Τι είναι ο αισθητήρας ρεύματος επίδρασης Hall;
ΕΝΑ Αισθητήρας ρεύματος εφέ Hall είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που μετρά το ρεύμα που διέρχεται από έναν αγωγό χρησιμοποιώντας το φαινόμενο Hall. Το φαινόμενο Hall είναι μια φυσική αρχή στην οποία μια διαφορά τάσης, γνωστή ως τάση Hall, παράγεται κατά μήκος ενός αγωγού όταν αυτός εκτίθεται σε ένα μαγνητικό πεδίο κάθετο προς την κατεύθυνση της ροής του ρεύματος. Οι αισθητήρες ρεύματος εφέ Hall χρησιμοποιούν αυτό το φαινόμενο για να μετρήσουν με ακρίβεια το μέγεθος του ρεύματος που διαρρέει έναν αγωγό χωρίς να απαιτείται άμεση ηλεκτρική επαφή.
Πίνακας περιεχομένων
Τι είναι το φαινόμενο Hall;
Πότε ανακαλύφθηκε το Hall Effect και πώς λειτουργεί;
Το φαινόμενο Hall ανακαλύφθηκε από τον Αμερικανό φυσικό Hall το 1879. Όταν ένα ρεύμα διέρχεται από έναν αγωγό σε ένα μαγνητικό πεδίο, μια διαφορά δυναμικού κάθετη προς την κατεύθυνση του ρεύματος και την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου θα δημιουργηθεί στον αγωγό. Και το μέγεθος της διαφοράς δυναμικού είναι ανάλογο με την κατακόρυφη συνιστώσα της μαγνητικής επαγωγής και το μέγεθος του ρεύματος. Στους ημιαγωγούς, το φαινόμενο Hall είναι ακόμη πιο έντονο.
Το φαινόμενο Hall είναι ουσιαστικά η εκτροπή των κινούμενων φορτισμένων σωματιδίων σε ένα μαγνητικό πεδίο που προκαλείται από τη δύναμη Lorentz. Όταν φορτισμένα σωματίδια (ηλεκτρόνια ή τρύπες) περιορίζονται σε ένα στερεό υλικό, αυτή η εκτροπή οδηγεί στη συσσώρευση θετικών και αρνητικών φορτίων προς την κατεύθυνση κάθετη προς το ρεύμα και το μαγνητικό πεδίο, σχηματίζοντας έτσι ένα πρόσθετο εγκάρσιο ηλεκτρικό πεδίο, δηλαδή το Hall. ηλεκτρικό πεδίο EH.
Το ρεύμα IS διέρχεται από το στοιχείο Hall τύπου Ν ή τύπου Ρ, η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου Β είναι κάθετη προς την κατεύθυνση του ρεύματος IS και η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου είναι από μέσα προς τα έξω. Για ημιαγωγούς τύπου Ν και ημιαγωγούς τύπου Ρ, οι κατευθύνσεις που δημιουργούνται είναι όπως φαίνεται στο Hall στα αριστερά και στα δεξιά. Ηλεκτρικό πεδίο EH (σύμφωνα με αυτό, οι ιδιότητες του στοιχείου Hall μπορούν να κριθούν – τύπου N ή P-τύπου).
Η διαφορά δυναμικού Hall EH εμποδίζει τους φορείς να συνεχίσουν να μετακινούνται στο πλάι. Όταν η δύναμη εγκάρσιου ηλεκτρικού πεδίου FE και η δύναμη Lorentz FB που βιώνουν οι φορείς είναι ίσες, η συσσώρευση φορτίων και στις δύο πλευρές του στοιχείου Hall φτάνει σε μια δυναμική ισορροπία.
επειδή:
FE=eEH, FB=evB,
επομένως:
eEH=eVB (1)
Ας υποθέσουμε ότι το πλάτος του δείγματος είναι b, το πάχος είναι d και η συγκέντρωση του φορέα είναι n, τότε:
IS=nevbd (2)
Από τους τύπους (1) και (2), μπορούμε να πάρουμε:
Διαφορά δυναμικού Hall UH=EHb=(1/ne)(ISB/d)=RH(ISB/d)
RH=1/ne είναι ο συντελεστής Hall του υλικού, ο οποίος είναι μια σημαντική παράμετρος που αντανακλά την αντοχή του φαινομένου Hall του υλικού.
Για ένα σταθερό στοιχείο Hall, το πάχος d είναι σταθερό και KH είναι ο συντελεστής Hall του στοιχείου Hall, ο οποίος μπορεί να ληφθεί:
UH=KHISB (3)
Δηλαδή: η διαφορά δυναμικού Hall UH είναι ανάλογη του ρεύματος IS και της μαγνητικής επαγωγής B.
Εφαρμογές Hall Effect
Χρησιμοποιώντας το εφέ Hall, μπορούν να κατασκευαστούν αισθητήρες διακόπτη και γραμμικοί αισθητήρες. Οι αισθητήρες Hall τύπου διακόπτη χρησιμοποιούνται ευρέως στη μέτρηση θέσης, μετατόπισης και ταχύτητας και οι γραμμικοί αισθητήρες Hall χρησιμοποιούνται ευρέως στη μέτρηση του μαγνητικού πεδίου, του ρεύματος και της τάσης.
