اصل اساسی و روش کاربرد سنسور و فرستنده جریان و ولتاژ هال

1. دستگاه هال

دستگاه هال نوعی مبدل مغناطیسی است که از مواد نیمه هادی ساخته شده است.اگر آی سی جریان کنترلی به انتهای ورودی متصل باشد، وقتی میدان مغناطیسی B از سطح حسگر مغناطیسی دستگاه عبور می کند، پتانسیل هال VH در انتهای خروجی ظاهر می شود.همانطور که در شکل 1-1 نشان داده شده است.

بزرگی پتانسیل هال VH متناسب با حاصلضرب IC جریان کنترل و چگالی شار مغناطیسی B است، یعنی VH = khicbsin Θ.

سنسور جریان هال بر اساس اصل قانون آمپر ساخته شده است، یعنی میدان مغناطیسی متناسب با جریان در اطراف هادی حامل جریان ایجاد می شود و برای اندازه گیری این میدان مغناطیسی از دستگاه هال استفاده می شود.بنابراین اندازه گیری جریان بدون تماس امکان پذیر است.

با اندازه گیری پتانسیل هال، جریان هادی حامل جریان را به طور غیر مستقیم اندازه گیری کنید.بنابراین، سنسور جریان تحت تبدیل عایق الکتریکی مغناطیسی الکتریکی قرار گرفته است.

2. اصل تشخیص DC سالن

همانطور که در شکل 1-2 نشان داده شده است.از آنجایی که مدار مغناطیسی رابطه خطی خوبی با خروجی دستگاه هال دارد، سیگنال ولتاژ خروجی U0 توسط دستگاه هال می تواند به طور غیر مستقیم اندازه جریان اندازه گیری شده I1 را منعکس کند، یعنی I1 ∝ B1 ∝ U0

زمانی که جریان اندازه گیری شده I1 مقدار نامی باشد، U0 را با 50 میلی ولت یا 100 میلی ولت کالیبره می کنیم.این باعث می شود سنسور جریان تشخیص مستقیم سالن (بدون تقویت) باشد.

3. اصل جبران مغناطیسی سالن

مدار اصلی اولیه دارای جریان اندازه گیری شده I1 است که شار مغناطیسی Φ 1 را ایجاد می کند. شار مغناطیسی تولید شده توسط جریان I2 که توسط سیم پیچ جبران ثانویه Φ 2 عبور می کند تعادل مغناطیسی را پس از جبران حفظ می کند و دستگاه سالن همیشه در نقش تشخیص مغناطیسی صفر است. شاربنابراین سنسور جریان جبران مغناطیسی هال نامیده می شود.این حالت اصلی پیشرفته نسبت به حالت اصلی تشخیص مستقیم برتری دارد.از مزایای برجسته آن می توان به زمان پاسخ سریع و دقت اندازه گیری بالا اشاره کرد که به ویژه برای تشخیص جریان ضعیف و کم مناسب است.اصل جبران مغناطیسی هال در شکل 1-3 نشان داده شده است.

شکل 1-3 نشان می دهد: Φ 1＝ Φ دو

I1N1＝I2N2

I2＝NI/N2·I1

هنگامی که جریان جبرانی I2 از مقاومت اندازه گیری RM عبور می کند، در هر دو انتهای RM به ولتاژ تبدیل می شود.به عنوان سنسور، ولتاژ U0 را اندازه گیری کنید، یعنی U0 = i2rm

با توجه به اصل جبران مغناطیسی هال، یک سنسور جریان با ورودی نامی از مشخصات سری تا سری ساخته شده است.

از آنجایی که سنسور جریان جبران مغناطیسی باید با هزاران دور سیم پیچ جبرانی روی حلقه مغناطیسی پیچیده شود، هزینه افزایش می یابد.ثانیا، مصرف جریان کار نیز به ترتیب افزایش می یابد.با این حال، از مزایای دقت بالاتر و پاسخ سریع نسبت به بازرسی مستقیم برخوردار است.

4. سنسور ولتاژ جبران مغناطیسی

به منظور اندازه گیری جریان کوچک سطح Ma، با توجه به Φ 1 = i1n1، افزایش تعداد دور N1 می تواند شار مغناطیسی بالایی را نیز بدست آورد. سنسور جریان کوچک ساخته شده با این روش می تواند نه تنها جریان سطح Ma را اندازه گیری کند. بلکه ولتاژ.

