Grunderna i nuvarande sensorer

Aktuella sensorer är antingen öppen eller sluten slinga. Strömgivare med öppen slinga mäter växelström och likström och ger elektrisk isolering mellan kretsen som mäts och sensorns utgång (primärströmmen mäts utan elektrisk kontakt med primärkretsen, vilket ger galvanisk isolering). Mindre dyra än deras kusiner med sluten slinga är strömgivare med öppen slinga i allmänhet att föredra i batteridrivna kretsar med tanke på deras låga driftkrav och små fotavtrycksfunktioner.

Avstängda sensorer mäter växelström och likström och ger elektrisk isolering. De erbjuder snabb respons, hög linearitet och drift med låg temperatur. Strömutgången från sensorn med sluten slinga är relativt immun mot elektriskt brus. Closed-Loop-sensorn kallas ibland en "Zero-Flux" -sensor eftersom Hall-Effect-sensorn matar tillbaka en motström i en sekundärspole, lindad på magnetkärnan för att nollställa flödet som produceras i magnetkärnan av primärströmmen. Sensorer med stängd slinga är ofta den valda sensorn när hög noggrannhet är nödvändig.

Låt oss nu titta närmare på båda typerna, börjar med öppna sensorer.

Strömsensorer med öppen slinga består av en Hall-sensor monterad i luftgapet i en magnetkärna (Fig. 1). En ledare producerar ett magnetfält som är jämförbart med strömmen. Magnetfältet koncentreras av kärnan och mäts av Hall-sensorn. Signalen från Hall-generatorn är låg, så den förstärks, och det är denna förstärkta signal som blir sensorns utgång. Öppna sensorer har normalt kretsar som ger temperaturkompensation och kalibrerad högspänningsutgång. Medan de har en bestämd prisfördel jämfört med stängda slingor, är deras nackdel att de kan vara benägna att mättnad och temperaturdrift. Driften kan emellertid minimeras i viss utsträckning genom att injicera en positiv koefficient i styrströmmen för att minska driftens känslighet över temperaturen.

Figur 1: Illustration av basprincipen och strukturen för Hall-Effect-strömgivarsensorn med öppen slinga. (Med tillstånd av Honeywell).

Ser man på fig. 1, om drivströmmen i ett system med öppen slinga styrs med hjälp av en konstant strömkälla och den differentiella hallspänningen förstärks, kan en utgångsspänning proportionell mot primärströmmen endast erhållas av elektronikkretsen.

Ett exempel är HMS-serien Open Loop Hall-Effect Surface Mount-strömgivare av LEM (fig. 2). Sensorn har galvanisk isolering mellan en primär och sekundär krets; 4300 V isolationstestspänning; låg energiförbrukning; en 12 mm extremt låg profil; en enda strömförsörjning +5 V; och fast offset och vinst.

Bild 2: HMS-serien Open Loop Hall-Effect Transducer. (Med tillstånd av LEM).

Används främst i industriella applikationer för frekvensomriktare med växelströmsvarvtal, statiska omvandlare för likströmsmotordrivna apparater, batteriförsörjningstillämpningar, avbrottsfri och växlad strömförsörjning och strömförsörjning för svetsapplikationer.

Ett annat exempel är Honeywells miniatyrströmsöppningsströmsensorer i CSLW-serien (figur 3). Serien har en SS490-serie av miniatyrförhållandesmetriska, linjära Hall-effekt-sensorer, och avkänningselementet är inkapslat i ett PCB-monterbart plastpaket. Den nuvarande sensorenheten består av sensorn, flödesuppsamlaren, höljet och trådspolen.

Bild 3: Honeywell CSLW-serien Miniature Wired Open-Loop Current Sensor. (Med tillstånd av Honeywell).

I detta fall har den trådbundna designen med öppen slinga flera varv för ökad känslighet. Andra anmärkningsvärda funktioner inkluderar AC- eller DC-strömavkänning, linjär förhållande metrisk utgång, strömmen sjunker eller surrar ut för gränssnittsflexibilitet, låg insättningsförlust, snabb responstid, kompakt storlek och exakt, lågkostnadsavkänning. Tillämpningar inkluderar robotik, frekvensomriktare, industriell processkontroll, motorstyrning i apparater, HVAC, överströmsskydd och strömövervakning av elektroniska kretsar.

Snabbt svar och hög noggrannhet

I jämförelse med öppen slinga mäter sensorer med stängd slinga AC och DC-strömmar och ger elektrisk isolering, ett snabbt svar, hög linearitet och drift av låg temperatur. Deras nuvarande utgång är imponerande immun mot elektriskt brus. De är kända för hög noggrannhet och består av en Hall-generator monterad i luftgapet i en magnetisk kärna, en spole runt kärnan och en strömförstärkare. Den nuvarande bärande ledaren placerad genom sensorns öppning producerar ett magnetfält som står i proportion till strömmen. Detta fält är koncentrerat av kärnan och avkänns av Hall-generatorn. Hall-generatorn är ansluten till ingången till den nuvarande förstärkaren, som driver spolen. Strömmen genom spolen producerar ett motsatt fält, tillhandahållet av strömmen genom öppningen.

Utgången från denna sensor är proportionell mot både öppningsströmmen och antalet varv på spolen. Om den primära nettoströmmen genom den aktuella givaröppningen är I, är antalet varv i kompensationslindningen N, och strömmen i kompensationslindningen är i, då vid nollflödesbetingelsen I = Ni.

Utgångsströmmen från en sluten slinga sensor omvandlas till en spänningssiffra genom att ansluta ett motstånd till utgången från sensorn och jord. Val av motståndsvärde kan resultera i skalning av utgången.

Ett exempel på en strömgivare med utmärkt noggrannhet, god linearitet och drift med mycket låg temperatur är LTS 25-NP från LEM (Fig.4). Enheten är en sluten slinga (kompenserad) flervärdsströmgivare med Hall-effekten. Viktiga funktioner inkluderar:

· Unipolär spänningsförsörjning

· Isolerade plastskåp erkända enligt UL 94-V0

· Kompakt design för PCB-montering

· Inkorporerad mätmotstånd

· Utökat mätområde.

Bild 4: LEM LTS 25-NP strömsensor för stängd slinga. (Med tillstånd av LEM).

Applikationer för enheten finns främst inom den industriella domänen och inkluderar frekvensomriktare med variabel hastighet och servomotordrivna enheter, statiska omvandlare för likströmsmotordrivna enheter, batteriförsörjningsapplikationer, avbrottsfri strömförsörjning, strömförsörjningsläge och strömförsörjning för svetsapplikationer.

Sammanfattning

Även om båda typerna av sensorer kan vara ekonomiska beroende på tillämpningskraven, ger öppna sensorer den bästa kostnadsfördelen i de höga strömområdena (över 100 A). De är också den minsta storleken och vikten. De upprätthåller konstant strömförbrukning, oavsett den avkända strömmen. Prisfördelen med öppna sensorer kan endast realiseras för applikationer där temperaturvariationen kan begränsas.

Strömgivare med sluten slinga är å andra sidan mer lämpade för kommersiella och industriella tillämpningar, där de vanligtvis finns. Dessa sensorer har högsta noggrannhet vid omgivnings- och högtemperatur. De är idealiska för bullriga miljöer och deras utgång konverteras enkelt till spänning.

För mer information, kontakta oss på sales@xfullstar.com