Τα τελευταία χρόνια, υπάρχει αυξανόμενη ζήτηση για μέτρηση ηλεκτρικής ενέργειας μεταβλητής συχνότητας με μη ισχύς συχνότητα και μη ημιτονοειδή χαρακτηριστικά. Λόγω του στενού εύρους εφαρμογής συχνότητας των ηλεκτρομαγνητικών μετασχηματιστών, σε σύγκριση, οι ισχύουσες ζώνες συχνοτήτων των αισθητήρων τάσης και ρεύματος Hall Wide, και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μέτρηση DC, η προοπτική της αγοράς είναι ευρεία.
Ωστόσο, για την ακριβή μέτρηση της ισχύος μεταβλητής συχνότητας σε ένα σύνθετο ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον, λόγω της ευαισθησίας του αισθητήρα Hall στο μαγνητικό πεδίο, θα πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην εφαρμογή. Επιπλέον, επειδή οι αισθητήρες τάσης και ρεύματος Hall χρησιμοποιούνται κυρίως για μέτρηση τάσης και ρεύματος για λόγους ελέγχου, οι κατασκευαστές γενικά δεν παρέχουν δείκτες διαφοράς γωνίας που είναι κρίσιμοι για τη μέτρηση ισχύος. Για περιπτώσεις που απαιτούν ακριβή μέτρηση ισχύος, χρησιμοποιήστε τα με προσοχή.
Ο Εθνικός Μετρολογικός Σταθμός Οργάνων Μέτρησης Ισχύος Μετατροπής Συχνότητας έχει πραγματοποιήσει επιτόπιους ελέγχους σε ορισμένους κοινούς τύπους αισθητήρων τάσης και ρεύματος Hall. Στα 50 Hz, ο δείκτης διαφοράς γωνίας είναι μεταξύ 20′~240′, σε σύγκριση με 10′ του ηλεκτρομαγνητικού μετασχηματιστή 0,2 επιπέδων. Με άλλα λόγια, ο δείκτης γωνιακής διαφοράς είναι φτωχός και για περιπτώσεις με χαμηλό συντελεστή ισχύος, έχει μεγάλη επίδραση στην ακρίβεια της μέτρησης ισχύος.
Πώς λειτουργούν οι αισθητήρες ρεύματος φαινομένου Hall και τύποι
Σύνοψη των αισθητήρων ρεύματος φαινομένου Hall
Οι αισθητήρες ρεύματος Hall περιλαμβάνουν τύπους ανοιχτού και κλειστού βρόχου. Οι περισσότεροι από τους υψηλής ακρίβειας αισθητήρες ρεύματος Hall είναι κλειστού βρόχου. Ο αισθητήρας ρεύματος Hall κλειστού βρόχου βασίζεται στην αρχή της μαγνητικής ισορροπίας Hall, δηλαδή στην αρχή του κλειστού βρόχου. Όταν δημιουργείται το πρωτεύον ρεύμα IP Η μαγνητική ροή συγκεντρώνεται στο μαγνητικό κύκλωμα μέσω του μαγνητικού πυρήνα υψηλής ποιότητας, το στοιχείο Hall στερεώνεται στο διάκενο αέρα για να ανιχνεύσει τη μαγνητική ροή και το ρεύμα αντίστροφης αντιστάθμισης εξάγεται μέσω της πολλαπλής στροφής πηνίο τυλιγμένο στον μαγνητικό πυρήνα, το οποίο χρησιμοποιείται για να αντισταθμίσει τη δημιουργία IP στην κύρια πλευρά Η μαγνητική ροή, έτσι ώστε η μαγνητική ροή στο μαγνητικό κύκλωμα να διατηρείται πάντα στο μηδέν. Αφού υποβληθεί σε επεξεργασία από ένα ειδικό κύκλωμα, ο ακροδέκτης εξόδου του αισθητήρα μπορεί να δώσει μια αλλαγή ρεύματος που αντανακλά με ακρίβεια το ρεύμα της κύριας πλευράς.
Πώς λειτουργούν οι αισθητήρες ρεύματος φαινομένου Hall
Ανοιχτού βρόχου Αισθητήρες ρεύματος εφέ Hall
Όταν το πρωτεύον ρεύμα IP ρέει μέσα από ένα μακρύ καλώδιο, ένα μαγνητικό πεδίο θα δημιουργηθεί γύρω από το καλώδιο. Το μέγεθος αυτού του μαγνητικού πεδίου είναι ανάλογο με το ρεύμα που διαρρέει το σύρμα. Το παραγόμενο μαγνητικό πεδίο συγκεντρώνεται στον μαγνητικό δακτύλιο και διέρχεται από το διάκενο αέρα του μαγνητικού δακτυλίου. Το στοιχείο Hall μετρά και ενισχύει την έξοδο και η τάση εξόδου του VS αντικατοπτρίζει με ακρίβεια το πρωτεύον ρεύμα IP. Η γενική ονομαστική έξοδος είναι βαθμονομημένη στα 4V.
Αισθητήρες ρεύματος φαινομένου Hall Magnetic Balance (Closed Loop).
Όταν το πρωτεύον ρεύμα IP ρέει μέσα από ένα μακρύ καλώδιο, ένα μαγνητικό πεδίο θα δημιουργηθεί γύρω από το καλώδιο. Το μέγεθος αυτού του μαγνητικού πεδίου είναι ανάλογο με το ρεύμα που διαρρέει το σύρμα. Το παραγόμενο μαγνητικό πεδίο συγκεντρώνεται στον μαγνητικό δακτύλιο και διέρχεται από το διάκενο αέρα του μαγνητικού δακτυλίου. Το στοιχείο Hall μετρά και ενισχύει την έξοδο και η τάση εξόδου του VS αντικατοπτρίζει με ακρίβεια το πρωτεύον ρεύμα IP. Η γενική ονομαστική έξοδος είναι βαθμονομημένη στα 4V.
