Autokombi.ru

Авто-портал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Датчик тока на датчике холла своими руками по микросхемам

Датчик тока на датчике холла своими руками по микросхемам

Схема датчика тока на основе датчика холла

При проведении измерений в автомобильной электрике часто приходится снимать осциллограммы величин тока. Другими словами, не просто измерять, а подробно изучать. Классически для таких целей используются токовые трансформаторы или резисторы. Однако последние имеют частотные ограничения и влияют на изучаемую схему. Токовой датчик, основанный на регуляторе Холла, призван решить эту проблему.

Все бы хорошо, но стоят такие датчики недешево. Если же суметь собрать такой вариант своими руками, то можно неплохо сэкономить. Чтобы суметь изготовить модель собственного производства, можно использовать несколько эффективных схем.

Схема на микросхеме 711

Микросхема ACS 711

ACS 711 – тот самый чип, благодаря которому удастся изготовить токовый датчик или ТД на основе ДХ (датчика Холла). ЧД такого датчика будет равен почти 100 кГц, что будет вполне эффективно для проведения измерений.

Микросхема этого типа имеет выход, который интегрируется с усилителем. Последний, в свою очередь, за счет своей оперативности способен увеличивать возможности схемы вплоть до 1 А/В.

Что касается питания, то напряжение на усилитель поступает за счет применения внутреннего источника 2-полярного типа. Это может быть вариант NSD10 либо какой-нибудь другой. Сама микросхема питается уже посредством стабилизатора, имеющего выход с напряжением 3,3 В.

Проверенный «бюджетный» вариант

Вот, что надо предпринять для изготовления такого варианта:

  • в ферритовом кольце пропилить канавку по толщине корпуса;
  • на эпоксидный клей посадить МС;
  • сделать определенное количество витков на кольце (кол-во витков будет зависеть от конкретного напряжения);
  • в итоге получится бесконтактный вариант реле, функционирующий на электромагнитной основе.

Ферритовое кольцо в роли датчика

Точность срабатывания такого ДТ и регулярность достаточно высокая. Единственным недостатком схемы можно назвать кол-во витков, определяемых чисто эмпирически. На самом деле расчетов конкретного типа нигде и нет. Приходится определять число витков для конкретного сердечника.

Готовый ДТ MLX91206

Кумулятивная схема, где используется тончайший слой ферромагнитоструктуры или ИМС. Последний выступает в качестве коммутатора магнитполя, обеспечивая тем самым, высокое усиление и наладку эквивалентности шумосигнала. Более актуален этот вариант ДТ для измерения постоянно-переменного напряжения до 90 кгц с изоляцией омического свойства, что характеризуется незначительными внедряемыми потерями и малым временем отклика.

Схема включения датчика тока MLX91206

Кроме того, из преимуществ можно выделить простоту сборки и маленькие размеры фюзеляжа.

ДТ MLX91206 – это регулятор, который пока удовлетворяет спрос в автопромышленности. Помимо этого, ДТ этого типа применяется в других источниках питания: для защиты от перегрузки, в двигательных системах и т.д.

Чаще всего ДТ на микросхеме MLX91206 применяется в гибридных автомобильных системах, как автоинверторы.

Интересно и то, что датчик этот оснащен качественной защитной системой от перенапряжения, что позволяет использовать его в качестве отдельного регулятора, интегрированного к кабелю.

Принцип функционирования датчика подобного типа основан на преобразовании магнитполя, возникаемого от токов, проходящих сквозь проводник. Схема не имеет верхнего ограничения измеряемого уровня напряжения, так как выход и его параметры в данном случае зависят от проводникового размера и непосредственной дистанции от ДТ.

Что касается отличий этого типа ДТ от аналогичных:

  1. Скорость аналогового выхода, которая выше (этому способствует ЦАП 12 бит).
  2. Наличие программируемого переключателя.
  3. Надежная защита от переплюсовки и перенапряжения.
  4. Выход ШИМ с разрешением АЦП 12 бит.
  5. Большущая полоса пропускания, параметры которой равны 90 кГц и многое другое.

Одним словом, ДТ этого типа является компактным и эффективным датчиком, изготовленным по технологии Триасис Холл. Технология подобного типа считается классической и традиционной, она чувствительна к плотности потока, который приложен четко параллельно поверхности.

Уникальное решение для измерения больших величин тока

Измерения, которые удается провести с помощью готового датчика, изготовленного по технологии Триасис Холл, делятся на измерения небольшого напряжения до 2 А, тока средн. величины до 30 А и токов до 600 А (больших).

Рассмотрим подробнее возможности этих измерений.