متفاوت از سنسور جریان، هنگام اندازه گیری ولتاژ، سیم پیچ چند دور در سمت اولیه سنسور ولتاژ به صورت سری با مقاومت محدود کننده جریان R1 متصل می شود و سپس به موازات ولتاژ اندازه گیری شده U1 وصل می شود تا جریان I1 متناسب با آن به دست آید. ولتاژ اندازه گیری شده U1، همانطور که در شکل 1-4 نشان داده شده است.

اصل سمت ثانویه مانند حسگر فعلی است.هنگامی که جریان جبرانی I2 از مقاومت اندازه گیری RM عبور می کند، به ولتاژ در هر دو انتهای RM به عنوان ولتاژ اندازه گیری U0 سنسور تبدیل می شود، یعنی U0 = i2rm.

5. خروجی سنسور جریان

سنسور جریان تشخیص مستقیم (غیر تقویتی) دارای ولتاژ خروجی امپدانس بالایی است.در کاربرد، امپدانس بار باید بیشتر از 10KΩ باشد.معمولاً ولتاژ خروجی معلق ± 50 میلی ولت یا 100 ± میلی ولت آن با تقویت کننده متناسب ورودی دیفرانسیل به 4 ± ولت یا 5 ± ولت تقویت می شود.شکل 5-1 دو مدار عملی را برای مرجع نشان می دهد.

(الف) شکل می تواند الزامات دقت کلی را برآورده کند.(ب) نمودار عملکرد خوبی دارد و برای مواردی با دقت بالا مناسب است.

سنسور جریان تقویت شده با تشخیص مستقیم ولتاژ خروجی امپدانس بالایی دارد.در کاربرد، امپدانس بار باید بیشتر از 2KΩ باشد.

جریان جبران مغناطیسی، جریان جبران مغناطیسی ولتاژ و سنسورهای ولتاژ از نوع خروجی جریان هستند.از شکل 1-3 مشاهده می شود که انتهای "m" به منبع تغذیه "O" متصل است.

ترمینال مسیر جریان I2 است.بنابراین، سیگنال خروجی از انتهای "m" سنسور یک سیگنال جریان است.سیگنال فعلی را می توان از راه دور در یک محدوده خاص منتقل کرد و دقت را می توان تضمین کرد.در هنگام استفاده، مقاومت اندازه‌گیری RM فقط باید روی رابط ورودی ابزار ثانویه یا صفحه کنترل ترمینال طراحی شود.

به منظور اطمینان از اندازه گیری با دقت بالا، باید به موارد زیر توجه شود: ① دقت مقاومت اندازه گیری به طور کلی به عنوان مقاومت فیلم فلزی با دقت ≤± 0.5٪ انتخاب می شود.برای جزئیات به جدول 1-1 مراجعه کنید.② امپدانس ورودی مدار ابزار ثانویه یا برد کنترل ترمینال باید بیش از 100 برابر بیشتر از مقاومت اندازه گیری باشد.

6. محاسبه ولتاژ نمونه برداری و مقاومت اندازه گیری

از فرمول قبلی

U0＝I2RM

RM＝U0/I2

جایی که: U0 – ولتاژ اندازه گیری شده که به عنوان ولتاژ نمونه گیری (V) نیز شناخته می شود.

I2 - جریان جبران سیم پیچ ثانویه (a).

RM - اندازه گیری مقاومت (Ω).

هنگام محاسبه I2، جریان خروجی (مقدار موثر نامی) I2 مربوط به جریان اندازه گیری شده (مقدار موثر نامی) I1 را می توان از جدول پارامترهای فنی سنسور جریان جبران مغناطیسی دریافت.اگر قرار است I2 به U0 = 5V تبدیل شود، جدول 1-1 را برای انتخاب RM ببینید.

7. محاسبه نقطه اشباع و * جریان اندازه گیری شده بزرگ

از شکل 1-3 می توان دریافت که مدار جریان خروجی I2 عبارت است از: v+ → کلکتور امیتر تقویت کننده توان نهایی → N2 → RM → 0. مقاومت معادل مدار در شکل 1-6 نشان داده شده است.(مدار v-~ 0 یکسان است و جریان مخالف است)

وقتی جریان خروجی i2* زیاد باشد، با افزایش I1 که به آن نقطه اشباع سنسور می گویند، مقدار جریان دیگر افزایش نمی یابد.

با توجه به فرمول زیر محاسبه کنید

I2max＝V+-VCES/RN2+RM

کجا: V + – منبع تغذیه مثبت (V).

