Методы измерения тока с использованием различных датчиков тока

Ток - очень важный фактор в электронике или электротехнике. В электронике ток может иметь ширину полосы от нескольких наноампер до сотен ампер. Этот диапазон может быть намного шире в области электричества, обычно до нескольких тысяч ампер, особенно в электрических сетях. Существуют разные методы измерения и измерения тока внутри цепи или проводника. В этой статье мы обсудим, как измерять ток с помощью различных методов измерения тока, с их преимуществами, недостатками и областями применения.

Метод измерения тока датчика эффекта Холла

Эффект Холла открыт американским физиком Эдвином Гербертом Холлом и может использоваться для определения силы тока. Обычно он используется для обнаружения магнитного поля и может быть полезен во многих приложениях, таких как спидометр, дверная сигнализация, DIY BLDC.

Датчик Холла выдает выходное напряжение, зависящее от магнитного поля. Отношение выходного напряжения пропорционально магнитному полю. В процессе измерения тока ток измеряется путем измерения магнитного поля. Выходное напряжение очень низкое, и его необходимо усилить до полезного значения с помощью усилителя с высоким коэффициентом усиления и очень низким уровнем шума. Помимо схемы усилителя, датчик Холла требует дополнительных схем, так как он является линейным преобразователем.

Плюсы:

1. Может использоваться с более высокой частотой.
2. Может точно использоваться как на переменном, так и на постоянном токе.
3. Бесконтактный метод.
4. Может использоваться в суровых условиях.
5. Это надежно.

Минусы:

1. Датчик дрейфует и требует компенсации.
2. Для полезного выхода требуется дополнительная схема.
3. Дороже, чем метод на основе шунта.

Датчики на эффекте Холла используются в токоизмерительных клещах, а также во многих промышленных и автомобильных датчиках тока. Многие типы линейных датчиков на эффекте Холла могут измерять ток от нескольких миллиампер до тысяч ампер. По этой причине приложение Smart Grid Monitoring Application также использует другой тип датчика Холла для контроля тока в проводнике.

Метод измерения тока датчика магнитного затвора

Насыщающийся индуктор является основным компонентом метода измерения магнитного поля. Из-за этого датчик Fluxgate называется датчиком тока насыщаемого индуктора. Сердечник индуктора, который используется для индукционного датчика, работает в области насыщения. Уровень насыщения этого индуктора очень чувствителен, и любая внутренняя или внешняя магнитная индукция изменяет уровень насыщения индуктора. Проницаемость сердечника прямо пропорциональна уровню насыщения, следовательно, изменяется и индуктивность. Это изменение значения индуктивности анализируется датчиком магнитного затвора для определения тока. Если ток высокий, индуктивность становится ниже, если ток низкий, индуктивность становится высокой.

Датчик на эффекте Холла работает аналогично магнитному датчику, но между ними есть одно отличие. Разница в основном материале. В датчике с магнитным затвором используется насыщающийся индуктор, но в датчике на эффекте Холла используется воздушный сердечник.

На изображении выше показана базовая конструкция датчика с магнитным затвором. Есть две катушки, первичная и вторичная, обернутые вокруг сердечника насыщаемого индуктора. Изменения в протекании тока могут изменить проницаемость сердечника, что приведет к изменению индуктивности на другой катушке.

Плюсы:

1. Может измерять в широком диапазоне частот.
2. Имеет большую точность.
3. Небольшие вылеты и заносы.

Минусы:

1. Высокое вторичное энергопотребление
2. Фактор риска увеличивается из-за шума напряжения или тока в первичном проводе.
3. Подходит только для постоянного или низкочастотного переменного тока.

Магнитные датчики используются в солнечных инверторах для измерения тока. Помимо этого, измерение переменного и постоянного тока с обратной связью можно легко выполнить с помощью датчиков Flux Gate. Метод измерения тока на затворе потока также может использоваться для измерения тока утечки, обнаружения перегрузки по току и т. Д.

Метод измерения тока катушки Роговского

Катушка Роговского названа в честь немецкого физика Вальтера Роговского. Катушка Роговского сделана из спиральной катушки с воздушным сердечником и намотана вокруг целевого проводника для измерения тока.

На изображении выше катушка Роговского показана с дополнительной схемой. Дополнительная схема представляет собой схему интегратора. Катушка Роговского обеспечивает выходное напряжение в зависимости от скорости изменения тока в проводнике. Для создания выходного напряжения, пропорционального току, требуется дополнительная схема интегратора.

Плюсы:

1. Это хороший метод обнаружения быстрого изменения высокочастотного тока.
2. Безопасная работа с вторичной обмоткой.
3. Недорогое решение.
4. Гибкость в обращении благодаря конструкции с разомкнутым контуром.
5. Температурная компенсация не сложна.