Ο αισθητήρας ρεύματος μαγνητικής ισορροπίας ονομάζεται επίσης αισθητήρας αντιστάθμισης, δηλαδή, το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από το πρωτεύον ρεύμα Ip στον μαγνητικό δακτύλιο συγκέντρωσης αντισταθμίζεται από το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από ένα δευτερεύον ρεύμα πηνίου και το ρεύμα αντιστάθμισης αντανακλά με ακρίβεια το πρωτεύον ρεύμα Ip, οπότε η συσκευή Hall βρίσκεται σε κατάσταση λειτουργίας ανίχνευσης μηδενικής μαγνητικής ροής.
Η συγκεκριμένη διαδικασία εργασίας είναι: όταν ένα ρεύμα διέρχεται από το κύριο κύκλωμα, το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται στο καλώδιο συγκεντρώνεται από τον μαγνητικό δακτύλιο και προκαλείται στη συσκευή Hall, και η έξοδος του παραγόμενου σήματος χρησιμοποιείται για να κινήσει τον σωλήνα τροφοδοσίας και να τον κάνει συμπεριφορά, λαμβάνοντας έτσι αποζημίωση Τρέχουσα Is. Αυτό το ρεύμα διέρχεται από την περιέλιξη πολλαπλών στροφών για να δημιουργήσει ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο είναι ακριβώς αντίθετο από το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από το μετρούμενο ρεύμα, αντισταθμίζοντας έτσι το αρχικό μαγνητικό πεδίο και μειώνοντας σταδιακά την έξοδο της συσκευής Hall. Όταν το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται πολλαπλασιάζοντας το Ip και ο αριθμός των στροφών είναι ίσος, το Is δεν θα αυξάνεται πλέον. Αυτή τη στιγμή, η συσκευή Hall παίζει το ρόλο της ένδειξης μηδενικής μαγνητικής ροής. Αυτή τη στιγμή, η IP μπορεί να ελεγχθεί από την Is. Όταν αλλάξει η IP, η ισορροπία καταστρέφεται και η συσκευή Hall έχει έξοδο σήματος, δηλαδή η παραπάνω διαδικασία επαναλαμβάνεται για να επιτευχθεί ξανά ισορροπία. Οποιαδήποτε αλλαγή στο μετρούμενο ρεύμα θα διαταράξει αυτή την ισορροπία. Μόλις το μαγνητικό πεδίο είναι εκτός ισορροπίας, η συσκευή Hall έχει έξοδο σήματος. Αφού ενισχυθεί η ισχύς, ένα αντίστοιχο ρεύμα ρέει μέσω της δευτερεύουσας περιέλιξης αμέσως για να αντισταθμίσει το μη ισορροπημένο μαγνητικό πεδίο. Από την ανισορροπία του μαγνητικού πεδίου μέχρι την ισορροπία και πάλι, ο χρόνος που απαιτείται είναι θεωρητικά μικρότερος από 1μs, που είναι μια διαδικασία δυναμικής ισορροπίας. Επομένως, από μακροσκοπική άποψη, οι στροφές αμπέρ του δευτερεύοντος ρεύματος αντιστάθμισης είναι ίσες με τις στροφές αμπέρ του πρωτεύοντος μετρούμενου ρεύματος ανά πάσα στιγμή.
Η κύρια διαφορά μεταξύ του αισθητήρα ρεύματος Hall κλειστού βρόχου και του αισθητήρα ρεύματος Hall ανοιχτού βρόχου
Α. Διαφορά εύρους ζώνης
Μικροσκοπικά μιλώντας, το μαγνητικό πεδίο στο διάκενο αέρα αλλάζει πάντα σχεδόν μηδενική ροή. Δεδομένου ότι το μαγνητικό πεδίο αλλάζει πολύ λίγο, η μεταβαλλόμενη συχνότητα μπορεί να είναι ταχύτερη. Επομένως, ο αισθητήρας ρεύματος Hall κλειστού βρόχου έχει γρήγορο χρόνο απόκρισης. Το πραγματικό εύρος ζώνης του αισθητήρα ρεύματος Hall κλειστού βρόχου μπορεί συνήθως να φτάσει περισσότερο από 100 kHz. Το εύρος ζώνης του αισθητήρα ρεύματος Hall ανοιχτού βρόχου είναι συνήθως στενό, όπως: το εύρος ζώνης του κοινού αισθητήρα ρεύματος ανοιχτού βρόχου Hall είναι περίπου 3 kHz.
Β. Διαφορά στην ακρίβεια
Η έξοδος της δευτερεύουσας πλευράς του αισθητήρα ρεύματος Hall ανοιχτού βρόχου είναι ανάλογη με την ένταση της μαγνητικής επαγωγής στο διάκενο αέρα του μαγνητικού πυρήνα και ο μαγνητικός πυρήνας είναι κατασκευασμένος από υλικά υψηλής μαγνητικής διαπερατότητας. Τα μη γραμμικά φαινόμενα και τα φαινόμενα υστέρησης είναι εγγενή χαρακτηριστικά όλων των υλικών υψηλής μαγνητικής διαπερατότητας. Επομένως, ο αισθητήρας ρεύματος Hall ανοιχτού βρόχου έχει γενικά κακή γωνία γραμμικότητας και η έξοδος της δευτερεύουσας πλευράς θα είναι διαφορετική όταν το κύριο πλευρικό σήμα ανεβαίνει και πέφτει. Η ακρίβεια του αισθητήρα ρεύματος Hall ανοιχτού βρόχου είναι συνήθως χειρότερη από 1%. Εφόσον ο αισθητήρας ρεύματος Hall κλειστού βρόχου λειτουργεί σε κατάσταση μηδενικής ροής, το φαινόμενο μη γραμμικότητας και υστέρησης του μαγνητικού πυρήνα δεν θα επηρεάσει την έξοδο και μπορεί να επιτευχθεί καλύτερη γραμμικότητα και μεγαλύτερη ακρίβεια. Η ακρίβεια του αισθητήρα ρεύματος Hall κλειστού βρόχου μπορεί γενικά να φτάσει τα 0,2%.