Vces - ولتاژ اشباع کلکتور لوله برق، (V) به طور کلی 0.5 ولت است.

RN2 - مقاومت داخلی DC سیم پیچ ثانویه (Ω)، برای جزئیات به جدول 1-2 مراجعه کنید.

RM - اندازه گیری مقاومت (Ω).

از محاسبات می توان دریافت که نقطه اشباع با تغییر مقاومت اندازه گیری شده RM تغییر می کند.هنگامی که مقاومت اندازه گیری شده RM تعیین می شود، یک نقطه اشباع مشخص وجود دارد.* جریان اندازه گیری شده بزرگ i1max را طبق فرمول زیر محاسبه کنید: i1max = i1/i2 · i2max

هنگام اندازه گیری AC یا پالس، زمانی که RM تعیین می شود، * جریان اندازه گیری شده بزرگ i1max را محاسبه کنید.اگر مقدار i1max کمتر از مقدار پیک جریان AC یا کمتر از دامنه پالس باشد، باعث قطع شکل موج خروجی یا محدود شدن دامنه می شود.در این مورد، یک RM کوچکتر را برای حل انتخاب کنید.

8. مثال محاسبه:

مثال 1

سنسور فعلی lt100-p را به عنوان مثال در نظر بگیرید:

(1) اندازه گیری مورد نیاز است

جریان نامی: DC

*جریان بالا: DC (زمان اضافه بار ≤ 1 دقیقه در ساعت)

(2) جدول را نگاه کنید و بدانید

ولتاژ کاری: ولتاژ تثبیت شده ± 15 ولت، مقاومت داخلی سیم پیچ 20 Ω (برای جزئیات به جدول 1-2 مراجعه کنید)

جریان خروجی: (مقدار نامی)

(3) ولتاژ نمونه برداری مورد نیاز: 5 ولت

محاسبه کنید که آیا جریان اندازه گیری شده و ولتاژ نمونه برداری مناسب است یا خیر

RM＝U0/I2＝5/0.1＝50（Ω）

I2max＝V+－VCES/RN2＋RM＝15－0.5/20＋50＝0.207（A）

I1max＝I1/I2·I2max＝100/0.1 × 0.207＝207（A）

از نتایج محاسبات بالا مشخص می شود که الزامات (1) و (3) برآورده شده است.

9. شرح و مثال سنسور ولتاژ جبران مغناطیسی

سنسور ولتاژ Lv50-p دارای مقاومت الکتریکی اولیه و ثانویه ≥ 4000vrms (50hz.1min) است که برای اندازه گیری ولتاژ DC، AC و پالس استفاده می شود.هنگام اندازه گیری ولتاژ، با توجه به رتبه بندی ولتاژ، یک مقاومت محدود کننده جریان به صورت سری در سمت اصلی + ترمینال HT متصل می شود، یعنی ولتاژ اندازه گیری شده جریان سمت اولیه را از طریق مقاومت دریافت می کند.

U1/r1 = I1، R1 = u1/10ma ​​(K Ω)، قدرت مقاومت باید 2 تا 4 برابر بیشتر از مقدار محاسبه شده باشد و دقت مقاومت باید ≤± 0.5٪ باشد.مقاومت برق سیم پیچ دقیق R1 را می توان توسط سازنده سفارش داد.

10. روش سیم کشی سنسور جریان

(1) نمودار سیم کشی سنسور جریان بازرسی مستقیم (بدون تقویت) در شکل 1-7 نشان داده شده است.

(الف) شکل اتصال نوع p (نوع پین برد چاپی) را نشان می دهد، (ب) شکل اتصال نوع C (نوع دوشاخه سوکت) را نشان می دهد، vn VN نشان دهنده ولتاژ خروجی هال است.

(2) نمودار سیم کشی سنسور جریان تقویت شده بازرسی مستقیم در شکل 1-8 نشان داده شده است.

(الف) شکل اتصال از نوع p است، (ب) شکل اتصال نوع C است که در آن U0 نشان دهنده ولتاژ خروجی و RL نشان دهنده مقاومت بار است.

(3) نمودار سیم کشی سنسور جریان جبران مغناطیسی در شکل 1-9 نشان داده شده است.

(الف) شکل اتصال نوع p را نشان می دهد، (ب) شکل اتصال نوع C را نشان می دهد (توجه داشته باشید که پایه سوم سوکت چهار پایه یک پایه خالی است)

روش اتصال پین برد چاپی سه سنسور فوق با روش چیدمان شی واقعی و روش اتصال دوشاخه سوکت نیز با روش چیدمان شی واقعی مطابقت دارد تا از خطاهای سیم کشی جلوگیری شود.