  • Малые токи измеряются с помощью датчика за счет повышения параметров магнитполя через катушку вокруг ДТ. В данном случае чувствительность измерения будет обусловлена габаритами катушки и кол-вами витков.
  • Токи в диапазоне до 30 А или средние токи измеряются с учетом допустимости напряжения и общей рассеиваемости мощности дорожки. Последние обязаны быть довольно толстыми и широкими, иначе непрерывной обработки среднего тока достичь не удастся.
  • Наконец, измерение больших токов – это использование медных и толстых дорожек, способных приводить напряжение на обратной стороне печатной платы.

ДТ на эффекте Холла: общий взгляд

Что такое эффект Холла? Как известно, это явление основано на том, что если поместить в магнитное поле какой-либо полупроводник прямоугольного типа, и пропустить сквозь него напряжение, то на краях материала обязательно возникнет электрическая сила, направленная перпендикулярно магнитному полю.

Именно по этой причине магнитный датчик принято называть ДХ в честь ученого Холла, которому удалось первым раскрыть этот самый эффект.

Датчик Холла

Что дает этот самый эффект в автомобильной электрике? Все просто. Когда к ДХ подносится напряжение, то на краях пластины (она бывает расположена внутри ДХ) возникает разность потенциалов, и дается значение, пропорциональное СМП (силе магнитного поля).

Таким образом, в автомобильной сфере удалось использовать бесконтактные элементы, значительно лучше показавшие себя на практике, чем детали, оснащенные контактными группами. Последние приходилось регулярно чистить, ремонтировать, менять.

Бесконтактные ДХ успешно контролируют, например, скорость вращения валов, широко используются в системах зажигания, применимы в тахометрах и АБС.

Читайте так же:
Подержанная Audi 80 – плюсы и минусы

Для измерений силы тока в различных электрических цепях с помощью микросхемы АС712 это удается сделать. Эффект Холла в данном случае оказывает неоспоримую помощь. Таким образом, удается изготавливать датчик или регулятор электрического тока на ДХ.

Подобные датчики позволят измерять силу не только постоянного, но и переменного тока, получать значения в млА.

Как измерить ток утечки с помощью датчика тока

Как правило, модуль с микросхемой АС712 функционирует строго от 5В, зато позволяет измерять максимальный уровень тока до 5 А. При этом напряжение должно быть выставлено в пределах значений от 2 квт.

Вообще, ДТ применяются повсеместно в электротехнике для создания коммуникаций обратной связи. В зависимости от конкретного места функционирования, ДТ классифицируются на несколько видов. Известны резистивные ДТ, токово-трансформаторные, ну и конечно, ДТ на эффекте Холла.

Нас интересуют ДТ на эффекте Холла. Они еще называются открытыми регуляторами или приборами с выходным сигналом по напряжению. Предназначение их: бесконтактным способом измерять переменный, постоянный и импульсный ток в диапазонах от плюс/минус 57 до плюс/минус 950 Ампер при в.о. 3 млс.

Датчик тока в схеме электромобиля

Выходное напряжение ДТ бывает четко соизмерно вычисляемым параметрам тока. 0-е значение напряжения равняется половинной величине тока питания. Тем самым, диапазон выхода тока составляет 0,25-0,75 В.

Настройку чувствительности ДТ легко провести методом трансформации числа витков тестируемого проводника по кругу магнитопровода регулятора.

Корпус ДТ обязан быть устроен из прочного РВТ пластика.

РВТ пластик – это пластиковый материал, получаемый посредством однородного сваривания.

Что касается жестких выводов корпуса ДТ, то их бывает 3. Предназначены они для пайки на плату.

Цепь выхода ДТ – пара комплектарно-биополярных транзисторов. Другими словами, это не что иное, как полупроводниковый прибор, в котором сформировано два перехода, а перенос заряда осуществляется носителями 2-х полярностей или иначе – электронами и квазичастицами.

ДТ на эффекте Холла бывают также оригинального и неоригинального производства. Первые выделяются привлекательным дизайном, надежны и способны давать высочайшую точность показаний. А вот ДТ неоригинального производства таких параметров не имеют, хотя тоже способны предоставить свои преимущества. К ним относится разборный корпус и низкая стоимость.

Внимание. Если ДТ легко разбирается путем вывинчивания 4-х винтиков, то перед вами не оригинальный прибор.

Разборка корпуса оригинального ДТ обязательно приведет к неудаче, так как они изготовлены в закрытом варианте. Конечно, можно постараться и добраться до внутренностей, однако это обязательно приводит к поломкам. Корпус таких приборов запаян со всех сторон, по всем стыкам.

Для сравнения внутренностей заводского ДТ и последующего собирания самодельной схемы рекомендуется воспользоваться, как и было написано выше, неоригинальным устройством. Например, пусть это будет китайский ДСТ-500. Он легко разбирается, схема срисовывается на ура, так как она простая, не содержит сложных заковырок.

