היסודות של חיישני זרם

חיישנים נוכחיים הם לולאה פתוחה או סגורה. חיישני זרם עם לולאה פתוחה מודדים זרמי AC ו- DC ומספקים בידוד חשמלי בין המעגל הנמדד לפלט החיישן (הזרם העיקרי נמדד ללא מגע חשמלי עם המעגל הראשי, ומספק בידוד גלווני). פחות יקר מבני דודיהם עם לולאה סגורה, חיישני זרם לולאה פתוחים מועדפים בדרך כלל במעגלים המונעים על ידי סוללה בהתחשב בדרישות ההפעלה הנמוכות שלהם ותכונות טביעת הרגל הקטנות שלהם.

חיישני לולאה סגורים מודדים זרמי AC ו- DC ומספקים בידוד חשמלי. הם מציעים תגובה מהירה, לינאריות גבוהה וסחף בטמפרטורה נמוכה. התפוקה הנוכחית של חיישן הלולאה הסגורה חסינה יחסית לרעש חשמלי. חיישן Closed-Loop נקרא לעיתים חיישן 'אפס שטף' מכיוון שחיישן Hall-Effect שלו מזין זרם מנוגד לסליל משני, שנפצע על הליבה המגנטית לאפס את השטף המופק בליבה המגנטית על ידי הזרם הראשוני. חיישני לולאה סגורים הם לרוב החיישן שבחרתם כאשר דיוק גבוה הוא חיוני.

בואו נסקור מקרוב את שני הסוגים, החל מחיישני לולאה פתוחה.

חיישני זרם פתוחים לולאה מורכבים מחיישן הול המורכב במרווח האוויר של ליבת מגנטית (איור 1). מוליך מייצר שדה מגנטי הדומה לזרם. השדה המגנטי מרוכז על ידי הליבה ונמדד על ידי חיישן ההיכל. האות מגנרטור הול נמוך, ולכן הוא מוגבר וזה האות המוגבר הזה שהופך לפלט החיישן. לחיישני לולאה פתוחה בדרך כלל מעגלים המספקים פיצוי טמפרטורה ויציאת מתח ברמה מכויל. אמנם יש להם יתרון מחירים מוגדר על פני עמיתים לולאה סגורה, אך החיסרון שלהם הוא שהם יכולים להיות מועדים לרוויה ולסחיטת טמפרטורה. עם זאת, ניתן למזער את הסחף במידה מסוימת על ידי הזרמת מקדם חיובי בזרם הבקרה כדי להפחית את הסחף ברגישות לטמפרטורה.

איור 1: איור של העיקרון והמבנה הבסיסיים של חיישן זרם הלולאה הפתוח של Hall-Effect. (באדיבות Honeywell).

במבט באיור 1, אם זרם הכונן במערכת לולאה פתוחה נשלט באמצעות מקור זרם קבוע ומתח מתח ההפרש מוגבר, מתח יציאה פרופורציונלי לזרם הראשוני בלבד ניתן להשיג על ידי מעגל האלקטרוניקה.

דוגמא אחת היא מתמר הזרם ההולך-אפקט של לולאה פתוחה של סדרת HMS על ידי LEM (איור 2). החיישן כולל בידוד גלווני בין מעגל ראשוני ומשני; מתח מבחן בידוד 4300 וולט; צריכת חשמל נמוכה; פרופיל נמוך 12 מ"מ; ספק כוח יחיד +5 וולט; וקיזוז ורווח קבוע.

איור 2: מתמר אפקט הול לולאה של סדרת HMS. (באדיבות LEM).

משמש בעיקר ביישומים תעשייתיים עבור כונני מהירות משתנים AC, ממירים סטטיים לכונני מנוע DC, יישומים המסופקים על ידי סוללה, ספקי כוח ללא הפרעה ומתגים וספקי כוח ליישומי ריתוך.

דוגמא נוספת היא חיישני זרם פתוחים לולאה פתוחה מיניאטורי של סדרת Honeywell (איור 3). הסדרה משלבת סדרות SS490 של חיישני אפקט Hall-line מיניאטורי, ליניאריים, ואלמנט החישה מכוסה בחבילת פלסטיק הניתנת להתקנה על ידי PCB. מכלול החיישנים הנוכחי מורכב מהחיישן, אספן השטף, הדיור וסליל התיל.

איור 3: חיישן זרם לולאה פתוחה מיניאטורי עם סדרת Honeywell CSLW. (באדיבות Honeywell).

