Датчики прямого усиления, основанные на эффекте Холла

Конструкция и принцип действия

Датчики прямого усиления используют эффект Холла. Магнитная индукция В и напряжение Холла, создаются измеряемым первичным током IP, который необходимо преобразовать в выходной ток датчика. Ток управления подается с помощью стабилизированного источника тока (Рис.2). В пределах линейной области цикла гистерезиса магнитная индукция В пропорциональна IP (B=a x IP, где a - константа). Следовательно, напряжение Холла выражается следующим образом: VН = (K/d) x Iупр. x a x IP.

Рис. 2 Принцип работы датчика прямого усиления, основанного на эффекте Холла.

 

Кроме IP все составляющие этого уравнения постоянны, следовательно: VH = b x IP, где b – константа. Измеряемый сигнал VH усиливается, и с выхода датчика, в виде напряжения или тока (зависит от конструкции) используется для дальнейшей обработки.

Диапазоны тока.

Датчики прямого усиления ЛЕМ позволяют измерять номинальные токи IPN от нескольких А до нескольких сотен кА с общей точностью в несколько процентов от номинального значения.

Отличительные особенности.

Датчики прямого усиления способны измерять постоянный, переменный ток и токи других форм с

гальванической изоляцией. Они отличаются низкой потребляемой мощностью и уменьшенными геометрическими размерами, а также относительно небольшим весом, в особенности для диапазона больших токов. Они обеспечивают отсутствие внутренних потерь в измеряемой цепи и особенно устойчивы к перегрузкам. Эти датчики сравнительно недороги и в основном применяются в промышленности.

Характеристики и свойства. Диапазон преобразования тока

Определяется линейной областью кривой намагничивания магнитной цепи (рис.3). В основном, измеряемый диапазон в зависимости от типа датчика составляет от 1 до 3 величин номинального тока.

Выходной сигнал

Выходное напряжение прямо пропорционально измеряемому току. Максимальный уровень напряжения зависит от напряжения питания. В основном значение выходного напряжения Vвых составляет 4 В при номинальном токе IPN. Также существуют модели с выходным сигналом в виде тока.

Точность преобразования.

Точность зависит от различных факторов, таких как электрические параметры или параметры, связанные с условиями окружающей среды (температура и т.д.).

Факторы, определяющие точность:

зависящие от температуры окружающей среды:

•  Смещение выходного сигнала при IP = 0
•  Нелинейность характеристики преобразования
•   Коэффициент усиления схемы датчика

зависящие от рабочей температуры:

•  дрейф начального выходного тока (напряжения)
•  изменение коэффициента передачи усилителя

Примечание: При производстве датчики проверяются при температуре 25°С и номинальном токе. Зависимость точности от температуры окружающей среды указана в Технических паспортах.

Динамические характеристики

Рис.3 Кривая намагничивания

В основном ограничения зависят от двух факторов:

а) Частотный диапазон электронной схемы, который зависит от типа используемого усилителя и внутренних компенсационных обмоток.

б) Нагрев сердечника, который зависит от вихревых токов и потерь намагничивания при повышенных частотах.

Потери из-за вихревых токов зависят от:

е2 (где е – толщина металла сердечника), В2 (где В – пиковое значение магнитной индукции), f2 (где f - частота).

Потери намагничивания пропорциональны частоте f квадрату пикового значения индукции В2. Эти потери в сердечнике зависят от ширины петли гистерезиса конкретного материала.

Для бесперебойной работы датчиков тока прямого усиления необходимо ограничить рост температуры, чтобы избежать перенагрева компонентов, используемых в датчике.

Чтобы определить область работы наиболее простым способом, мы выделили произведение “ток x частота”: IP x NP x f, где IP - первичный ток в А, NP - число первичных витков, f - частота сигнала в Гц.

Для датчиков прямого усиления со сквозным отверстием для первичной шины NP = 1 и произведение будет выглядеть следующим образом: IP x f, обычно ≤ 400 000

В пределах температурных ограничений, указанных в техническом паспорте, использование этой величины не приводит к чрезмерному повышению температуры. Для серий HA... и HY..., где первичный проводник встроен в датчик, ток в этом проводнике также создает дополнительное увеличение температуры. Ниже приведены обобщенные данные результатов испытаний датчика HY 10 - Р.