ما هو مستشعر تيار تأثير هول؟
أ مستشعر تيار تأثير هول هو جهاز إلكتروني يقيس التيار المار عبر موصل باستخدام ظاهرة تأثير هول. تأثير هول هو مبدأ فيزيائي يتم من خلاله إنتاج فرق الجهد، المعروف باسم جهد هول، عبر موصل عندما يتعرض لمجال مغناطيسي عمودي على اتجاه تدفق التيار. تستخدم مستشعرات تيار تأثير هول هذه الظاهرة لقياس حجم التيار المتدفق عبر الموصل بدقة دون الحاجة إلى اتصال كهربائي مباشر.
جدول المحتويات
ما هو تأثير هول؟
متى تم اكتشاف تأثير هول وكيف يعمل؟
تم اكتشاف تأثير هول من قبل الفيزيائي الأمريكي هول في عام 1879. عندما يمر تيار عبر موصل في مجال مغناطيسي، سيتم توليد فرق جهد عمودي على اتجاه التيار واتجاه المجال المغناطيسي في الموصل. ويتناسب حجم فرق الجهد مع المركبة الرأسية للحث المغناطيسي وحجم التيار. وفي أشباه الموصلات، يكون تأثير هول أكثر وضوحًا.
تأثير هول هو في الأساس انحراف الجسيمات المشحونة المتحركة في المجال المغناطيسي الناتج عن قوة لورنتز. عندما تنحصر الجسيمات المشحونة (الإلكترونات أو الثقوب) في مادة صلبة، يؤدي هذا الانحراف إلى تراكم الشحنات الموجبة والسالبة في اتجاه عمودي على التيار والمجال المغناطيسي، وبالتالي تكوين مجال كهربائي عرضي إضافي، أي القاعة المجال الكهربائي EH
يمر IS الحالي عبر عنصر Hall من النوع N أو P، ويكون اتجاه المجال المغناطيسي B متعامدًا مع اتجاه IS الحالي، ويكون اتجاه المجال المغناطيسي من الداخل إلى الخارج. بالنسبة لأشباه الموصلات من النوع N وأشباه الموصلات من النوع P، تكون الاتجاهات المولدة كما هو موضح في القاعة على اليسار واليمين. المجال الكهربائي EH (على هذا الأساس يمكن الحكم على خصائص عنصر القاعة – النوع N أو النوع P).
يمنع فرق جهد هول EH الحاملات من الاستمرار في التحول إلى الجانب. عندما تتساوى قوة المجال الكهربائي المستعرض FE وقوة لورنتز FB التي تتعرض لها الحاملات، فإن تراكم الشحنات على جانبي عنصر القاعة يصل إلى التوازن الديناميكي.
لأن:
FE=eEH، FB=evB،
لذلك:
eEH=eVB (1)
لنفترض أن عرض العينة هو b، والسمك هو d، وتركيز الناقل هو n، ثم:
هو = نيفبد (2)
من الصيغتين (1) و (2) نحصل على:
فرق جهد القاعة UH=EHb=(1/ne)(ISB/d)=RH(ISB/d)
RH=1/ne هو معامل Hall للمادة، وهو معامل مهم يعكس قوة تأثير Hall للمادة.
بالنسبة لعنصر Hall الثابت، يكون سمك d ثابتًا، وKH هو معامل Hall لعنصر Hall، والذي يمكن الحصول عليه:
UH=KHISB (3)
وهذا يعني أن فرق جهد Hall UH يتناسب مع التيار IS والحث المغناطيسي B.
تطبيقات تأثير هول
باستخدام تأثير Hall، يمكن عمل مستشعرات التبديل وأجهزة الاستشعار الخطية. تُستخدم مستشعرات Hall من النوع التبديلي على نطاق واسع في قياس الموضع والإزاحة والسرعة، وتستخدم مستشعرات Hall الخطية على نطاق واسع في قياس المجال المغناطيسي والتيار والجهد.
في السنوات الأخيرة، هناك طلب متزايد على قياس الكهرباء ذات التردد المتغير بتردد غير طاقة وخصائص غير جيبية. نظرًا لنطاق تطبيق التردد الضيق للمحولات الكهرومغناطيسية، بالمقارنة، نطاقات التردد المطبقة لجهد القاعة وأجهزة استشعار التيار واسعة، ويمكن استخدامها لقياس التيار المستمر، فإن آفاق السوق واسعة.