Минусы:

1. Подходит только для переменного тока
2. Имеет более низкую чувствительность, чем трансформатор тока.

Катушка Роговского имеет широкую область применения. Например, измерение тока в больших силовых модулях, особенно через полевые МОП-транзисторы или транзисторы большой мощности или через IGBT. Катушка Роговского обеспечивает гибкие возможности измерения. Поскольку реакция катушки Роговского очень быстрая при переходных процессах или высокочастотных синусоидальных волнах, это хороший выбор для измерения переходных процессов высокочастотного тока в линиях электропередач. При распределении энергии или в интеллектуальной сети катушка Роговского обеспечивает отличную гибкость для измерения тока.

Метод измерения тока трансформатора тока

Трансформатор тока или CT используется для измерения тока по вторичному напряжению, которое пропорционально току во вторичной обмотке. Это промышленный трансформатор, который преобразует большое значение напряжения или тока в гораздо меньшее значение во вторичной обмотке. Измерение производится на вторичном выходе.

На изображении выше показана конструкция. Это идеальный трансформатор ТТ с соотношением первичной и вторичной обмоток 1: N. N зависит от технических характеристик трансформатора. Узнайте больше о трансформаторах здесь.

Плюсы:

1. Большая пропускная способность по току, больше, чем у других методов, показанных в этой статье.
2. Не требует дополнительных схем.

Минусы:

1. Требуется обслуживание.
2. Гистерезис возникает из-за намагничивания.
3. Высокий первичный ток насыщает материалы ферритового сердечника.

Основное применение метода измерения тока на основе трансформатора ТТ - это электросеть из-за очень высокой способности измерения тока. Некоторые клещи также используют трансформатор тока для измерения переменного тока.

Метод измерения тока шунтирующего резистора

Это наиболее часто используемый метод в современных методах зондирования. Этот метод основан на законе Ома.

Последовательный резистор с низким сопротивлением используется для измерения тока. Когда ток протекает через резистор низкого номинала, он создает разность напряжений на резисторе.

Возьмем пример.

Предположим, что через резистор сопротивлением 1 Ом протекает ток 1 А. По закону Ома напряжение эквивалентно току x сопротивлению. Поэтому, когда 1 ток через резистор 1 Ом, он будет производить 1V через резистор. Мощность резистора является критическим фактором, который следует учитывать. Тем не менее, на рынке также доступны резисторы очень небольшого номинала, у которых сопротивление находится в миллиомном диапазоне. В таком случае разница напряжений на резисторе также очень мала. Для увеличения амплитуды напряжения требуется усилитель с высоким коэффициентом усиления, и, наконец, ток измеряется с использованием обратной основы расчета.

Альтернативный подход для этого типа метода измерения тока - использовать дорожку печатной платы в качестве шунтирующего резистора. Поскольку медная дорожка печатной платы имеет очень маленькое сопротивление, ее можно использовать для измерения тока. Однако в таком альтернативном подходе несколько зависимостей также очень важны для получения точного результата. Главный фактор, меняющий правила игры, - это дрейф температуры. В зависимости от температуры сопротивление следа изменяется, что приводит к ошибке. Эту ошибку нужно компенсировать в приложении.

Плюсы:

1. Очень экономичное решение
2. Может работать в переменном и постоянном токе.
3. Дополнительное оборудование не требуется.

Минусы:

1. Не подходит для работы с более высокими токами из-за рассеивания тепла.
2. Шунтирующее измерение обеспечивает ненужное снижение эффективности системы из-за потерь энергии на резисторе.
3. Температурный дрейф приводит к ошибкам в высокотемпературном применении.

Применение шунтирующего резистора включает цифровой амперметр. Это более точный и дешевый метод, отличный от датчика Холла. Шунтирующий резистор также может обеспечивать путь с низким сопротивлением и позволяет электрическому току проходить из одной точки в другую точку в цепи.

Как выбрать правильный метод измерения тока?

Выбор правильного метода измерения тока - не сложное дело. При выборе правильного метода необходимо учитывать несколько факторов, например:

1. Какая точность нужна?
2. Измерение постоянного или переменного тока или обоих?
3. Какая потребляемая мощность требуется?
4. Какой текущий диапазон и полоса пропускания необходимо измерить?
5. Стоимость.

Помимо этого, также необходимо учитывать приемлемую чувствительность и подавление помех. Поскольку все факторы не могут быть удовлетворены, некоторые компромиссы идут на компромисс между одной функцией и другой в зависимости от приоритета требований приложения.