Aplikimi i sensorëve të sallës. Transformatorët e rrymës - zgjidhja e duhur

Sensorët modernë të rrymës klasifikohen në llojet e mëposhtme:
- sensorë rezistues (shunts aktuale);
- Sensorët e rrymës me efekt Hall;
- transformatorë të rrymës;
- Sensorët e rrymës me fibër optike (FOCS) bazuar në efektin Faraday;
- rrip Rogovsky;
- kapëse e rrymës
Secili ka avantazhet dhe disavantazhet e veta, të cilat kufizojnë fushën e zbatimit të tij.

po

	Rezistenca me sens aktual	Transformatorët e rrymës	Sensorët e sallës
Rryma e matur	Konstante	E ndryshueshme	Konstante dhe e ndryshueshme
Gama e rrymës së matur	Deri në 20 A	Deri në 1000A	Deri në 1000A
Gabim në matje	1%	5%	10%
Izolimi galvanik	Nr	ka	ka
Humbja e futjes	ka	ka	Jo
diapazoni i frekuencës	100 kHz	50/60/400 Hz	200 kHz
Kostoja relative	të ulëta	lartë	mesatare
Kërkon furnizim të jashtëm me energji elektrike	Nr	Nr

Disavantazhi kryesor i një sensori të rrymës rezistente është nevoja për të lidhur sensorin drejtpërdrejt me qarkun e matjes. Disavantazhi kryesor i një transformatori aktual është se ai mat vetëm rrymat AC në frekuencën e energjisë. Sensori i rrymës së efektit Hall ka një sërë avantazhesh, të cilat janë aftësia për të matur rrymat DC dhe AC, dhe madhësia e vogël. Përparësitë e tyre kryesore përfshijnë mungesën e humbjeve të energjisë të futura nga sistemi, një gamë të gjerë frekuencash. Disavantazhet janë nevoja për një furnizim të jashtëm me energji elektrike dhe varësia nga temperatura.

Sensorët e rrymës Allegro Microsystems

Allegro Microsystems është e specializuar në projektimin dhe prodhimin e IC-ve të fuqisë analoge-dixhitale dhe sensorëve të rrymës me efekt Hall. Për intervalin 5-200 A ofrohen mikroqarqe inteligjente dhe për diapazonin deri në 1000 A e lart, ofrohen mikroqarqe lineare me matje të rrymës në distancë. Sensorët funksionojnë në një gamë të zgjeruar të temperaturës, gjë që u lejon atyre të përdoren në kushte të vështira funksionimi.
Fushat kryesore të aplikimit janë sistemet e automobilave dhe elektronikës së energjisë, automatizimi industrial, pajisjet për qëllime të përgjithshme.

Parimi i funksionimit

Sensorët përbëhen nga një sensor linear shumë preciz i efektit Hall të integruar në çip dhe një përcjellës bakri i vendosur afër çipit. Rryma elektrike, që rrjedh përmes përcjellësit, krijon një fushë magnetike, e cila zbulohet nga sensori Hall dhe shndërrohet në një tension proporcional me vlerën e rrymës hyrëse.

Kutitë e sensorëve

Për prodhimin e sensorëve për 5-200 A, përdoret teknologjia e çipit të rrokullisjes, e cila siguron një numër avantazhesh të rëndësishme për zhvilluesin:
- ndjeshmëri e rritur, sensori Hall ndodhet shumë afër përcjellësit aktual
- izolim i lartë galvanik, deri në 3600 V rms për 60 sekonda
- rezistencë e ulët e qarkut primar, më pak se 1 mOhm, humbje të reduktuara të energjisë
- strehë standarde për montim në sipërfaqe.

Sensorët për një gamë prej 50-200 A prodhohen në një strehë të dizajnit tonë - CB. Ky strehë përfshin një përcjellës bakri dhe një sensor analog Hall dhe lejon matjen e rrymës direkte deri në 200 A dhe pulsimin deri në 1200 A. Sensorët janë të kalibruar gjatë prodhimit, përballojnë tensionin e prishjes deri në 4800 V rms për 60 sekonda, sigurojnë izolim lart. në 700 V dhe izolim i përforcuar deri në 4500 B. Rezistenca e përcjellësit është 100 mΩ, kështu që IC ka humbje jashtëzakonisht të ulët të fuqisë kur mat rrymën maksimale.

Kompensimi termik

Sensorët aktualë përdorin një teknologji të patentuar të kompensimit të temperaturës dixhitale që mund të përmirësojë ndjeshëm si ndjeshmërinë ashtu edhe gabimin e tensionit të daljes në pikën e funksionimit. Të dy parametrat maten në fazën e testimit përfundimtar në dy mënyra: në temperaturën e dhomës dhe në 85 ... 150 ° C. Këto të dhëna ruhen në memorien EEPROM. Si rezultat, sensorët Allegro kanë një gabim total prej ± 1% në rangun prej 25 ... 150 ° С. Ky kalibrim i fazës së vonë eliminon nevojën për kalibrimin e temperaturës pas PCB-së.

Aplikimi i sensorëve të rrymës në një makinë elektrike

Sensorët e rrymës Allegro mund të përdoren në disa njësi lëvizëse për shkak të izolimit të tyre galvanik dhe parametrave të mirë të shpejtësisë dV / dt.
Ato mund të përdoren për të matur rrymën e autobusit DC (1), rrymën e fazës (2) ose rrymën e nivelit të ulët.