ومع ذلك، من أجل القياس الدقيق لقدرة التردد المتغير في بيئة كهرومغناطيسية معقدة، بسبب حساسية مستشعر Hall للمجال المغناطيسي، ينبغي إيلاء اهتمام خاص للتطبيق. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن مستشعرات الجهد والتيار في Hall تستخدم بشكل أساسي لقياس الجهد والتيار لأغراض التحكم، فإن الشركات المصنعة عمومًا لا توفر مؤشرات فرق الزاوية التي تعتبر بالغة الأهمية لقياس الطاقة. في المناسبات التي تتطلب قياسًا دقيقًا للطاقة، استخدمها بحذر.
أجرت محطة قياس قوة تحويل التردد الوطنية فحوصات مفاجئة على بعض الأنواع الشائعة من أجهزة استشعار الجهد والتيار في هول. عند 50 هرتز، يتراوح مؤشر فرق الزاوية بين 20′~240′، مقارنة بـ 10′ للمحول الكهرومغناطيسي ذو المستوى 0.2. بمعنى آخر، مؤشر الفرق الزاوي ضعيف، وفي المناسبات ذات معامل القدرة المنخفض، يكون له تأثير كبير على دقة قياس الطاقة.
كيف تعمل أجهزة استشعار تيار تأثير هول وأنواعها
ملخص لمستشعرات تيار تأثير هول
تشتمل مستشعرات Hall الحالية على أنواع الحلقة المفتوحة والحلقة المغلقة. معظم أجهزة استشعار تيار هول عالية الدقة عبارة عن حلقة مغلقة. يعتمد مستشعر تيار القاعة ذات الحلقة المغلقة على مبدأ القاعة للتوازن المغناطيسي، أي مبدأ الحلقة المغلقة. عندما يولد IP الحالي الأساسي يتم تركيز التدفق المغناطيسي في الدائرة المغناطيسية من خلال النواة المغناطيسية عالية الجودة، ويتم تثبيت عنصر القاعة في فجوة الهواء للكشف عن التدفق المغناطيسي، ويتم إخراج تيار التعويض العكسي من خلال المنعطف المتعدد ملف ملفوف على القلب المغناطيسي، والذي يستخدم لتعويض توليد IP على الجانب الأساسي من التدفق المغناطيسي، بحيث يظل التدفق المغناطيسي في الدائرة المغناطيسية دائمًا عند الصفر. بعد المعالجة بواسطة دائرة خاصة، يمكن لطرف الإخراج الخاص بالمستشعر إخراج تغيير تيار يعكس بدقة تيار الجانب الأساسي.
كيف تعمل أجهزة الاستشعار الحالية لتأثير هول
أجهزة استشعار تيار تأثير القاعة المفتوحة
عندما يتدفق IP الحالي الأساسي عبر سلك طويل، سيتم إنشاء مجال مغناطيسي حول السلك. ويتناسب حجم هذا المجال المغناطيسي مع التيار المتدفق عبر السلك. يتجمع المجال المغناطيسي المتولد في الحلقة المغناطيسية ويمر عبر فجوة الهواء في الحلقة المغناطيسية. يقوم عنصر Hall بقياس الخرج وتضخيمه، ويعكس جهد الخرج VS بدقة IP الحالي الأساسي. تتم معايرة الإخراج المقدر العام إلى 4V.
أجهزة استشعار تيار تأثير القاعة للتوازن المغناطيسي (الحلقة المغلقة).
عندما يتدفق IP الحالي الأساسي عبر سلك طويل، سيتم إنشاء مجال مغناطيسي حول السلك. ويتناسب حجم هذا المجال المغناطيسي مع التيار المتدفق عبر السلك. يتجمع المجال المغناطيسي المتولد في الحلقة المغناطيسية ويمر عبر فجوة الهواء في الحلقة المغناطيسية. يقوم عنصر Hall بقياس الخرج وتضخيمه، ويعكس جهد الخرج VS بدقة IP الحالي الأساسي. تتم معايرة الإخراج المقدر العام إلى 4V.
يُسمى مستشعر تيار التوازن المغناطيسي أيضًا بمستشعر التعويض، أي أن المجال المغناطيسي الناتج عن التيار الأساسي Ip في حلقة التجميع المغناطيسية يتم تعويضه بالمجال المغناطيسي الناتج عن تيار ملف ثانوي، ويعكس تيار التعويض بدقة Ip الحالي الأساسي، وبالتالي جعل جهاز Hall في حالة عمل للكشف عن التدفق المغناطيسي الصفري.
