé rozmery stopy.

Senzory v uzavretej slučke merajú striedavé a jednosmerné prúdy a poskytujú elektrickú izoláciu. Poskytujú rýchlu reakciu, vysokú linearitu a drift pri nízkych teplotách. Prúdový výstup snímača s uzavretou slučkou je relatívne odolný voči elektrickému šumu. Senzor s uzavretou slučkou sa niekedy nazýva snímač „nulového toku“, pretože jeho snímač typu Hall-Effect dodáva opačný prúd do sekundárnej cievky, ktorá je navinutá na magnetickom jadre, aby vynulovala tok vytváraný v magnetickom jadre primárnym prúdom. Senzory s uzavretou slučkou sú často snímačom voľby, keď je nevyhnutná vysoká presnosť.

Pozrime sa bližšie na oba typy, počínajúc senzormi s otvorenou slučkou.

Senzory prúdu s otvorenou slučkou pozostávajú z Hallovho senzora namontovaného vo vzduchovej medzere magnetického jadra (obr. 1). Vodič vytvára magnetické pole porovnateľné s prúdom. Magnetické pole je koncentrované jadrom a merané Hallovým senzorom. Signál z Hallovho generátora je nízky, takže je zosilnený a je to zosilnený signál, ktorý sa stáva výstupom senzora. Senzory s otvorenou slučkou majú obvykle obvody, ktoré poskytujú kompenzáciu teploty a kalibrovaný výstup vysokej úrovne napätia. Aj keď majú určitú cenovú výhodu oproti náprotivkom s uzavretou slučkou, ich nevýhodou je, že môžu byť náchylné na saturáciu a posun teploty. Drift sa môže do určitej miery minimalizovať vstreknutím pozitívneho koeficientu do regulačného prúdu, aby sa znížil citlivosť driftu na teplotu.

Obrázok 1: Obrázok základného princípu a štruktúry snímača prúdu s otvorenou slučkou Hall-Effect. (S láskavým dovolením spoločnosti Honeywell).

Pri pohľade na obr. 1, ak je hnací prúd v systéme s otvorenou slučkou riadený pomocou zdroja konštantného prúdu a zosilnené diferenciálne Hallovo napätie, výstupné napätie úmerné len primárnemu prúdu môže byť získané elektronickým obvodom.

Jedným z príkladov je prúdový prevodník série HMS s otvoreným slučkovým účinkom na povrchovú montáž od LEM (obr. 2). Senzor má galvanické oddelenie medzi primárnym a sekundárnym okruhom; Testovacie napätie pri izolácii 4300 V; nízka spotreba energie; 12 mm, extrémne nízky profil; jeden napájací zdroj +5 V; a fixný offset a zisk.

Obrázok 2: Senzor s otvoreným slučkovým efektom série HMS. (S láskavým dovolením LEM).

Používa sa predovšetkým v priemyselných aplikáciách na striedavé meniče striedavého prúdu, statické prevodníky pre jednosmerné motorové pohony, aplikácie dodávané z batérií, neprerušiteľné a spínané zdroje energie a napájacie zdroje pre aplikácie zvárania.

Ďalším príkladom sú miniatúrne káblové snímače prúdu s otvorenou slučkou série Honeywell CSLW (obrázok 3). Táto séria obsahuje série SS490 miniatúrnych pomerových lineárnych senzorov Hall-effect a snímací prvok je zapuzdrený v plastovom obale pripevniteľnom na DPS. Zostava snímača prúdu sa skladá zo snímača, kolektora toku, krytu a drôtu.

Obrázok 3: Miniatúrne zapojené prúdové snímače série Honeywell CSLW. (S láskavým dovolením spoločnosti Honeywell).

