Osnove tokovnih senzorjev

Trenutni senzorji so bodisi odprti bodisi zaprti. Senzorji odprtega toka merijo izmenične in enosmerne tokove in zagotavljajo električno izolacijo med merjenim vezjem in izhodom senzorja (primarni tok se meri brez električnega stika s primarnim vezjem, kar zagotavlja galvansko izolacijo). Manj dragi kot njihovi bratranci z zaprto zanko, so v tokokrogih na baterije akumulatorji na splošno prednostni senzorji z odprtim krogom, saj imajo potrebe po električni energiji in majhne lastnosti odtisa.

Senzorji zaprte zanke merijo izmenične in enosmerne tokove in zagotavljajo električno izolacijo. Ponujajo hiter odziv, visoko linearnost in nizke temperature. Trenutni izhod senzorja zaprte zanke je relativno imun na električni hrup. Senzor z zaprto zanko se včasih imenuje "Zero-Flux" senzor, ker njegov senzor Hall-Effect vrača nasprotni tok v sekundarno tuljavo, navit na magnetno jedro, da ničelni tok, ki ga v magnetnem jedru ustvari primarni tok. Senzorji z zaprto zanko so pogosto izbirni senzorji, kadar je nujna visoka natančnost.

Oglejmo si zdaj podrobneje obe vrsti, začenši s senzorji z odprto zanko.

Senzorji odprtega toka so sestavljeni iz Hallovega senzorja, nameščenega v zračni reži magnetnega jedra (slika 1). Vodnik proizvaja magnetno polje, ki je primerljivo s tokom. Magnetno polje koncentrira jedro in ga meri Hallov senzor. Signal Hallovega generatorja je nizek, zato se ojača in prav ta ojačani signal postane izhod senzorja. Senzorji z odprto zanko imajo običajno vezje, ki zagotavlja kompenzacijo temperature in kalibriran izhod visoke napetosti. Čeprav imajo nedvomno cenovno prednost pred kolegi z zaprto zanko, je njihova slaba stran ta, da so lahko nagnjeni k nasičenosti in temperaturnemu nihanju. Zamah lahko do neke mere zmanjšamo z vbrizgavanjem pozitivnega koeficienta v regulacijski tok, da zmanjšamo premik občutljivosti na temperaturo.

Slika 1: Prikaz osnovnega principa in strukture senzorja toka odprte zanke Hall-Effect. (Z dovoljenjem Honeywell).

Če pogledamo sliko 1, če se pogonski tok v sistemu z odprto zanko krmili s pomočjo vira konstantnega toka in je diferencialna napetost Halla ojačana, lahko izhodna napetost, sorazmerna s primarnim tokom, dobimo samo z elektronskim vezjem.

Eden od primerov je HMS-serija z odprto zanko Hall-Effect Surface Mount Transducer z LEM (slika 2). Senzor odlikuje galvanska izolacija med primarnim in sekundarnim vezjem; 4300 V izolacijska preskusna napetost; majhna poraba energije; 12 mm, izjemno nizka; en sam napajalnik +5 V; in fiksno pobotanje in dobiček.

Slika 2: HMS-serija Odprta zanka Hall-Effect Transducer. (Z dovoljenjem LEM).

Primarno se uporablja v industrijskih aplikacijah za izmenične hitrosti s izmeničnim številom vrtljajev, statične pretvornike za enosmerne motorne pogone, za napajanje z baterijami, za neprekinjene napajalnike in napajalnike ter za napajanje za varjenje.

Drug primer so miniaturni žični senzorji odprtega kroga Honeywell serije CSLW (slika 3). Serija vsebuje serijo SS490 miniaturnih soodmetričnih, linearnih senzorjev Hallovega učinka, zaznavni element pa je vgrajen v plastično embalažo, nameščeno na PCB. Trenutni sklop senzorjev sestavljajo senzor, kolektor toka, ohišje in žična tuljava.

Slika 3: Miniaturni žični senzor odprtega kroga Honeywell CSLW serije. (Z dovoljenjem Honeywell).

V tem primeru ima žična zasnova odprte zanke več obratov za večjo občutljivost. Druge pomembne lastnosti vključujejo zaznavanje izmeničnega ali enosmernega toka, linearni ratiometric izhod, trenutni ponor ali izhodni vir za prilagodljivost vmesnika, nizko izgubo vstavljanja, hiter odzivni čas, kompaktno velikost in natančno, poceni zaznavanje. Aplikacije vključujejo robotiko, pogone s spremenljivo hitrostjo, nadzor industrijskih procesov, krmiljenje motorja v napravah, HVAC, zaščito pred pretočnim tokom in trenutno spremljanje elektronskih vezij.

Hiter odziv in visoka natančnost

V primerjavi z odprto zanko senzorji z zaprto zanko merijo izmenične in enosmerne tokove in zagotavljajo električno izolacijo, hiter odziv, visoko linearnost in nizko temperaturno odnašanje. Njihov trenutni izhod je impresivno imun na električni hrup. Znani po visoki natančnosti so sestavljeni iz Hallovega generatorja, nameščenega v zračni reži magnetnega jedra, tuljave okoli jedra in ojačevalnika toka. Nosilni vodnik toka, nameščen skozi odprtino senzorja, ustvari magnetno polje, ki je sorazmerno s tokom. To polje je koncentrirano v jedru in zaznava Hall-ov generator. Hallov generator je povezan z vhodom trenutnega ojačevalnika, ki poganja tuljavo. Tok skozi tuljavo ustvarja nasprotno polje, ki ga daje tok skozi odprtino.

Izhod tega senzorja je sorazmeren tako toku zaslonke kot številu obratov tuljave. Če je neto primarni tok skozi odprtino tokovnega pretvornika I, je število obratov v kompenzacijskem navitju N, tok v kompenzacijskem navitju pa je i, potem je pri stanju nič toka I = Ni.

Izhodni tok senzorja z zaprto zanko se pretvori v napetostno figuro s priključitvijo upora na izhod tipala in ozemljitve. Izbira vrednosti upora lahko povzroči skaliranje izhoda.

Primer tokovnega pretvornika z odlično natančnostjo, dobro linearnostjo in zelo nizkim temperaturnim premikom je LTS 25-NP iz LEM (slika 4). Naprava je tokovni pretvornik z več območji v zaprti zanki z uporabo Hallovega učinka. Ključne lastnosti vključujejo:

· Enopolarna napetost

· Izolirani plastični ovitek, prepoznan v skladu z UL 94-V0

· Kompaktna zasnova za pritrditev na PCB

· Vgrajen merilni upor

· Razširjeno območje merjenja

Slika 4: LEM LTS 25-NP senzor toka v zaprti zanki. (Z dovoljenjem LEM).

Aplikacije za napravo so predvsem v industrijski domeni in vključujejo izmenično hitrostne pogone in servo-motorne pogone, statične pretvornike za enosmerne motorne pogone, baterije, napajane naprave, neprekinjene napajalnike, stikalne napajalnike in napajalnike za varjenje.

Povzetek

Medtem ko sta obe vrsti senzorjev lahko varčni glede na zahteve uporabe, senzorji z odprto zanko zagotavljajo najboljšo cenovno ugodnost v območju visokega toka (nad 100 A). So tudi najmanjše velikosti in teže. Ohranjajo konstantno porabo energije, ne glede na zaznani tok. Cenovna prednost odprtih senzorjev se lahko uresniči samo za aplikacije, kjer je nihanje temperatur lahko zelo omejeno.

Po drugi strani so senzorji toka v zaprti zanki bolj primerni za komercialne in industrijske namene, kjer jih običajno najdemo. Ti senzorji imajo najvišjo natančnost pri zunanji in visoki temperaturi. So idealni za hrupna okolja, njihov izhod pa se zlahka pretvori v napetost.

Za več informacij nas kontaktirajte na sales@xfullstar.com