عملية العمل المحددة هي: عندما يمر تيار عبر الدائرة الرئيسية، يتم جمع المجال المغناطيسي المتولد على السلك بواسطة الحلقة المغناطيسية وإحداثه في جهاز Hall، ويتم استخدام خرج الإشارة المتولدة لدفع أنبوب الطاقة وتصنيعه السلوك، وبالتالي الحصول على التعويض الحالي هو. يمر هذا التيار عبر الملف متعدد اللفات ليولد مجالًا مغناطيسيًا، وهو عكس المجال المغناطيسي المتولد عن التيار المقاس تمامًا، وبالتالي تعويض المجال المغناطيسي الأصلي وتقليل خرج جهاز هول تدريجيًا. عندما يكون المجال المغناطيسي الناتج عن ضرب Ip وعدد اللفات متساويًا، لن يزيد Is بعد الآن. في هذا الوقت، يلعب جهاز Hall دور الإشارة إلى التدفق المغناطيسي الصفري. في هذا الوقت، يمكن اختبار IP بواسطة Is. عندما يتغير Ip، يتم تدمير التوازن، ويكون لجهاز Hall مخرج إشارة، أي يتم تكرار العملية المذكورة أعلاه لتحقيق التوازن مرة أخرى. وأي تغيير في التيار المقاس سوف يخل بهذا التوازن. بمجرد أن يصبح المجال المغناطيسي غير متوازن، يكون لجهاز Hall مخرج إشارة. بعد تضخيم الطاقة، يتدفق التيار المقابل عبر الملف الثانوي على الفور لتعويض المجال المغناطيسي غير المتوازن. ومن اختلال توازن المجال المغناطيسي إلى التوازن مرة أخرى، يكون الوقت المطلوب نظريًا أقل من 1μs، وهي عملية توازن ديناميكي. ولذلك، من وجهة نظر كلية، فإن دورات الأمبير لتيار التعويض الثانوي تساوي دورات الأمبير للتيار الأساسي المقاس في أي وقت.
الفرق الرئيسي بين مستشعر تيار القاعة ذو الحلقة المغلقة ومستشعر تيار القاعة ذو الحلقة المفتوحة
أ. اختلاف عرض النطاق الترددي
من الناحية المجهرية، فإن المجال المغناطيسي الموجود في فجوة الهواء يتغير دائمًا بالقرب من التدفق الصفري. نظرًا لأن المجال المغناطيسي يتغير قليلاً جدًا، يمكن أن يكون التردد المتغير أسرع. لذلك، يتمتع مستشعر تيار Hall ذو الحلقة المغلقة بوقت استجابة سريع. يمكن أن يصل عرض النطاق الترددي الفعلي لمستشعر Hall ذو الحلقة المغلقة عادةً إلى أكثر من 100 كيلو هرتز. عادةً ما يكون عرض النطاق الترددي لمستشعر تيار القاعة ذو الحلقة المفتوحة ضيقًا، مثل: عرض النطاق الترددي لمستشعر تيار القاعة ذو الحلقة المفتوحة المشترك يبلغ حوالي 3 كيلو هرتز.
ب. الاختلاف في الدقة
يتناسب إخراج الجانب الثانوي لمستشعر تيار Hall ذو الحلقة المفتوحة مع شدة الحث المغناطيسي عند فجوة الهواء للنواة المغناطيسية، ويتكون القلب المغناطيسي من مواد نفاذية مغناطيسية عالية. تعتبر التأثيرات غير الخطية والتباطؤية من الخصائص المتأصلة لجميع المواد ذات النفاذية المغناطيسية العالية. لذلك، فإن مستشعر تيار القاعة ذو الحلقة المفتوحة عمومًا لديه زاوية خطية سيئة، وسيكون إخراج الجانب الثانوي مختلفًا عندما ترتفع وتنخفض الإشارة الجانبية الأساسية. عادةً ما تكون دقة مستشعر تيار القاعة المفتوحة أسوأ من 1%. نظرًا لأن مستشعر تيار Hall ذو الحلقة المغلقة يعمل في حالة التدفق الصفري، فإن التأثير غير الخطي والتباطؤ للنواة المغناطيسية لن يؤثر على الخرج، ويمكن الحصول على خطية أفضل ودقة أعلى. يمكن أن تصل دقة مستشعر تيار القاعة ذات الحلقة المغلقة بشكل عام إلى 0.2%.
