Obvod bezkontaktního snímače proudu využívající integrovaný obvod s Hallovým efektem

V tomto článku se dozvídáme o jednoduchém bezkontaktním obvodu snímače proudu pomocí IC snímače Hallova jevu.

Proč Hall Effect Sensor

Pokud jde o snímací proud (zesilovače), lineární zařízení s Hallovým efektem jsou nejlepší a nejpřesnější.

Tato zařízení dokáží snímat a měřit proud od několika zesilovačů po tisíce. Navíc umožňuje provádět měření externě bez nutnosti fyzického kontaktu s vodičem.

Když proud prochází vodičem, obvykle se vytváří magnetické pole volného prostoru kolem 6,9 gauss na ampér.

To znamená, aby bylo možné získat platný výstup ze zařízení s Hallovým efektem, je třeba jej nakonfigurovat v rozsahu výše uvedeného pole.

U vodičů s nízkými proudy to znamená, že zařízení musí být konfigurováno ve speciálně navržených uspořádáních pro zvýšení dosahu a snímacích schopností snímače.

U vodiče, který nese vysokou velikost proudu, však nemusí být nutné žádné speciální uspořádání a lineární zařízení s Hallovým jevem by bylo schopné snímat a měřit zesilovače přímo tak, že se umístí do mezerového torroidu.

Výpočet magnetického toku

Hustotu magnetického toku přes zařízení lze formulovat takto:

B = I / 4 (pi) r, nebo I = 4 (pi) rB

kde,
B = intenzita pole v Gauss
I = proud v ampérech
r = vzdálenost od středu vodiče k umístěnému zařízení v palcích.

Je možné poznamenat, že prvek s Hallovým efektem bude produkovat nejoptimálnější odezvu, když je umístěn kolmo na magnetické pole. Důvodem byla snížená tvorba kosinu úhlu ve srovnání s úhlovými poli v úhlu 90 stupňů.

Bezkontaktní měření proudu (nízké) pomocí cívky a zařízení s Hallovým efektem

Jak bylo diskutováno výše, měření zapojené do cívky se stává užitečným, pokud se jedná o nižší proudy, protože cívka pomáhá koncentrovat hustotu toku a tím i citlivost.

Vynucování mezer mezi zařízeními a cívkami

Vynucením vzduchové mezery mezi zařízením a cívkou 0,060 'se dosáhne efektivní hustoty magnetického toku:

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

kde n = počet závitů cívky.

Jako příklad lze pro vizualizaci 400 gaussů při 12 ampérech použít výše uvedený vzorec jako:

n = 400/83 = 5 otáček

Vodič, který nese nižší velikost proudu, obvykle nižší než 1 gauss, je obtížné snímat kvůli přítomnosti inherentního rušení obvykle doprovázeného polovodičovými zařízeními a lineárními zesilovacími obvody.

Širokopásmový šum vyzařovaný na výstupu zařízení je obvykle 400uV RMS, což vede k chybě asi 32 mA, která může být výrazně velká.

Aby bylo možné správně identifikovat a měřit nízké proudy, používá se níže uvedené uspořádání, při kterém je vodič několikrát ovinut kolem toroidního jádra (n), což dává následující rovnici:

B = 6,9 nI

kde n je počet závitů

Metoda umožňuje dostatečně zvýšit magnetická pole s nízkým proudem, aby poskytla zařízení s Hallovým efektem bezchybná data pro následnou konverzi ve voltech.

Bezkontaktní měření proudu (vysoké) pomocí toroidu a zařízení s Hallovým efektem

V případech, kdy může být proud procházející vodičem vysoký (kolem 100 ampérů), může být pro měření dotyčných veličin přímo použito zařízení s Hallovým efektem prostřednictvím toroidu s plivatým průřezem.

Jak je vidět na obrázku níže, Hallův efekt je umístěn mezi rozdělením nebo mezerou toroidu, zatímco vodič nesoucí proud prochází prstencem torroidu.

Magnetické pole generované kolem vodiče je koncentrováno v torroidu a je detekováno Hallovým zařízením pro požadované převody na výstupu.

Ekvivalentní převody provedené Hallovým efektem lze přímo číst vhodným připojením jeho vodičů k digitálnímu multimetru nastavenému na rozsah mV DC.

Napájecí kabel IC s Hallovým efektem by měl být připojen ke stejnosměrnému zdroji podle jeho specifikací.

Zdvořilost:

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