Что касается функционирования, то она одинакова во всех типах ДТ:

  • силовой проводник под напряжением идет через магнитопровод;
  • образуется циклотронное поле;
  • ток идет по выравнивающей обмотке магнитопровода, чтобы стабилизировать поле;
  • компенсируемое напряжение должно быть ровно пропорционально напряжению в сил. проводнике.

Помимо этого, для компенсирования магнитпровода датчика, требуется измерять величинные и знаковые значения ДТ. Для этих целей в магнитопроводе следует прорезать отверстие, через которое, собственно говоря, и вставляется датчик Холла. Сигнал прибора будет форсироваться, снабжать мощностный эндотрон, выход которого интегрирован со стабилизирующей обмоткой.

Высокоточный датчик тока

Данным образом, основной целью подобной схемы станет пропуск такой доли напряжения сквозь обмотку, которая бы воздействовала на магнитное поле так, чтобы в разрыве магнитопровода значение приближалось к 0.

В целой зоне измеряемого напряжения при этом сохранится ювелирная точность КПД соизмеримости. Для измерения точного напряжения компенс. обмотки используется низкоомный резистор-прецизион. Величина падения тока на таком резисторе будет равна значению напряжения в силовой цепи.

ДТ подобного типа можно легко изготовить своими силами. Потребность в таких регуляторах постоянно растет, стоят они, как и говорилось, недешево.

Датчик Холла в конкретном случае желательно использовать специфический, бескорпусный. Установить его можно на узкую полоску тонкого фольго-стеклотекстолита. Под ним должно быть предусмотрено посадочное углубление, где он будет посажен на эпоксидный клей очень плотно.

Внимание. Толщина полоски текстолита в 0,8 мм будет считаться нормальной, так как зайдет в зазор без излишнего трения о стенки и без эффекта болтания.

ДТ — эталонная установка для вычисления напряжения высоковольтажного пульсара питания. Например, ток, потребляемый стартером или генератором. И с помощью датчика Холла осуществить это удается, используя всего лишь одну микросхему.

Напоследок интересное видео про датчик тока на основе датчика холла

Датчик тока на датчике холла своими руками по микросхемам

Передаточные характеристики датчиков

Датчиками называют блоки, задача которых измерить некоторый параметр, а потом, сравнив его с эталонным для данной технической системы значением, подать соответствующий сигнал на исполнительный элемент схемы. Поскольку большинство систем используют электродвигатели, то наиболее распространёнными типами являются датчики тока и напряжения (общий вид последнего представлен на следующем рисунке).

Широкое внедрение таких устройств обусловлено развитием сенсорных методов управления, когда исходный сигнал — электрический или оптический — преобразуется в необходимые параметры управления.

По сравнению в другими управляющими технологиями (например, контакторного контроля) датчики обеспечивают следующие преимущества:

  1. Компактность.
  2. Безопасность в применении.
  3. Высокую точность.
  4. Экологичность.

датчик напряжения в сборе

Малые размеры и вес часто позволяют изготавливать многофункциональные датчики, например, такие, которые могут контролировать несколько параметров цепи. Таковыми являются современные датчики тока и напряжения.

Читайте так же:
Установка рейлингов на Ниву, Хендай, Прадо и другие автомобили

В состав таких детекторов входят:

  • Контактные группы входа;
  • Контактные группы выхода;
  • Шунтирующий резистор;
  • Усилитель сигнала;
  • Несущая плата;
  • Блок питания.

Идея того, что устройства можно подключать к уже имеющейся сети, не выдерживает проверку временем, ибо часто в экстремальных ситуациях (пожар, взрыв, землетрясение) именно системы встроенного электроснабжения первыми выходят из строя.

Детекторы подразделяют на активные и пассивные. Первые не только передают конечный сигнал на управляющий элемент, но и управляют его действием.

Внешний вид собранного датчика Схема активного датчика тока на LM358AM Схема датчика тока с измененными деталями Внешний вид датчика тока

Схемы датчиков тока на основе трансформатора тока

В статье предложены варианты пассивных и активных (на ОУ широкого применения и на специализированной микросхеме)датчиков, собранных на основе трансформатора тока.

Нередко требуется измерять или контролировать ток, потребляемый от электрической сети различными нагрузками, например электроприборами.

Для этих целей широко применяют как пассивные резистивные датчики и датчики на основе трансформаторов тока, самодельных или выпускаемых серийно, так и различные активные датчики на основе специализированных микросхем с гальванической развязкой от сети и без неё.

Классификация и схемы подключения

Датчики тока предназначаются для оценки параметров постоянного и/или переменного тока. Сравнение выполняется двумя методами. В первом случае используется закон Ома. При установке шунтирующего резистора в соответствии с нагрузкой системы на нём создаётся напряжение, пропорциональное нагрузке системы. Напряжение на шунте может быть измерено дифференциальными усилителями, например, токовыми шунтирующими, операционными или разностными. Такие устройства используются для нагрузок, которые не превышают 100 А.

