Contactloos stroomsensorcircuit met behulp van Hall-Effect IC

In dit artikel leren we over een eenvoudig contactloos stroomsensorcircuit met behulp van een hall-effectsensor-IC.

Waarom Hall Effect-sensor

Als het gaat om het detecteren van stroom (Amps), zijn lineaire Hall-effectapparaten het beste en het meest nauwkeurig.

Deze apparaten kunnen stroom van enkele ampère tot vele duizenden waarnemen en meten. Bovendien kunnen de metingen extern worden uitgevoerd zonder dat er fysiek contact met de geleider nodig is.

Wanneer stroom door een geleider gaat, wordt typisch een magnetisch veld in de vrije ruimte van ongeveer 6,9 gauss per ampère gegenereerd.

Dit houdt in dat om een ​​geldige uitvoer van het Hall-effectapparaat te krijgen, het moet worden geconfigureerd binnen het bereik van het bovenstaande veld.

Voor geleiders met lage stromen betekent dit dat het apparaat moet worden geconfigureerd in speciaal ontworpen voorzieningen om het bereik en de detectiemogelijkheden van de sensor te vergroten.

Voor een geleider met een hoge stroomsterkte is echter geen speciale opstelling vereist en zou het lineaire Hall-effectapparaat in staat zijn om de versterkers direct te detecteren en te meten door zichzelf te positioneren binnen een gespleten torroïde.

Magnetische flux berekenen

De magnetische fluxdichtheid over het apparaat kan worden geformuleerd als onder:

B = I / 4 (pi) r, of I = 4 (pi) rB

waar,
B = veldsterkte in Gauss
I = stroom in Ampère
r = afstand van het midden van de geleider tot het gepositioneerde apparaat in inches.

Opgemerkt kan worden dat een Hall-effectelement de meest optimale respons zal produceren wanneer het loodrecht op een magnetisch veld wordt geplaatst. De reden hiervoor is dat er minder cosinus van de hoek wordt gegenereerd in vergelijking met velden onder een hoek van 90 graden.

Contactloze meting van stroom (laag) met behulp van een spoel en een Hall-effectapparaat

Zoals hierboven besproken, wordt het meten door een spoel wanneer het gaat om lagere stromen nuttig omdat de spoel helpt om de fluxdichtheid en dus de gevoeligheid te concentreren.

Afstand tussen apparaat en spoel afdwingen

Door een luchtspleet tussen apparaat en spoel van 0,060 'af te dwingen, wordt de bereikte effectieve magnetische fluxdichtheid:

B = 6,9 nI of n = B / 6,9I

waarbij n = aantal windingen van de spoel.

Als voorbeeld, voor het visualiseren van 400 gauss bij 12 ampère, kan de bovenstaande formule worden gebruikt als:

n = 400/83 = 5 windingen

Een geleider met een lagere stroomsterkte, typisch onder 1 gauss, wordt moeilijk te detecteren vanwege de aanwezigheid van inherente interferentie die normaal gepaard gaat met solid-state apparaten en lineaire versterkercircuits.

De breedbandruis die aan de uitgang van het apparaat wordt uitgezonden, is typisch 400uV RMS, resulterend in een fout van ongeveer 32mA, die aanzienlijk groot zou kunnen zijn.

Om lage stromen correct te identificeren en te meten, wordt een hieronder weergegeven opstelling gebruikt waarbij de geleider een paar keer (n) om een ​​ringkern wordt gewikkeld, waardoor de volgende vergelijking wordt verkregen:

B = 6,9 nI

waarbij n het aantal beurten is

De methode maakt het mogelijk om magnetische velden met een lage stroom voldoende te versterken om het Hall-effectapparaat te voorzien van foutloze gegevens voor de daaropvolgende omzetting in volt.

Contactloze meting van stroom (hoog) met behulp van een torus en een Hall-effectapparaat

In gevallen waar de stroom door de geleider hoog kan zijn (ongeveer 100 ampère), kan een Hall-effectapparaat direct worden gebruikt via een torus met spitsectie voor het meten van de betreffende magnitudes.

Zoals te zien is in de onderstaande figuur, wordt het Hall-effect geplaatst tussen de splitsing of de opening van de ringkern terwijl de geleider die de stroom voert door de ringkern gaat.

Het magnetische veld dat rond de geleider wordt gegenereerd, is geconcentreerd in de torroid en wordt gedetecteerd door het Hall-apparaat voor de vereiste omzettingen aan de uitgang.

De equivalente conversies gemaakt door het Hall-effect kunnen direct worden gelezen door de kabels op de juiste manier aan te sluiten op een digitale multimeter die is ingesteld op mV DC-bereik.

De voedingskabel van de Hall-effect IC moet volgens de specificaties op een gelijkstroombron worden aangesloten.

Hoffelijkheid:

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