Τα βασικά των τρεχόντων αισθητήρων

Οι αισθητήρες ρεύματος είναι ανοικτοί ή κλειστός. Οι αισθητήρες ρεύματος ανοιχτού βρόχου μετρούν τα ρεύματα AC και DC και παρέχουν ηλεκτρική μόνωση μεταξύ του κυκλώματος που μετράται και της εξόδου του αισθητήρα (το πρωτογενές ρεύμα μετριέται χωρίς ηλεκτρική επαφή με το πρωτεύον κύκλωμα παρέχοντας γαλβανική απομόνωση). Λιγότερο ακριβά από τους ξαδέλφους τους κλειστού βρόχου, οι αισθητήρες ρεύματος ανοιχτού βρόχου προτιμούνται γενικά σε κυκλώματα που τροφοδοτούνται με μπαταρία, λόγω των απαιτήσεων χαμηλής λειτουργίας τους και των μικρών χαρακτηριστικών αποτυπώματος.

Οι αισθητήρες κλειστού βρόχου μετρούν ρεύματα AC και DC και παρέχουν ηλεκτρική μόνωση. Προσφέρουν γρήγορη απόκριση, υψηλή γραμμικότητα και μετατόπιση χαμηλής θερμοκρασίας. Η έξοδος ρεύματος του αισθητήρα κλειστού βρόχου είναι σχετικά ανοσοποιημένη από τον ηλεκτρικό θόρυβο. Ο αισθητήρας κλειστού βρόχου ονομάζεται μερικές φορές αισθητήρας "Zero-Flux" επειδή ο αισθητήρας Hall-Effect τροφοδοτεί πίσω ένα αντιτιθέμενο ρεύμα σε ένα δευτερεύον πηνίο, τυλιγμένο στον μαγνητικό πυρήνα, για να μηδενίσει τη ροή που παράγεται στον μαγνητικό πυρήνα από το πρωτεύον ρεύμα. Οι αισθητήρες κλειστού βρόχου είναι συχνά ο αισθητήρας επιλογής όταν απαιτείται υψηλή ακρίβεια.

Ας ρίξουμε τώρα μια πιο προσεκτική ματιά και στους δύο τύπους, ξεκινώντας από αισθητήρες ανοιχτού βρόχου.

Οι αισθητήρες ρεύματος ανοικτού βρόχου αποτελούνται από έναν αισθητήρα Hall τοποθετημένο στο κενό αέρα ενός μαγνητικού πυρήνα (σχήμα 1). Ένας αγωγός παράγει ένα μαγνητικό πεδίο συγκρίσιμο με το ρεύμα. Το μαγνητικό πεδίο συγκεντρώνεται από τον πυρήνα και μετράται από τον αισθητήρα Hall. Το σήμα από τη γεννήτρια Hall είναι χαμηλό, έτσι ενισχύεται και αυτό το ενισχυμένο σήμα γίνεται η έξοδος του αισθητήρα. Οι αισθητήρες ανοιχτού βρόχου έχουν κανονικά κύκλωμα που παρέχει αντιστάθμιση θερμοκρασίας και βαθμονομημένη υψηλή τάση εξόδου. Ενώ έχουν ένα συγκεκριμένο πλεονέκτημα τιμής έναντι των ομολόγων κλειστού βρόχου, το μειονέκτημα τους είναι ότι μπορούν να είναι επιρρεπείς στον κορεσμό και τη μετατόπιση της θερμοκρασίας. Η μετατόπιση μπορεί να ελαχιστοποιηθεί σε κάποιο βαθμό, ωστόσο, με την έγχυση ενός θετικού συντελεστή στο ρεύμα ελέγχου για τη μείωση της μετατόπισης σε ευαισθησία έναντι της θερμοκρασίας.

Εικόνα 1: Εικόνα της βασικής αρχής και δομής του αισθητήρα ρεύματος ανοικτού βρόχου Hall-Effect. (Ευγενική παραχώρηση της Honeywell).

Εξετάζοντας την Εικόνα 1, αν το ρεύμα κίνησης σε ένα σύστημα ανοιχτού βρόχου ελέγχεται χρησιμοποιώντας μια σταθερή πηγή ρεύματος και η διαφορική τάση Hall ενισχύεται, μια τάση εξόδου ανάλογη προς το πρωτεύον ρεύμα μόνο μπορεί να ληφθεί από το κύκλωμα ηλεκτρονικών.