در نمودار سیم کشی بالا، جریان اندازه گیری شده I1 مدار اصلی دارای یک فلش در سوراخ جهت نمایش جهت مثبت جریان است و جهت مثبت جریان نیز بر روی پوسته فیزیکی مشخص شده است.این به این دلیل است که سنسور جریان تصریح می کند که جهت مثبت جریان اندازه گیری شده I1 همان قطبیت جریان خروجی I2 است.این در تشخیص سه فاز AC یا چند کاناله DC مهم است.

11. منبع تغذیه کار سنسور جریان و ولتاژ

سنسور فعلی یک ماژول فعال است، مانند دستگاه‌های سالن، تقویت‌کننده‌های عملیاتی و لوله‌های برق نهایی، که همگی به منبع تغذیه و مصرف برق نیاز دارند.شکل 1-10 یک نمودار شماتیک عملی از یک منبع تغذیه معمولی است.

(1) ترمینال زمین خروجی به طور مرکزی به الکترولیز بزرگ برای کاهش نویز متصل است.

(2) بیت ظرفیت UF، دیود 1N4004.

(3) ترانسفورماتور به مصرف برق سنسور بستگی دارد.

(4) جریان کار سنسور.

بازرسی مستقیم (بدون تقویت) مصرف برق: * 5 میلی آمپر؛مصرف برق تقویت تشخیص مستقیم: * بزرگ ± 20 میلی آمپر.مصرف برق جبرانی مغناطیسی: 20 + جریان خروجی* مصرف زیاد جریان کاری 20 + دو برابر جریان خروجی.توان مصرفی را می توان با توجه به جریان کاری مصرفی محاسبه کرد.

12. اقدامات احتیاطی برای استفاده از سنسورهای جریان و ولتاژ

(1) سنسور جریان باید به درستی محصولات با مشخصات مختلف را با توجه به مقدار موثر نامی جریان اندازه گیری شده انتخاب کند.اگر جریان اندازه گیری شده برای مدت طولانی از حد مجاز فراتر رود، به لوله تقویت کننده قدرت قطب انتهایی آسیب می رساند (اشاره به نوع جبران مغناطیسی).به طور کلی، مدت زمان دو برابر جریان اضافه بار نباید از 1 دقیقه تجاوز کند.

(2) حسگر ولتاژ باید با مقاومت محدودکننده جریان R1 به صورت سری در سمت اصلی مطابق دستورالعمل محصول متصل شود تا طرف اصلی بتواند جریان نامی را دریافت کند.به طور کلی، مدت اضافه ولتاژ مضاعف نباید بیش از 1 دقیقه باشد.

(3) دقت خوب سنسور جریان و ولتاژ تحت شرایط درجه بندی سمت اولیه به دست می آید، بنابراین زمانی که جریان اندازه گیری شده بالاتر از مقدار نامی سنسور جریان است، سنسور بزرگ مربوطه باید انتخاب شود.هنگامی که ولتاژ اندازه گیری شده بیشتر از مقدار نامی سنسور ولتاژ است، مقاومت محدود کننده جریان باید دوباره تنظیم شود.هنگامی که جریان اندازه گیری شده کمتر از 1/2 مقدار نامی باشد، برای به دست آوردن دقت خوب، می توان از روش چرخش های متعدد استفاده کرد.

(4) سنسورهایی با عایق 3 کیلو ولت و ولتاژ مقاوم می توانند به طور معمول در سیستم های AC 1 کیلو ولت و کمتر و سیستم های DC 1.5 کیلو ولت و کمتر برای مدت طولانی کار کنند.سنسورهای 6 کیلو ولت می توانند به طور معمول در سیستم های AC 2 کیلو ولت و کمتر و سیستم های DC 2.5 کیلو ولت و پایین تر برای مدت طولانی کار کنند.مراقب باشید تحت فشار بیش از حد از آنها استفاده نکنید.

(5) هنگام استفاده در دستگاه هایی که نیاز به ویژگی های دینامیکی خوبی دارند، * استفاده از یک شینه آلومینیومی مسی و منطبق با دیافراگم آسان است.جایگزینی پیچ های کوچک یا بیشتر با پیچ های بزرگ بر ویژگی های دینامیکی تأثیر می گذارد.