Измерение переменного тока выполняется в соответствии с законами Ампера и Фарадея. При установке петли вокруг проводника с током там индуцируется напряжение. Этот метод измерения используется для нагрузок от 100 А до 1000 А.

Схема описанных измерений представлена на рисунке:


Слева — измерение малых токов; справа — измерение больших токов

Измерение обычно производится при низком входном значении синфазного напряжения. При помощи чувствительного резистора датчик тока соединяется между нагрузкой и землей. Это необходимо, поскольку синфазное напряжение всегда учитывает наличие операционных усилителей. Нагрузка обеспечивает питание прибора, а выходное сопротивление заземляется. Недостатками данного способа считаются наличие помех, связанных с потенциалом нагрузки системы на землю, а также невозможность обнаружения коротких замыканий.

Для слежения работой мощных систем детектор присоединяют к усилителю между источником питания и нагрузкой. В результате непосредственно контролируются значения параметров, подаваемых источником питания. Это позволяет идентифицировать возможные короткие замыкания. Особенность подключения заключается в том, что диапазон синфазного напряжения на входе усилителя должен соответствовать напряжению питания нагрузки. Перед измерением выходного сигнала контролируемого устройства нагрузка заземляется.

Конструктивные особенности измерительных преобразователей тока.

Первый тип преобразователей тока – это разъёмные трансформаторы тока, основанные на принципе электромагнитной индукции (рис.4).

Рис.4. Разъёмный токовый трансформатор для установки в стационарнойстендовой системе(а), для использования с переносными приборами (б) и эквивалентная схема подключения вторичной обмотки трансформатора к приёмнику данных, через нагрузочное сопротивление (в).

Разъёмные трансформаторы тока измеряют параметры только переменного тока. Основной недостаток токовых трансформаторов – большие габариты магнитного сердечника и высокие напряжения на выходе при размыкании вторичной электрической цепи. Кроме того, такие трансформаторы не предназначены для измерения постоянной и низкочастотных составляющих тока в диапазоне ниже 2-5Гц, поэтому в переносных средствах измерения их обычно не используют. В то же время их рекомендуется устанавливать в щиты питания машин переменного тока стационарно, с выводом маломощного сигнала в место, доступное для измерений переносной системой диагностики.

Второй тип преобразователей, который получил наиболее широкое распространение при бесконтактном измерении тока, — это токовые клещи с датчиком Холла, которые могут измерять параметры, как переменного, так и постоянного токов (рис.5).

Рис.5. Токовые клещи с датчиком Холла

Измерение параметров тока осуществляется посредством измерения напряжения, индуцируемого на обкладках полупроводниковой пластины (датчика Холла), установленной в зазоре магнитопровода, пропорционально величине напряжённости магнитного поля, созданного в магнитопроводе проводником с измеряемым током.

Недостатком такого вида преобразователей является наличие небольшого постоянного смещения выходного напряжения, вносящего систематическую ошибку в результаты измерения постоянной составляющей тока. Для исключения этой ошибки в преобразователи либо встраивается переменный резистор «установки нуля», который легко настраивается, либо в магнитный сердечник устанавливается обмотка, для компенсации постоянной составляющей магнитного поля. Преобразователи без компенсационной обмотки получили наименования «открытого типа» («open loop») или прямого усиления, с компенсационной обмоткой — «закрытого типа» («closed loop»).

Третий тип – гибкие измерительные преобразователи тока, которые в России более широко известны под термином «пояс Роговского» (рис.6).

Рис.6. Гибкие измерительные преобразователи тока («пояс Роговского»).

Гибкие преобразователи измеряют скорость изменения тока в проводнике, поэтому сигнал с выхода такого преобразователя должен интегрироваться для получения значений тока. С помощью пояса Роговского возможно измерение параметров только переменного тока, причем начиная с частот порядка 5-10Гц. Верхняя граничная частота измеряемых составляющих тока практически неограниченна, поэтому чаще всего такой преобразователь используется для специальных измерений тока на частотах в сотни кГц и выше. При этом, как правило, измеряемый сигнал не интегрируется.