Izolimi galvanik lejon që sensorët Allegro të përdoren për të matur drejtpërdrejt rrymën e fazës së motorit. Kjo thjeshton njësinë e kontrollit dhe zvogëlon zhurmën. Sensorët ACS710, ACS711 dhe ACS716 kanë dalje gabimi që mund të përdoren për të zbuluar qarqet e shkurtra ose fenomene të tjera të shkaktuara nga rryma e lartë.
Sensorët kryesorë të rrymës për makinën elektrike:

Sensorët e rrymës në amplifikatorët e fuqisë

Kontrolli i saktë i amplifikatorit të fuqisë në një stacion bazë ose radio portative është baza për shkëmbimin e saktë midis fuqisë dalëse dhe efikasitetit.
Rryma e paragjykimit është një parametër kyç kontrolli në shumicën e fazave të daljes, kështu që Allegro ofron disa sensorë aktualë për këtë detyrë.

ACS711	Sensori i rrymës 100 kHz në strehimin QFN / SOIC
ACS712	Sensori i rrymës 80 kHz në strehimin SOIC

Përfitimet e sensorëve të rrymës Allegro

- aftësia për të matur rrymën direkte, rrymë alternative dhe kombinimet e tyre;
- humbje të ulëta të energjisë dhe, si rezultat, gjenerim i ulët i nxehtësisë, përmasa të reduktuara dhe aftësi për të kontrolluar rryma të mëdha;
- izolim galvanik i integruar

Saktësia e lartë, izolimi galvanik i qarkut matës, qëndrueshmëria termike dhe dimensionet e vogla i bëjnë sensorët një zgjidhje të mirë për t'u përdorur në teknologjinë e konvertuesve, elektronikë shtëpiake, automobilistike dhe industriale.

Sensorët 0-50 A

3000 SOICW-16ACS716

Seria	Lloji i sensorit	Furnizimi me energji elektrike, V	Gama e matjes, A	Tensioni i izolimit, Vrms	Gjerësia e brezit, kHz	Ritmi. varg*	Lloji i guaskës
ACS709	Me dy drejtime	3.3, 5	± 12 deri në 75	2100	120	L	QSOP-24
ACS710	Me dy drejtime	5	± 12 deri në 75	120	K
ACS711	Me dy drejtime	3.3	± 12,5 deri në 25	<100 В пост.тока	100	E, K	SOIC-8, QFN-12
ACS712	Me dy drejtime	p> 5	± 5 deri në 30	2100	80	E	SOIC-8
ACS713	Një mënyrë	5	20 deri në 30	2100	80	E	SOIC-8
ACS714	Me dy drejtime	5	± 5 deri në 30	2100	80	E, L	SOIC-8
ACS715	Një mënyrë	5	20 deri në 30	2100	80	E, L	SOIC-8
Me dy drejtime	3.3	± 75	3000	120	K	SOICW-16
ACS717	Me dy drejtime	3.3	± 10 deri në 20	4800	40	K	SOICW-16
ACS718	Me dy drejtime	6	± 10 deri në 20	4800	40	K	SOICW-16
ACS764	Një mënyrë	3.3	16 ose 32	<100 В пост.тока	2	X	QSOP-24

Sensorët e rrymës 50-200 A

* Simboli për diapazonin e temperaturës:
E = -40 ... 85 ° C
K = -40 ... 125 ° C
L = -40 ... 150 ° C
S = -20 ... 85 ° C

Sistemi i shënimeve
ACS758 L CB TR -100 B-PFF-T
1 2 3 4 5 6 7
1. Seria
2. Gama e temperaturës:
E = -40 ... 85 ° C
K = -40 ... 125 ° C
L = -40 ... 150 ° C
S = -20 ... 85 ° C
3. Lloji i rastit:
SV - ndërtesa SV
LC - SOIC-8
4. Paketimi:
nuk tregohet. - në një kuti lapsash
TR - në kasetë
5. Gama e rrymës së matur, A
6. Lloji i sensorit: B - me dy drejtime, U - me një drejtim
7. Modifikimi i strehës për sensorë 50-200A, përbëhet nga një përcaktim me 3 shkronja:
Shkronja e parë është një kuti plastike
Shkronja e dytë - përcjellësi i rrymës, S - i drejtë, F - i lakuar
Shkronja e tretë - çon, S - linja të drejta, F - këndore

informacion shtese

Pershendetje te gjitheve!

Ndoshta ia vlen të prezantohem pak - unë jam një inxhinier i zakonshëm qarku, i cili gjithashtu interesohet për programim dhe disa fusha të tjera të elektronikës: DSP, FPGA, komunikim radio dhe disa të tjera. Kohët e fundit, u zhyta me kokë në marrës SDR. Në fillim doja t'i kushtoja artikullin tim të parë (shpresojmë jo të fundit) një teme më serioze, por për shumë do të bëhet thjesht lexim dhe nuk do të jetë i dobishëm. Prandaj, tema u zgjodh si një temë shumë e specializuar dhe ekskluzivisht e aplikuar. Unë gjithashtu dua të vërej se, me siguri, të gjithë artikujt dhe pyetjet në to do të konsiderohen më shumë nga ana e qarkut, dhe jo një programues apo dikush tjetër. Epo, le të shkojmë!

