Влияние магнитных свойств сердечника на величину смещения выходного сигнала.

В зависимости от типа датчика и материала используемого сердечника, ошибка преобразования может возрасти. Это происходит из-за остаточной намагниченности, которая вызывает смещение выходного сигнала. Величина этого смещения зависит от уровня намагниченности сердечника. Смещение максимально при насыщении сердечника, которое может произойти в случае перегрузки большими токами. Для примера рассмотрим результаты преобразований, производимые датчиками HAL, HAK, HTA. После изменения цикла тока от 0 до 3 ∗ IPN, а затем возвращения к нулю, смещение выходного сигнала составит 2,5 мВ для датчиков типа HAL и 3 мВ для датчиков типа HAK и HTA (<0,1 % от IPN).

Датчики компенсационного типа, основанные на эффекте Холла

Датчики со 100% обратной связью (также называемые компенсационными или датчиками с нулевым потоком)  имеют встроенную компенсационную цепь, с помощью которой характеристики датчиков тока, использующих эффект Холла, могут быть существенно улучшены.

Конструкция и принцип действия.

В то время как датчики прямого усиления дают выход напряжения Uвых, пропорциональный увеличенному напряжению Холла VH, компенсационные датчики обеспечивают выходной ток, пропорциональный напряжению Холла, который действует как сигнал обратной связи, чтобы компенсировать магнитное поле, создаваемое первичным током BP, магнитным полем, создаваемым полем выходного тока BS. Выходной ток намного меньше, чем IP, потому что катушка с NS витками предназначена для генерирования аналогичного магнитного потока (ампер-витков). Таким образом:

NP * IP = NS * IS

Следовательно, индукция BS эквивалентна BP и их соответствующие ампер-витки компенсируют друг друга. Таким образом, система действует при нулевом магнитном потоке в сердечнике (рис. 6).

Приведем для примера преобразование постоянного тока 100 А. Количество витков NP = 1, потому что проводник ведет прямо к магнитной цепи, тем самым, составляя один виток. Вторичная (выходная) обмотка имеет 1000 витков (NS = 1000). Соотношение витков составляет 1:1000.

Как только IP примет положительное значение, в сквозном отверстии магнитного сердечника возникает индукция BP, создавая напряжение Холла VH в элементе Холла. Это напряжение преобразовывается в ток с помощью генератора тока, каскад усилителя которого обеспечивает протекание тока через вторичную обмотку. Таким образом, создается поле с величиной индукции BS, которая компенсирует поле с величиной индукции BP. Следовательно, окончательный вторичный выходной ток будет следующим:

IS = (NP * IP) / NS = (1 * 100) / 1000 = 100 мА

IS – является точным отображением IP по форме, но меньшим в 1000 раз. Такое преобразование тока как раз и используется для целей потребителей.

Диапазон преобразования тока

Диапазон компенсационных датчиков ЛЕМ позволяет измерять номинальные токи IPN от нескольких ампер до несколько десятков тысяч ампер с точностью около 1 %.

С помощью приборов, выпускаемых филиалом LEM DynAmp, использующих ту же технологию, можно измерять очень большие токи до 500 000 А.

Отличительные особенности

Компенсационные датчики способны измерять постоянный ток, переменный ток и токи иной формы с гальванической развязкой. Они выделяются следующим:

ü  Отличная точность.

ü  Очень хорошая линейность.

ü  Малый температурный дрейф.

ü  Очень быстрое время отклика и широкий частотный диапазон.

ü  Не приводят к дополнительным потерям в измерительной цепи.

ü  Токовый выход этих датчиков особенно приспособлен к применению при наличии помех окружающей среды. При необходимости очень легко преобразовать сигнал датчика в напряжение.

ü  Датчики выдерживают перегрузки тока без повреждений.

Эти датчики особенно хорошо подходят к промышленному применению, когда требуется высокая точность и широкий частотный диапазон. Основным недостатком этой технологии является потребление мощности на компенсацию тока. Кроме того, для диапазона высоких токов эти датчики более дорогие и имеют большие габариты по сравнению с аналогичными датчиками прямого усиления. Несмотря на это, благодаря использованию современных способов производства и значительному опыту ЛЕМ в этой области, датчики компенсационного типа являются относительно дешевыми, особенно для диапазона малых токов.

 

Токовые пробники

Широкий диапазон накидных токовых пробников фирмы ЛЕМ позволяет производить преобразования токов от 5 мА до 2000 А. Как и другие датчики, токовые пробники фирмы ЛЕМ разработаны по современной технологии, основанной на эффекте Холла (см. раздел 3) и использующей специальную форму магнитнопровода.