In diesem Artikel lernen wir eine einfache berührungslose Stromsensorschaltung mit einem Hall-Effekt-Sensor-IC kennen.

Warum Hall-Effekt-Sensor?

Wenn es darum geht, Strom (Ampere) zu erfassen, sind lineare Hall-Effekt-Geräte die besten und genauesten.

Diese Geräte können Strom von wenigen Ampere bis zu vielen Tausend erfassen und messen. Darüber hinaus können die Messungen extern durchgeführt werden, ohne dass ein physikalischer Kontakt mit dem Leiter erforderlich ist.

Wenn Strom durch einen Leiter fließt, wird typischerweise ein Freiraum-Magnetfeld von etwa 6,9 Gauß pro Ampere erzeugt.

Dies bedeutet, dass eine gültige Ausgabe des Hall-Effekt-Geräts im Bereich des obigen Felds konfiguriert werden muss, um eine gültige Ausgabe zu erhalten.

Für Leiter mit geringen Strömen bedeutet dies, dass das Gerät in speziell entwickelten Anordnungen konfiguriert werden muss, um die Reichweite und die Erfassungsmöglichkeiten des Sensors zu verbessern.

Für Leiter, die hohe Stromstärken führen, ist jedoch möglicherweise keine spezielle Anordnung erforderlich, und die lineare Hall-Effekt-Vorrichtung wäre in der Lage, die Verstärker direkt zu erfassen und zu messen, indem sie sich in einem Torroid mit Spalt positioniert.

Berechnung des magnetischen Flusses

Die magnetische Flussdichte über der Vorrichtung kann wie folgt formuliert werden:

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

wo,
B = Feldstärke in Gauß
I = Strom in Ampere
r = Abstand von der Mitte des Leiters zum positionierten Gerät in Zoll.

Es ist anzumerken, dass ein Hall-Effekt-Element die optimalste Reaktion erzeugt, wenn es senkrecht zu einem Magnetfeld positioniert ist. Der Grund dafür ist, dass die Erzeugung des Kosinus des Winkels im Vergleich zu abgewinkelten Feldern bei 90 Grad verringert ist.

Berührungslose Strommessung (niedrig) mit einer Spule und einem Hall-Effekt-Gerät

Wie oben diskutiert, wird das Messen durch eine Spule nützlich, wenn niedrigere Ströme beteiligt sind, da die Spule hilft, die Flussdichte und damit die Empfindlichkeit zu konzentrieren.

Durchsetzen der Lücke zwischen Gerät und Spule

Durch Erzwingen eines Luftspalts zwischen Gerät und Spule von 0,060 'wird die effektive magnetische Flussdichte erreicht:

“Was ist ein Plattenkondensator? ”

B = 6,9 nI oder n = B / 6,9 I.

wobei n = Anzahl der Windungen der Spule.

Als Beispiel für die Visualisierung von 400 Gauß bei 12 Ampere kann die obige Formel verwendet werden als:

n = 400/83 = 5 Umdrehungen

Ein Leiter, der geringere Stromstärken führt, typischerweise unter 1 Gauß, wird aufgrund des Vorhandenseins von inhärenten Interferenzen, die normalerweise von Festkörpervorrichtungen und linearen Verstärkerschaltungen begleitet werden, schwierig zu erfassen.

Das am Ausgang des Geräts emittierte Breitbandrauschen beträgt typischerweise 400 uV RMS, was zu einem Fehler von etwa 32 mA führt, der erheblich groß sein kann.

Um niedrige Ströme korrekt zu identifizieren und zu messen, wird eine nachstehend gezeigte Anordnung verwendet, bei der der Leiter einige Male (n) um einen Ringkern gewickelt wird, wobei die folgende Gleichung erhalten wird:

B = 6,9 nI

Dabei ist n die Anzahl der Windungen

Das Verfahren ermöglicht es, Magnetfelder mit niedrigem Strom ausreichend zu verstärken, um dem Hall-Effekt-Gerät fehlerfreie Daten für die nachfolgende Umwandlung in Volt bereitzustellen.

Berührungslose Strommessung (hoch) mit einem Toroid und einem Hall-Effekt-Gerät

In Fällen, in denen der Strom durch den Leiter hoch sein kann (etwa 100 Ampere), kann eine Hall-Effekt-Vorrichtung direkt über einen Toroid mit Spuckabschnitt zur Messung der fraglichen Größen verwendet werden.

Wie in der folgenden Abbildung zu sehen ist, wird der Hall-Effekt zwischen der Teilung oder dem Spalt des Toroids platziert, während der Leiter, der den Strom führt, durch den Torroidring fließt.

Das um den Leiter erzeugte Magnetfeld ist im Torroid konzentriert und wird vom Hall-Gerät für die erforderlichen Umwandlungen am Ausgang erfasst.

Die äquivalenten Umwandlungen des Hall-Effekts können direkt abgelesen werden, indem die Kabel entsprechend an ein Digitalmultimeter angeschlossen werden, das im mV-Gleichstrombereich eingestellt ist.

Die Zuleitung des Hall-Effekt-IC sollte gemäß den Spezifikationen an eine Gleichstromquelle angeschlossen werden.