Grunnleggende om gjeldende sensorer

Aktuelle sensorer er enten åpen eller lukket sløyfe. Åpen sløyfesensorer måler vekselstrøm og likestrøm og gir elektrisk isolasjon mellom kretsen som måles og utgangen fra sensoren (primærstrømmen måles uten elektrisk kontakt med primærkretsen, noe som gir galvanisk isolasjon). Mindre dyre enn deres kusiner med stengt sløyfe, er åpne-sløyfesensorer generelt foretrukket i batteridrevne kretsløp gitt deres lave driftskrav og små fotavtrykkfunksjoner.

Lukkede sensorer måler vekselstrøm og likestrøm og gir elektrisk isolasjon. De tilbyr rask respons, høy linearitet og drift med lav temperatur. Strømutgangen fra sensoren med lukket sløyfe er relativt immun mot elektrisk støy. Den lukkede sløyfesensoren kalles noen ganger en "Zero-Flux" -sensor fordi Hall-Effect-sensoren mater en motstrøm tilbake i en sekundær spole, viklet på den magnetiske kjernen for å nullstille fluksen som produseres i den magnetiske kjernen av primærstrømmen. Lukkede sensorer er ofte den valgte sensoren når høy nøyaktighet er viktig.

La oss nå se nærmere på begge typene, og begynne med open-loop sensorer.

Strømsensorer med åpen sløyfe består av en Hall-sensor montert i luftgapet til en magnetisk kjerne (fig. 1). En leder produserer et magnetfelt som kan sammenlignes med strømmen. Magnetfeltet konsentreres av kjernen og måles av Hall-sensoren. Signalet fra Hall-generatoren er lavt, så det er forsterket, og det er dette forsterkede signalet som blir sensorens utgang. Åpne loop sensorer har normalt kretsløp som gir temperaturkompensasjon og kalibrert høyspenningsutgang. Mens de har en klar prisfordel sammenlignet med lukkede sløyfe, er ulempen at de kan være utsatt for metning og temperaturdrift. Drivet kan imidlertid minimeres til en viss grad ved å injisere en positiv koeffisient i kontrollstrømmen for å redusere drift i følsomhet over temperaturen.

Figur 1: Illustrasjon av det grunnleggende prinsippet og strukturen til Hall-Effect åpen sløyfesensor. (Med tillatelse av Honeywell).

Ser man på fig. 1, hvis drivstrømmen i et åpent sløyfesystem styres ved bruk av en konstant strømkilde og differensial Hall-spenningen blir forsterket, kan en utgangsspenning proporsjonal med primærstrømmen kun oppnås av elektronikkretsen.

Et eksempel er HMS-serien Open Loop Hall-Effect Surface Mount current Transducer av LEM (fig. 2). Sensoren har galvanisk isolasjon mellom en primær og sekundær krets; 4300 V isolasjon test spenning; lavt energiforbruk; en 12 mm ekstremt lav profil; en enkelt strømforsyning +5 V; og fast forskyvning og gevinst.

Figur 2: HMS Series Open Loop Hall-Effect Transducer. (Med tillatelse av LEM).

Brukes primært i industrielle applikasjoner for vekselstrømstasjoner med variabel hastighet, statiske omformere for likestrømsmotordrevne batterier, applikasjoner som leveres med batteri, avbruddsfri strømforsyning og koblet modus og strømforsyninger for sveiseapplikasjoner.

Et annet eksempel er Honeywells CSLW-serien Miniature Wired Open-Loop Current Sensors (figur 3). Serien har en SS490-serie av miniatyrforholdsmetriske, lineære Hall-effekt-sensorer, og følerelementet er innkapslet i en PCB-monterbar plastpakke. Den nåværende sensorenheten består av sensoren, fluksamleren, huset og ledningsspolen.

Figur 3: Honeywell CSLW Series Miniature Wired Open-Loop Current Sensor. (Med tillatelse av Honeywell).