Κύριες τεχνικές παράμετροι αισθητήρα ρεύματος εφέ Hall
Τάση τροφοδοσίας VA του αισθητήρα ρεύματος Hall
Η τάση τροφοδοσίας του αισθητήρα VA αναφέρεται στην τάση τροφοδοσίας ρεύματος του αισθητήρα ρεύματος, η οποία πρέπει να βρίσκεται εντός του εύρους που καθορίζεται από τον αισθητήρα. Πέρα από αυτό το εύρος, ο αισθητήρας δεν μπορεί να λειτουργήσει κανονικά ή η αξιοπιστία μειώνεται. Επιπλέον, η τάση τροφοδοσίας VA του αισθητήρα χωρίζεται σε θετική τάση τροφοδοσίας VA+ και αρνητική τάση τροφοδοσίας VA-. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι για αισθητήρες με μονοφασική τροφοδοσία, η τάση τροφοδοσίας VAmin είναι διπλάσια από την τάση τροφοδοσίας δύο φάσεων VAmin, επομένως το εύρος μέτρησής του θα πρέπει να είναι υψηλότερο από αυτό των αισθητήρων διπλής ισχύος.
Εύρος μέτρησης Ipmax
Αναφέρεται στη μέγιστη τιμή ρεύματος που μπορεί να μετρηθεί από τον αισθητήρα ρεύματος και το εύρος μέτρησης είναι γενικά υψηλότερο από την τυπική ονομαστική τιμή IPN.
Τυπική ονομαστική τιμή IPN και ονομαστικό ρεύμα εξόδου ISN
Το IPN αναφέρεται στην τυπική ονομαστική τιμή που μπορεί να δοκιμάσει ο τρέχων αισθητήρας, εκφρασμένη σε πραγματική τιμή (Arms) και το μέγεθος του IPN σχετίζεται με το μοντέλο του προϊόντος του αισθητήρα. Το ISN αναφέρεται στο ονομαστικό ρεύμα εξόδου του αισθητήρα ρεύματος, γενικά 10~400mA, φυσικά, μπορεί να διαφέρει ανάλογα με ορισμένα μοντέλα. Εάν το ρεύμα εξόδου διέρχεται από την αντίσταση μέτρησης R, μπορεί να ληφθεί ένα σήμα εξόδου τάσης αρκετών βολτ ανάλογο με το πρωτεύον ρεύμα.
Μετατόπιση ρεύματος ISO
Το ρεύμα μετατόπισης ονομάζεται επίσης υπολειπόμενο ρεύμα ή υπολειπόμενο ρεύμα, το οποίο προκαλείται κυρίως από την ασταθή κατάσταση λειτουργίας των στοιχείων Hall ή των λειτουργικών ενισχυτών σε ηλεκτρονικά κυκλώματα. Όταν παράγεται ο αισθητήρας ρεύματος, στους 25°C και IP=0, το ρεύμα μετατόπισης έχει ρυθμιστεί στο ελάχιστο, αλλά ο αισθητήρας θα δημιουργήσει ένα ορισμένο ποσό ρεύματος μετατόπισης όταν φύγει από τη γραμμή παραγωγής.
Γραμμικότητα
Η γραμμικότητα καθορίζει τον βαθμό στον οποίο το σήμα εξόδου του αισθητήρα (ρεύμα δευτερεύουσας πλευράς I0) είναι ανάλογο με το σήμα εισόδου (ρεύμα κύριας πλευράς I) εντός του εύρους μέτρησης.
μετατόπιση θερμοκρασίας
Το ρεύμα μετατόπισης ISO υπολογίζεται στους 25°C. Όταν αλλάξει η θερμοκρασία περιβάλλοντος γύρω από το ηλεκτρόδιο Hall, το ISO θα αλλάξει. Επομένως, είναι σημαντικό να λάβετε υπόψη τη μέγιστη αλλαγή στο ρεύμα μετατόπισης ISO, όπου το IOT αναφέρεται στην τιμή μετατόπισης θερμοκρασίας στον τρέχοντα πίνακα απόδοσης του αισθητήρα.
Ικανότητα υπερφόρτωσης
Η χωρητικότητα υπερφόρτωσης του τρέχοντος αισθητήρα σημαίνει ότι όταν συμβεί η τρέχουσα υπερφόρτωση, το πρωτεύον ρεύμα θα εξακολουθεί να αυξάνεται εκτός του εύρους μέτρησης και η διάρκεια του ρεύματος υπερφόρτωσης μπορεί να είναι πολύ μικρή και η τιμή υπερφόρτωσης μπορεί να υπερβαίνει την επιτρεπόμενη τιμή του αισθητήρα . Γενικά, δεν μπορεί να μετρηθεί, αλλά δεν θα προκαλέσει βλάβη στον αισθητήρα.