المعلمات التقنية الرئيسية لمستشعر تأثير القاعة الحالي
جهد إمداد الطاقة VA لمستشعر Hall الحالي
يشير جهد مصدر طاقة المستشعر VA إلى جهد مصدر طاقة المستشعر الحالي، والذي يجب أن يكون ضمن النطاق المحدد بواسطة المستشعر. وبعد هذا النطاق، لا يمكن للمستشعر أن يعمل بشكل طبيعي أو تقل موثوقيته. بالإضافة إلى ذلك، ينقسم جهد مصدر الطاقة VA للمستشعر إلى جهد مصدر الطاقة الموجب VA+ والجهد السالب لمصدر الطاقة VA-. تجدر الإشارة إلى أنه بالنسبة لأجهزة الاستشعار ذات مصدر طاقة أحادي الطور، فإن جهد مصدر الطاقة VAmin الخاص بها هو ضعف جهد مصدر الطاقة ثنائي الطور VAmin، لذلك يجب أن يكون نطاق قياسها أعلى من نطاق أجهزة الاستشعار مزدوجة الطاقة.
نطاق القياس Ipmax
يشير إلى الحد الأقصى للقيمة الحالية التي يمكن قياسها بواسطة المستشعر الحالي، ويكون نطاق القياس أعلى بشكل عام من القيمة المقدرة القياسية IPN.
القيمة المقدرة القياسية IPN وISN الناتج الحالي المقدر
يشير IPN إلى القيمة المقدرة القياسية التي يمكن للمستشعر الحالي اختبارها، معبرًا عنها بالقيمة الفعالة (الأذرع)، ويرتبط حجم IPN بنموذج منتج المستشعر. يشير ISN إلى تيار الإخراج المقدر للمستشعر الحالي، بشكل عام 10 ~ 400 مللي أمبير، بالطبع، قد يختلف وفقًا لبعض الموديلات. إذا مر تيار الخرج عبر مقاومة القياس R، فيمكن الحصول على إشارة خرج جهد بعدة فولتات تتناسب مع التيار الأساسي.
إزاحة ISO الحالية
يُطلق على تيار الإزاحة أيضًا اسم التيار المتبقي أو التيار المتبقي، والذي يحدث بشكل أساسي بسبب حالة العمل غير المستقرة لعناصر Hall أو مكبرات الصوت التشغيلية في الدوائر الإلكترونية. عندما يتم إنتاج المستشعر الحالي، عند 25 درجة مئوية وIP=0، تم ضبط تيار الإزاحة إلى الحد الأدنى، لكن المستشعر سيولد كمية معينة من تيار الإزاحة عندما يغادر خط الإنتاج.
الخطية
يحدد الخطي الدرجة التي تتناسب بها إشارة خرج المستشعر (تيار الجانب الثانوي I0) مع إشارة الدخل (تيار الجانب الأساسي I) ضمن نطاق القياس.
انجراف درجة الحرارة
يتم حساب إزاحة ISO الحالية عند 25 درجة مئوية. عندما تتغير درجة الحرارة المحيطة حول قطب هول، سوف يتغير ISO. لذلك، من المهم مراعاة الحد الأقصى للتغيير في إزاحة ISO الحالية، حيث يشير IOT إلى قيمة انجراف درجة الحرارة في جدول أداء المستشعر الحالي.
القدرة الزائدة
تعني سعة التحميل الزائد للمستشعر الحالي أنه عند حدوث الحمل الزائد الحالي، سيستمر التيار الأساسي في الزيادة خارج نطاق القياس، وقد تكون مدة تيار التحميل الزائد قصيرة جدًا، وقد تتجاوز قيمة التحميل الزائد القيمة المسموح بها للمستشعر . بشكل عام، لا يمكن قياسه، لكنه لن يسبب ضررًا للمستشعر.
دقة
تعتمد دقة أجهزة استشعار تأثير Hall على التصنيف الحالي القياسي IPN. عند +25 درجة مئوية، يكون لدقة قياس المستشعر تأثير معين على التيار الأساسي، ويجب أيضًا مراعاة تأثير تيار الإزاحة والخطية وانحراف درجة الحرارة عند تقييم دقة المستشعر.
تطبيقات أجهزة الاستشعار الحالية تأثير هول
في السنوات الأخيرة، تم استخدام عدد كبير من الترانزستورات والمقومات والثايرستور عالية الطاقة في أنظمة التشغيل الآلي، وتم استخدام تنظيم سرعة تحويل تردد التيار المتردد ودوائر تعديل عرض النبض على نطاق واسع، بحيث لم تعد الدائرة مجرد دائرة تقليدية. - دورة الموجة الجيبية، وظهرت أنواع مختلفة من الموجات الجيبية. الموجي. بالنسبة لهذا النوع من الدوائر، لا يمكن لطريقة القياس التقليدية أن تعكس شكل موجة حقيقي، كما أن مكونات الكشف عن التيار والجهد ليست مناسبة للاستشعار والكشف عن التردد المتوسط العالي وشكل موجة التيار العالي di/dt.
