Mạch cảm biến dòng điện không tiếp xúc sử dụng IC hiệu ứng Hall

Trong bài này chúng ta cùng tìm hiểu về mạch cảm biến dòng điện không tiếp xúc đơn giản sử dụng IC cảm biến hiệu ứng hall.

Tại sao cảm biến hiệu ứng Hall

Khi nói đến cảm biến dòng điện (Amps) các thiết bị hiệu ứng Hall tuyến tính là tốt nhất và chính xác nhất.

Các thiết bị này có thể cảm nhận và đo dòng điện ngay từ vài ampe đến nhiều nghìn. Hơn nữa, nó cho phép các phép đo được thực hiện bên ngoài mà không cần tiếp xúc vật lý với ruột dẫn.

Khi dòng điện đi qua một vật dẫn, thông thường sẽ tạo ra một từ trường không gian tự do khoảng 6,9 gauss / ampe.

Điều này ngụ ý, để có được đầu ra hợp lệ từ thiết bị hiệu ứng Hall, nó cần được cấu hình trong phạm vi của trường trên.

Đối với dây dẫn có dòng điện thấp, điều này có nghĩa là thiết bị cần được cấu hình bên trong các bố trí được thiết kế đặc biệt để nâng cao phạm vi và khả năng nhận biết của cảm biến.

Tuy nhiên, đối với dây dẫn mang dòng điện có cường độ lớn, có thể không cần bố trí đặc biệt nào và thiết bị hiệu ứng Hall tuyến tính sẽ có khả năng cảm nhận và đo cường độ ampe trực tiếp bằng cách định vị chính nó trong một torroid.

Tính toán từ thông

Mật độ từ thông trên thiết bị có thể được công thức như sau:

B = I / 4 (pi) r, hoặc I = 4 (pi) rB

Ở đâu,
B = cường độ trường tính bằng Gauss
I = dòng điện tính bằng Ampe
r = khoảng cách từ tâm dây dẫn đến thiết bị định vị tính bằng inch.

Có thể lưu ý rằng phần tử hiệu ứng Hall sẽ tạo ra phản ứng tối ưu nhất khi nó được đặt vuông góc với từ trường. Lý do là, giảm tạo ra cosine của góc so với trường góc ở 90 độ.

Đo dòng điện không tiếp xúc (thấp) Sử dụng cuộn dây và thiết bị hiệu ứng Hall

Như đã thảo luận ở trên, khi dòng điện thấp hơn liên quan đến việc đo nó qua cuộn dây sẽ trở nên hữu ích vì cuộn dây giúp tập trung mật độ từ thông và do đó độ nhạy.

Thực thi khoảng cách giữa thiết bị với cuộn dây

Bằng cách thực thi khe hở không khí từ thiết bị đến cuộn dây là 0,060 ', mật độ từ thông hiệu dụng đạt được trở thành:

B = 6,9nI hoặc n = B / 6,9I

trong đó n = số vòng của cuộn dây.

Ví dụ, để hình dung 400 gauss ở 12 ampe, công thức trên có thể được sử dụng như:

n = 400/83 = 5 lượt

Một dây dẫn mang cường độ dòng điện thấp hơn, thường dưới 1 gauss trở nên khó cảm nhận do sự hiện diện của nhiễu vốn có thường đi kèm với các thiết bị trạng thái rắn và mạch khuếch đại tuyến tính.

Tiếng ồn dải rộng phát ra ở đầu ra của thiết bị thường là 400uV RMS, dẫn đến sai số khoảng 32mA, có thể lớn đáng kể.

Để xác định và đo dòng điện thấp một cách chính xác, một cách sắp xếp như hình dưới đây được sử dụng trong đó dây dẫn được quấn quanh lõi hình xuyến một vài lần (n), đưa ra phương trình sau:

B = 6,9nI

trong đó n là số lượt

Phương pháp này cho phép từ trường dòng điện thấp được tăng cường đủ để cung cấp cho thiết bị hiệu ứng Hall dữ liệu không có lỗi cho quá trình chuyển đổi tiếp theo tính bằng vôn.

Đo dòng điện không tiếp xúc (cao) Sử dụng Toroid và thiết bị hiệu ứng Hall

Trong trường hợp dòng điện qua dây dẫn có thể cao (khoảng 100 ampe), thiết bị hiệu ứng Hall có thể được sử dụng trực tiếp thông qua một hình xuyến tiết diện để đo các cường độ được đề cập.

Như có thể thấy trong hình bên dưới, hiệu ứng Hall được đặt giữa phần tách hoặc khe hở của hình xuyến trong khi dây dẫn mang dòng điện đi qua vòng xuyến.

Từ trường được tạo ra xung quanh dây dẫn tập trung trong torroid và được thiết bị Hall phát hiện để thực hiện các chuyển đổi cần thiết ở đầu ra.

Các chuyển đổi tương đương do hiệu ứng Hall thực hiện có thể được đọc trực tiếp bằng cách kết nối thích hợp các dây dẫn của nó với đồng hồ vạn năng kỹ thuật số đặt ở dải mV DC.

Dây dẫn nguồn của IC hiệu ứng Hall phải được kết nối với nguồn DC theo thông số kỹ thuật của nó.

Lịch sự:

allegromicro.com/~/media/Files/Technical-Documents/an27702-Linear-Hall-Effect-Sensor-ICs.ashx