ακρίβεια
Η ακρίβεια των αισθητήρων εφέ Hall εξαρτάται από την τυπική τρέχουσα βαθμολογία IPN. Στους +25°C, η ακρίβεια μέτρησης του αισθητήρα έχει κάποια επίδραση στο πρωτεύον ρεύμα και η επίδραση του ρεύματος μετατόπισης, της γραμμικότητας και της μετατόπισης θερμοκρασίας πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη κατά την αξιολόγηση της ακρίβειας του αισθητήρα.
Εφαρμογές αισθητήρων ρεύματος φαινομένου Hall
Τα τελευταία χρόνια, ένας μεγάλος αριθμός τρανζίστορ, ανορθωτών και θυρίστορ υψηλής ισχύος έχει χρησιμοποιηθεί σε συστήματα αυτοματισμού και έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως κυκλώματα ρύθμισης ταχύτητας μετατροπής συχνότητας εναλλασσόμενου ρεύματος και διαμόρφωσης πλάτους παλμού, έτσι ώστε το κύκλωμα να μην είναι πλέον μόνο το παραδοσιακό 50 -κυκλικό ημιτονικό κύμα και έχουν εμφανιστεί διάφοροι διαφορετικοί τύποι ημιτονοειδών κυμάτων. κυματομορφή. Για αυτό το είδος κυκλώματος, η παραδοσιακή μέθοδος μέτρησης δεν μπορεί να αντανακλά την πραγματική κυματομορφή της και τα στοιχεία ανίχνευσης ρεύματος και τάσης δεν είναι κατάλληλα για την ανίχνευση και την ανίχνευση κυματομορφής ρεύματος μέσης-υψηλής συχνότητας και υψηλής di/dt.
Αισθητήρες φαινομένου Hall που μπορούν να μετρήσουν το ρεύμα και την τάση αυθαίρετων κυματομορφών. Ο ακροδέκτης εξόδου μπορεί πραγματικά να αντικατοπτρίζει τις παραμέτρους κυματομορφής του ρεύματος ή της τάσης του ακροδέκτη εισόδου. Με στόχο το κοινό μειονέκτημα της μεγάλης μετατόπισης θερμοκρασίας στους αισθητήρες εφέ Hall, χρησιμοποιείται ένα κύκλωμα αντιστάθμισης για έλεγχο, το οποίο μειώνει αποτελεσματικά την επίδραση της θερμοκρασίας στην ακρίβεια μέτρησης και εξασφαλίζει ακριβή μέτρηση. έχει τα χαρακτηριστικά της υψηλής ακρίβειας, της βολικής εγκατάστασης και της χαμηλής τιμής.
Οι αισθητήρες εφέ Hall χρησιμοποιούνται ευρέως σε συσκευές ελέγχου ταχύτητας μετατροπής συχνότητας, συσκευές μετατροπέα, τροφοδοτικά ups, τροφοδοτικά επικοινωνίας, ηλεκτρικές μηχανές συγκόλλησης, ηλεκτρικές ατμομηχανές, υποσταθμούς, εργαλειομηχανές CNC, ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση, παρακολούθηση μικροϋπολογιστών, παρακολούθηση ηλεκτρικού δικτύου και άλλες εγκαταστάσεις που πρέπει να απομονωθεί και να ανιχνευθεί ρεύμα και τάση.
Οι αισθητήρες ρεύματος Hall, ειδικά οι αισθητήρες ρεύματος Hall κλειστού βρόχου, έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στον τομέα της βιομηχανικής μέτρησης και ελέγχου λόγω των χαρακτηριστικών τους της ευρείας ζώνης συχνοτήτων, εναλλασσόμενου ρεύματος και συνεχούς ρεύματος και του μη εύκολου μαγνητικού κορεσμού. Ωστόσο, οι αισθητήρες ρεύματος Hall έχουν επίσης ορισμένα μειονεκτήματα:
1. Σε σύγκριση με τον ηλεκτρομαγνητικό μετασχηματιστή ρεύματος, το δευτερεύον ρεύμα του είναι μικρό και η ικανότητά του κατά των παρεμβολών είναι σχετικά ασθενής.
2. Επιρρεπείς στην επίδραση του περιβαλλοντικού μαγνητικού πεδίου, μειώνοντας την ακρίβεια της μέτρησης.
3. Γενικά, ο δείκτης γωνιακής διαφοράς δεν παρέχεται και όταν χρησιμοποιείται για μέτρηση ισχύος, δεν μπορεί να εντοπιστεί η πηγή του σφάλματος συστήματος.
Γενικά συνιστάται η χρήση αισθητήρων ρεύματος Hall για σκοπούς ελέγχου που δεν περιλαμβάνουν μέτρηση ισχύος ή δεν απαιτούν υψηλή ακρίβεια. για μέτρηση ισχύος ή μέτρηση ενέργειας ημιτονοειδών κυκλωμάτων συχνότητας ισχύος, συνιστώνται ηλεκτρομαγνητικοί μετασχηματιστές ρεύματος.
Εφαρμογές αισθητήρων ρεύματος Hall - Σύγκριση με άλλα εξαρτήματα ανίχνευσης
Στο παρελθόν, τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνταν συνήθως για την ανίχνευση του ρεύματος ήταν διακλαδώσεις και μετασχηματιστές ρεύματος.