أجهزة استشعار تأثير هول التي يمكنها قياس التيار والجهد لأشكال الموجات العشوائية. يمكن أن تعكس محطة الإخراج حقًا معلمات الشكل الموجي لتيار أو جهد محطة الإدخال. بهدف التغلب على العيب الشائع المتمثل في الانجراف الكبير لدرجة الحرارة في مستشعرات تأثير Hall، يتم استخدام دائرة تعويض للتحكم، مما يقلل بشكل فعال من تأثير درجة الحرارة على دقة القياس ويضمن قياسًا دقيقًا؛ إنه يتميز بخصائص الدقة العالية والتركيب المريح والسعر المنخفض.
تستخدم أجهزة استشعار تأثير هول على نطاق واسع في أجهزة التحكم في سرعة تحويل التردد، وأجهزة العاكس، وإمدادات الطاقة UPS، وإمدادات طاقة الاتصالات، وآلات اللحام الكهربائية، والقاطرات الكهربائية، والمحطات الفرعية، وأدوات آلة CNC، والطلاء الكهربائي، ومراقبة الحواسيب الصغيرة، ومراقبة شبكة الطاقة وغيرها من المرافق التي تحتاج إلى عزل وكشف التيار والجهد.
لقد تم استخدام أجهزة استشعار Hall الحالية، وخاصة أجهزة استشعار Hall ذات الحلقة المغلقة، على نطاق واسع في مجال القياس والتحكم الصناعي بسبب خصائصها في نطاق التردد الواسع، AC و DC، وليس من السهل التشبع المغناطيسي. ومع ذلك، فإن أجهزة استشعار Hall الحالية لها أيضًا بعض العيوب:
1. بالمقارنة مع محول التيار الكهرومغناطيسي، تياره الثانوي صغير وقدرته على مقاومة التداخل ضعيفة نسبيًا؛
2. عرضة لتأثير المجال المغناطيسي البيئي، مما يقلل من دقة القياس؛
3. بشكل عام، لا يتم توفير مؤشر الفرق الزاوي، وعند استخدامه لقياس الطاقة، لا يمكن تتبع مصدر خطأ النظام.
يوصى عمومًا باستخدام مستشعرات تيار Hall لأغراض التحكم التي لا تتضمن قياس الطاقة أو لا تتطلب دقة عالية؛ لقياس الطاقة أو قياس الطاقة للدوائر الجيبية لتردد الطاقة، يوصى باستخدام محولات التيار الكهرومغناطيسي.
تطبيقات حساسات تيار هول – المقارنة مع مكونات الاستشعار الأخرى
في الماضي، كانت المكونات الشائعة الاستخدام للكشف عن التيار هي المجزئات ومحولات التيار.
أكبر مشكلة في استخدام التحويلات هي عدم وجود عزل كلفاني بين المدخلات والمخرجات. بالإضافة إلى ذلك، عند استخدام تحويلة للكشف عن التردد العالي أو التيار الكبير، فهي حتمًا حثي، وبالتالي فإن اتصال التحويلة لا يؤثر فقط على شكل موجة التيار المقاسة، ولكن أيضًا لا يمكنه نقل أشكال موجية غير جيبية حقًا.
يتمتع المحول الحالي بدقة عالية في ظل تردد العمل المحدد، ولكن نطاق التردد الذي يمكنه التكيف معه ضيق جدًا، خاصة أنه لا يمكنه نقل التيار المستمر. بالإضافة إلى ذلك، هناك تيار إثارة عندما يعمل المحول الحالي، لذلك فهو عنصر حثي، وله نفس عيوب التحويلة.
تطبيق مستشعر Hall الحالي - الأمور التي تحتاج إلى اهتمام
مثل أجهزة استشعار التيار التقليدية، تحتوي أجهزة استشعار تيار هول العامة على أربعة أطراف، موجبة (+)، سالبة (-)، طرف قياس (M) وأرضي (0)، لكن أجهزة استشعار تيار الخط السلكي لا تحتوي على هذه الأطراف الأربعة. ، ولكن هناك ثلاثة خيوط من الأحمر والأسود والأصفر والأخضر، والتي تتوافق مع القطب الموجب والقطب السالب ومحطة القياس والأرض على التوالي. وفي الوقت نفسه، يوجد ثقب داخلي في معظم أجهزة الاستشعار، ويجب أن يمر السلك عبر الفتحة الداخلية عند قياس التيار الأساسي. حجم الفتحة له علاقة حتمية بنموذج المنتج وحجم التيار المقاس.