Как функционирует датчик тока

Работа данного элемента включает следующие этапы:

  1. Измерение нагрузки в контролируемой схеме.
  2. Сравнение полученного значения с эталонным, которое программируется в процессе настройки.
  3. Фиксация полученного результата (может быть выполнена в цифровом или аналогом виде).
  4. Передача данных на панель управления.
Читайте так же:
Как поменять кольца генератора автомобильного

Для выполнения указанных функций (в частности, реализации высокой точности измерений) к элементам детектора предъявляются следующие требования:

  • Допустимое падение напряжения на шунтирующем резисторе должно быть не более 120…130 мВ;
  • Температурная погрешность не может быть выше 0.05 %/°С и не изменяться во времени работы;
  • В функциональном диапазоне значений характеристики сопротивления резисторов должны быть линейными;
  • Способ пайки токочувствительных резисторов на плату не может увеличивать общее сопротивление схемы подключения.

Монтажные схемы устройств, которые предназначены для контроля цепей постоянного и переменного тока представлены соответственно на рисунках.

Схема на микросхеме 711

Микросхема ACS 711

ACS 711 – тот самый чип, благодаря которому удастся изготовить токовый датчик или ТД на основе ДХ (датчика Холла). ЧД такого датчика будет равен почти 100 кГц, что будет вполне эффективно для проведения измерений.

Микросхема этого типа имеет выход, который интегрируется с усилителем. Последний, в свою очередь, за счет своей оперативности способен увеличивать возможности схемы вплоть до 1 А/В.

Что касается питания, то напряжение на усилитель поступает за счет применения внутреннего источника 2-полярного типа. Это может быть вариант NSD10 либо какой-нибудь другой. Сама микросхема питается уже посредством стабилизатора, имеющего выход с напряжением 3,3 В.

Практика применения

Чаще всего данные изделия используются как измерители в схемах токовых реле, которые управляют режимами работы различного электроприводного оборудования и предохраняют его от экстремальных ситуаций.

Токовые реле способны защитить любое механическое устройство от заклинивания или других условий перегрузки, которые приводят к ощутимому увеличению нагрузки на двигатель. Функционально они определяют уровни тока и выдают выходной сигнал при достижении указанного значения. Такие реле используются для:

  • Сигнала сильноточных условий, например, забитая зёрнами доверху кофемолка;
  • Некоторых слаботочных условий, например, работающий насос при низком уровне воды.

Чтобы удовлетворить требования разнообразного набора приложений, в настоящее время используется блочный принцип компоновки датчиков, включая применение USB-разъёмов, монтаж на DIN-рейку и кольцевые исполнения устройств. Это обеспечивает выполнение следующих функций:

  • Надёжную работу на любых режимах эксплуатации;
  • Возможность применения трансформаторов;
  • Регулировка текущих параметров, которые могут быть фиксированными или регулируемыми;
  • Аналоговый или цифровой выход, включая и вариант с коротким замыканием;
  • Различные исполнения блоков питания.

В качестве примера рассмотрим схему датчика тока для управления работой водяного насоса, обеспечивающего подачу воды в дом.

отключение питающего насоса датчиком тока при низком уроне воды в резервуаре

Кавитация — это разрушительное состояние, вызванное присутствием пузырьков, которые образуются, когда центробежный насос или вертикальный турбинный насос работает с низким уровнем жидкости. Образующиеся пузырьки затем лопаются, что приводит к точечной коррозии и разрушению исполнительного узла насоса. Подобную ситуацию предотвращает токовое реле.

Когда насос работает в нормальном режиме, и жидкость полностью перекрывает его впускное отверстие, двигатель насоса потребляет номинальный рабочий ток. В случае снижения уровня воды потребляемый ток уменьшается. Если кнопка запуска нажата, одновременно включаются стартёр M и таймер TD. Реле CD настроено на максимальный ток, поэтому его контакт при первоначальном запуске двигателя не будет замкнут. При падении силы тока ниже установленного минимума реле включается, а, после истечения времени ожидания TD, включается в его нормально замкнутый контакт. Соответственно контакты CR размыкаются и обесточивают двигатель насоса.

Применение такого детектора исключает автоматический перезапуск насоса, поскольку оператору необходимо убедиться в том, что уровень жидкости перед впускным отверстием достаточен.

Датчик тока своими руками

Если приобрести стандартный датчик (наиболее известны конструкции от торговой марки Arduino) по каким-то соображениям невозможно, устройство можно изготовить и самостоятельно.

датчик тока фирмы Arduino. Стрелкой указан USB-разъём

Датчик тока фирмы Arduino. Стрелкой указан USB-разъём.

  1. Операционный усилитель LM741, или любой другой, который мог бы действовать как компаратор напряжения.
  2. Резистор 1 кОм.
  3. Резистор 470 Ом.
  4. Светодиод.

Общий вид устройства в сборе, сделанного своими руками, представлен на следующем рисунке. В данной схеме используется эффект Холла, когда разность управляющих потенциалов может изменяться при изменении месторасположения проводника в электромагнитном поле.

