Схема бесконтактного датчика тока с использованием ИС на эффекте Холла

В этой статье мы узнаем о простой схеме бесконтактного датчика тока с использованием ИС датчика Холла.

Почему датчик эффекта Холла

Когда дело доходит до измерения тока (ампер), устройства с линейным эффектом Холла являются лучшими и наиболее точными.

Эти устройства могут определять и измерять ток от нескольких ампер до многих тысяч. Более того, это позволяет проводить измерения снаружи без необходимости физического контакта с проводником.

Когда ток проходит через проводник, обычно создается магнитное поле в свободном пространстве примерно 6,9 Гс на ампер.

Это означает, что для получения действительного выходного сигнала от устройства на эффекте Холла его необходимо настроить в пределах диапазона указанного выше поля.

Для проводников с малым током это означает, что устройство должно быть сконфигурировано внутри специально разработанных приспособлений для увеличения диапазона и чувствительных возможностей датчика.

Однако для проводника, по которому проходит ток большой величины, может не потребоваться какое-либо специальное устройство, и устройство на линейном эффекте Холла могло бы определять и измерять токи напрямую, располагаясь внутри тороида с зазором.

Расчет магнитного потока

Плотность магнитного потока над устройством может быть сформулирована следующим образом:

B = I / 4 (pi) r, или I = 4 (pi) rB

куда,
B = напряженность поля в гауссах
I = ток в амперах
r = расстояние от центра проводника до установленного устройства в дюймах.

Можно отметить, что элемент с эффектом Холла дает наиболее оптимальный отклик, когда он расположен перпендикулярно магнитному полю. Причина в том, что уменьшенное создание косинуса угла по сравнению с угловыми полями на 90 градусов.

Бесконтактное измерение тока (слабого) с помощью катушки и устройства на эффекте Холла

Как обсуждалось выше, когда задействованы более низкие токи, измерение через катушку становится полезным, поскольку катушка помогает сконцентрировать плотность потока и, следовательно, чувствительность.

Обеспечение зазора между устройством и катушкой

Обеспечивая воздушный зазор между устройством и катушкой 0,060 ', эффективная плотность магнитного потока становится равной:

B = 6.9nI или n = B / 6.9I

где n = количество витков катушки.

Например, для визуализации 400 Гс при 12 амперах приведенная выше формула может использоваться как:

n = 400/83 = 5 витков

Проводник с более низкими значениями тока, обычно менее 1 Гс, становится трудно обнаруживаемым из-за присутствия собственных помех, обычно сопровождаемых твердотельными устройствами и цепями линейных усилителей.

Широкополосный шум, излучаемый на выходе устройства, обычно составляет 400 мкВ RMS, что приводит к ошибке около 32 мА, что может быть значительно большим.

Для правильного определения и измерения малых токов используется схема, показанная ниже, в которой проводник оборачивается вокруг тороидального сердечника несколько раз (n), что дает следующее уравнение:

B = 6,9 нИ

где n - количество витков

Этот метод позволяет в достаточной степени усилить слаботочные магнитные поля для обеспечения устройства на эффекте Холла данных без ошибок для последующего преобразования в вольты.

Бесконтактное измерение тока (высокий) с использованием тороида и устройства на эффекте Холла

В случаях, когда ток через проводник может быть высоким (около 100 ампер), можно напрямую использовать устройство на эффекте Холла через тороид с поперечным сечением для измерения рассматриваемых величин.

Как видно на рисунке ниже, эффект Холла помещается между щелью или зазором тороида, в то время как проводник, по которому проходит ток, проходит через тороидальное кольцо.

Магнитное поле, создаваемое вокруг проводника, концентрируется внутри тороида и обнаруживается устройством Холла для необходимых преобразований на выходе.

Эквивалентные преобразования, произведенные эффектом Холла, можно непосредственно считать, подключив его выводы к цифровому мультиметру, установленному на диапазон мВ постоянного тока.

Вывод питания ИС на эффекте Холла должен быть подключен к источнику постоянного тока в соответствии с его техническими характеристиками.

Учтивость:

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