Obvod bezkontaktného prúdového snímača využívajúci integrovaný obvod Hall-Effect

V tomto článku sa dozvieme o jednoduchom bezkontaktnom obvode snímača prúdu, ktorý využíva integrovaný snímač s Hallovým efektom.

Prečo snímač Hall Effect

Pokiaľ ide o snímací prúd (A), lineárne zariadenia s Hallovým efektom sú najlepšie a najpresnejšie.

Tieto zariadenia dokážu snímať a merať prúd od niekoľkých zosilňovačov až po tisíce. Ďalej umožňuje vykonávať merania zvonka bez nutnosti fyzického kontaktu s vodičom.

Keď prúd prechádza vodičom, obvykle sa generuje voľné priestorové magnetické pole okolo 6,9 gauss na ampér.

To znamená, že aby sa získal platný výstup zo zariadenia s Hallovým efektom, je potrebné ho nakonfigurovať v rozsahu vyššie uvedeného poľa.

Pre vodiče s nízkym prúdom to znamená, že zariadenie musí byť nakonfigurované vo vnútri špeciálne navrhnutých usporiadaní na zvýšenie dosahu a snímacích schopností snímača.

Avšak pre vodič prenášajúci veľké veličiny prúdu nemusí byť potrebné nijaké špeciálne usporiadanie a lineárne zariadenie s Hallovým javom by bolo schopné snímať a merať zosilňovače priamo tak, že sa umiestni do medzery medzi aroidmi.

Výpočet magnetického toku

Hustota magnetického toku cez zariadenie môže byť formulovaná takto:

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

kde,
B = intenzita poľa v Gauss
I = prúd v ampéroch
r = vzdialenosť od stredu vodiča k umiestnenému zariadeniu v palcoch.

Je možné poznamenať, že prvok s Hallovým efektom vyprodukuje najoptimálnejšiu odozvu, keď je umiestnený kolmo na magnetické pole. Dôvodom bolo zníženie tvorby kosínu v uhle v porovnaní s uhlovými poľami pod uhlom 90 stupňov.

Bezkontaktné meranie prúdu (nízke) pomocou cievky a prístroja s Hallovým efektom

Ako je diskutované vyššie, keď sú zapojené nižšie prúdy, stáva sa meranie pomocou cievky užitočné, pretože cievka pomáha koncentrovať hustotu toku a tým aj citlivosť.

Vynucovanie medzier medzi zariadeniami a cievkami

Vynútením vzduchovej medzery medzi cievkami 0,060 'sa dosiahnutá efektívna hustota magnetického toku stáva:

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

kde n = počet závitov cievky.

Napríklad pre vizualizáciu 400 gaussov pri 12 ampéroch je možné použiť vyššie uvedený vzorec ako:

n = 400/83 = 5 zákrut

Vodič, ktorý vedie prúd s nižšou veľkosťou, zvyčajne pod 1 gauss, je ťažko snímateľný z dôvodu prítomnosti inherentného rušenia, ktoré je obvykle sprevádzané polovodičovými zariadeniami a obvodmi lineárneho zosilňovača.

Širokopásmový šum emitovaný na výstupe zariadenia je zvyčajne 400 uV RMS, čo vedie k chybe asi 32 mA, ktorá môže byť výrazne veľká.

Na správnu identifikáciu a správne meranie nízkych prúdov sa používa usporiadanie zobrazené nižšie, pri ktorom je vodič niekoľkokrát obalený okolo toroidného jadra (n), pričom má nasledujúcu rovnicu:

B = 6,9 nI

kde n je počet závitov

Metóda umožňuje, aby boli slaboprúdové magnetické polia dostatočne zosilnené, aby poskytli prístroju s Hallovým efektom bezchybné údaje pre následnú premenu na volty.

Bezkontaktné meranie prúdu (vysoké) pomocou toroidu a prístroja s Hallovým efektom

V prípadoch, keď môže byť prúd prechádzajúci vodičom vysoký (okolo 100 ampérov), je možné na meranie predmetných veličín priamo použiť Hallov efekt pomocou toroidu s pľuvadlovým rezom.

Ako je možné vidieť na nasledujúcom obrázku, Hallov jav je umiestnený medzi rozdelením alebo medzerou toroidu, zatiaľ čo vodič vedúci prúd prechádza prstencom torroidu.

Magnetické pole generované okolo vodiča je koncentrované v torroide a je detekované Hallovým zariadením pre požadované konverzie na výstupe.

Ekvivalentné konverzie uskutočnené Hallovým efektom je možné priamo načítať vhodným pripojením jeho vývodov k digitálnemu multimetru nastavenému na rozsah mV DC.

Napájací kábel IC s Hallovým efektom by mal byť pripojený k zdroju jednosmerného prúdu podľa jeho špecifikácií.

Zdvorilosť:

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