Датчики магнитного поля. Датчики Холла в схемах на МК

Сущность эффекта, открытого в 1879 г. американским физиком Э. Холлом, заключается в появлении разности потенциалов между гранями полупроводниковой пластины, через которую протекает ток и на которую воздействует перпендикулярное магнитное поле. Разность потенциалов прямо пропорциональна силе тока и квадрату магнитной индукции.

Эффект Холла широко применяется в бесконтактных датчиках тока. Другое направление — датчики перемещения, в которых элемент Холла крепится к неподвижному шасси, а собственно магнит находится на движущейся части исследуемого объекта. Поскольку выходной сигнал датчика Холла пропорционален индукции магнитного поля, а не скорости его изменения, это даёт серьёзное преимущество в точности по сравнению с аналогичными по назначению индуктивными датчиками.

Магниточувствительные элементы, использующие эффект Холла, обычно называют «датчиками Холла» (англ. «Hall Sensor»). Различают простые и интегральные датчики Холла. В последних кроме полупроводниковой пластины содержится встроенный усилитель-формирователь. Типовые параметры интегральных датчиков Холла: напряжение питания 2.5…5 В или 4.5… 18 В, ток потребления 8…20 мА, минимальная регистрируемая магнитная индукция 2… 10 мТл, выходной сигнал — аналоговый (модулированное по амплитуде напряжение) или цифровой (открытый коллектор, КМОП-элемент, импульсы ШИМ).

На Рис. 3.74 а…м показаны схемы подключения датчиков Холла к МК.

Рис. 3.74. Схемы подключения датчиков Холла к МК <начало):

а) датчик Холла DAI имеет выход с открытым коллектором и встроенную схему защиты от замыкания на шину питания. Микросхема УР1101ХП29 реагирует на магнитное поле положительной полярности, УР1101ХП49 — на поле положительной и отрицательной полярности с триггерным эффектом запоминания;

Читайте так же:
Не работает ручной тормоз – причины и решение проблемы

б) диод VD1 защищает вход МК от случайной подачи высокого положительного напряжения. Конденсатор С J снижает помехи, поступающие от датчика Холла по длинным проводам;

в) включение/выключение датчика Холла DAI по сигналам с выхода МК. Датчик реагирует на магнитное поле как положительного, так и отрицательного направления. Замена микросхемы /)/!/- К1116КП2;

Рис. 3.74. Схемы подключения датчиков Холла к МК <продолжение):

г) датчик Холла ?14/ (фирма Ampson Technology) имеет два противофазных выхода. Прямой сигнал поступает на МК, а инверсный — на внешнее исполнительное устройство через выход с открытым коллектором;

д) для усиления сигнала с датчика Холла ?14/ (фирма Allegro MicroSystems) используется ОУ DA2. Резистором RI выставляется начальное напряжение на входе МК, близкое к половине питания. Резистором /?J регулируется усиление/чувствительность;

е) датчик оборотов двигателя бормашины, выполненный на специализированной бескорпусной микросборке DAI, содержащей на подложке датчик Холла. На ОУ DA2 собран двухка- скадный усилитель напряжения (регулируется резистором RW), Резистор /?/ балансирует мостовую схему, находящуюся внутри DAI, что необходимо для начальной калибровки показаний;

ж) подключение датчика Холла DA / (фирма Allegro MicroSystems) к М К через малошумящий ОУ DA2,1 и двухзвенный ФНЧ

Рис. 3.74. Схемы подключения датчиков Холла к ЫК <окончание):

з) микросхема DA! (фирма Melexis) — это интеллектуальный датчик магнитного поля с внутренним DSP и со своей системой команд. По-другому микросхему DA! называют «цифровым датчиком Холла». Трёхпроводной интерфейс связи напоминает SPI, но вместо двух отдельных линий MISO и MOSI сделана одна совмещённая линия MISO-MOSI;

w) DA1 — это микросхема датчика Холла, щироко применявщаяся ранее в компьютерных клавиатурах;

к) аналоговый компаратор на микросхеме DA1 (фирма Maxim Integrated Products) обеспечивает крутые фронты сигнала на входе МК. Порог срабатывания определяется делителем /?/, R3 л) DA! — это микросхема датчика Холла, «изъятая» из компьютерного вентилятора; м) экономичный ОУ на микросхеме Z)/42 (фирма Telefunken) усиливает сигнал сдатчика Холла DAL Транзистор VT1 служит ключом и формирует на выходе прямоугольные импульсы.

Одна микросхема для создания любого датчика тока

Датчик тока Датчики тока

По своей сути каждый датчик является составной частью регулирующих, сигнальных, измерительных и управляющих приборов. С его помощью преобразуется та или иная контролируемая величина в определенный тип сигнала, позволяющий измерять, обрабатывать, регистрировать, передавать и хранить полученную информацию. В некоторых случаях датчик может оказывать воздействие на подконтрольные процессы. Всеми этими качествами в полной мере обладает датчик тока, используемый во многих устройства и микросхемах. Он преобразует воздействие электрического тока в сигналы, удобные для дальнейшего использования.