بغض النظر عن نوع المستشعر الحالي، يجب توصيل أسلاك المسامير وفقًا للشروط المذكورة في الدليل أثناء التثبيت.
1) عند قياس التيار المتردد، من الضروري استخدام مصدر طاقة ثنائي القطب. أي أن القطب الموجب (+) للمستشعر متصل بالطرف "+VA" الخاص بمصدر الطاقة، والقطب السالب متصل بالطرف "-VA" الخاص بمصدر الطاقة. يسمى هذا الاتصال بمصدر طاقة ثنائي القطب. في الوقت نفسه، يتم توصيل طرف القياس (M) بالطرف "0V" لمصدر الطاقة من خلال المقاوم (نوع التدفق المغناطيسي بإصبع واحد صفر).
2) عند قياس تيار التيار المستمر، يمكن استخدام مصدر طاقة أحادي القطب أو أحادي الطور، أي أن القطب الموجب أو القطب السالب يكون قصير الدائرة مع الطرف "0V"، بحيث يتم توصيل قطب كهربائي واحد فقط.
بالإضافة إلى ذلك، يجب مراعاة استخدام المنتج وطرازه ونطاقه وبيئة التثبيت بشكل كامل أثناء التثبيت. على سبيل المثال، يجب تركيب المستشعر في مكان يساعد على تبديد الحرارة.
بالإضافة إلى تركيب الأسلاك والمعايرة والمعايرة الفورية، والاهتمام ببيئة عمل المستشعر، يجب عليك أيضًا الانتباه إلى العناصر التالية لضمان دقة الاختبار:
1) يجب وضع السلك الأساسي في وسط الفتحة الداخلية للمستشعر، ولا ينبغي أن يكون متحيزًا قدر الإمكان؛
2) قم بملء الفتحة الداخلية للمستشعر بالكامل قدر الإمكان بالسلك الأساسي، دون ترك أي فجوات؛
3) يجب أن يكون التيار المراد قياسه قريبًا من القيمة المقدرة القياسية IPN للمستشعر، ويجب ألا يكون الفرق كبيرًا جدًا. إذا كانت الظروف محدودة، فلا يوجد سوى مستشعر واحد ذو قيمة تصنيف عالية في متناول اليد، والقيمة الحالية المراد قياسها أقل بكثير من القيمة المقدرة. من أجل تحسين دقة القياس، يمكن لف السلك الأساسي عدة مرات لجعله قريبًا من القيمة المقدرة. على سبيل المثال، عند استخدام مستشعر بقيمة مقدرة 100 أمبير لقياس تيار 10 أمبير، من أجل تحسين الدقة، يمكن لف السلك الأساسي عشر مرات حول مركز الثقب الداخلي للمستشعر (بشكل عام، NP=1؛ في دائرة واحدة في الفتحة الداخلية، NP=2؛…؛تسع دوائر، NP=10، ثم NP×10A=100A تساوي القيمة المقدرة للمستشعر، والتي يمكن أن تحسن الدقة).
هل سيتعرض مستشعر Hall الحالي للتشبع المغناطيسي؟
ما هي ظاهرة التشبع المغناطيسي؟
تكون المادة المغناطيسية أو الحديدية في حالة لا يزيد فيها الاستقطاب المغناطيسي أو المغنطة بشكل ملحوظ مع زيادة شدة المجال المغناطيسي.
نظرًا لمحدودية البنية الفيزيائية للمادة النفاذية المغناطيسية، لا يمكن أن يزيد التدفق المغناطيسي العابر إلى ما لا نهاية. بغض النظر عن زيادة التيار أو عدد اللفات، فإن التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر حجم معين من المواد المغناطيسية النفاذية لن يزيد إلى كمية معينة، وسيتم الوصول إلى التشبع المغناطيسي. .
