Osnove senzora struje

Trenutni senzori su ili otvoreni ili zatvoreni. Senzori struje otvorene petlje mjere izmjeničnu i istosmjernu struju i pružaju električnu izolaciju između izmjerenog kruga i izlaza senzora (primarna struja se mjeri bez električnog kontakta s primarnim krugom, osiguravajući galvansku izolaciju). Jeftiniji senzori struje s otvorenom petljom uglavnom su poželjniji u odnosu na njihove rođake u zatvorenom krugu, s obzirom na zahtjeve za napajanjem i male mogućnosti otiska.

Senzori zatvorene petlje mjere izmjeničnu i istosmjernu struju i pružaju električnu izolaciju. Nude brz odziv, visoku linearnost i nanošenje niskih temperatura. Trenutni izlaz senzora zatvorene petlje je relativno imun na električni šum. Senzor zatvorene petlje ponekad se naziva i „Zero-Flux“ senzorom, jer njegov Hall-Effect senzor vraća suprotnu struju u sekundarni svitak, namotan na magnetskom jezgru, da bi na nulu proizveo fluks proizveden u magnetskoj jezgri primarnom strujom. Senzori zatvorene petlje često su senzori izbora kad je velika tačnost od presudne važnosti.

Pogledajmo sada bliže oba tipa, počevši od senzora otvorene petlje.

Senzori struje otvorene petlje sastoje se od Hall senzora postavljenog u zračni otvor magnetske jezgre (Sl. 1). Provodnik stvara magnetno polje uporedivo sa strujom. Magnetno polje je koncentrirano jezgrom i mjeri ga Hallov senzor. Signal iz Halovog generatora je nizak, pa je pojačan, a upravo ovaj pojačani signal postaje izlaz senzora. Senzori s otvorenom petljom obično imaju sklop koji omogućuje kompenzaciju temperature i kalibrirani izlaz visokog napona. Iako imaju definitivnu cjenovnu prednost u odnosu na kolege zatvorene petlje, njihova je slaba strana što mogu biti skloni zasićenju i padu temperature. Pomeranje se može donekle umanjiti ubrizgavanjem pozitivnog koeficijenta u kontrolnu struju da bi se smanjio pomicanje osjetljivosti na temperaturu.

Slika 1: Ilustracija osnovnog principa i strukture Hall-Effect senzora struje otvorene petlje. (Ljubaznošću Honeywella).

Gledajući Sl. 1, ako se pogonska struja u otvorenom sustavu petlje upravlja stalnim izvorom struje i diferencijalni napon Halla pojačan, izlazni napon proporcionalan samo primarnoj struji može se dobiti elektroničkim krugom.

Jedan primjer je HMS serija Otvorena petlja sa efektom površinske montaže pomoću LEM (Sl. 2). Senzor ima galvansku izolaciju između primarnog i sekundarnog kruga; Ispitni napon izolacije 4300 V; mala potrošnja energije; 12 mm, izuzetno niskog profila; jedno napajanje +5 V; i fiksno odstupanje i pojačanje.

Slika 2: HMS serija Otvorena petlja sa efektom hale. (Ljubazno od LEM).

Primarno se koristi u industrijskim primjenama za izmjenične brzine s izmjeničnom brzinom, statičke pretvarače za jednosmerne pogonske motore, aplikacije koje se isporučuju iz baterija, neprekidno napajanje s izmjenjivim režimom i napajanje za zavarivanje.

Drugi primer su minijaturni žičani senzori otvorene struje otvorene petlje kompanije Honeywell (slika 3). Serija sadrži SS490 seriju minijaturnih omjer proporcionalnosti, linearni Hall-efekt senzori, a senzorski element je kapsuliran u plastičnom paketu koji se može montirati na PCB. Trenutačni sklop senzora sastoji se od senzora, kolektora fluksa, kućišta i žičane zavojnice.

Slika 3: Minijaturni žičani senzor otvorene struje Honeywell CSLW serije. (Ljubaznošću Honeywella).