Ένα παράδειγμα είναι ο ανιχνευτής ρεύματος συναρμολόγησης ανοιχτού βρόχου σειράς HMS της σειράς HMS από το LEM (εικ. 2). Ο αισθητήρας διαθέτει γαλβανική μόνωση μεταξύ του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος κυκλώματος. 4300 V τάση δοκιμής απομόνωσης? χαμηλή κατανάλωση ενέργειας; ένα 12 mm, εξαιρετικά χαμηλό προφίλ? μια ενιαία παροχή ρεύματος +5 V; και σταθερή αντιστάθμιση και κέρδος.

Εικόνα 2: Αισθητήρας Hall-Effect ανοιχτού βρόχου σειράς HMS. (Ευγενική παραχώρηση του LEM).

Χρησιμοποιείται κυρίως σε βιομηχανικές εφαρμογές για κινητήρες μεταβλητής ταχύτητας εναλλασσόμενου ρεύματος, στατικούς μετατροπείς για ηλεκτροκινητήρες συνεχούς ρεύματος, εφαρμογές που παρέχονται από μπαταρίες, τροφοδοτικά αδιάλειπτης λειτουργίας και εναλλασσόμενου ρεύματος και τροφοδοτικά για εφαρμογές συγκόλλησης.

Ένα άλλο παράδειγμα είναι οι αισθητήρες ρεύματος ανίχνευσης ανοικτού βρόχου σειράς CSLW της σειράς CSLW της Honeywell (σχήμα 3). Η σειρά ενσωματώνει έναν ανιχνευτή SS490 με μικροσκοπικούς αναλογικούς, γραμμικούς αισθητήρες Hall Effect και το στοιχείο ανίχνευσης είναι εγκατεστημένο σε πλαστική συσκευασία που μπορεί να τοποθετηθεί σε PCB. Το συγκρότημα αισθητήρα ρεύματος αποτελείται από τον αισθητήρα, τον συλλέκτη ροής, το περίβλημα και το πηνίο σύρματος.

Εικόνα 3: Μινιατούρα αισθητήρα ρεύματος ανοιχτού βρόχου σειράς Honeywell CSLW. (Ευγενική παραχώρηση της Honeywell).

Σε αυτή την περίπτωση, ο ενσύρματος σχεδιασμός ανοιχτού βρόχου έχει πολλαπλές στροφές για αυξημένη ευαισθησία. Άλλα αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν ανίχνευση ρεύματος AC ή DC, γραμμική αναλογική μέτρηση, ρεύμα βύθισης ή έξοδο προέλευσης για ευελιξία διασύνδεσης, χαμηλή απώλεια εισόδου, γρήγορο χρόνο απόκρισης, συμπαγές μέγεθος και ακριβή, χαμηλού κόστους ανίχνευση. Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν ρομποτική, μεταβλητές ταχύτητες, έλεγχο βιομηχανικών διεργασιών, έλεγχο κινητήρα σε συσκευές, HVAC, προστασία υπερέντασης και τρέχουσα παρακολούθηση ηλεκτρονικών κυκλωμάτων.

Γρήγορη απόκριση και υψηλή ακρίβεια

Σε σύγκριση με τους ανοικτούς βρόχους, οι αισθητήρες κλειστού βρόχου μετρούν ρεύματα AC και DC και παρέχουν ηλεκτρική απομόνωση, γρήγορη απόκριση, υψηλή γραμμικότητα και μετατόπιση χαμηλής θερμοκρασίας. Η τρέχουσα παραγωγή τους είναι εντυπωσιακά ανθεκτική στον ηλεκτρικό θόρυβο. Γνωστά για υψηλή ακρίβεια, αποτελούνται από μια γεννήτρια Hall που είναι τοποθετημένη στο κενό αέρα ενός μαγνητικού πυρήνα, ένα πηνίο γύρω από τον πυρήνα και έναν ενισχυτή ρεύματος. Ο αγωγός μεταφοράς ρεύματος που τοποθετείται μέσω του ανοίγματος του αισθητήρα παράγει ένα μαγνητικό πεδίο που είναι ανάλογο προς το ρεύμα. Αυτό το πεδίο συγκεντρώνεται από τον πυρήνα και ανιχνεύεται από την γεννήτρια Hall. Η γεννήτρια Hall είναι συνδεδεμένη με την είσοδο του τρέχοντος ενισχυτή, που οδηγεί το πηνίο. Το ρεύμα μέσω του πηνίου παράγει ένα αντίθετο πεδίο, το οποίο παρέχεται από το ρεύμα διαμέσου του ανοίγματος.

Η έξοδος αυτού του αισθητήρα είναι ανάλογη προς το ρεύμα διαφράγματος και τον αριθμό των στροφών του πηνίου. Εάν το καθαρό πρωτογενές ρεύμα δια μέσου του ανοίγματος του μετατροπέα ρεύματος είναι Ι, ο αριθμός των στροφών στην περιέλιξη αντιστάθμισης είναι Ν, και το ρεύμα στην περιέλιξη αντιστάθμισης είναι i, τότε στην κατάσταση μηδενικής ροής Ι = Νί.

Το ρεύμα εξόδου ενός αισθητήρα κλειστού βρόχου μετατρέπεται σε σχήμα τάσης συνδέοντας μια αντίσταση στην έξοδο του αισθητήρα και της γείωσης. Η επιλογή τιμής αντιστάθμισης μπορεί να οδηγήσει σε κλιμάκωση της εξόδου.

Ένα παράδειγμα ενός μετατροπέα ρεύματος με εξαιρετική ακρίβεια, καλή γραμμικότητα και μετατόπιση πολύ χαμηλής θερμοκρασίας είναι το LTS 25-NP από LEM (Εικ.4). Η συσκευή είναι ένας μετατροπέας ρεύματος πολλαπλών εύρους κλειστού κυκλώματος (αντισταθμίζεται) χρησιμοποιώντας το φαινόμενο Hall. Βασικά χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν:

· Τροφοδοσία μονοπολικής τάσης

· Απομονωμένη πλαστική θήκη αναγνωρισμένη σύμφωνα με το UL 94-V0

· Συμπαγής σχεδιασμός για τοποθέτηση σε PCB

· Ενσωματωμένη αντίσταση μέτρησης

· Εκτεταμένη περιοχή μέτρησης.

Εικόνα 4: Ο αισθητήρας ρεύματος κλειστού κυκλώματος LEM 25-NP. (Ευγενική παραχώρηση του LEM).

Οι εφαρμογές για τη συσκευή είναι κατά κύριο λόγο στον βιομηχανικό τομέα και περιλαμβάνουν μεταβλητές ταχύτητες AC και κινητήρες σερβοκινητήρα, στατικούς μετατροπείς για ηλεκτροκινητήρες συνεχούς ρεύματος, εφαρμογές που παρέχονται από μπαταρίες, αδιάλειπτη τροφοδοσία, τροφοδοτικά με διακοπτόμενη λειτουργία και τροφοδοτικά για εφαρμογές συγκόλλησης.

Περίληψη

Ενώ και οι δύο τύποι αισθητήρων μπορούν να είναι οικονομικοί ανάλογα με τις απαιτήσεις εφαρμογής, οι αισθητήρες ανοιχτού βρόχου παρέχουν το καλύτερο πλεονέκτημα κόστους στις υψηλές τάσεις ρεύματος (άνω των 100 Α). Είναι επίσης το μικρότερο μέγεθος και βάρος. Διατηρούν σταθερή κατανάλωση ενέργειας, ανεξάρτητα από το ανιχνευμένο ρεύμα. Το πλεονέκτημα τιμής των ανοικτών αισθητήρων μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο για εφαρμογές όπου η μεταβολή της θερμοκρασίας μπορεί να περιοριστεί.

Οι αισθητήρες ρεύματος κλειστού βρόχου, από την άλλη πλευρά, είναι πιο κατάλληλοι για εμπορικές και βιομηχανικές εφαρμογές, όπου βρίσκονται συνήθως. Αυτοί οι αισθητήρες έχουν την υψηλότερη ακρίβεια σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και υψηλή θερμοκρασία. Είναι ιδανικά για θορυβώδη περιβάλλοντα και η παραγωγή τους μετατρέπεται εύκολα σε τάση.

Για περισσότερες πληροφορίες, επικοινωνήστε μαζί μας στο sales@xfullstar.com