Berøringsfri strømkredsløb ved brug af Hall-Effect IC

I denne artikel lærer vi om et simpelt berøringsløst sensorkredsløb ved hjælp af en hall-effekt-sensor IC.

Hvorfor Hall Effect Sensor

Når det kommer til sensing af strøm (forstærkere), er lineære Hall-effekt-enheder de bedste og mest nøjagtige.

Disse enheder kan registrere og måle strøm lige fra et par ampere til mange tusinder. Desuden tillader det, at målingerne udføres eksternt uden at det er nødvendigt med en fysisk kontakt med lederen.

Når strøm passerer gennem en leder, genereres der typisk et magnetisk felt med fri plads på omkring 6,9 gauss pr. Ampere.

Dette indebærer, at for at få et gyldigt output fra Hall-effekt-enheden skal det konfigureres inden for området for ovenstående felt.

For ledere med lave strømme betyder det, at enheden skal konfigureres inden i specielt designede arrangementer til forbedring af sensorens rækkevidde og sensorfunktioner.

For ledere, der bærer høje strømstyrker, er det dog ikke nødvendigt med ethvert specielt arrangement, og den lineære Hall-effekt-enhed vil være i stand til at registrere og måle forstærkere direkte ved at placere sig selv inden i en lukket torroid.

Beregning af magnetisk flux

Den magnetiske fluxdensitet over enheden kan formuleres som under:

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

hvor,
B = feltstyrke i Gauss
I = strøm i ampere
r = afstand fra lederens centrum til den placerede enhed i inches.

Det kan bemærkes, at et Hall-effekt-element vil producere det mest optimale respons, når det er placeret vinkelret på et magnetfelt. Årsagen var, reduceret generering af cosinus af vinklen sammenlignet med vinklede felter ved 90 grader.

Berøringsfri måling af strøm (lav) ved hjælp af en spole og en Hall-effekt-enhed

Som beskrevet ovenfor, når lavere strømme er involveret, bliver måling af det gennem en spole nyttigt, da spolen hjælper med at koncentrere fluxdensiteten og dermed følsomheden.

Håndhæver mellemrum mellem enhed og spole

Ved at håndhæve en enhed-til-spoleluftspalte på 0,060 'bliver den effektive magnetiske fluxdensitet:

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

hvor n = antal spoler.

Som et eksempel kan ovenstående formel til visualisering af 400 gauss ved 12 ampere anvendes som:

n = 400/83 = 5 omdrejninger

En leder, der bærer lavere strømstyrker, typisk under 1 gauss, bliver svær at registrere på grund af tilstedeværelsen af ​​iboende interferens, normalt ledsaget af solid-state-enheder og lineære forstærkerkredsløb.

Den bredbåndsstøj, der udsendes ved enhedens output, er typisk 400 uV RMS, hvilket resulterer i en fejl på ca. 32 mA, der kan være betydeligt stor.

For at identificere og måle lave strømme korrekt anvendes et nedenstående arrangement, hvor lederen vikles rundt om en toroidekerne et par antal gange (n), hvilket giver følgende ligning:

B = 6,9 nI

hvor n er antallet af drejninger

Metoden tillader, at magnetiske felt med lav strøm forbedres tilstrækkeligt til at give Hall-effekt-enheden en fejlfri data til den efterfølgende konvertering i volt.

Berøringsfri måling af strøm (høj) ved hjælp af en Toroid og en Hall-effekt enhed

I tilfælde, hvor strømmen gennem lederen kan være høj (ca. 100 ampere), kan en Hall-effekt-enhed anvendes direkte via en spidssektionstoroid til måling af de pågældende størrelser.

Som det kan ses i figuren nedenfor, er Hall-effekten placeret mellem split eller kløften i toroiden, mens den leder, der bærer strømmen, passerer gennem torroidringen.

Det magnetiske felt, der genereres omkring lederen, er koncentreret i torroid og detekteres af Hall-enheden for de krævede konverteringer ved udgangen.

De ækvivalente konverteringer foretaget af Hall-effekten kan aflæses direkte ved at forbinde dens ledninger korrekt til et digitalt multimeter-sæt ved mV DC-rækkevidde.

Forsyningsledningen til Hall-effect IC skal tilsluttes en jævnstrømskilde i henhold til dens specifikationer.

Høflighed:

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