במקרה זה, לעיצוב החוטית, עם לולאה פתוחה, יש פניות מרובות לרגישות מוגברת. תכונות בולטות אחרות כוללות חישה של זרם זרם חילופין או זרם חילופתי, פלט ליניארי יחסי, תפוקת זרם או חיבור מקורות עבור גמישות ממשק, אובדן הכנסה נמוך, זמן תגובה מהיר, גודל קומפקטי וחישה בעלות נמוכה. היישומים כוללים רובוטיקה, כונני מהירות משתנים, בקרת תהליכים תעשייתיים, בקרת מנוע במכשירים, HVAC, הגנה מפני זרם יתר ופיקוח שוטף על מעגלים אלקטרוניים.

תגובה מהירה ודיוק גבוה

בהשוואה לחיילי לולאה פתוחים, חיישני לולאה סגורה מודדים זרמי AC ו- DC ומספקים בידוד חשמלי, תגובה מהירה, ליניאריות גבוהה וסחף בטמפרטורה נמוכה. התפוקה הנוכחית שלהם חסינה בצורה מרשימה מפני רעש חשמלי. ידועים ברמת דיוק גבוהה, הם מורכבים מגנרטור הול המורכב במרווח האוויר של ליבה מגנטית, סליל סביב הליבה ומגבר זרם. המוליך הנושא הנוכחי המוצב דרך צמצם החיישן מייצר שדה מגנטי אשר פרופורציונלי לזרם. שדה זה מרוכז על ידי הליבה ומורגש על ידי גנרטור הול. גנרטור ההיאל מחובר לכניסה של המגבר הנוכחי, המניע את הסליל. הזרם דרך הסליל מייצר שדה מנוגד, המסופק על ידי הזרם דרך הצמצם.

הפלט של חיישן זה פרופורציונאלי הן לזרם הצמצם והן למספר סיבובי הסליל. אם הזרם העיקרי נטו דרך צמצם המתמר הנוכחי הוא I, מספר הסיבובים בפיתול הפיצוי הוא N והזרם בפיתול המתמר הוא i, אז במצב השטף האפס I = Ni.

זרם היציאה של חיישן לולאה סגורה מומר לדמות מתח על ידי חיבור נגדי לפלט של החיישן לקרקע. בחירת ערך נגד יכול לגרום לקנה מידה של הפלט.

דוגמה למתמר זרם עם דיוק מצוין, ליניאריות טובה וסחף בטמפרטורה נמוכה מאוד הוא ה- LTS 25-NP מ- LEM (איור 4). המכשיר הוא מתמר זרם רב-טווחי (פיצוי) לולאה סגורה המשתמש באפקט Hall. מאפייני המפתח כוללים:

· אספקת מתח חד קוטבית

· מארז פלסטיק מבודד מוכר על פי UL 94-V0

· עיצוב קומפקטי להתקנת PCB

· התנגדות מדידה משולבת

· טווח מדידה מורחב.

איור 4: חיישן הזרם לולאה סגורה של LEM LTS 25-NP. (באדיבות LEM).

היישומים למכשיר נמצאים בעיקר בתחום התעשייתי וכוללים כוננים במהירות משתנה AC וכונני מנוע סרוו, ממירים סטטיים לכונני מנוע DC, יישומים המסופקים על ידי סוללה, ספקי כוח בלתי ניתנים להפרעה, ספקי כוח מנותקים וספקי כוח ליישומי ריתוך.

סיכום

בעוד ששני סוגי החיישנים יכולים להיות חסכוניים בהתאם לדרישות היישום, חיישנים עם לולאה פתוחה מספקים את היתרון בעלות הטובה ביותר בטווחי הזרם הגבוהים (מעל 100 A). הם גם הגודל והמשקל הקטן ביותר. הם שומרים על צריכת חשמל קבועה, לא משנה את הזרם החוש. היתרון במחיר של חיישנים פתוחים עשוי להתממש רק ביישומים בהם ניתן להגביל את שונות הטמפרטורה.

חיישני זרם סגורים, לעומת זאת, מתאימים יותר ליישומים מסחריים ותעשייתיים, שם הם נמצאים בדרך כלל. חיישנים אלה הם בעלי הדיוק הגבוה ביותר בטמפרטורת הסביבה ובטמפרטורה גבוהה. הם אידיאליים לסביבות רועשות והתפוקה שלהם ממירה בקלות למתח.

למידע נוסף אנא צרו קשר בכתובת sales@xfullstar.com