Základy proudových senzorů

Proudové senzory jsou buď otevřené nebo uzavřené smyčky. Senzory proudu s otevřenou smyčkou měří střídavé a stejnosměrné proudy a zajišťují elektrickou izolaci mezi měřeným obvodem a výstupem ze senzoru (primární proud je měřen bez elektrického kontaktu s primárním obvodem, čímž je zajištěno galvanické oddělení). Senzory proudu s otevřenou smyčkou, které jsou levnější než jejich sestřenice s uzavřenou smyčkou, jsou obecně preferovány v obvodech napájených z baterie vzhledem k jejich nízkým provozním požadavkům na výkon a malým rozměrům stopy.

Senzory s uzavřenou smyčkou měří střídavé a stejnosměrné proudy a zajišťují elektrickou izolaci. Nabízejí rychlou odezvu, vysokou linearitu a drift při nízké teplotě. Proudový výstup snímače s uzavřenou smyčkou je relativně odolný vůči elektrickému šumu. Senzor s uzavřenou smyčkou se někdy nazývá senzor „nulového toku“, protože jeho snímač Hall-Effect vrací zpětný proud do sekundární cívky, navinuté na magnetické jádro, aby nuloval tok vytvářený v magnetickém jádru primárním proudem. Senzory s uzavřenou smyčkou jsou často senzorem volby, pokud je nezbytná vysoká přesnost.

Pojďme se nyní blíže podívat na oba typy, počínaje senzory s otevřenou smyčkou.

Senzory proudu s otevřenou smyčkou se skládají z Hallova senzoru namontovaného ve vzduchové mezeře magnetického jádra (obr. 1). Vodič vytváří magnetické pole srovnatelné s proudem. Magnetické pole je koncentrováno jádrem a měřeno Hallovým senzorem. Signál z Hallova generátoru je nízký, takže je zesílen a právě tento zesílený signál se stává výstupem senzoru. Senzory s otevřenou smyčkou mají obvykle obvody, které poskytují teplotní kompenzaci a kalibrovaný výstup vysokého napětí. I když mají jednoznačnou cenovou výhodu oproti protějškům s uzavřenou smyčkou, jejich nevýhodou je, že mohou být náchylní k nasycení a posunu teploty. Drift může být do určité míry minimalizován vstřikováním kladného koeficientu do řídicího proudu, aby se snížil citlivost driftu na teplotu.

Obrázek 1: Ilustrace základního principu a struktury snímače proudu s otevřenou smyčkou Hall-Effect. (S dovolením Honeywell).

Když se podíváme na obr. 1, pokud je hnací proud v systému s otevřenou smyčkou řízen pomocí zdroje konstantního proudu a zesíleno diferenciální Hallovo napětí, výstupní napětí úměrné primárnímu proudu může být získáno pouze elektronickým obvodem.

Jedním příkladem je proudový měnič proudu s otevřenou smyčkou řady HMS s povrchovou montáží od LEM (obr. 2). Senzor má galvanické oddělení mezi primárním a sekundárním obvodem; Zkušební napětí izolace 4300 V; nízká spotřeba; 12 mm, extrémně nízký profil; jediný zdroj napájení +5 V; a fixní offset a zisk.

Obrázek 2: HMS sonda s otevřeným smyčkovým efektem. (S laskavým svolením LEM).

Používá se především v průmyslových aplikacích pro střídavé měniče střídavého proudu, statické převaděče pro měniče stejnosměrného motoru, aplikace dodávané z baterií, nepřerušitelné a spínané zdroje napájení a zdroje napájení pro svařovací aplikace.

Dalším příkladem jsou miniaturní kabelové snímače proudu s otevřenou smyčkou řady Honeywell CSLW (obrázek 3). Řada obsahuje SS490series miniaturních poměrových lineárních Hallových senzorů a snímací prvek je zapouzdřen v plastovém obalu, který lze namontovat na DPS. Sestava proudového snímače se skládá ze snímače, kolektoru toku, pouzdra a cívky drátu.

Obrázek 3: Miniaturní drátový proudový snímač série Honeywell CSLW. (S dovolením Honeywell).