Jo shumë kohë më parë, më urdhëruan të dizajnoja një "Sistemi i monitorimit të energjisë së ndërtesave të banimit", klienti është i angazhuar në ndërtimin e shtëpive të vendit, kështu që disa prej jush mund të kenë parë edhe pajisjen time. Kjo pajisje mati rrymat e konsumit në çdo fazë hyrëse dhe tension, duke dërguar njëkohësisht të dhëna përmes kanalit të radios te sistemi tashmë i instaluar Smart Home + ishte në gjendje të shkurtonte motorin në hyrje të shtëpisë. Por biseda sot nuk do të jetë për të, por për komponentin e tij të vogël, por shumë të rëndësishëm - sensorin aktual. Dhe siç e keni kuptuar tashmë nga titulli i artikullit, këta do të jenë sensorë aktualë "pa kontakt" nga kompania Allegro - ACS758-100.
________________________________________________________________________________________________________________________

Mund të shikoni fletën e të dhënave në të cilën do të flas për sensorin. Siç mund ta merrni me mend, numri "100" në fund të shënimit është rryma kufitare që sensori mund të matë. Sinqerisht, kam dyshime për këtë, më duket se përfundimet thjesht nuk do t'i rezistojnë 200A për një kohë të gjatë, megjithëse është mjaft i përshtatshëm për matjen e rrymës së hyrjes. Në pajisjen time, një sensor 100A kalon vazhdimisht të paktën 35A + përmes vetvetes pa asnjë problem + ka maja konsumi deri në 60A.

Figura 1 - Pamje e jashtme e sensorit ACS758-100 (50/200)

Para se të kaloni në pjesën kryesore të artikullit, ju sugjeroj të njiheni me dy burime. Nëse keni njohuri bazë të elektronikës, atëherë do të jetë e tepërt dhe mos ngurroni ta kaloni këtë paragraf. Për pjesën tjetër, ju këshilloj të shkoni në një vrap për zhvillim dhe mirëkuptim të përgjithshëm:

1) Efekti i sallës. Dukuria dhe parimi i punës
2) Sensorë modernë të rrymës
________________________________________________________________________________________________________________________

Epo, le të fillojmë me gjënë më të rëndësishme, përkatësisht shënimin. Unë blej komponentë 90% të kohës në www.digikey.com. Komponentët mbërrijnë në Rusi në 5-6 ditë, faqja ka ndoshta gjithçka, gjithashtu një kërkim dhe dokumentacion parametrik shumë të përshtatshëm. Kështu që një listë e plotë e sensorëve të familjes mund të shihet atje sipas kërkesës " ACS758 Sensorët e mi u blenë në të njëjtin vend - ACS758LCB-100B.

Brenda fletës së të dhënave për shënimin, gjithçka është pikturuar, por unë prapë do t'i kushtoj vëmendje pikës kryesore " 100 V":

1) 100 - ky është kufiri i matjes në amper, domethënë sensori im mund të masë deri në 100A;
2) "V"- kësaj letre ia vlen t'i kushtohet vëmendje e veçantë, në vend të saj mund të ketë edhe një letër" U". Sensori me shkronjë B di të matë rrymën alternative, dhe për këtë arsye rrymën e drejtpërdrejtë. Sensori me shkronjë U mund të matet vetëm rryma direkte.

Gjithashtu në fillim të fletës së të dhënave ka një shenjë të shkëlqyer për këtë temë:


Figura 2 - Llojet e sensorëve aktualë të familjes ACS758

Gjithashtu, një nga arsyet më të rëndësishme për përdorimin e një sensori të tillë ishte - izolimi galvanik... Kunjat e fuqisë 4 dhe 5 nuk janë të lidhura elektrike me kunjat 1,2,3. Në këtë sensor, komunikimi është vetëm në formën e një fushe të induktuar.

Një tjetër parametër i rëndësishëm u shfaq në këtë tabelë - varësia e tensionit të daljes nga rryma. E bukura e këtij lloji të sensorëve është se ata kanë një dalje të tensionit, dhe jo një rrymë si transformatorët e rrymës klasike, gjë që është shumë e përshtatshme. Për shembull, dalja e një sensori mund të lidhet drejtpërdrejt me hyrjen ADC të mikrokontrolluesit dhe mund të merren leximet.

Sensori im e ka këtë vlerë 20 mV / A... Kjo do të thotë që kur një rrymë prej 1A rrjedh nëpër terminalet 4-5 të sensorit, voltazhi në daljen e tij do të rritet me 20 mV... Mendoj se logjika është e qartë.

Në momentin tjetër, sa është voltazhi i daljes? Duke marrë parasysh që furnizimi me energji elektrike është "njerëzor", domethënë unipolar, atëherë kur matni rrymën alternative duhet të ketë një "pikë referimi". Për një transmetues të caktuar, kjo pikë referimi është 1/2 e furnizimit (Vcc). Një zgjidhje e tillë është shpesh rasti dhe është e përshtatshme. Kur rryma rrjedh në një drejtim, dalja do të jetë " 1/2 Vcc + I * 0,02 V", në një gjysmë cikël tjetër, kur rryma rrjedh në drejtim të kundërt, voltazhi i daljes do të jetë më i ngushtë." 1/2 Vcc - I * 0.02V". Në dalje marrim një sinusoid, ku" zero "është 1 / 2 Vcc... Nëse matim rrymën direkte, atëherë në dalje do të kemi " 1/2 Vcc + I * 0,02 V", atëherë, kur përpunojmë të dhënat në ADC, thjesht zbresim komponentin konstant 1/2 Vcc dhe ne punojmë me të dhëna të vërteta, pra me pjesën e mbetur I * 0.02 V.

