Tässä artikkelissa kerrotaan yksinkertaisesta kosketuksettomasta virta-anturipiiristä, joka käyttää Hall-tehoanturin IC: tä.

Miksi Hall-tehosensori

Virran havaitsemisessa (ampeerit) lineaariset Hall-efektilaitteet ovat parhaat ja tarkimmat.

Nämä laitteet voivat havaita ja mitata virtaa muutamasta ampeerista tuhansiin. Lisäksi se mahdollistaa mittausten tekemisen ulkoisesti ilman fyysistä kosketusta johtimen kanssa.

Kun virta kulkee johtimen läpi, syntyy tyypillisesti noin 6,9 gausin ampeeria kohti olevan vapaan tilan magneettikenttä.

Tämä tarkoittaa, että Hall-efektilaitteelta saadaan kelvollinen lähtö, se on määritettävä yllä olevan kentän alueelle.

Pienjännitteisten johtimien kohdalla tämä tarkoittaa, että laite on konfiguroitava erityisesti suunniteltujen järjestelyjen sisälle anturin kantaman ja anturikyvyn parantamiseksi.

Suuren virran voimakkuuden omaavalle johtimelle ei kuitenkaan tarvita mitään erityistä järjestelyä, ja lineaarinen Hall-efektilaite kykenisi havaitsemaan ja mittaamaan ampeerit suoraan sijoittamalla itsensä aukotun torroidin sisään.

Magneettivuon laskeminen

Laitteen magneettivuon tiheys voidaan muotoilla seuraavasti:

B = I / 4 (pi) r tai I = 4 (pi) rB

missä,
B = kentän voimakkuus Gaussissa
I = virta ampeereina
r = etäisyys johtimen keskikohdasta sijoitettuun laitteeseen tuumina.

Voidaan huomata, että Hall-ilmiö tuottaa optimaalisen vasteen, kun se on kohtisuorassa magneettikenttään nähden. Syynä on pienempi kulman kosinin muodostuminen verrattuna 90 asteen kulmiin.

Virran kosketusvapaa mittaus (matala) kelalla ja Hall-efektilaitteella

Kuten edellä on keskusteltu, kun käytetään pienempiä virtoja, sen mittaamisesta kelan läpi tulee hyötyä, koska kela auttaa keskittämään vuon tiheyden ja siten herkkyyden.

Laitteen ja kelan välisen aukon toteuttaminen

Pakottamalla laitteen ja kelan välinen ilmaväli 0,060 '' saavutetaan todellinen magneettivuon tiheys:

“insinööriprojekteja opiskelijoille ”

B = 6,9nI tai n = B / 6,9I

missä n = kelan kierrosten lukumäärä.

Esimerkiksi 400 gaussin visualisointiin 12 ampeerilla yllä olevaa kaavaa voidaan käyttää seuraavasti:

n = 400/83 = 5 kierrosta

Johtimen, jolla on pienempi virran suuruus, tyypillisesti alle 1 gauss, on vaikea tunnistaa luontaisten häiriöiden läsnäolon vuoksi, joita normaalisti seuraa kiinteän tilan laitteet ja lineaariset vahvistinpiirit.

Laitteen ulostulossa emittoituva laajakaistakohina on tyypillisesti 400 uV RMS, mikä johtaa noin 32 mA: n virheeseen, joka voi olla merkittävästi suuri.

Pienien virtojen tunnistamiseksi ja mittaamiseksi oikein käytetään alla esitettyä järjestelyä, jossa johdin kääritään toroidisydämen ympärille muutaman kerran (n), jolloin saadaan seuraava yhtälö:

B = 6,9 nI

missä n on käännösten lukumäärä

Menetelmä sallii matalavirtaisten magneettikenttien parantamisen riittävästi Hall-efektilaitteen tuottamiseksi virheetöntä dataa seuraavaa muunnosta varten voltteina.

Virran kosketusvapaa mittaus (korkea) käyttämällä toroidia ja Hall-efektilaitetta

Tapauksissa, joissa johtimen läpi kulkeva virta voi olla suuri (noin 100 ampeeria), Hall-efektilaitetta voidaan käyttää suoraan sylinteriosan toroidin kautta kyseisten suuruuksien mittaamiseen.

Kuten alla olevasta kuvasta voidaan nähdä, Hall-efekti sijoitetaan toroidin halkeaman tai raon väliin, kun virtaa kuljettava johtaja kulkee torroidirenkaan läpi.

Johtimen ympärillä syntyvä magneettikenttä on keskittynyt torroidiin ja Hall-laite havaitsee tarvittavat muunnokset lähdössä.