Το μεγαλύτερο πρόβλημα με τη χρήση διακλαδώσεων είναι ότι δεν υπάρχει γαλβανική απομόνωση μεταξύ της εισόδου και της εξόδου. Επιπλέον, όταν χρησιμοποιείται μια διακλάδωση για την ανίχνευση ρεύματος υψηλής συχνότητας ή μεγάλου ρεύματος, είναι αναπόφευκτα επαγωγική, επομένως η σύνδεση της διακλάδωσης όχι μόνο επηρεάζει τη μετρούμενη κυματομορφή ρεύματος, αλλά επίσης δεν μπορεί να μεταδώσει πραγματικά μη ημιτονοειδή κυματομορφές.
Ο μετασχηματιστής ρεύματος έχει υψηλή ακρίβεια κάτω από την καθορισμένη συχνότητα λειτουργίας, αλλά το εύρος συχνοτήτων στο οποίο μπορεί να προσαρμοστεί είναι πολύ στενό, ειδικά δεν μπορεί να εκπέμψει DC. Επιπλέον, υπάρχει ρεύμα διέγερσης όταν λειτουργεί ο μετασχηματιστής ρεύματος, άρα είναι επαγωγικό στοιχείο, και έχει τα ίδια μειονεκτήματα με το διακλάδωμα.
Εφαρμογή αισθητήρα ρεύματος Hall - θέματα που χρειάζονται προσοχή
Όπως οι συμβατικοί αισθητήρες ρεύματος, οι γενικοί αισθητήρες ρεύματος Hall έχουν τέσσερις ακίδες, θετικό (+), αρνητικό (-), ακροδέκτη μέτρησης (M) και γείωση (0), αλλά οι αισθητήρες ρεύματος καλωδίου δεν έχουν αυτούς τους τέσσερις ακροδέκτες. , αλλά υπάρχουν τρεις απαγωγές κόκκινου, μαύρου, κίτρινου και πράσινου, που αντιστοιχούν στον θετικό πόλο, στον αρνητικό πόλο, στον ακροδέκτη μέτρησης και στη γείωση αντίστοιχα. Ταυτόχρονα, υπάρχει μια εσωτερική οπή στους περισσότερους αισθητήρες και το καλώδιο θα πρέπει να διέρχεται από την εσωτερική οπή κατά τη μέτρηση του πρωτεύοντος ρεύματος. Το μέγεθος του ανοίγματος έχει μια αναπόφευκτη σχέση με το μοντέλο του προϊόντος και το μέγεθος του μετρούμενου ρεύματος.
Ανεξάρτητα από τον τύπο του αισθητήρα ρεύματος, η καλωδίωση των ακίδων θα πρέπει να συνδεθεί σύμφωνα με τις συνθήκες που αναφέρονται στο εγχειρίδιο κατά την εγκατάσταση.
1) Κατά τη μέτρηση εναλλασσόμενου ρεύματος, είναι υποχρεωτική η χρήση διπολικής παροχής ρεύματος. Δηλαδή, ο θετικός πόλος (+) του αισθητήρα συνδέεται στον ακροδέκτη «+VA» του τροφοδοτικού και ο αρνητικός πόλος συνδέεται στον ακροδέκτη «-VA» του τροφοδοτικού. Αυτή η σύνδεση ονομάζεται διπολική παροχή ρεύματος. Ταυτόχρονα, ο ακροδέκτης μέτρησης (M) συνδέεται με τον ακροδέκτη «0V» του τροφοδοτικού μέσω μιας αντίστασης (τύπου μαγνητικής ροής μηδενικού ενός δακτύλου).
2) Κατά τη μέτρηση του ρεύματος συνεχούς ρεύματος, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μονοπολική ή μονοφασική παροχή ρεύματος, δηλαδή ο θετικός ή ο αρνητικός πόλος βραχυκυκλώνεται με τον ακροδέκτη «0V», έτσι ώστε να συνδέεται μόνο ένα ηλεκτρόδιο.
Επιπλέον, η χρήση, το μοντέλο, η σειρά και το περιβάλλον εγκατάστασης του προϊόντος πρέπει να λαμβάνονται πλήρως υπόψη κατά την εγκατάσταση. Για παράδειγμα, ο αισθητήρας πρέπει να εγκατασταθεί σε μέρος που να ευνοεί την απαγωγή θερμότητας.
Εκτός από την εγκατάσταση καλωδίωσης, τη στιγμιαία βαθμονόμηση και τη βαθμονόμηση και την προσοχή στο περιβάλλον εργασίας του αισθητήρα, θα πρέπει επίσης να δώσετε προσοχή στα ακόλουθα στοιχεία για να διασφαλίσετε την ακρίβεια της δοκιμής:
1) Το πρωτεύον σύρμα πρέπει να τοποθετείται στο κέντρο της εσωτερικής οπής του αισθητήρα και να μην είναι όσο το δυνατόν πιο πολωμένο.
2) Γεμίστε την εσωτερική οπή του αισθητήρα όσο το δυνατόν πληρέστερα με το πρωτεύον καλώδιο, χωρίς να αφήνετε κενά.
3) Το ρεύμα που θα μετρηθεί πρέπει να είναι κοντά στην τυπική ονομαστική τιμή IPN του αισθητήρα και η διαφορά δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλη. Εάν οι συνθήκες είναι περιορισμένες, υπάρχει μόνο ένας αισθητήρας με υψηλή ονομαστική τιμή και η τρέχουσα τιμή που πρέπει να μετρηθεί είναι πολύ χαμηλότερη από την ονομαστική τιμή. Προκειμένου να βελτιωθεί η ακρίβεια μέτρησης, το πρωτεύον σύρμα μπορεί να τυλιχτεί πολλές φορές για να πλησιάσει την ονομαστική τιμή. Για παράδειγμα, όταν ένας αισθητήρας με ονομαστική τιμή 100Α χρησιμοποιείται για τη μέτρηση ρεύματος 10Α, προκειμένου να βελτιωθεί η ακρίβεια, το πρωτεύον καλώδιο μπορεί να τυλιχτεί δέκα φορές γύρω από το κέντρο της εσωτερικής οπής του αισθητήρα (γενικά, NP=1, σε έναν κύκλο στην εσωτερική οπή, NP= 2;…;Εννέα κύκλοι, NP=10, τότε NP×10A=100A ισούται με την ονομαστική τιμή του αισθητήρα, η οποία μπορεί να βελτιώσει την ακρίβεια).