Tani është koha për të testuar në praktikë atë që përshkrova më lart, ose më saktë zbrita nga fleta e të dhënave. Për të punuar me sensorin dhe për të testuar aftësitë e tij, unë ndërtova këtë "mini-stendë":

Figura 3 - Vendi për testimin e sensorit aktual

Para së gjithash, vendosa të aplikoj fuqinë në sensor dhe të mas prodhimin e tij për t'u siguruar që të merret si "zero" 1/2 Vcc... Diagrami i lidhjes mund të merret në fletën e të dhënave, por unë, duke dashur vetëm të njihem, nuk humba kohë dhe skali një kondensator filtri për furnizimin me energji elektrike + qark filtri me kalim të ulët RC në pinin Vout. Në një pajisje të vërtetë, nuk mund të shkosh askund pa to! Përfundova me foton e mëposhtme:

Figura 4 - Rezultati i matjes "zero"

Kur aplikohet fuqia 5B nga shallet e mia STM32VL-Zbulim Unë pashë rezultatet e mëposhtme - 2.38 V... Pyetja e parë që lindi: " Pse 2.38 dhe jo ato të përshkruara në fletën e të dhënave 2.5?"Pyetja u zhduk pothuajse menjëherë - mata autobusin e energjisë gjatë korrigjimit, dhe ka 4.76-4.77 V. Dhe puna është se energjia vjen nga USB, tashmë ka 5V, pas USB ka një stabilizues linear LM7805, dhe kjo qartazi nuk është një LDO me rënie 40 mV. Këtu mbi të është rreth 250 mV dhe bie. Epo, në rregull, kjo nuk është kritike, gjëja kryesore është të dish se "zero" është 2.38 V. Është kjo konstante që unë do të zbresë gjatë përpunimit të të dhënave nga ADC.

Tani le të bëjmë matjen e parë, deri më tani vetëm me ndihmën e një oshiloskopi. Do të masë rrymën e qarkut të shkurtër të furnizimit tim të rregulluar me energji elektrike, është e barabartë me 3.06A... Ky dhe ampermetri i integruar tregon dhe fluke dha të njëjtin rezultat. Epo, ne lidhim daljet e njësisë së furnizimit me energji elektrike me këmbët 4 dhe 5 të sensorit (në foto kam hedhur vitukha) dhe shohim se çfarë ndodhi:

Figura 5 - Matja e rrymës së qarkut të shkurtër të PSU

Siç mund ta shohim, tensioni është i ndezur Vout rritur nga 2.38 V në 2.44 V... Nëse shikoni varësinë e mësipërme, atëherë duhet të kishim marrë 2,38V + 3,06A * 0,02V / A, që korrespondon me vlerën 2.44V. Rezultati korrespondon me pritjet, me një rrymë prej 3A morëm një rritje në "zero" të barabartë me 60 mV... Përfundim - sensori po funksionon, tashmë mund të punoni me të duke përdorur MK.

Tani ju duhet të lidhni një sensor aktual në një nga kunjat ADC në mikrokontrolluesin STM32F100RBT6. Vetë guraleca është shumë mediokër, frekuenca e sistemit është vetëm 24 MHz, por kjo shami ka kaluar shumë me mua dhe është vendosur. Unë e kam në pronësi të saj për ndoshta 5 vjet tashmë, sepse është marrë falas në një kohë kur ST është shpërndarë djathtas dhe majtas.

Në fillim, nga zakoni, doja të vendosja një op-amp me një koeficient pas sensorit. fitoj "1", por, duke parë diagramin strukturor, kuptova se ai ishte tashmë brenda. E vetmja gjë që vlen të merret në konsideratë është se në rrymën maksimale, fuqia dalëse do të jetë e barabartë me furnizimin me energji të sensorit Vcc, domethënë rreth 5 V, dhe STM mund të masë nga 0 në 3.3 V, kështu që në këtë rast është e nevojshme të vendosni një Ndarës rezistent të tensionit, për shembull, 1: 1.5 ose 1: 2. Rryma ime është e pakët, kështu që do ta neglizhoj këtë moment tani për tani. Pajisja ime e provës duket si kjo:

Figura 6 - Duke bashkuar "ampermetrin" tonë

Gjithashtu, për të vizualizuar rezultatet, vidova ekranin kinez në kontrolluesin ILI9341, pasi ai ishte i shtrirë pranë dhe duart e mia nuk e arritën në asnjë mënyrë. Për të shkruar një bibliotekë të plotë për të, vrava nja dy orë dhe një filxhan kafe, pasi fleta e të dhënave ishte çuditërisht informuese, gjë që është e rrallë për zanatet e djemve të Jackie Chan.

Tani duhet të shkruajmë një funksion për të matur Vout duke përdorur ADC-në e mikrokontrolluesit. Nuk do t'ju tregoj në detaje, tashmë ka një det informacioni dhe mësimesh në STM32. Pra thjesht shikoni:

Uint16_t get_adc_value () (ADC_SoftwareStartConvCmd (ADC1, ENABLE); ndërsa (ADC_GetFlagStatus (ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET); kthe ADC_GetConversionValue (ADC1);
Më tej, për të marrë rezultatet e matjes ADC në kodin e ekzekutueshëm të trupit kryesor ose të ndërprerjes, duhet të regjistroni sa vijon:

Data_adc = marr_vlera_adc ();
Duke deklaruar paraprakisht variablin data_adc:

Extern uint16_t data_adc;
Si rezultat, marrim variablin data_adc, i cili merr një vlerë nga 0 në 4095, pasi ADC në STM32 është 12 bit. Tjetra, duhet ta kthejmë rezultatin "në papagaj" në një formë më të njohur për ne, domethënë në amper. Prandaj, së pari është e nevojshme të llogaritet çmimi i ndarjes. Pas stabilizatorit në autobusin 3.3V, oshiloskopi im tregoi 3.17 V, nuk filloi të kuptojë se me çfarë lidhej. Prandaj, duke e ndarë 3.17V me 4095, marrim vlerën 0.000774V - ky është çmimi i ndarjes. Kjo do të thotë, pasi kam marrë rezultatin nga ADC, për shembull, 2711, unë thjesht e shumëzoj atë me 0.000774V dhe marr 2.09V.