لنفترض أن هناك مغناطيسًا كهربائيًا، عند تطبيق تيار الوحدة، تكون قوة المجال المغناطيسي المتولدة 1، وعندما يزيد التيار إلى 2، ستزيد قوة المجال المغناطيسي إلى 2.3، وعندما يكون التيار 5، تكون شدة المجال المغناطيسي 7، لكن التيار يصل إلى 6. عندما تظل شدة المجال المغناطيسي 7، إذا زاد التيار بشكل أكبر، تكون قوة المجال المغناطيسي 7 ولم تعد تزداد. في هذا الوقت، يقال أن المغناطيس الكهربائي لديه تشبع مغناطيسي.
مخاطر التشبع المغناطيسي
يشتمل الجزء الداخلي من مستشعر Hall الحالي على مواد ذات نفاذية مغناطيسية عالية. بعد تشبع المواد ذات النفاذية المغناطيسية العالية مغناطيسيًا، لن يتغير التيار الثانوي (أو الجهد) للمستشعر وفقًا لتغير التيار الأساسي، مما يؤدي إلى أخطاء في القياس أو فشل حماية الدائرة الثانوية. قد يتسبب التشبع المغناطيسي المؤقت أيضًا في تسخين مفرط للمادة الموصلة المغناطيسية وإتلاف العزل بين الدائرة الأولية والدائرة الثانوية لمستشعر تيار Hall، مما يعرض المعدات والسلامة الشخصية للخطر.
مشكلة التشبع المغناطيسي لحساس تيار القاعة
تعمل العديد من الشركات المصنعة لأجهزة استشعار تيار Hall أيضًا على الترويج لغياب التشبع المغناطيسي كميزة مهمة لأجهزة استشعار تيار Hall في موادها التقنية. يعد غياب التشبع المغناطيسي لمستشعر تيار Hall تقريبًا أحد المزايا الرئيسية لمستشعر تيار Hall الذي تم الاعتراف به على نطاق واسع منذ تطبيقه.
هل هذه هي الحقيقة؟
في الواقع، يحتوي مستشعر تيار هول على نواة مغناطيسية غير خطية، والتي تحدد بالفعل أن مستشعر تيار هول سيكون مشبعًا مغناطيسيًا في ظل ظروف معينة!
مشكلة التشبع المغناطيسي لمستشعر تيار القاعة ذات الحلقة المفتوحة
الشكل أدناه هو رسم تخطيطي لمنحنى المغنطة النموذجي لجميع المواد ذات النفاذية المغناطيسية العالية:
في الشكل، Oa' هي القطعة غير الخطية الأولية، وa'a هي القطعة الخطية، وa'a هي منطقة التشبع. كما نعلم جميعًا، من أجل الحصول على نتائج قياس أفضل، سواء كان مستشعر تيار Hall مفتوح الحلقة أو محول كهرومغناطيسي، سيتم استخدام قسم ذو خطية أفضل في منحنى المغنطة كنطاق عمل. بمعنى آخر، طالما أن الحث المغناطيسي يتجاوز نطاقًا معينًا في المنطقة الخطية، فسوف يحدث التشبع المغناطيسي.
بالمقارنة مع المحول الكهرومغناطيسي، هناك سبب واحد فقط للتشبع المغناطيسي لمستشعر تيار القاعة ذو الحلقة المفتوحة، وهو أن التيار الأساسي كبير بما يكفي.
لن يسبب تشبعًا مغناطيسيًا بسبب تردد التيار المنخفض، وهي ميزة مستشعر تيار Hall وأيضًا خاصية التشبع المغناطيسي لمستشعر تيار Hall ذو الحلقة المفتوحة.
في المقابل، يتمتع المحول الكهرومغناطيسي أيضًا بميزة، وهي أن الحمل الثانوي صغير بما فيه الكفاية، حتى لو كان هناك الكثير من الحمل الزائد، فلن يحدث التشبع المغناطيسي.
مشكلة التشبع المغناطيسي لمستشعر تيار القاعة ذو الحلقة المغلقة
تعتبر مشكلة التشبع المغناطيسي لمستشعر تيار Hall ذو الحلقة المفتوحة بسيطة نسبيًا. في المقابل، تبدو مشكلة التشبع المغناطيسي لمستشعر تيار هول ذو الحلقة المغلقة غير مفهومة، لأن التدفق المغناطيسي في النواة المغناطيسية يكون صفرًا عندما يعمل مستشعر تيار هول ذو الحلقة المغلقة بشكل طبيعي. ، تحت التدفق المغناطيسي الصفري، بطبيعة الحال لن تكون مشبعة.
ومع ذلك، فإن هذا لن يكون ممكنا إلا في ظل ظروف العمل العادية!
