Brezkontaktno vezje tokovnega senzorja z uporabo IC Hall-Effect

V tem članku izvemo o preprostem brezkontaktnem tokokrogu senzorja toka s pomočjo IC senzorja Hall-ovega učinka.

Zakaj senzor učinka Hall

Kar zadeva zaznavanje tokov (amperov), so linearne naprave s Hallovim učinkom najboljše in najbolj natančne.

Te naprave lahko zaznajo in izmerijo tok od nekaj amperov do več tisoč. Poleg tega omogoča meritve zunaj, ne da bi bil potreben fizični stik s prevodnikom.

Ko tok prehaja skozi vodnik, običajno nastane magnetno polje s prostim prostorom približno 6,9 gauss na amper.

To pomeni, da je treba dobiti veljaven izhod iz naprave z učinkom Halla, ki jo je treba konfigurirati v obsegu zgornjega polja.

Za vodnike z nizkim tokom to pomeni, da je treba napravo konfigurirati v posebej zasnovanih napravah za povečanje dosega in zaznavnih sposobnosti senzorja.

Vendar pa za prevodnik, ki prenaša velike jakosti toka, morda ni potrebna posebna ureditev, linearna naprava s Hallovim učinkom pa bi lahko neposredno zaznavala in merila ojačevalnike, tako da bi se postavila v režo torroida.

Izračun magnetnega pretoka

Gostota magnetnega pretoka nad napravo je lahko formulirana tako:

B = I / 4 (pi) r ali I = 4 (pi) rB

kje,
B = poljska jakost v Gaussu
I = tok v amperih
r = razdalja od središča vodnika do nameščene naprave v palcih.

Opaziti je mogoče, da bo element Hallovega učinka ustvaril najbolj optimalen odziv, če je postavljen pravokotno na magnetno polje. Razlog za to je manjša tvorba kosinusov kota v primerjavi s kotnimi polji pri 90 stopinjah.

Brezkontaktno merjenje toka (nizko) z uporabo tuljave in naprave s Hallovim efektom

Kot smo že omenili, postane merjenje skozi tuljavo nižjih tokov koristno, saj tuljava pomaga koncentrirati gostoto pretoka in s tem občutljivost.

Izboljšanje vrzeli med napravami in tuljavami

Z uveljavitvijo zračne reže od naprave do tuljave 0,060 'dosežena efektivna gostota magnetnega pretoka postane:

B = 6,9nI ali n = B / 6,9I

kjer je n = število zavojev tuljave.

Kot primer, za vizualizacijo 400 gauss pri 12 amperih se lahko uporabi zgornja formula kot:

n = 400/83 = 5 obratov

Vodnik z nižjimi jakostmi toka, običajno pod 1 Gaussom, postane težko zaznati zaradi prisotnosti lastnih motenj, ki jih običajno spremljajo polprevodniške naprave in linearni ojačevalni tokokrogi.

Širokopasovni šum, ki se oddaja na izhodu naprave, je običajno 400uV RMS, kar ima za posledico napako približno 32 mA, ki bi lahko bila znatno velika.

Za pravilno prepoznavanje in merjenje nizkih tokov se uporablja spodaj prikazana razporeditev, pri kateri je vodnik nekajkrat (n) ovit okoli toroidnega jedra in daje naslednjo enačbo:

B = 6,9 nI

kjer je n število zavojev

Metoda omogoča, da se magnetna polja nizkega toka okrepijo dovolj, da napravi Hallovega učinka zagotovijo podatke brez napak za nadaljnjo pretvorbo v volte.

Brezkontaktno merjenje toka (visokega) z uporabo toroida in naprave z učinkom Halla

V primerih, ko je tok skozi vodnik lahko visok (približno 100 amperov), se lahko naprava za Hallov učinek neposredno uporabi preko toroidnega sistema za merjenje zadevnih velikosti.

Kot je razvidno na spodnji sliki, je Hallov učinek nameščen med razdelitvijo ali režo toroida, medtem ko vodnik, ki prenaša tok, prehaja skozi torroidni obroč.

Magnetno polje, ustvarjeno okoli vodnika, je zgoščeno v torroidu in ga Hall-ova naprava zazna za zahtevane pretvorbe na izhodu.

Enakovredne pretvorbe, ki jih je naredil Hallov učinek, je mogoče neposredno prebrati, tako da njegove vodnike ustrezno povežete z digitalnim multimetrom, nastavljenim na mV DC.

Napajalni kabel IC-ja z učinkom Hall mora biti v skladu z njegovimi specifikacijami povezan z enosmernim tokom.

Vljudnost:

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