I dette tilfellet har kablet design med åpen sløyfe flere svinger for økt følsomhet. Andre bemerkelsesverdige funksjoner inkluderer sensorer for vekselstrøm eller likestrøm, lineær forholdsmetrisk effekt, strømforsinkelse eller innkjøpsutgang for grensesnittfleksibilitet, lite innsettingstap, rask responstid, kompakt størrelse og nøyaktig sensering til lave kostnader. Bruksområder inkluderer robotikk, frekvensomformere, industriell prosesskontroll, motorstyring i apparater, HVAC, beskyttelse mot strøm og strømovervåkning av elektroniske kretsløp.

Rask respons og høy nøyaktighet

Sammenlignet med åpen sløyfe, måler sensorer med lukket loop AC og DC strømmer og gir elektrisk isolasjon, en rask respons, høy linearitet og drift av lav temperatur. Deres nåværende ytelse er imponerende immun mot elektrisk støy. De er kjent for høy nøyaktighet og består av en Hall-generator montert i luftgapet til en magnetisk kjerne, en spole rundt kjernen og en strømforsterker. Strømførende leder som er plassert gjennom åpningen til sensoren produserer et magnetfelt som er proporsjonalt med strømmen. Dette feltet er konsentrert av kjernen og registrert av Hall-generatoren. Hall-generatoren er koblet til inngangen til strømforsterkeren, som driver spolen. Strømmen gjennom spolen produserer et motsatt felt, levert av strømmen gjennom åpningen.

Utgangen til denne sensoren er proporsjonal med både åpningsstrømmen og antall svinger på spolen. Hvis netto primærstrøm gjennom gjeldende svingeråpning er I, er antall svinger i kompensasjonsviklingen N, og strømmen i kompensasjonsviklingen er i, ved nullstrømningsforholdet I = Ni.

Utgangsstrømmen til en lukket sløyfesensor konverteres til en spenningstall ved å koble en motstand til utgangen fra sensoren og bakken. Valg av motstandsverdi kan resultere i skalering av utgangen.

Et eksempel på en strømtransducer med utmerket nøyaktighet, god linearitet og drift med svært lav temperatur er LTS 25-NP fra LEM (Fig.4). Enheten er en lukket sløyfe (kompensert) flerstrømsstrøm svinger ved bruk av Hall-effekten. Viktige funksjoner inkluderer:

· Unipolar spenningsforsyning

· Isolert plastkasse gjenkjent i henhold til UL 94-V0

· Kompakt design for PCB-montering

· Innarbeidet målemotstand

· Utvidet måleområde.

Figur 4: LEM LTS 25-NP lukket sløyfesensor. (Med tillatelse av LEM).

Bruksområder for enheten er hovedsakelig i det industrielle domenet og inkluderer vekselstrømstasjoner med variabel hastighet og servomotordrev, statiske omformere for likestrømsmotordrevne applikasjoner, batteri som leveres, avbruddsfri strømforsyning, strømforsyning med switchet modus og strømforsyninger for sveiseapplikasjoner.

Sammendrag

Selv om begge typer sensorer kan være økonomiske avhengig av applikasjonskravene, gir open-loop sensorer den beste kostnadsfordelen i høye strømområder (over 100 A). De er også den minste størrelsen og vekten. De opprettholder konstant strømforbruk, uansett den registrerte strømmen. Prisfordelen til åpne sensorer kan bare realiseres for applikasjoner der temperaturvariasjonen kan begrenses.

Lukkede strømssensorer er derimot mer egnet for kommersielle og industrielle applikasjoner, der de ofte finnes. Disse sensorene har den høyeste nøyaktighet ved omgivelsestemperatur og høy temperatur. De er ideelle for støyende miljøer, og deres ytelse konverteres enkelt til spenning.

For mer informasjon, vennligst kontakt oss på sales@xfullstar.com