Në detyrën tonë, voltazhi është vetëm një "ndërmjetës"; ne ende duhet ta përkthejmë atë në amper. Për ta bërë këtë, ne duhet të zbresim 2.38B nga rezultati dhe të ndajmë pjesën e mbetur me 0.02 [B / A]. Ne morëm formulën e mëposhtme:

Float I_out = ((((float) data_adc * presc) -2.38) /0.02);
Epo, është koha për të ngarkuar firmuerin në mikrokontrollues dhe për të parë rezultatet:

Figura 7 - Rezultatet e matjes së të dhënave nga sensori dhe përpunimi i tyre

Kam matur konsumin e vetë qarkut siç shihet në 230 mA. Duke matur të njëjtën gjë me një fluks të verifikuar, rezultoi se konsumi ishte 201 mA. Epo, një numër dhjetor është tashmë shumë i lezetshëm. Më lejoni të shpjegoj pse ... Gama e rrymës së matur është 0..100A, domethënë saktësia deri në 1A është 1%, dhe saktësia deri në të dhjetat e amperit është tashmë 0,1%! Dhe ju lutemi vini re, kjo është pa asnjë zgjidhje qarkore. Madje isha shumë dembel për të mbyllur përçuesit e filtrimit të energjisë.

Tani është e nevojshme të matet rryma e qarkut të shkurtër (SC) të furnizimit tim me energji elektrike. E kthej dorezën në maksimum dhe marr foton e mëposhtme:

Figura 8 - Matjet e rrymës së qarkut të shkurtër

Epo, në fakt leximet në vetë burimin me ampermetrin e vet:

Figura 9 - Vlera në shkallën BP

Në fakt, tregoi 3.09A, por ndërsa po fotografoja, vitukha u nxeh, dhe rezistenca e saj u rrit, dhe rryma, në përputhje me rrethanat, ra, por kjo nuk është aq e frikshme.

Si përfundim, as nuk di çfarë të them. Shpresoj se artikulli im do të ndihmojë disi amatorët e radios fillestare në rrugën e tyre të vështirë. Ndoshta dikujt do t'i pëlqejë prezantimi im i materialit, atëherë unë mund të vazhdoj të shkruaj periodikisht për punën me komponentë të ndryshëm. Ju mund të shprehni dëshirat tuaja për temën në komente, unë do të përpiqem të marr parasysh.

Për funksionimin korrekt, të besueshëm dhe pa probleme të produkteve moderne të energjisë dhe jo shumë elektronike, është shumë e rëndësishme të përcaktohen saktë madhësitë dhe format e tensioneve dhe rrymave që veprojnë në pajisje. Fati i projektit, suksesi financiar ose dështimi në funksionim, madje edhe jetët e njerëzve mund të varen nga zgjedhja e një elementi kaq të thjeshtë në dukje si një matës i rrymës elektrike ose i tensionit. Një nga më të përshtatshmet për matje të tilla (në të ardhmen, ne do të përpiqemi të përdorim termin "transformim", pasi LLC "DTiN Laboratory" mbështet mendimin se sensorët, sipas përkufizimit, nuk janë instrumente matës) janë njehsorë, funksionimi i të cilëve është bazuar në efektin Hall. Avantazhi i këtyre konvertuesve është mungesa e humbjeve të energjisë në qarkun e kontrolluar, izolimi galvanik midis qarqeve hyrëse dhe dalëse, shpejtësia, aftësia për të vepruar në një gamë të gjerë të temperaturave dhe tensioneve të furnizimit, aftësia për të ndërlidhur drejtpërdrejt me monitorime të ndryshme dhe pajisjet e kontrollit.

Saktësia e matësve të efektit Hall është në rangun nga 0.2 në 2 përqind dhe varet, para së gjithash, nga qarku i përdorur në hartimin e pajisjes. Ato përdoren gjerësisht në instalime të ndryshme elektrike, si rregull, në qarqet e mbrojtjes, monitorimit dhe kontrollit, por, për shembull, për shkak të një numri kufizimesh, ato praktikisht nuk përdoren kurrë për matjen komerciale të energjisë elektrike. Konvertues të ngjashëm të sinjaleve elektrike mund të gjenden në një makinë moderne saldimi, në një sistem kontrolli ashensor dhe në një makinë; puna e transportit hekurudhor tani është e paimagjinueshme pa këto pajisje. Pajisjet me efekt Hall mund të konvertojnë rrymë alternative dhe direkte. Përkundër faktit se ata shpesh quhen "transformatorë aktualë", ky fakt është ndryshimi dhe avantazhi i tyre kryesor.

Efekti Hall u zbulua më shumë se 130 vjet më parë nga shkencëtari amerikan Edwin Hall gjatë eksperimenteve me fushat magnetike. Që atëherë, ky efekt është përshkruar shumë herë në një shumëllojshmëri të gjerë të literaturës. Ai bazohet në shfaqjen e një ndryshimi tërthor potencial elektrik në një përcjellës të rrymës konstante në një fushë magnetike.

Çfarë duhet t'i kushtoni vëmendje kur zgjidhni një pajisje për matjen e treguesve