Датчики, применяемые в различных устройствах, классифицируются в соответствии с определенными признаками. По возможности измерений входных величин, они могут быть: электрическими, пневматическими, датчиками скорости, механических перемещений, давления, ускорения, усилия, температур и других параметров. Среди них измерение электрических и магнитных величин занимает примерно 4%.

Датчик тока

Каждый датчик преобразует входную величину в какой-либо выходной параметр. В зависимости от этого, контрольные устройства могут быть неэлектрическими и электрическими.

Среди последних чаще всего встречаются:

  • Датчики постоянного тока
  • Датчики амплитуды переменного тока
  • Датчики сопротивления и другие аналогичные приборы.

Основным достоинством электрических датчиков является возможность передачи информации на определенные расстояния с высокой скоростью. Применение цифрового кода обеспечивает высокую точность, быстродействие и повышенную чувствительность измерительных приборов.

Пример использования

Датчик тока подключается к нагрузке в разрыв цепи через колодки под винт. Для работы с датчиком мы можно использовать библиотеку TroykaCurrent, которая переводит значения аналогового выхода датчика в миллиамперы. В листинге 1 представлен скетч для измерения постоянного тока.
Листинг 1

// пин подключения контакта OUT #define PIN_OUT A0 // подключение библиотеки #include // создание объекта ACS712 dataI(PIN_OUT); void setup() < // запуск последовательного порта Serial.begin(9600); >void loop() < // вывод показаний в последовательный порт Serial.print(«i = «); Serial.print(dataI.readCurrentDC()); Serial.println(» A»); delay(1000); >Загружаем скетч на плату Arduino, подключаем нагрузку к источнику питания 12В и смотрим значение тока при подключении хоппера выдачи монет (рис. 4) и двигателя для вендингового аппарата (рис. 6).

Рисунок 3. Подключение хоппера выдачи монет к источнику питания 12В.

Рисунок 4. Измерение силы тока при подключении хоппера выдачи монет к источнику питания 12В.

Рисунок 5. Подключение двигателя для вендингового аппарата к источнику питания 12В.

Рисунок 6. Измерение силы тока при подключении двигателя для вендингового аппарата к источнику питания 12В.

В листинге 2 представлен скетч для измерения переменного тока.

Основные виды датчиков тока

Датчиками тока являются устройства, с помощью которых определяется сила постоянного или переменного тока в электрических цепях. В их конструкцию входят магнитопровод с зазором и компенсационной обмоткой, датчик Холла, а также электронная плата, выполняющая обработку электрических сигналов. Основным чувствительным элементом служит датчик Холла, закрепляемый в зазоре магнитопровода и соединяемый со входом усилителя.

Принцип действия в целом одинаковый для всех подобных устройств. Под действием измеряемого тока возникает магнитное поле, затем, с помощью датчика Холла осуществляется выработка соответствующего напряжения. Далее это напряжение усиливается на выходе и подается на выходную обмотку.

Датчик тока

Датчики прямого усиления (O/L)

Обладают небольшими размерами и массой, низким энергопотреблением. Диапазон преобразований сигналов существенно расширен. Позволяет избежать потерь в первичной цепи. Работа устройства базируется на магнитном поле, которое создает первичный ток Ip. Далее происходит концентрация магнитного поля в магнитной цепи и его дальнейшее преобразование элементом Холла в воздушном зазоре. Сигнал, полученный с элемента Холла усиливается и на выходе образуется пропорциональная копия первичного тока.

Читайте так же:
Как разобрать катушку зажигания современного типа

Датчик тока

Датчики тока (Eta)

Характеризуются широким диапазоном частот и расширенным диапазоном преобразований. Преимуществами данных устройств является низкое энергопотребление и незначительное время задержки. Работа устройства поддерживается однополярным питанием от 0 до +5 вольт. Действие прибора основано на комбинированной технологии, в которой используется компенсационный тип и прямое усиление. Это способствует существенному улучшению характеристик датчика и более сбалансированному функционированию.

Датчики тока и трансформаторы тока

Контроль и измерение тока – это принципиальное требование для множества приложений, а также для схем защиты от перегрузок тока, импульсных источников питания, программируемых источников тока, зарядных устройств и др.

Датчики тока

Самый простой способ измерения тока – применить датчик постоянного тока, состоящий из резистора с незначительным сопротивлением, – шунта включенного последовательно с нагрузкой, где падение напряжения будет пропорционально протекающему току.

