Κύκλωμα αισθητήρα ρεύματος χωρίς επαφή με χρήση Hall-Effect IC

Σε αυτό το άρθρο μαθαίνουμε για ένα απλό κύκλωμα αισθητήρα ρεύματος χωρίς επαφή χρησιμοποιώντας ένα IC αισθητήρα εφέ Hall.

Γιατί Hall Effect Sensor

Όσον αφορά την ανίχνευση τρέχουσας (Amps) γραμμικής συσκευής Hall-effect είναι οι καλύτερες και οι πιο ακριβείς.

Αυτές οι συσκευές μπορούν να ανιχνεύσουν και να μετρήσουν το ρεύμα από μερικούς ενισχυτές έως πολλές χιλιάδες. Επιπλέον επιτρέπει στις μετρήσεις να γίνονται εξωτερικά χωρίς να απαιτείται φυσική επαφή με τον αγωγό.

Όταν το ρεύμα διέρχεται από έναν αγωγό, συνήθως δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο ελεύθερου χώρου περίπου 6,9 gauss ανά αμπέρ.

Αυτό υπονοεί, για να λάβετε μια έγκυρη έξοδο από τη συσκευή Hall-effect, πρέπει να διαμορφωθεί εντός του εύρους του παραπάνω πεδίου.

Για αγωγούς με χαμηλά ρεύματα, αυτό σημαίνει ότι η συσκευή πρέπει να διαμορφωθεί σε ειδικά σχεδιασμένες ρυθμίσεις για την ενίσχυση της εμβέλειας και των δυνατοτήτων ανίχνευσης του αισθητήρα.

Ωστόσο, για τον αγωγό που μεταφέρει υψηλά μεγέθη ρεύματος, μπορεί να μην απαιτείται ειδική διάταξη και η γραμμική συσκευή Hall-effect θα μπορούσε να ανιχνεύσει και να μετρήσει τους ενισχυτές απευθείας τοποθετώντας τον μέσα σε ένα σπειροειδές κενό.

Υπολογισμός μαγνητικής ροής

Η πυκνότητα μαγνητικής ροής πάνω στη συσκευή μπορεί να διατυπωθεί ως εξής:

B = I / 4 (pi) r, ή I = 4 (pi) rB

που,
B = δύναμη πεδίου στο Gauss
I = ρεύμα σε Αμπέρ
r = απόσταση από το κέντρο του αγωγού έως τη συσκευή που βρίσκεται σε ίντσες.

Μπορεί να σημειωθεί ότι ένα στοιχείο Hall-effect θα παράγει την βέλτιστη απόκριση όταν τοποθετείται κάθετα σε ένα μαγνητικό πεδίο. Ο λόγος είναι, μειωμένη παραγωγή συνημίτονου της γωνίας σε σύγκριση με γωνιακά πεδία στους 90 μοίρες.

Μέτρηση ρεύματος χωρίς επαφή (χαμηλή) Χρήση συσκευής Coil και Hall-effect

Όπως συζητήθηκε παραπάνω, όταν εμπλέκονται χαμηλότερα ρεύματα, η μέτρησή του μέσω ενός πηνίου καθίσταται χρήσιμο αφού το πηνίο βοηθά στη συγκέντρωση της πυκνότητας ροής και επομένως της ευαισθησίας.

Εφαρμογή του κενού συσκευής σε πηνίο

Με την επιβολή ενός κενού αέρα από συσκευή σε πηνίο 0,060 ', η αποτελεσματική πυκνότητα μαγνητικής ροής που επιτυγχάνεται γίνεται:

B = 6.9nI ή n = B / 6.9I

όπου n = αριθμός στροφών πηνίου.

Για παράδειγμα, για την απεικόνιση 400 gauss σε 12 αμπέρ, ο παραπάνω τύπος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως:

n = 400/83 = 5 στροφές

Ένας αγωγός που φέρει χαμηλότερα μεγέθη ρεύματος, τυπικά κάτω από 1 gauss γίνεται δύσκολο να γίνει αισθητός λόγω της παρουσίας εγγενών παρεμβολών που συνήθως συνοδεύονται από συσκευές στερεάς κατάστασης και κυκλώματα γραμμικών ενισχυτών.

Ο θόρυβος ευρείας ζώνης που εκπέμπεται στην έξοδο της συσκευής είναι συνήθως 400uV RMS, με αποτέλεσμα ένα σφάλμα περίπου 32mA, που θα μπορούσε να είναι σημαντικά μεγάλο.

Προκειμένου να αναγνωριστεί και να μετρηθεί σωστά τα χαμηλά ρεύματα, χρησιμοποιείται μια διάταξη που φαίνεται παρακάτω όπου ο αγωγός τυλίγεται γύρω από έναν τοροειδή πυρήνα μερικές φορές (n), δίνοντας την ακόλουθη εξίσωση:

Β = 6,9nI

όπου n είναι ο αριθμός στροφών

Η μέθοδος επιτρέπει στα μαγνητικά πεδία χαμηλού ρεύματος να ενισχυθούν επαρκώς για να παρέχουν στη συσκευή Hall-effect δεδομένα χωρίς σφάλματα για την επακόλουθη μετατροπή σε βολτ.

Μέτρηση ρεύματος χωρίς επαφή (υψηλή) Χρήση συσκευής Toroid και Hall-effect

Σε περιπτώσεις όπου το ρεύμα μέσω του αγωγού μπορεί να είναι υψηλό (περίπου 100 αμπέρ), μια συσκευή εφέ Hall μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας μέσω σπειροειδούς τομής για τη μέτρηση των εν λόγω μεγεθών.

Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, το εφέ Hall τοποθετείται μεταξύ της διάσπασης ή του κενού του σπειροειδούς ενώ ο αγωγός που μεταφέρει το ρεύμα περνά μέσω του δακτυλίου του δακτυλίου.

Το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται γύρω από τον αγωγό συγκεντρώνεται εντός του δακτυλίου και ανιχνεύεται από τη συσκευή Hall για τις απαιτούμενες μετατροπές στην έξοδο.

Οι ισοδύναμες μετατροπές που πραγματοποιούνται από το εφέ Hall μπορούν να διαβαστούν απευθείας συνδέοντας κατάλληλα τους αγωγούς του σε ένα ψηφιακό πολύμετρο σε εύρος mV DC.

Το καλώδιο τροφοδοσίας του Hall-effect IC πρέπει να συνδεθεί σε μια πηγή DC σύμφωνα με τις προδιαγραφές του.

Ευγένεια:

allegromicro.com/~/media/Files/Technical-Documents/an27702-Linear-Hall-Effect-Sensor-ICs.ashx