1. Tensioni i furnizimit. Për pajisjet matëse industriale, përdoret furnizimi me energji bipolar (± 12 V, ± 15 V, ± 18 V, ± 24 V.) dhe unipolar (+5, 12, 24 V). Zgjedhja e tij varet si nga aftësitë dhe nevojat e zhvilluesit, ashtu edhe nga kushtet për ndërlidhjen me njësitë e kontrollit dhe menaxhimit.
2. Saktësia e konvertimit. Siç e kemi përmendur tashmë, njehsorët ekzistues që funksionojnë me efektin Edwin Hall kanë një saktësi prej 0.2 deri në 2 përqind, ndërsa ky parametër zakonisht përcaktohet nga mënyra se si është ndërtuar vetë njehsori - sipas një skeme të përforcimit të drejtpërdrejtë ose kompensimit, me reagime 100%. Si në shumicën e rasteve, një pajisje matëse më e saktë e llojit të kompensimit për të njëjtën rrymë elektrike të vlerësuar është më e shtrenjtë se homologu i saj, i montuar sipas një skeme të amplifikimit të drejtpërdrejtë, si rregull, ka dimensione të mëdha dhe një konsum definitivisht më të lartë të rrymës elektrike. nga burimi i energjisë. Përparësitë e tij do të jenë jo vetëm saktësia më e madhe, të cilën e kemi përmendur tashmë, por lineariteti më i mirë dhe imuniteti ndaj zhurmës.
3. Gama e konvertimit. Modele të tilla janë të afta të konvertojnë një sinjal hyrës në një dalje proporcionale ose sinjal dixhital përkatës me amperazh që varion nga disa qindra milliamper në disa mijëra amper. Sigurisht, një mekanizëm i tillë është 10kA dhe më shumë, më i shtrenjtë se homologu i tij me 25A.
4. Kornizë. Këto njësi mund të kenë lloje të ndryshme banesash. Ka mundësi për montim në një PCB, shasi ose shina DIN.
5. Temperatura në të cilën këto module janë në gjendje të punojnë siç duhet. Kështu, temperatura e reduktuar e funksionimit për instrumentet matëse që funksionojnë me rrymë dhe tension është, si rregull, -40 C, por ka produkte që mbeten të funksionueshme në -50 dhe madje -55 C. Temperatura e rritur e funksionimit për shumicën e produkteve moderne arrin + 85C, ka mostra që funksionojnë në + 105C.

Klasifikimi i konvertuesve sipas parimit të ndërtimit.

1. Konvertuesi i fitimit të drejtpërdrejtë. Përparësitë - madhësia kompakte, konsumi i ulët i energjisë, aftësia për të punuar me sinjale elektrike nga njësitë e amperit në dhjetëra kiloamper, çmimi i ulët. Ato përdoren për të punuar me sinjale në diapazonin e frekuencës nga DC në 25, më rrallë 50 kHz. Gabim konvertimi dhe jolineariteti brenda njësive të përqindjes. Ky lloj produkti ka një kapacitet të lartë mbingarkesë, është relativisht i lirë dhe kompakt.
2. Matës me reagime 100%, të njohur edhe si sensorë "kompensim" ose "fluks zero". Siç nënkupton edhe emri, tipari kryesor i tij dallues është prania e një laku të mbyllur në fluks magnetik. Pajisjet e tilla përdoren për konvertimin e sinjalit primar nga qindra miliamper në dhjetëra kiloamperë, të çdo forme dhe frekuence, duke filluar nga rryma direkte dhe duke përfunduar në nivelin 100-150-200 kHz. Konvertuesit e kompensimit të këtyre sinjaleve dallohen nga saktësia, lineariteti dhe rezistenca më e mirë ndaj fushave magnetike të jashtme. Gama e konvertimit të këtyre instrumenteve është më e ulët se ajo e modeleve të amplifikimit të drejtpërdrejtë.
3. Sensori i tensionit. Një lloj pajisje kompensuese e pajisjes së konvertuesit elektrik të sinjalit, e karakterizuar nga prania e një dredha-dredha parësore të integruar me një numër të madh kthesash. Tensioni matet duke konvertuar një sinjal të vogël primar (zakonisht në një tension nominal prej 5 ose 10 mA, zgjedhja varet nga zhvilluesi), i vendosur nga një rezistencë e lidhur në seri me spiralen primare, në një sinjal proporcional dalës. Këto pajisje ndryshojnë në një gamë mjaft të gjerë të tensioneve hyrëse, por ato kanë kufizime në frekuencën e sinjalit të hyrjes, pasi dredha-dredha parësore ka induktivitet të konsiderueshëm.
4. Një lloj relativisht i ri i konvertuesit - integral, është një zhvillim i qarkut të amplifikimit të drejtpërdrejtë. Avantazhi është madhësia e vogël, çmimi i ulët. Gjatë kohës që nga momenti i shfaqjes së tyre në 1879 deri në ditët e sotme, pajisjet që funksionojnë në efektin e zbuluar nga Edwin Hall kanë ndryshuar shumë, shumë dukshëm. Saktësia dhe besueshmëria janë rritur, stabiliteti i temperaturës është përmirësuar ndjeshëm, dimensionet dhe çmimet e këtyre mekanizmave janë në rënie të vazhdueshme. Të gjitha këto përmirësime janë bërë të mundshme si si rezultat i zhvillimit të teknologjive në prodhimin e komponentëve elektronikë, ashtu edhe si rezultat i kërkesave të reja për këtë klasë produktesh. Gjithnjë e më shumë përdorim në jetën moderne, të ngopur me pajisje elektronike dhe elektrike.

Industria moderne parashtron kërkesa të veçanta për besueshmërinë dhe qëndrueshmërinë e funksionimit të konvertuesve elektrikë të të dhënave që përdoren për të monitoruar funksionimin dhe kontrollin e sistemeve komplekse. Kjo e bën të nevojshme vazhdimin e përmirësimit të dizajnit të pajisjeve, duke përmirësuar karakteristikat e tyre teknike, duke i bërë ato gjithnjë e më të besueshme, të thjeshta dhe të përshtatshme për t'u përdorur.