(6) هنگامی که در سیستم DC جریان بالا استفاده می شود، اگر منبع تغذیه کار به دلایلی مدار باز یا معیوب باشد، هسته آهنی پسماند زیادی تولید می کند که ارزش توجه دارد.ماندگاری بر دقت تأثیر می گذارد.روش مغناطیس زدایی به این صورت است که یک AC در سمت اولیه بدون افزودن منبع تغذیه فعال روشن می شود و به تدریج ارزش آن کاهش می یابد.

(7) توانایی ضد میدان مغناطیسی خارجی سنسور این است: جریانی به فاصله 5 تا 10 سانتی متر از سنسور که بیش از دو برابر مقدار فعلی سمت اصلی سنسور است و تداخل میدان مغناطیسی ایجاد شده قابل مقاومت است.هنگام سیم کشی سه فاز جریان بالا، فاصله بین فازها باید بیشتر از 5 تا 10 سانتی متر باشد.

(8) برای اینکه سنسور در حالت اندازه گیری خوب کار کند، باید از یک منبع تغذیه معمولی ساده که در شکل 1-10 معرفی شده است استفاده شود.

(9) نقطه اشباع مغناطیسی و نقطه اشباع مدار حسگر باعث می شود که ظرفیت اضافه بار قوی داشته باشد، اما ظرفیت اضافه بار محدود به زمان است.هنگام آزمایش ظرفیت اضافه بار، جریان اضافه بار بیش از 2 بار نباید از 1 دقیقه تجاوز کند.

(10) دمای اتوبوس جریان اولیه نباید از 85 ℃ تجاوز کند که با ویژگی های پلاستیک مهندسی ABS تعیین می شود.کاربران الزامات خاصی دارند و می توانند پلاستیک های با دمای بالا را به عنوان پوسته انتخاب کنند.

13. مزایای سنسور جریان در حال استفاده

(1) تشخیص غیر تماس.در بازسازی تجهیزات وارداتی و تحول فنی تجهیزات قدیمی، برتری اندازه گیری غیر تماسی را نشان می دهد.مقدار فعلی را می توان بدون هیچ تغییری در سیم کشی برق تجهیزات اصلی اندازه گیری کرد.

(2) عیب استفاده از شانت این است که نمی توان آن را به صورت الکتریکی ایزوله کرد و همچنین از دست دادن درج نیز وجود دارد.هر چه جریان بزرگتر باشد تلفات بیشتر و حجم آن بیشتر می شود.مردم همچنین دریافتند که شنت هنگام تشخیص جریان با فرکانس بالا و بالا، اندوکتانس اجتناب ناپذیری دارد و نمی تواند شکل موج جریان اندازه گیری شده را واقعاً منتقل کند، چه رسد به نوع موج غیر سینوسی.سنسور جریان معایب فوق شنت را به طور کامل برطرف می کند و دقت و مقدار ولتاژ خروجی می تواند مانند شنت باشد، مانند سطح دقت 0.5، 1.0، سطح ولتاژ خروجی 50، 75mV و 100mV.

(3) استفاده از آن بسیار راحت است.یک سنسور جریان lt100-c بگیرید، یک متر آنالوگ 100 میلی آمپر یا مولتی متر دیجیتال را به صورت سری در انتهای M و انتهای صفر منبع تغذیه وصل کنید، منبع تغذیه کار را وصل کنید و سنسور را روی مدار سیم قرار دهید تا جریان مقدار مدار اصلی 0 ~ 100A را می توان با دقت نمایش داد.

(4) اگرچه ترانسفورماتور جریان و ولتاژ سنتی دارای سطوح جریان و ولتاژ کاری زیادی است و دقت بالایی در فرکانس کاری سینوسی مشخص شده دارد، اما می تواند با یک باند فرکانس بسیار باریک سازگار شود و نمی تواند DC را انتقال دهد.علاوه بر این، جریان هیجان انگیزی در حین کار وجود دارد، بنابراین این یک دستگاه القایی است، بنابراین زمان پاسخ دهی آن تنها می تواند ده ها میلی ثانیه باشد.همانطور که همه ما می دانیم، هنگامی که سمت ثانویه ترانسفورماتور جریان مدار باز باشد، خطرات ولتاژ بالا ایجاد می کند.در استفاده از تشخیص میکرو کامپیوتر، دریافت سیگنال چند کاناله مورد نیاز است.مردم به دنبال راهی برای جداسازی و جمع آوری سیگنال ها هستند