V tomto případě má kabelová konstrukce s otevřenou smyčkou vícenásobné zatáčky pro zvýšení citlivosti. Mezi další významné vlastnosti patří snímání proudu střídavým nebo stejnosměrným proudem, lineární poměrový výstup, pokles proudu nebo výstup zdroje pro flexibilitu rozhraní, nízká ztráta vložení, rychlá doba odezvy, kompaktní velikost a přesné, levné snímání. Aplikace zahrnují robotiku, pohony s proměnnými otáčkami, řízení průmyslových procesů, řízení motoru v zařízeních, HVAC, nadproudovou ochranu a sledování proudu elektronických obvodů.

Rychlá odezva a vysoká přesnost

Ve srovnání s otevřenou smyčkou snímače s uzavřenou smyčkou měří střídavé a stejnosměrné proudy a zajišťují elektrickou izolaci, rychlou odezvu, vysokou linearitu a drift při nízké teplotě. Jejich aktuální výstup je působivě odolný vůči elektrickému šumu. Známé vysokou přesností se skládají z Hallova generátoru namontovaného ve vzduchové mezeře magnetického jádra, cívky kolem jádra a proudového zesilovače. Vodič přenášející proud umístěný skrz otvor senzoru vytváří magnetické pole, které je úměrné proudu. Toto pole je koncentrováno jádrem a snímáno generátorem Hall. Hallův generátor je připojen ke vstupu proudového zesilovače, který pohání cívku. Proud skrz cívku vytváří protichůdné pole, poskytované proudem skrz otvor.

Výstup tohoto senzoru je úměrný jak proudu apertury, tak počtu závitů cívky. Pokud je čistý primární proud skrz otvor pro proudový převodník I, je počet závitů v kompenzačním vinutí N a proud v kompenzačním vinutí je i, pak při stavu nulového toku I = Ni.

Výstupní proud snímače s uzavřenou smyčkou je převeden na hodnotu napětí připojením odporu k výstupu snímače a kostry. Volba hodnoty rezistoru může mít za následek změnu měřítka výstupu.

Příkladem převodníku proudu s vynikající přesností, dobrou linearitou a driftem při velmi nízkých teplotách je LTS 25-NP od LEM (obr. 4). Zařízení je proudový měnič proudu s uzavřeným okruhem (kompenzovaný) s více rozsahy využívající Hallův efekt. Klíčové vlastnosti zahrnují:

· Unipolární napájení

· Izolované plastové pouzdro rozpoznané podle UL 94-V0

· Kompaktní provedení pro montáž na DPS

· Začleněný měřící odpor

· Rozšířený měřicí rozsah.

Obrázek 4: Proudový snímač LEM LTS 25-NP s uzavřenou smyčkou. (S laskavým svolením LEM).

Aplikace zařízení jsou primárně v průmyslové oblasti a zahrnují měniče střídavého proudu s proměnnými otáčkami a servomotory, statické převaděče pro měniče stejnosměrného motoru, aplikace dodávané z baterie, nepřerušitelné zdroje napájení, zdroje se spínaným režimem a zdroje napájení pro svařovací aplikace.

souhrn

Zatímco oba typy senzorů mohou být ekonomické v závislosti na požadavcích aplikace, senzory s otevřenou smyčkou poskytují nejlepší nákladovou výhodu ve vysokém proudovém rozsahu (nad 100 A). Jsou také nejmenší velikosti a hmotnosti. Udržují konstantní spotřebu energie, bez ohledu na snímaný proud. Cenová výhoda otevřených senzorů může být realizována pouze pro aplikace, kde lze omezit kolísání teploty.

Na druhé straně jsou proudové senzory s uzavřenou smyčkou vhodnější pro komerční a průmyslové aplikace, kde se běžně vyskytují. Tyto senzory mají nejvyšší přesnost při okolní a vysoké teplotě. Jsou ideální pro hlučné prostředí a jejich výstup lze snadno převést na napětí.

Pro více informací nás prosím kontaktujte na sales@xfullstar.com