Si rregull, një zhvillues fillestar shkon në ekstreme, vendos një saktësi jo më të keqe se 0.1%, dhe një përgjigje frekuence nga 100 kHz, dhe më pas për një kohë të gjatë habitet që zgjidhja e propozuar kushton para të krahasueshme me çmimin. gjysmën, apo edhe të gjithë zhvillimin e tij. Në shumicën e aplikacioneve moderne, për shkak të përmirësimit të parametrave të gjysmëpërçuesve të fuqisë, një saktësi prej 1-2% është më se e mjaftueshme, dhe faktori kryesor në zgjedhjen e konvertuesve është besueshmëria dhe qëndrueshmëria e funksionimit, por këto çështje nuk lidhen drejtpërdrejt me qark dhe janë të denjë për shqyrtim të veçantë.

Efekti Hall u zbulua në 1879 nga shkencëtari amerikan Edwin Herbert Hall. Thelbi i tij është si më poshtë (shih figurën). Nëse një rrymë kalon nëpër një pllakë përçuese dhe një fushë magnetike drejtohet pingul me pllakën, atëherë në pllakë do të shfaqet një tension në drejtim të rrymës tërthore (dhe drejtimit të fushës magnetike): Uh = (RhHlsinw ) / d, ku Rh është koeficienti Hall, i cili varet nga materiali i përcjellësit; H është forca e fushës magnetike; I është rryma në përcjellës; w është këndi midis drejtimit të rrymës dhe vektorit të induksionit magnetik (nëse w = 90 °, sinw = 1); d - trashësia e materialit.

Për shkak të faktit se efekti i daljes përcaktohet nga produkti i dy sasive (H dhe I), sensorët Hall kanë një aplikim shumë të gjerë. Tabela tregon koeficientët Hall për metale dhe lidhje të ndryshme. Legjenda: T - temperatura; B - fluksi magnetik; Rh - Koeficienti i sallës në njësi m3 / C.

Çelësat e afërsisë me efekt Hall janë përdorur gjerësisht jashtë vendit që nga fillimi i viteve 1970. Përparësitë e këtij çelësi janë besueshmëria dhe qëndrueshmëria e lartë, dimensionet e vogla dhe disavantazhet janë konsumi i vazhdueshëm i energjisë dhe kosto relativisht e lartë.

Parimi i funksionimit të gjeneratorit Hall

Sensori Hall ka një dizajn me vrima. Në njërën anë të folesë ka një gjysmëpërçues përmes të cilit rrjedh rryma kur ndezja është e ndezur, dhe nga ana tjetër - një magnet i përhershëm.

Në një fushë magnetike, një forcë vepron në elektronet që lëvizin. Vektori i forcës është pingul me drejtimin e komponentëve të fushës magnetike dhe elektrike.

Nëse futni një pllakë gjysmëpërçuese (për shembull, nga arsenid indium ose antimonid indium) në një fushë magnetike me induksion B, përmes së cilës rrjedh një rrymë elektrike, atëherë një ndryshim potencial lind në anët, pingul me drejtimin e rrymës. Tensioni i sallës (Hall EMF) është proporcional me induksionin aktual dhe magnetik.

Ekziston një hendek midis pllakës dhe magnetit. Ekziston një mburojë çeliku në hendekun e sensorit. Kur nuk ka ekran në hendek, një fushë magnetike vepron në pllakën gjysmëpërçuese dhe diferenca potenciale hiqet prej saj. Nëse ka një ekran në hendek, atëherë linjat magnetike të forcës mbyllen përmes ekranit dhe nuk veprojnë në pllakë; në këtë rast, diferenca potenciale në pllakë nuk lind.

Mikroqarku i integruar konverton diferencën potenciale të krijuar në pllakë në impulse të tensionit negativ të një madhësie të caktuar në daljen e sensorit. Kur ekrani është në hendekun e sensorit, atëherë do të ketë tension në daljen e tij, por nëse nuk ka ekran në hendekun e sensorit, atëherë voltazhi në daljen e sensorit është afër zeros.

Është shkruar shumë për efektin Hall, ky efekt përdoret intensivisht në teknologji, por shkencëtarët vazhdojnë ta studiojnë atë. Në vitin 1980, fizikani gjerman Klaus von Klitzung studioi punën e efektit Hall në temperatura shumë të ulëta. Në një pllakë të hollë gjysmëpërçuese, von Klitzung ndryshoi pa probleme forcën e fushës magnetike dhe zbuloi se rezistenca e Hall-it nuk ndryshon pa probleme, por në kërcime. Madhësia e kërcimit nuk varej nga vetitë e materialit, por ishte një kombinim i konstanteve themelore fizike të ndarë me një numër konstant. Doli se ligjet e mekanikës kuantike ndryshuan disi natyrën e efektit Hall. Ky fenomen është quajtur efekti integral kuantik Hall. Për këtë zbulim, von Klitzung mori çmimin Nobel në Fizikë në 1985.

Dy vjet pas zbulimit të von Klitzung në laboratorin Bell Telephone (i njëjti ku u zbulua transistori), Stormer dhe Tsui studiuan efektin kuantik Hall duke përdorur një mostër jashtëzakonisht të pastër të arsenidit të madh të galiumit të bërë në të njëjtin laborator. Mostra ishte e një shkalle kaq të lartë pastërtie saqë elektronet kalonin nga skaji në skaj pa hasur në pengesa. Eksperimenti i Stormer dhe Tsui u zhvillua në një temperaturë shumë më të ulët (pothuajse zero absolute) dhe me fusha magnetike më të forta sesa në eksperimentin e von Klitzung (një milion herë më shumë se).

Për habinë e tyre, Stormer dhe Tsui gjetën një kërcim në rezistencën e Hallit tre herë më i madh se ai i von Klitzung. Pastaj ata gjetën kërcime edhe më të mëdha. Rezultati ishte i njëjti kombinim i konstantave fizike, por i ndarë jo me një numër të plotë, por me një numër thyesor. Ngarkesa e një elektroni konsiderohet nga fizikanët si një konstante, jo e ndashme në pjesë. Dhe në këtë eksperiment, grimcat me ngarkesa të pjesshme, si të thuash, morën pjesë. Efekti u quajt efekti kuantik i pjesshëm Hall.

