Основы датчиков тока

Датчики тока являются разомкнутыми или замкнутыми. Датчики тока без обратной связи измеряют токи переменного и постоянного тока и обеспечивают электрическую изоляцию между измеряемой цепью и выходом датчика (первичный ток измеряется без электрического контакта с первичной цепью, обеспечивая гальваническую развязку). Менее дорогие, чем их родственники с замкнутым контуром, датчики тока с разомкнутым контуром, как правило, предпочтительнее в цепях с питанием от батареи, учитывая их требования к низкому рабочему энергопотреблению и небольшую занимаемую площадь.

Датчики с обратной связью измеряют токи переменного и постоянного тока и обеспечивают электрическую изоляцию. Они предлагают быстрый отклик, высокую линейность и низкую температуру дрейфа. Токовый выход датчика с обратной связью относительно невосприимчив к электрическим помехам. Датчик с обратной связью иногда называют датчиком с нулевым магнитным потоком, потому что его датчик Холла подает обратно противоположный ток во вторичную катушку, намотанную на магнитный сердечник, чтобы обнулить поток, создаваемый в магнитном сердечнике первичным током. Датчики с замкнутым контуром часто являются предпочтительным датчиком, когда необходима высокая точность.

Давайте теперь подробнее рассмотрим оба типа, начиная с датчиков с разомкнутым контуром.

Датчики тока с разомкнутым контуром состоят из датчика Холла, установленного в воздушном зазоре магнитного сердечника (рис. 1). Проводник создает магнитное поле, сравнимое с током. Магнитное поле концентрируется сердечником и измеряется датчиком Холла. Сигнал от генератора Холла низкий, поэтому он усиливается, и именно этот усиленный сигнал становится выходом датчика. Датчики с разомкнутым контуром обычно имеют схему, которая обеспечивает температурную компенсацию и откалиброванный выход высокого напряжения. Хотя они имеют определенное ценовое преимущество по сравнению с аналогами в замкнутом цикле, их недостатком является то, что они могут быть подвержены насыщению и температурным дрейфам. Однако дрейф можно до некоторой степени свести к минимуму, введя положительный коэффициент в управляющий ток, чтобы уменьшить дрейф чувствительности к температуре.

Рисунок 1: Иллюстрация основного принципа и структуры датчика тока разомкнутого контура Холла. (Предоставлено Honeywell).

Если посмотреть на рис. 1, если ток возбуждения в системе с разомкнутым контуром регулируется с использованием источника постоянного тока и дифференциальное напряжение Холла усиливается, выходное напряжение, пропорциональное только первичному току, может быть получено электронной схемой.

Одним из примеров является датчик Холла с поверхностным монтажом с эффектом Холла серии HMS от LEM (рис. 2). Датчик имеет гальваническую развязку между первичной и вторичной цепями; Испытательное напряжение изоляции 4300 В; низкое энергопотребление; 12 мм, крайне низкопрофильный; одиночный источник питания +5 В; и фиксированное смещение и усиление.

Рисунок 2: Преобразователь Холла с разомкнутым контуром серии HMS. (Предоставлено LEM).

В основном используется в промышленных приложениях для приводов с переменной скоростью переменного тока, статических преобразователей для приводов двигателей постоянного тока, приложений с питанием от батарей, источников бесперебойного и импульсного питания, а также источников питания для сварки.

Другим примером являются миниатюрные проводные датчики тока с разомкнутым контуром Honeywell серии CSLW (рис. 3). Серия включает в себя серию миниатюрных ратиометрических линейных датчиков Холла с серией SS490, а чувствительный элемент заключен в пластиковую упаковку для монтажа на печатной плате. Узел датчика тока состоит из датчика, коллектора потока, корпуса и катушки с проводом.

Рисунок 3: Миниатюрный проводной датчик тока с разомкнутым контуром Honeywell серии CSLW. (Предоставлено Honeywell).

В этом случае проводная конструкция с разомкнутым контуром имеет несколько витков для повышения чувствительности. Другие примечательные особенности включают в себя измерение переменного или постоянного тока, линейный коэффициентометрический выход, ослабление тока или выходное напряжение для гибкости сопряжения, низкие вносимые потери, быстрое время отклика, компактный размер и точное, недорогое измерение. Приложения включают в себя робототехнику, приводы с регулируемой скоростью, управление производственным процессом, управление двигателем в приборах, систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, защиту от перегрузки по току и контроль тока электронных цепей.

Быстрый отклик и высокая точность

По сравнению с разомкнутыми, датчики с замкнутым контуром измеряют токи переменного и постоянного тока и обеспечивают электрическую изоляцию, быструю реакцию, высокую линейность и дрейф при низкой температуре. Их ток на выходе впечатляюще невосприимчив к электрическим помехам. Известные высокой точностью, они состоят из генератора Холла, установленного в воздушном зазоре магнитного сердечника, катушки вокруг сердечника и усилителя тока. Проводник с током, размещенный через отверстие датчика, создает магнитное поле, пропорциональное току. Это поле концентрируется ядром и воспринимается генератором Холла. Генератор Холла подключен к входу усилителя тока, который приводит в движение катушку. Ток через катушку создает противоположное поле, создаваемое током через апертуру.

Выход этого датчика пропорционален как току апертуры, так и числу витков катушки. Если чистый первичный ток через апертуру преобразователя тока равен I, число витков в компенсационной обмотке равно N, а ток в компенсационной обмотке равен i, то при условии нулевого потока I = Ni.

Выходной ток датчика с обратной связью преобразуется в величину напряжения путем подключения резистора к выходу датчика и заземлению. Выбор значения резистора может привести к масштабированию выхода.

Примером преобразователя тока с превосходной точностью, хорошей линейностью и очень низким температурным дрейфом является LTS 25-NP от LEM (Рис.4). Устройство представляет собой многодиапазонный преобразователь тока с замкнутым контуром (с компенсацией), использующий эффект Холла. Ключевые особенности включают в себя:

· Униполярное напряжение питания

· Изолированный пластиковый корпус, признанный в соответствии с UL 94-V0

· Компактный дизайн для монтажа на печатной плате

· Встроенное измерение сопротивления

· Расширенный измерительный диапазон.

Рисунок 4: Датчик тока LEM LTS 25-NP с обратной связью. (Предоставлено LEM).

Приложения для устройства в основном относятся к промышленной области и включают в себя приводы с переменной скоростью переменного тока и сервоприводы, статические преобразователи для приводов двигателей постоянного тока, приложения с питанием от батарей, источники бесперебойного питания, импульсные источники питания и источники питания для сварочных работ.

Резюме

Хотя оба типа датчиков могут быть экономичными в зависимости от требований применения, датчики с разомкнутым контуром обеспечивают лучшее экономическое преимущество в диапазонах высоких токов (более 100 А). Они также имеют самый маленький размер и вес. Они поддерживают постоянное энергопотребление независимо от измеряемого тока. Ценовое преимущество открытых датчиков может быть реализовано только для применений, где изменение температуры может быть ограничено.

Датчики тока с обратной связью, с другой стороны, больше подходят для коммерческих и промышленных применений, где они обычно встречаются. Эти датчики имеют высочайшую точность при температуре окружающей среды и высокой температуре. Они идеально подходят для шумной среды, и их выходной сигнал легко преобразуется в напряжение.

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с нами по sales@xfullstar.com