Ο αισθητήρας ρεύματος Hall θα έχει μαγνητικό κορεσμό;
Τι είναι το φαινόμενο του μαγνητικού κορεσμού;
Μια σιδηρομαγνητική ή σιδηρομαγνητική ουσία βρίσκεται σε μια κατάσταση όπου η μαγνητική πόλωση ή μαγνήτιση δεν αυξάνεται σημαντικά με την αύξηση της έντασης του μαγνητικού πεδίου.
Λόγω του περιορισμού της φυσικής δομής του μαγνητικά διαπερατού υλικού, η διερχόμενη μαγνητική ροή δεν μπορεί να αυξηθεί άπειρα. Ανεξάρτητα από το να αυξήσετε το ρεύμα ή τον αριθμό των στροφών, η μαγνητική ροή που διέρχεται από έναν ορισμένο όγκο μαγνητικά διαπερατού υλικού δεν θα αυξάνεται πλέον σε ένα ορισμένο ποσό και θα επιτευχθεί ο μαγνητικός κορεσμός. .
Ας υποθέσουμε ότι υπάρχει ένας ηλεκτρομαγνήτης, όταν εφαρμόζεται ένα ρεύμα μονάδας, η ισχύς του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται είναι 1, όταν το ρεύμα αυξάνεται στο 2, η ισχύς του μαγνητικού πεδίου θα αυξηθεί στο 2,3, όταν το ρεύμα είναι 5, η ένταση του μαγνητικού πεδίου είναι 7, αλλά το ρεύμα φτάνει στο 6 Όταν η ένταση του μαγνητικού πεδίου είναι ακόμα 7, εάν το ρεύμα αυξηθεί περαιτέρω, η ένταση του μαγνητικού πεδίου είναι 7 και δεν αυξάνεται πλέον. Αυτή τη στιγμή, λέγεται ότι ο ηλεκτρομαγνήτης έχει μαγνητικό κορεσμό.
Κίνδυνοι μαγνητικού κορεσμού
Το εσωτερικό του αισθητήρα ρεύματος Hall περιλαμβάνει υλικά υψηλής μαγνητικής διαπερατότητας. Αφού κορεσθούν μαγνητικά τα υλικά υψηλής μαγνητικής διαπερατότητας, το δευτερεύον ρεύμα (ή τάση) του αισθητήρα δεν θα αλλάζει πλέον ανάλογα με την αλλαγή του πρωτεύοντος ρεύματος, με αποτέλεσμα σφάλματα μέτρησης ή αστοχίες προστασίας του δευτερεύοντος κυκλώματος. Ο προσωρινός μαγνητικός κορεσμός μπορεί επίσης να προκαλέσει υπερβολική θέρμανση του μαγνητικού αγώγιμου υλικού και να καταστρέψει τη μόνωση μεταξύ του πρωτεύοντος κυκλώματος και του δευτερεύοντος κυκλώματος του αισθητήρα ρεύματος Hall, θέτοντας σε κίνδυνο τον εξοπλισμό και την προσωπική ασφάλεια.
Πρόβλημα μαγνητικού κορεσμού αισθητήρα ρεύματος Hall
Πολλοί κατασκευαστές αισθητήρων ρεύματος Hall προωθούν επίσης την απουσία μαγνητικού κορεσμού ως σημαντικό πλεονέκτημα των αισθητήρων ρεύματος Hall στα τεχνικά τους υλικά. Η απουσία μαγνητικού κορεσμού του αισθητήρα ρεύματος Hall είναι σχεδόν ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα του αισθητήρα ρεύματος Hall που έχει αναγνωριστεί ευρέως από την εφαρμογή του.
Είναι αυτή η αλήθεια;
Στην πραγματικότητα, ο αισθητήρας ρεύματος Hall περιέχει έναν μη γραμμικό μαγνητικό πυρήνα, ο οποίος ήδη καθορίζει ότι ο αισθητήρας ρεύματος Hall θα είναι μαγνητικά κορεσμένος υπό ορισμένες συνθήκες!
Πρόβλημα μαγνητικού κορεσμού του αισθητήρα ρεύματος Hall ανοιχτού βρόχου
Το παρακάτω σχήμα είναι ένα σχηματικό διάγραμμα της τυπικής καμπύλης μαγνήτισης όλων των υλικών υψηλής μαγνητικής διαπερατότητας:
Στο σχήμα, Oa' είναι το αρχικό μη γραμμικό τμήμα, a'a" είναι το γραμμικό τμήμα και a"a είναι η περιοχή κορεσμού. Όπως όλοι γνωρίζουμε, για να ληφθούν καλύτερα αποτελέσματα μέτρησης, είτε πρόκειται για αισθητήρα ρεύματος Hall ανοιχτού βρόχου είτε για ηλεκτρομαγνητικό μετασχηματιστή, ως εύρος εργασίας θα χρησιμοποιηθεί ένα τμήμα με καλύτερη γραμμικότητα στην καμπύλη μαγνήτισης. Με άλλα λόγια, όσο η μαγνητική επαγωγή υπερβαίνει ένα ορισμένο εύρος στη γραμμική περιοχή, θα υπάρχει μαγνητικός κορεσμός.