في الواقع ، حتى لو حدثت مشكلة التشبع المغناطيسي لمحول التيار الكهرومغناطيسي أو مشكلة التشبع المغناطيسي لمستشعر تيار القاعة المفتوحة في ظل ظروف عمل غير طبيعية مثل الحمل الزائد والتردد المنخفض والحمل الثقيل ، فلن تحدث في ظل ظروف العمل العادية. التشبع المغناطيسي!
يمكن أن نرى من مبدأ العمل لمستشعر تيار Hall ذو الحلقة المغلقة أنه تم إنشاء تدفق مغناطيسي صفر على فرضية أن المجال المغناطيسي الناتج عن ملف تعويض الجانب الثانوي يمكن أن يعوض المجال المغناطيسي الناتج عن موصل الجانب الأساسي. إذن، هل يستطيع مستشعر تيار هول ذو الحلقة المغلقة الحفاظ على هذا التدفق الصفري تحت أي ظرف من الظروف؟
من الواضح أنه لا!
أ. عندما لا يتم تشغيل المستشعر، فإن ملف التعويض الجانبي الثانوي لا يولد تيارًا. في هذا الوقت، يعادل مستشعر تيار Hall ذو الحلقة المغلقة مستشعر تيار Hall ذو الحلقة المفتوحة. طالما أن التيار الأساسي كبير بما فيه الكفاية، سيحدث التشبع المغناطيسي.
ب. مصدر طاقة عادي، لكن التيار الأساسي كبير جدًا. وذلك لأن التيار الذي يمكن أن يولده ملف التعويض الثانوي محدود في النهاية. عندما يكون المجال المغناطيسي الناتج عن التيار الأولي أكبر من الحد الأقصى للمجال المغناطيسي الذي يمكن أن يولده ملف التعويض الثانوي، ينكسر التوازن المغناطيسي، ويمر المجال المغناطيسي عبر النواة المغناطيسية. عندما يستمر التيار في الزيادة، يزداد المجال المغناطيسي في القلب المغناطيسي أيضًا. عندما يكون التيار الأساسي كبيرًا بدرجة كافية، يدخل مستشعر تيار هول ذو الحلقة المغلقة في حالة التشبع المغناطيسي!
بالمقارنة مع محولات التيار الكهرومغناطيسي وأجهزة استشعار تيار هول ذات الحلقة المفتوحة، فإن احتمالية حدوث التشبع المغناطيسي لمستشعرات تيار هول ذات الحلقة المغلقة أقل، لكن هذا لا يعني أنه لن يحدث. الاستخدام غير السليم أو التحميل الزائد على المدى الطويل يمكن أن يسبب أيضًا التشبع المغناطيسي.
العربية 
English 
Español 
Português 
Français 
Deutsch 
Русский 
Nederlands 
Türkçe 
Português do Brasil 
English (Canada) 
English (UK) 
한국어 
日本語 
English (Australia) 
Deutsch (Österreich) 
Polski 
Nederlands (België) 
Français de Belgique 
Dansk 
Svenska 
Deutsch (Schweiz) 
Italiano 
English (South Africa) 
Română 
Magyar 
Čeština 
Suomi 
Bahasa Indonesia 
Español de Argentina 
Español de Chile 
Español de Perú 
Español de México 
Ελληνικά 
العربية
English 
English 
Español 
Português 
Français 
Deutsch 
Русский 
العربية 
Nederlands 
Türkçe 
Português do Brasil 
English (Canada) 
English (UK) 
한국어 
日本語 
English (Australia) 
Deutsch (Österreich) 
Polski 
Nederlands (België) 
Français de Belgique 
Dansk 
Svenska 
Deutsch (Schweiz) 
Italiano 
English (South Africa) 
Română 
Magyar 
Čeština 
Suomi 
Bahasa Indonesia 
Español de Argentina 
Español de Chile 
Español de Perú 
Español de México 
Ελληνικά 
English 
English 
Español 
Português 
Français 
Deutsch 
Русский 
العربية 
Nederlands 
Türkçe 
Português do Brasil 
English (Canada) 
English (UK) 
한국어 
日本語 
English (Australia) 
Deutsch (Österreich) 
Polski 
Nederlands (België) 
Français de Belgique 
Dansk 
Svenska 
Deutsch (Schweiz) 
Italiano 
English (South Africa) 
Română 
Magyar 
Čeština 
Suomi 
Bahasa Indonesia 
Español de Argentina 
Español de Chile 
Español de Perú 
Español de México 
Ελληνικά 