Obwód bezkontaktowego czujnika prądu wykorzystujący układ scalony efektu Halla

W tym artykule dowiemy się o prostym bezkontaktowym obwodzie czujnika prądu wykorzystującym układ scalony czujnika efektu Halla.

Dlaczego czujnik Halla

Jeśli chodzi o wykrywanie prądu (w amperach), liniowe urządzenia wykorzystujące efekt Halla są najlepsze i najdokładniejsze.

Urządzenia te mogą wykrywać i mierzyć prąd od kilku amperów do wielu tysięcy. Ponadto umożliwia wykonywanie pomiarów na zewnątrz bez konieczności fizycznego kontaktu z przewodnikiem.

Gdy prąd przepływa przez przewodnik, generowane jest zwykle pole magnetyczne w wolnej przestrzeni o wartości około 6,9 gausa na amper.

Oznacza to, że aby uzyskać prawidłowe wyjście z urządzenia z efektem Halla, należy je skonfigurować w zakresie powyższego pola.

W przypadku przewodów o niskim prądzie oznacza to, że urządzenie musi być skonfigurowane w specjalnie zaprojektowanych układach w celu zwiększenia zasięgu i możliwości wykrywania czujnika.

Jednak w przypadku przewodnika przenoszącego prąd o dużej wartości żadne specjalne rozwiązanie może nie być wymagane, a liniowe urządzenie z efektem Halla byłoby w stanie wykrywać i mierzyć natężenie prądu bezpośrednio, ustawiając się w torroidzie z przerwą.

Obliczanie strumienia magnetycznego

Gęstość strumienia magnetycznego nad urządzeniem można sformułować w następujący sposób:

B = I / 4 (pi) r lub I = 4 (pi) rB

gdzie,
B = natężenie pola w Gaussach
I = prąd w amperach
r = odległość od środka przewodu do ustawionego urządzenia w calach.

Można zauważyć, że element z efektem Halla będzie dawał najbardziej optymalną odpowiedź, gdy jest ustawiony prostopadle do pola magnetycznego. Powodem jest zmniejszenie generowania cosinusa kąta w porównaniu do pól pod kątem 90 stopni.

Bezkontaktowy pomiar prądu (niski) za pomocą cewki i urządzenia wykorzystującego efekt Halla

Jak omówiono powyżej, przy niższych prądach pomiar przez cewkę staje się przydatny, ponieważ cewka pomaga skoncentrować gęstość strumienia, a tym samym czułość.

Wymuszanie odstępu między urządzeniem a cewką

Dzięki wymuszeniu szczeliny powietrznej między urządzeniem a cewką wynoszącej 0,060 'uzyskana efektywna gęstość strumienia magnetycznego wynosi:

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

gdzie n = liczba zwojów cewki.

Na przykład, do wizualizacji 400 gausów przy 12 amperach, powyższy wzór może być użyty jako:

n = 400/83 = 5 zwojów

Przewodnik przenoszący prąd o mniejszej wartości, zwykle poniżej 1 gausa, staje się trudny do wykrycia z powodu obecności nieodłącznych zakłóceń, którym zwykle towarzyszą urządzenia półprzewodnikowe i obwody wzmacniaczy liniowych.

Szum szerokopasmowy emitowany na wyjściu urządzenia wynosi zazwyczaj 400 uV RMS, co powoduje błąd około 32 mA, który może być znacznie duży.

Aby poprawnie zidentyfikować i zmierzyć niskie prądy, zastosowano układ pokazany poniżej, w którym przewodnik jest owinięty wokół rdzenia toroidalnego kilka razy (n), dając następujące równanie:

B = 6,9nI

gdzie n to liczba zwojów

Metoda ta pozwala na dostateczne wzmocnienie pól magnetycznych o niskim natężeniu prądu, aby zapewnić urządzeniu z efektem Halla dane wolne od błędów do późniejszej konwersji na wolty.

Bezkontaktowy pomiar prądu (wysoki) przy użyciu toroidu i urządzenia wykorzystującego efekt Halla

W przypadkach, gdy prąd płynący przez przewodnik może być wysoki (około 100 amperów), urządzenie z efektem Halla może być bezpośrednio użyte przez toroid o przekroju opluwanym do pomiaru omawianych wielkości.

Jak widać na poniższym rysunku, efekt Halla jest umieszczony między pęknięciem lub szczeliną toroidu, podczas gdy przewodnik przenoszący prąd przechodzi przez pierścień toroidu.

Pole magnetyczne generowane wokół przewodnika jest skoncentrowane w torroidzie i jest wykrywane przez urządzenie Halla w celu uzyskania wymaganych konwersji na wyjściu.

Równoważne konwersje dokonywane przez efekt Halla można odczytać bezpośrednio przez odpowiednie podłączenie jego przewodów do multimetru cyfrowego ustawionego na zakres mV DC.

Przewód zasilający układu scalonego z efektem Halla powinien być podłączony do źródła prądu stałego zgodnie z jego specyfikacjami.

Kurtuazja:

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