Σε σύγκριση με τον ηλεκτρομαγνητικό μετασχηματιστή, υπάρχει μόνο ένας λόγος για τον μαγνητικό κορεσμό του αισθητήρα ρεύματος Hall ανοιχτού βρόχου, δηλαδή, το πρωτεύον ρεύμα είναι αρκετά μεγάλο.
Δεν θα προκαλέσει μαγνητικό κορεσμό λόγω χαμηλής συχνότητας ρεύματος, το οποίο είναι το πλεονέκτημα του αισθητήρα ρεύματος Hall και επίσης το χαρακτηριστικό μαγνητικού κορεσμού του αισθητήρα ρεύματος Hall ανοιχτού βρόχου.
Αντίθετα, ο ηλεκτρομαγνητικός μετασχηματιστής έχει επίσης ένα πλεονέκτημα, ότι δηλαδή το δευτερεύον φορτίο είναι αρκετά μικρό, ακόμη και αν υπάρχει μεγάλη υπερφόρτωση, δεν θα υπάρξει μαγνητικός κορεσμός.
Πρόβλημα μαγνητικού κορεσμού αισθητήρα ρεύματος Hall κλειστού βρόχου
Το πρόβλημα μαγνητικού κορεσμού του αισθητήρα ρεύματος Hall ανοιχτού βρόχου είναι σχετικά απλό. Αντίθετα, το πρόβλημα μαγνητικού κορεσμού του αισθητήρα ρεύματος Hall κλειστού βρόχου φαίνεται ακατανόητο, επειδή η μαγνητική ροή στον μαγνητικό πυρήνα είναι μηδέν όταν ο αισθητήρας ρεύματος Hall κλειστού βρόχου λειτουργεί κανονικά. , υπό μηδενική μαγνητική ροή, φυσικά δεν θα είναι κορεσμένο.
Ωστόσο, αυτό θα είναι δυνατό μόνο υπό κανονικές συνθήκες εργασίας!
Στην πραγματικότητα, ακόμα κι αν το πρόβλημα μαγνητικού κορεσμού του ηλεκτρομαγνητικού μετασχηματιστή ρεύματος ή του αισθητήρα ρεύματος Hall ανοιχτού βρόχου παρουσιαστεί υπό μη κανονικές συνθήκες εργασίας όπως υπερφόρτωση, χαμηλή συχνότητα και βαρύ φορτίο, δεν θα συμβεί υπό κανονικές συνθήκες εργασίας. Μαγνητικός κορεσμός!
Μπορεί να φανεί από την αρχή λειτουργίας του αισθητήρα ρεύματος Hall κλειστού βρόχου ότι η μηδενική μαγνητική ροή δημιουργείται με την προϋπόθεση ότι το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από τη δευτερεύουσα περιέλιξη αντιστάθμισης πλευράς μπορεί να αντισταθμίσει το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από τον κύριο πλευρικό αγωγό. Άρα, μπορεί ο αισθητήρας ρεύματος Hall κλειστού βρόχου να διατηρήσει αυτή τη μηδενική ροή υπό οποιεσδήποτε συνθήκες;
Προφανώς όχι!
A. Όταν ο αισθητήρας δεν τροφοδοτείται, η δευτερεύουσα περιέλιξη αντιστάθμισης πλευράς δεν παράγει ρεύμα. Αυτή τη στιγμή, ο αισθητήρας ρεύματος Hall κλειστού βρόχου είναι ισοδύναμος με έναν αισθητήρα ρεύματος Hall ανοιχτού βρόχου. Όσο το πρωτεύον ρεύμα είναι αρκετά μεγάλο, θα υπάρχει μαγνητικός κορεσμός.
B. Κανονική παροχή ρεύματος, αλλά το πρωτεύον ρεύμα είναι πολύ μεγάλο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το ρεύμα που μπορεί να δημιουργήσει το δευτερεύον τύλιγμα αντιστάθμισης είναι τελικά περιορισμένο. Όταν το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από το πρωτεύον ρεύμα είναι μεγαλύτερο από το μέγιστο μαγνητικό πεδίο που μπορεί να δημιουργήσει η δευτερεύουσα περιέλιξη αντιστάθμισης, η μαγνητική ισορροπία σπάει και ένα μαγνητικό πεδίο διέρχεται από τον μαγνητικό πυρήνα. Όταν το ρεύμα συνεχίζει να αυξάνεται, το μαγνητικό πεδίο στον μαγνητικό πυρήνα αυξάνεται επίσης. Όταν το πρωτεύον ρεύμα είναι αρκετά μεγάλο, ο αισθητήρας ρεύματος Hall κλειστού βρόχου εισέρχεται σε κατάσταση μαγνητικού κορεσμού!
Σε σύγκριση με τους ηλεκτρομαγνητικούς μετασχηματιστές ρεύματος και τους αισθητήρες ρεύματος Hall ανοιχτού βρόχου, ο μαγνητικός κορεσμός των αισθητήρων ρεύματος Hall κλειστού βρόχου είναι λιγότερο πιθανό να συμβεί, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι δεν θα συμβεί. Η ακατάλληλη χρήση ή η μακροχρόνια υπερφόρτωση μπορεί επίσης να προκαλέσει μαγνητικό κορεσμό.
Ελληνικά 
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 
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 