V tomto prípade má káblová konštrukcia s otvorenou slučkou viacnásobné otočenie, aby sa zvýšila citlivosť. K ďalším pozoruhodným vlastnostiam patrí snímanie prúdu striedavým alebo jednosmerným prúdom, lineárny pomerový výstup, pokles prúdu alebo výstup zdroja na flexibilitu rozhrania, nízka strata vloženia, rýchla doba odozvy, kompaktná veľkosť a presné snímanie s nízkymi nákladmi. Aplikácie zahŕňajú robotiku, pohony s premenlivou rýchlosťou, riadenie priemyselných procesov, riadenie motora v zariadeniach, HVAC, nadprúdovú ochranu a sledovanie prúdu elektronických obvodov.

Rýchla odozva a vysoká presnosť

V porovnaní s otvorenou slučkou senzory s uzavretou slučkou merajú striedavé a jednosmerné prúdy a poskytujú elektrickú izoláciu, rýchlu reakciu, vysokú linearitu a drift pri nízkej teplote. Ich súčasný výstup je pôsobivo odolný voči elektrickému šumu. Známe pre vysokú presnosť, sú tvorené Hallovým generátorom namontovaným vo vzduchovej medzere magnetického jadra, cievkou okolo jadra a prúdovým zosilňovačom. Vodič prenášajúci prúd umiestnený cez otvor senzora vytvára magnetické pole, ktoré je úmerné prúdu. Toto pole je sústredené jadrom a snímané Hallovým generátorom. Hallov generátor je pripojený na vstup prúdového zosilňovača, ktorý poháňa cievku. Prúd cez cievku vytvára protiľahlé pole, poskytované prúdom cez otvor.

Výstup tohto senzora je úmerný ako prúdovému otvoru, tak aj počtu otáčok cievky. Ak je čistý primárny prúd cez otvor prúdového prevodníka I, počet závitov vo kompenzačnom vinutí je N a prúd v kompenzačnom vinutí je i, potom pri podmienkach nulového toku I = Ni.

Výstupný prúd snímača s uzavretou slučkou sa prevedie na hodnotu napätia pripojením rezistora k výstupu snímača a uzemnenia. Výber hodnoty odporu môže mať za následok mierku výstupu.

Príkladom prevodníka prúdu s vynikajúcou presnosťou, dobrou linearitou a driftom pri veľmi nízkych teplotách je LTS 25-NP od LEM (obr. 4). Prístroj je prúdový menič s viacnásobným dosahom v uzavretej slučke (kompenzovaný) využívajúci Hallov efekt. Kľúčové vlastnosti zahŕňajú:

· Jednopólové napájanie

· Izolované plastové puzdro rozpoznané podľa UL 94-V0

· Kompaktná konštrukcia pre montáž na DPS

· Zabudovaný merací odpor

· Rozšírený merací rozsah.

Obrázok 4: Snímač prúdu LEM LTS 25-NP s uzavretou slučkou. (S láskavým dovolením LEM).

Aplikácie pre zariadenie sú primárne v priemyselnej oblasti a zahŕňajú striedavé meniče striedavého prúdu a servomotory, statické prevodníky pre jednosmerné motory, aplikácie dodávané z batérií, neprerušiteľné zdroje energie, zdroje so spínaným režimom a zdroje energie pre aplikácie zvárania.

zhrnutie

Aj keď oba typy senzorov môžu byť ekonomické v závislosti od požiadaviek aplikácie, senzory s otvorenou slučkou poskytujú najlepšiu nákladovú výhodu vo vysokom prúdovom rozsahu (nad 100 A). Sú tiež najmenšou veľkosťou a hmotnosťou. Udržiavajú stálu spotrebu energie, bez ohľadu na snímaný prúd. Cenovú výhodu otvorených senzorov je možné realizovať iba v aplikáciách, kde je možné obmedziť zmeny teploty.

Na druhej strane sú snímače prúdu v uzavretej slučke vhodnejšie pre komerčné a priemyselné aplikácie, kde sa bežne vyskytujú. Tieto senzory majú najvyššiu presnosť pri okolitej a vysokej teplote. Sú ideálne pre hlučné prostredie a ich výstup sa ľahko prevádza na napätie.

Pre viac informácií nás kontaktujte na sales@xfullstar.com