Этот метод, хотя и самый простой в реализации, требует более точного измерения, так как от непостоянной температуры зависит сопротивление шунта. К тому же этим способом невозможно организовать между измерителем и нагрузкой тока гальваническую развязку, необходимую в приложениях, так как питание нагрузки происходит благодаря высокому напряжению.

Недостатки измерения тока, часто встречающиеся при использовании резисторного шунта:

  • нагрузка не поступает напрямую на «землю»;
  • между схемой и нагрузкой измерения нет гальванической развязки;
  • нелинейность измерений, которая обусловлена из-за температурного дрейфа сопротивления резистора.

Для подобных измерений применяют прецизионный интегральный датчик тока Холла, к примеру, Allegro ACS712 (Рисунок 1). Этот прибор подключается к микроконтроллеру и передает данные о протекающем токе в проводнике. Принцип работы прибора основывается на простом эффекте Холла.

При возникновении магнитного поля на быстро движущиеся электроны начинает оказывать влияние сила Лоренца, которая искривляет путь движения электронов, следствие чего происходит перераспределение зарядов в элементе Холла.

Прибор ACS712 выпускается в SOIC 8-ми выводном корпусе и предназначен для поверхностного монтажа. Микросхема имеет встроенный датчик тока Холла, состоящего из малого напряжения смещения и медного проводника, расположенного на поверхности чипа. Во время протекания тока через этот проводник, создается магнитное поле, которое воспринимается встроенным кристаллом элемента Холла. Встроенная схема формирования сигнала повышает уровень напряжения для возможности измерения внешним АЦП.

На Рисунке 2 изображена схема подключения ACS712 к внешним устройствам. На выводах 1-4 образуется проводящий путь измерения тока, внутреннее сопротивление которого порядка 1.2 МОм. Прочность изоляции пробора составляет 2.1 кВ.

Любой АЦП имеет зависимость точности измерения и стабильности опорного напряжения. В применении микроконтроллерной техники, это напряжение часто выбирается из основного питающего. Поэтому для точных измерений нужно тщательно подходить к выбору источника опорного напряжения.

При подключении датчика тока в микроконтроллер заливается программа, основное тело которой можно видеть на Листинге 1.

Результирующие данные можно передавать через COM-порт или другие доступные интерфейсы.

Трансформаторы тока

В электроустановках переменного напряжения для измерения силы тока применяют токовые трансформаторы.

Основной класс трансформатора тока разделяется на восемь групп:

  1. По назначению (защитные, лабораторные, измерительные и промежуточные);
  2. По принципу установки (наружная, внутренняя установка, встроенные в машины и электрические аппараты, переносные и накладные);
  3. По конструктивным особенностям первичной обмотки трансформатора (одновитковые, многовитковые, шинные);
  4. По типу установки (опорные и проходные);
  5. По исполнению изоляции (бумажно-маслянная, сухая, газонаполненная);
  6. По ступеням трансформации и коэффициент трансформатора тока (одноступенчатые, каскадные), ВАХ характеристики;
  7. По допустимому рабочему напряжению (до 1000 В и выше 1000 В);
  8. Особые трансформаторы тока (пояс Роговского, нулевой последовательности).

Применение трансформатора тока повышает безопасность работы с контрольно-измерительными приборами, так как высоковольтные и низковольтные цепи имеют гальваническую развязку.

Первичная обмотка трансформатора включается последовательно в цепь измерения. Далее сигнал преобразуется во вторичный ток трансформатора тока. На первичной обмотке чаще всего располагают несколько витков провода большого сечения. Измерительные трансформаторы тока работают совершенно в других условиях, например, в случаях с силовыми трансформаторами. Вторичный ток трансформатора тока имеет небольшие значения.

Принцип работы токового трансформатора иллюстрирован на Рисунке 3. Через силовую обмотку протекает ток. Вокруг контура формируется магнитный поток, передающийся через магнитопровод. После пересечения перпендикулярно расположенных обмоток, образуется ЭДС, под влиянием которой возникает вторичный ток трансформатора тока.

Промышленный трансформатор тока имеет подобный вид, как на Рисунке 4.

Подключение трансформатора тока по схеме полной звезды представлено на Рисунке 5. Данная защита реагирует на любые типы короткого замыкания. При КЗ на землюгеометрическая сумма токов в реле будет сосредоточена в нулевом проводе. Поэтому реле в нулевом проводе может реагировать на утечки токов и короткое замыкание на землю.

Волоконно-оптические датчики тока

Волоконно-оптические датчики тока работают по принципу эффекта Фарадея. В процессе распространения линий поляризованного света, сквозь оптические неактивные вещества наблюдается искривление угловой плоскости поляризации. Простой пример реализации данного датчика представлен на рисунке 6.

На Рисунке 7 показан пример реализации системы использования волоконного датчика тока, работающий по протоколу МЭК 61850-9-2LE.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию