Основен принцип и метод на приложение на датчик за ток и напрежение на Хол и трансмитер

1. Устройство на Хол

 

 

Устройството на Хол е вид магнитоелектричен преобразувател, изработен от полупроводникови материали.Ако управляващият ток IC е свързан към входния край, когато магнитно поле B преминава през магнитната чувствителна повърхност на устройството, потенциалът на Хол VH се появява на изходния край.Както е показано на фигура 1-1.

 

 

Големината на потенциала на Хол VH е пропорционална на произведението на управляващия ток IC и плътността на магнитния поток B, тоест VH = khicbsin Θ

 

 

Сензорът за ток на Хол е направен в съответствие с принципа на закона на Ампер, т.е. около тоководещия проводник се генерира магнитно поле, пропорционално на тока, и устройството на Хол се използва за измерване на това магнитно поле.Следователно безконтактното измерване на тока е възможно.

 

 

Индиректно измерване на тока на токопроводящ проводник чрез измерване на потенциала на Хол.Следователно сензорът за ток е претърпял преобразуване на електрическа магнитна електрическа изолация.

 

 

2. Принцип на откриване на DC на Хол

 

 

Както е показано на фигура 1-2.Тъй като магнитната верига има добра линейна връзка с изхода на устройството на Хол, сигналът за напрежение U0, изведен от устройството на Хол, може индиректно да отразява размера на измерения ток I1, тоест I1 ∝ B1 ∝ U0

 

 

Калибрираме U0 да бъде равно на 50mV или 100mV, когато измереният ток I1 е номиналната стойност.Това прави сензор за ток с директно откриване (без усилване).

 

 

3. Принцип на магнитна компенсация на Хол

 

 

Първичната главна верига има измерен ток I1, който ще генерира магнитен поток Φ 1. Магнитният поток, генериран от ток I2, преминаващ от вторична компенсационна бобина Φ 2, поддържа магнитен баланс след компенсация, а устройството на Хол винаги е в ролята на откриване на нулев магнитен поток.Така че се нарича токов сензор за магнитна компенсация на Хол.Този разширен принципен режим е по-добър от режима на принципа на директно откриване.Неговите изключителни предимства са бързото време за реакция и високата точност на измерване, което е особено подходящо за откриване на слаб и малък ток.Принципът на магнитната компенсация на Хол е показан на фигура 1-3.

 

 

Фигура 1-3 показва: Φ 1= Φ две

 

 

I1N1=I2N2

 

 

I2=NI/N2·I1

 

 

Когато компенсационният ток I2 протича през измервателното съпротивление RM, той се преобразува в напрежение в двата края на RM.Като сензор измервайте напрежението U0, тоест U0 = i2rm

 

 

Съгласно принципа на магнитната компенсация на Хол се прави токов сензор с номинален вход от серийните спецификации.

 

 

Тъй като сензорът за магнитен компенсационен ток трябва да бъде навит с хиляди обороти на компенсационната намотка върху магнитния пръстен, цената се увеличава;Второ, консумацията на работен ток също се увеличава съответно;Въпреки това, той има предимствата на по-висока точност и бърза реакция от директната проверка.

 

 

4. Сензор за напрежение на магнитна компенсация

 

 

За да се измери малкият ток на ниво Ma, според Φ 1 = i1n1, увеличаването на броя на навивките на N1 може също да получи висок магнитен поток Φ 1。 Сензорът за малък ток, направен по този метод, може да измерва не само тока на ниво Ma, но и напрежение.

 

 

За разлика от сензора за ток, когато се измерва напрежението, многооборотната намотка от първичната страна на сензора за напрежение е свързана последователно с токоограничаващ резистор R1 и след това свързана паралелно на измереното напрежение U1, за да се получи токът I1, пропорционален на измереното напрежение U1, както е показано на фигура 1-4.

 

 

Принципът на вторичната страна е същият като този на токовия сензор.Когато компенсационният ток I2 протича през измервателното съпротивление RM, той се преобразува в напрежение в двата края на RM като измервателното напрежение U0 на сензора, тоест U0 = i2rm

 

 

5. Изход на токов сензор

 

 

Сензорът за ток с директно откриване (без усилване) има изходно напрежение с висок импеданс.При приложение импедансът на натоварване трябва да бъде по-голям от 10k Ω.Обикновено неговото ± 50 mV или ± 100 mV окачено изходно напрежение се усилва до ± 4 V или ± 5 V с диференциален входен пропорционален усилвател.Фигура 5-1 показва две практически вериги за справка.

 

 

а) фигурата може да отговаря на общите изисквания за точност;(b) Графиката има добра производителност и е подходяща за случаи с високи изисквания за точност.

 

 

Сензорът за усилен ток с директно откриване има изходно напрежение с висок импеданс.При приложение импедансът на натоварване трябва да бъде по-голям от 2K Ω.

 

 

Сензорите за магнитен компенсационен ток, магнитен компенсационен ток и напрежение са тип изходен ток.Може да се види от фигура 1-3, че краят "m" е свързан към захранването "O"

 

 

Терминалът е пътя на тока I2.Следователно изходният сигнал от "m" края на сензора е токов сигнал.Текущият сигнал може да се предава дистанционно в определен диапазон и точността може да бъде гарантирана.При използване измервателното съпротивление RM трябва да бъде проектирано само на вторичния вход на инструмента или интерфейса на контролния панел на терминала.

 

 

За да се осигури високо прецизно измерване, трябва да се обърне внимание на: ① точността на измерване на съпротивлението обикновено се избира като съпротивление на метален филм с точност ≤± 0,5%.Вижте таблица 1-1 за подробности.② входният импеданс на вторичния инструмент или контролната платка на терминала трябва да бъде повече от 100 пъти по-голям от съпротивлението на измерване.

 

 

6. Изчисляване на пробното напрежение и измервателното съпротивление

 

 

От предишната формула

 

 

U0=I2RM

 

 

RM=U0/I2

 

 

Където: U0 – измерено напрежение, известно още като пробно напрежение (V).

 

 

I2 – компенсационен ток на вторичната намотка (a).

 

 

RM – измерване на съпротивлението (Ω).

 

 

При изчисляване на I2, изходният ток (номинална ефективна стойност) I2, съответстващ на измерения ток (номинална ефективна стойност) I1, може да бъде намерен от таблицата с техническите параметри на сензора за магнитен компенсационен ток.Ако I2 трябва да се преобразува в U0 = 5V, вижте Таблица 1-1 за избор на RM.

 

 

7. Изчисляване на точка на насищане и * голям измерен ток

 

 

Може да се види от фигура 1-3, че веригата на изходния ток I2 е: v+ → Колектор Емитер на крайния усилвател на мощност → N2 → RM → 0. Еквивалентното съпротивление на веригата е показано на Фигура 1-6.(веригата на v- ~ 0 е същата, а токът е противоположен)

 

 

Когато изходният ток i2* е голям, текущата стойност вече няма да нараства с увеличаването на I1, което се нарича точка на насищане на сензора.

 

 

Изчислете по следната формула

 

 

I2max=V+-VCES/RN2+RM

 

 

Където: V + – положително захранване (V).

 

 

Vces – Напрежението на насищане на колектора на захранващата тръба (V) обикновено е 0,5 V.

 

 

RN2 – DC вътрешно съпротивление на вторичната намотка (Ω), вижте таблица 1-2 за подробности.

 

 

RM – измерване на съпротивлението (Ω).

 

 

От изчислението се вижда, че точката на насищане се променя с промяната на измереното съпротивление RM.Когато се определи измереното съпротивление RM, има определена точка на насищане.Изчислете * голям измерен ток i1max по следната формула: i1max = i1/i2 · i2max

 

 

Когато измервате променлив ток или импулс, когато се определи RM, изчислете * голям измерен ток i1max.Ако стойността на i1max е по-ниска от пиковата стойност на променливотоковия ток или по-ниска от амплитудата на импулса, това ще доведе до изрязване на изходната форма на вълната или ограничаване на амплитудата.В този случай изберете по-малък RM за решаване.

 

 

8. Пример за изчисление:

 

 

Пример 1

 

 

Вземете за пример датчика за ток lt100-p:

 

 

(1) Изисква се измерване

 

 

Номинален ток: DC

 

 

*Висок ток: DC (време на претоварване ≤ 1 минута/час)

 

 

(2) Погледнете таблицата и знайте

 

 

Работно напрежение: стабилизирано напрежение ± 15V, вътрешно съпротивление на бобината 20 Ω (вижте таблица 1-2 за подробности)

 

 

Изходен ток: (номинална стойност)

 

 

(3) Необходимо напрежение за вземане на проби: 5V

 

 

Изчислете дали измереният ток и пробното напрежение са подходящи

 

 

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))

 

 

От резултатите от горните изчисления е известно, че изискванията на (1) и (3) са изпълнени.

 

 

9. Описание и пример на магнитен компенсационен сензор за напрежение

 

 

Сензорът за напрежение Lv50-p има първично и вторично електрическо съпротивление ≥ 4000vrms (50hz.1min), което се използва за измерване на DC, AC и импулсно напрежение.При измерване на напрежението, според номиналното напрежение, резистор за ограничаване на тока е свързан последователно към първичната страна + HT терминал, т.е. измереното напрежение получава тока от първичната страна през резистора

 

 

U1/r1 = I1, R1 = u1/10ma ​​(K Ω), мощността на съпротивлението трябва да бъде 2 ~ 4 пъти по-голяма от изчислената стойност, а точността на съпротивлението трябва да бъде ≤± 0,5%.R1 може да бъде поръчан от производителя.

 

 

10. Метод на свързване на токов сензор

 

 

(1) Схемата на свързване на сензора за ток за директна проверка (без усилване) е показана на Фигура 1-7.

 

 

(a) Фигурата показва връзка тип p (тип щифт на печатна платка), (b) фигурата показва връзка тип C (тип щепсел), vn VN представлява изходното напрежение на Хол.

 

 

(2) Схемата на свързване на сензора за усилен ток с директна проверка е показана на Фигура 1-8.

 

 

(a) Фигурата е p-тип връзка, (b) фигурата е C-тип връзка, в която U0 представлява изходното напрежение, а RL представлява съпротивлението на натоварване.

 

 

(3) Схемата на свързване на сензора за магнитен компенсационен ток е показана на Фигура 1-9.

 

 

(a) Фигурата показва p-тип връзка, (b) фигурата показва C-тип връзка (обърнете внимание, че третият щифт на гнездото с четири щифта е празен щифт)

 

 

Методът на свързване на щифтовете на печатната платка на горните три сензора е в съответствие с метода на подреждане на реалния обект, а методът на свързване на щепсела на гнездото също е в съответствие с метода на подреждане на реалния обект, така че да се избегнат грешки в окабеляването.

 

 

На горната електрическа схема измереният ток I1 на главната верига има стрелка в отвора, за да покаже положителната посока на тока, а положителната посока на тока също е отбелязана върху физическата обвивка.Това е така, защото сензорът за ток изисква положителната посока на измерения ток I1 да е със същия поляритет като изходния ток I2.Това е важно при откриване на трифазен променлив ток или многоканален постоянен ток.

 

 

11. Работно захранване на датчик за ток и напрежение

 

 

Сензорът за ток е активен модул, като устройства на Хол, операционни усилватели и крайни захранващи тръби, които всички се нуждаят от работещо захранване и консумация на енергия.Фигура 1-10 е практическа схематична диаграма на типично работещо захранване.

 

 

(1) Изходният заземяващ терминал е централно свързан към голямата електролиза за намаляване на шума.

 

 

(2) Капацитет бит UF, диод 1N4004.

 

 

(3) Трансформаторът зависи от консумацията на енергия на сензора.

 

 

(4) Работният ток на сензора.

 

 

Директна проверка (без усилване) Консумирана мощност: * 5mA;Консумирана мощност на усилване при директно откриване: * голяма ± 20mA;Консумация на мощност за магнитна компенсация: 20 + изходен ток* Голяма консумация на работен ток 20 + два пъти изходния ток.Консумираната мощност може да се изчисли според консумирания работен ток.

 

 

12. Предпазни мерки при използване на сензори за ток и напрежение

 

 

(1) Сензорът за ток трябва правилно да избира продукти с различни спецификации според номиналната ефективна стойност на измерения ток.Ако измереният ток надхвърли ограничението за дълго време, това ще повреди тръбата на крайния полюс на усилвателя на мощността (отнасяйки се до типа магнитна компенсация).Обикновено продължителността на двукратния ток на претоварване не трябва да надвишава 1 минута.

 

 

(2) Сензорът за напрежение трябва да бъде свързан с токоограничаващ резистор R1 последователно от първичната страна в съответствие с инструкциите на продукта, така че първичната страна да може да получи номиналния ток.По принцип продължителността на двойното пренапрежение не трябва да надвишава 1 минута.

 

 

(3) Добрата точност на сензора за ток и напрежение се получава при условие на номиналната стойност на първичната страна, така че когато измереният ток е по-висок от номиналната стойност на сензора за ток, трябва да се избере съответният голям сензор;Когато измереното напрежение е по-високо от номиналната стойност на сензора за напрежение, токоограничаващото съпротивление трябва да се регулира отново.Когато измереният ток е по-малък от 1/2 от номиналната стойност, за да се получи добра точност, може да се използва методът на множество завои.

 

 

(4) Сензори с 3KV изолация и издържано напрежение могат да работят нормално в променливотокови системи от 1kV и по-ниски и DC системи от 1,5kV и по-ниски за дълго време.6kV сензори могат да работят нормално в променливотокови системи от 2KV и по-ниски и DC системи от 2,5KV и по-ниски за дълго време.Внимавайте да не ги използвате под свръхналягане.

 

 

(5) Когато се използва на устройства, изискващи добри динамични характеристики, * е лесно да се използва единична медна алуминиева шина и да съвпада с отвора.Замяната на малки или повече обороти с големи ще повлияе на динамичните характеристики.

 

 

(6) Когато се използва в система с постоянен ток с голям ток, ако работещото захранване е отворена верига или е дефектно по някаква причина, желязното ядро ​​ще произведе голямо остатъчно излъчване, което заслужава внимание.Остатъчната устойчивост влияе на точността.Методът за размагнитване е да включите AC на първичната страна, без да добавяте работещо захранване и постепенно да намалите стойността му.

 

 

(7) Способността на сензора да се противопоставя на външното магнитно поле е: ток на разстояние 5 ~ 10 cm от сензора, което е повече от два пъти по-висока от текущата стойност на оригиналната страна на сензора, и генерираното магнитно поле може да устои на смущения.При окабеляване на трифазен силен ток разстоянието между фазите трябва да бъде по-голямо от 5 ~ 10 cm.

 

 

(8) За да може сензорът да работи в добро състояние на измерване, трябва да се използва просто типично регулирано захранване, представено на Фигура 1-10.

 

 

(9) Точката на магнитно насищане и точката на насищане на веригата на сензора го карат да има силен капацитет на претоварване, но капацитетът на претоварване е ограничен във времето.При изпитване на капацитета на претоварване токът на претоварване повече от 2 пъти не трябва да надвишава 1 минута.

 

 

(10) Температурата на първичната токова шина не трябва да надвишава 85 ℃, което се определя от характеристиките на ABS инженерната пластмаса.Потребителите имат специални изисквания и могат да изберат високотемпературна пластмаса като черупка.

 

 

13. Предимства на използвания датчик за ток

 

 

(1) Безконтактно откриване.При реконструкцията на внесено оборудване и техническата трансформация на старо оборудване, това показва превъзходството на безконтактното измерване;Текущата стойност може да бъде измерена без промяна на електрическото окабеляване на оригиналното оборудване.

 

 

(2) Недостатъкът на използването на шунта е, че той не може да бъде електрически изолиран и има също вмъкнати загуби.Колкото по-голям е токът, толкова по-голяма е загубата и толкова по-голям е обемът.Хората също установиха, че шунтът има неизбежна индуктивност при откриване на висока честота и висок ток и не може наистина да предаде измерената форма на вълната на тока, да не говорим за несинусоидална вълна.Сензорът за ток напълно елиминира горните недостатъци на шунта, а точността и стойността на изходното напрежение могат да бъдат същите като тези на шунта, като ниво на точност 0,5, 1,0, ниво на изходно напрежение 50, 75mV и 100mV.

 

 

(3) Много е удобен за използване.Вземете сензор за ток lt100-c, свържете 100 mA аналогов измервателен уред или цифров мултицет последователно в М края и нулевия край на захранването, свържете работещото захранване и поставете сензора на проводниковата верига, така че токът стойността на главната верига 0 ~ 100A може да бъде точно показана.

 

 

(4) Въпреки че традиционният трансформатор за ток и напрежение има много нива на работен ток и напрежение и има висока точност при определената синусоидална работна честота, той може да се адаптира към много тясна честотна лента и не може да предава постоянен ток.Освен това по време на работа има вълнуващ ток, така че това е индуктивно устройство, така че времето му за реакция може да бъде само десетки милисекунди.Както всички знаем, след като вторичната страна на токовия трансформатор е отворена верига, това ще доведе до опасности от високо напрежение.При използването на микрокомпютърно откриване се изисква многоканален сигнал.Хората търсят начин да изолират и събират сигнали


Време на публикуване: 6 юли 2022 г