Një vit pas këtij zbulimi, një punonjës i laboratorit La Flynn dha një shpjegim teorik të efektit. Ai deklaroi se kombinimi i temperaturës ultra të ulët dhe fushës magnetike të fuqishme bën që elektronet të formojnë një lëng kuantik të pakompresueshëm. Por vizatimi duke përdorur grafikë kompjuterike tregon rrjedhën e elektroneve (topave) që shpojnë aeroplanin. Parregullsitë në rrafsh paraqesin shpërndarjen e ngarkesës së njërit prej elektroneve në prani të një fushe magnetike dhe ngarkesën e elektroneve të tjera. Nëse një elektron i shtohet një lëngu kuantik, atëherë formohet një numër i caktuar kuazigrimcash me ngarkesë të pjesshme (në figurë, kjo tregohet si një grup shigjetash për secilin elektron).
Në vitin 1998 Horst Stormer, Daniel Tsui dhe Robert Laughlin u nderuan me Çmimin Nobel në Fizikë. Aktualisht H. Stormer është profesor i fizikës në Universitetin e Kolumbisë, D. Tsui është profesor në Universitetin Princeton, R. Laughlin është profesor në Universitetin e Stanfordit.

Metal (aliazh)
Alumini
Antimoni Morgan
Teluri kromi

Në vitin 1879, ndërsa punonte në disertacionin e doktoraturës në Universitetin Johns Hopkins, fizikani amerikan Edwin Herbert Hall kreu një eksperiment me një pllakë ari. Ai kaloi një rrymë përmes pllakës, duke e vendosur vetë pllakën në xhami, dhe, përveç kësaj, pllaka iu nënshtrua veprimit të një fushe magnetike të drejtuar pingul me planin e saj, dhe, në përputhje me rrethanat, pingul me rrymën.

Me drejtësi, duhet të theksohet se Hall në atë moment ishte i angazhuar në zgjidhjen e pyetjes nëse rezistenca e spirales përmes së cilës rrjedh rryma varet nga prania pranë saj, dhe si pjesë e kësaj pune, shkencëtarët kryen mijëra eksperimente . Si rezultat i eksperimentit me një pllakë ari, u gjet një ndryshim i caktuar potencial në skajet anësore të pllakës.

Ky tension quhet Tensioni i sallës... Procesi mund të përshkruhet përafërsisht si më poshtë: forca e Lorencit çon në akumulimin e një ngarkese negative pranë njërës skaj të pllakës dhe një pozitive pranë skajit të kundërt. Raporti i tensionit të Hall-it në dalje me vlerën e rrymës gjatësore është një karakteristikë e materialit nga i cili është bërë një element i veçantë Hall, dhe kjo vlerë quhet "rezistenca e sallës".

Shërben si një metodë mjaft e saktë për përcaktimin e llojit të bartësve të ngarkesës (vrima ose elektron) në një gjysmëpërçues ose metal.

Në bazë të efektit Hall, tani prodhohen sensorë Hall, pajisje për matjen e forcës së fushës magnetike dhe përcaktimin e rrymës në një përcjellës. Ndryshe nga transformatorët e rrymës, sensorët Hall bëjnë të mundur matjen e rrymës direkte gjithashtu. Kështu, fushat e aplikimit të sensorit të efektit Hall në përgjithësi janë mjaft të gjera.

Meqenëse tensioni Hall është i vogël, është logjike që tensioni Hall të lidhet me terminalet. Për t'u lidhur me nyjet dixhitale, qarku plotësohet me një shkas Schmitt dhe merret një pajisje e pragut që aktivizohet në një nivel të caktuar të fuqisë së fushës magnetike. Qarqe të tilla quhen ndërprerësa Hall.

Shpesh një sensor Hall përdoret së bashku me një magnet të përhershëm dhe aktivizohet kur magneti i përhershëm i afrohet sensorit në një distancë të caktuar të paracaktuar.

Sensorët e sallës janë mjaft të përhapur në motorët elektrikë pa furçë, ose me valvula (servomotorë), ku sensorët instalohen direkt në statorin e motorit dhe veprojnë si sensor i pozicionit të rotorit (RPR), i cili jep reagime për pozicionin e rotorit. shumë si një kolektor në një motor kolektor DC.

Duke fiksuar një magnet të përhershëm në bosht, marrim një numërues të thjeshtë rrotullimi, dhe ndonjëherë efekti mbrojtës i vetë pjesës ferromagnetike në fluksin magnetik nga është i mjaftueshëm. Fluksi magnetik nga i cili zakonisht aktivizohen sensorët Hall është 100-200 Gauss.

Të prodhuar nga industria moderne e elektronikës, sensorët Hall me tre kapa kanë një tranzistor n-p-n me kolektor të hapur në paketimin e tyre. Shpesh, rryma përmes transistorit të një sensori të tillë nuk duhet të kalojë 20 mA, prandaj, për të lidhur një ngarkesë të fuqishme, është e nevojshme të instaloni një përforcues aktual.

Fusha magnetike e një përcjellësi me një rrymë zakonisht nuk është mjaft e fortë për të ndezur një sensor Hall, pasi ndjeshmëria e sensorëve të tillë është 1-5 mV / G, dhe për këtë arsye, për të matur rrymat e dobëta, një përcjellës me rrymë mbështillet në një bërthama toroidale me një hendek, dhe një sensor Hall është instaluar tashmë në hendek ... Pra, me një hendek prej 1.5 mm, induksioni magnetik tashmë do të jetë 6 Gs / A.