U ovom slučaju, ožičeni dizajn s otvorenom petljom ima više okretaja za veću osjetljivost. Ostale značajne karakteristike uključuju izmjeničnu ili istosmjernu struju, linearni ratiometric izlaz, strujni potop ili izlazni izvor za fleksibilnost sučelja, nizak gubitak umetanja, brzo vrijeme odziva, kompaktne veličine i precizno, jeftino istraživanje. Primjene uključuju robotiku, pogone promjenjive brzine, kontrolu industrijskih procesa, kontrolu motora u uređajima, HVAC, zaštitu od prekomjernog struja i trenutno praćenje elektroničkih krugova.

Brz odziv i velika preciznost

U usporedbi s otvorenim krugom, senzori zatvorene petlje mjere izmjeničnu i istosmjernu struju i osiguravaju električnu izolaciju, brz odziv, visoku linearnost i odljev niskih temperatura. Njihov trenutni izlaz impresivno je imun na električni šum. Poznati po visokoj preciznosti, sastoje se od Hallovog generatora ugrađenog u zračni otvor magnetske jezgre, zavojnice oko jezgre i pojačala struje. Provodnik struje koji se nalazi kroz otvor senzora stvara magnetsko polje proporcionalno struji. Ovo polje je koncentrirano jezgrom i osjeti Hall-ov generator. Hallov generator povezan je na ulaz trenutnog pojačala, koje pokreće zavojnicu. Struja kroz zavojnicu proizvodi suprotno polje, koje struja pruža kroz otvor.

Izlaz ovog senzora proporcionalan je i struji blende i broju okretaja zavojnice. Ako je neto primarna struja kroz otvor trenutnog pretvarača I, broj okretaja u kompenzacijskom namotu je N, a struja u kompenzacijskom namotu je i, tada je u stanju nultog toka I = Ni.

Izlazna struja senzora zatvorene petlje pretvara se u vrijednost napona povezivanjem otpornika na izlaz senzora i uzemljenja. Odabir vrijednosti otpornika može rezultirati skaliranjem izlaza.

Primjer strujnog pretvarača s izvrsnom preciznošću, dobrom linearnošću i vrlo niskim temperaturnim nagibom je LTS 25-NP iz LEM (Sl.4). Uređaj je pretvarač struje višestrukog opsega zatvorenog kruga (kompenzirani) koristeći Hall-ov efekt. Ključne karakteristike uključuju:

· Unipolarni napon

· Izolirana plastična futrola prepoznata prema UL 94-V0

· Kompaktan dizajn za montažu na PCB

· Ugrađeni mjerni otpor

· Prošireni opseg merenja.

Slika 4: LEM LTS 25-NP senzor struje u zatvorenoj petlji. (Ljubazno od LEM).

Aplikacije za uređaj uglavnom su u industrijskoj domeni i uključuju izmjenične pogone promjenjive brzine i servo-motorne pogone, statičke pretvarače za jednosmerne pogonske motore, aplikacije koje se isporučuju sa baterijama, neprekidne napajanje, sklopljene sklopke napajanja i napajanje za zavarivanje.

Sažetak

Iako obje vrste senzora mogu biti ekonomične ovisno o zahtjevima primjene, senzori s otvorenom petljom pružaju najbolju prednost u troškovima u rasponima visokih struja (preko 100 A). Takođe su najmanje veličine i težine. Oni održavaju konstantnu potrošnju električne energije, bez obzira na osjetljivu struju. Cjenovna prednost otvorenih senzora može se ostvariti samo za aplikacije gdje se promjene temperature mogu ograničiti.

S druge strane, senzori struje u zatvorenoj petlji pogodniji su za komercijalne i industrijske primjene, gdje se obično nalaze. Ovi senzori imaju najveću preciznost pri sobnoj i visokoj temperaturi. Idealni su za bučna okruženja i njihov se izlaz lako pretvara u napon.

Za više informacija kontaktirajte nas na sales@xfullstar.com