Grundlæggende om aktuelle sensorer

Aktuelle sensorer er enten åben eller lukket sløjfe. Åbelsløjfesensorer måler vekselstrøm og jævnstrøm og giver elektrisk isolering mellem kredsløbet, der måles og sensorens udgang (den primære strøm måles uden elektrisk kontakt med det primære kredsløb, hvilket giver galvanisk isolering). Mindre dyre end deres kusiner med lukket sløjfe, foretrækkes almindelige sensorer med åben sløjfe generelt i batteridrevne kredsløb på grund af deres lave driftskrav og små fodaftryksfunktioner.

Lukkede sensorer måler vekselstrøm og jævnstrøm og giver elektrisk isolering. De tilbyder hurtig respons, høj linearitet og drift med lav temperatur. Den nuværende udgang fra sensoren med lukket sløjfe er relativt immun mod elektrisk støj. Den lukkede-loop-sensor kaldes undertiden en 'Zero-Flux' -sensor, fordi dens Hall-Effect-sensor fører en modstående strøm tilbage i en sekundær spole, der vikles på den magnetiske kerne for at nulføre den flux, der produceres i den magnetiske kerne af den primære strøm. Lukkede sensorer er ofte den valgte sensor, når høj nøjagtighed er afgørende.

Lad os nu se nærmere på begge typer, startende med åben-loop sensorer.

Strømfølere med åben sløjfe består af en Hall-sensor monteret i luftmellemrummet i en magnetisk kerne (fig. 1). En leder producerer et magnetfelt, der kan sammenlignes med strømmen. Magnetfeltet koncentreres af kernen og måles af Hall-sensoren. Signalet fra Hall-generatoren er lavt, så det forstærkes, og det er dette forstærkede signal, der bliver sensorens output. Åbn-loop sensorer har normalt kredsløb, der giver temperaturkompensation og kalibreret højspændingsudgang. Mens de har en klar prisfordel i forhold til kolleger med lukkede kredsløb, er deres ulempe, at de kan være tilbøjelige til mætning og temperaturdrift. Driften kan imidlertid minimeres til en vis grad ved at indsprøjte en positiv koefficient i kontrolstrømmen for at reducere drift i følsomhed over temperaturen.

Figur 1: Illustration af det grundlæggende princip og struktur for Hall-Effect-åben sløjfe-sensor. (Med tilladelse fra Honeywell).

Ser man på fig. 1, hvis drevstrømmen i et åbent sløjfesystem styres ved hjælp af en konstant strømkilde og den differentielle Hall-spænding forstærkes, kan en udgangsspænding, der er proportional med den primære strøm, kun opnås af elektronikskredsløbet.

Et eksempel er HMS Series Open Loop Hall-Effect Surface Mount strømtransducer af LEM (fig. 2). Sensoren har galvanisk isolering mellem et primært og sekundært kredsløb; 4300 V isolation test spænding; lavt strømforbrug; en 12 mm ekstremt lav profil; en enkelt strømforsyning +5 V; og fast offset og gevinst.

Figur 2: HMS-serien Open Loop Hall-Effect Transducer. (Med tilladelse fra LEM).

Anvendes primært i industrielle applikationer til frekvensomformere med variabel hastighed, statiske konvertere til jævnstrømsmotordrevne batterier, applikationer, der leveres med batteri, uafbrydelig strømforsyning med switched mode og strømforsyning til svejseapplikationer.

Et andet eksempel er Honeywells CSLW-serien Miniature Wired Open-Loop Current Sensors (figur 3). Serien indeholder en SS490-serie af miniatyrforholdsmetriske, lineære Hall-effekt-sensorer, og følerelementet er indkapslet i en PCB-monterbar plastpakke. Den aktuelle sensorsamling består af sensoren, fluxopsamler, hus og trådspole.

Figur 3: Honeywell CSLW-serie Miniature Wired Open-Loop Current sensor. (Med tilladelse fra Honeywell).

I dette tilfælde har det kablede, open-loop design flere vendinger for øget følsomhed. Andre bemærkelsesværdige funktioner inkluderer vekselstrøm- eller jævnstrømsføling, lineær ratiometrisk output, strømforsynning eller sourcingoutput for grænsefladefleksibilitet, lav indsættelsestab, hurtig responstid, kompakt størrelse og nøjagtig, omkostningsregistrering. Anvendelser inkluderer robotik, frekvensomformere, industriel processtyring, motorstyring i apparater, HVAC, overstrømbeskyttelse og strømovervågning af elektroniske kredsløb.

Hurtig respons og høj nøjagtighed

I sammenligning med åben sløjfe måler sensorer med lukket sløjfe vekselstrøm og jævnstrøm og giver elektrisk isolering, en hurtig respons, høj linearitet og drift ved lav temperatur. Deres aktuelle output er imponerende immun mod elektrisk støj. De er kendt for stor nøjagtighed og består af en Hall-generator monteret i luftgabet i en magnetisk kerne, en spole omkring kernen og en strømforstærker. Den strømførende leder, der er placeret gennem sensorens åbning, producerer et magnetfelt, der står i forhold til strømmen. Dette felt er koncentreret af kernen og registreret af Hall-generatoren. Hall-generatoren er tilsluttet indgangen til den nuværende forstærker, der driver spolen. Strømmen gennem spolen producerer et modsat felt, som strømforsynes gennem åbningen.

Outputen fra denne sensor står i forhold til både åbningsstrømmen og antallet af spoler i spolen. Hvis den primære nettostrøm gennem den aktuelle transduceråbning er I, er antallet af omdrejninger i kompensationsviklingen N, og strømmen i kompensationsviklingen er i, så ved nulstrømningsbetingelsen I = Ni.

Udgangsstrømmen fra en lukket loop-sensor konverteres til en spændingsfigur ved at forbinde en modstand til udgangen fra sensoren og jorden. Valg af modstandsværdi kan resultere i skalering af output.

Et eksempel på en strømtransducer med fremragende nøjagtighed, god linearitet og drift med meget lav temperatur er LTS 25-NP fra LEM (fig. 4). Enheden er en lukket sløjfe (kompenseret) multi-række strømtransducer ved hjælp af Hall-effekten. De vigtigste funktioner inkluderer:

· Unipolær spændingsforsyning

· Isoleret plastkasse anerkendt i henhold til UL 94-V0

· Kompakt design til PCB-montering

· Inkorporeret målemodstand

· Udvidet måleområde.

Figur 4: LEM LTS 25-NP strømssensor med lukket sløjfe. (Med tilladelse fra LEM).

Anvendelser til enheden findes primært i det industrielle domæne og inkluderer AC-drev med variabel hastighed og servomotordrev, statiske konvertere til DC-motordrev, applikationer, der leveres med batteri, strømafbrydelser, switched mode strømforsyninger og strømforsyninger til svejseapplikationer.

Resumé

Mens begge typer sensorer kan være økonomiske afhængigt af applikationskravene, giver open-loop sensorer den bedste omkostningsfordel i de høje strømintervaller (over 100 A). De er også den mindste størrelse og vægt. De opretholder konstant strømforbrug, uanset den registrerede strøm. Prisfordelen ved åbne sensorer kan kun realiseres til applikationer, hvor temperaturvariationen kan begrænses.

Lukkede strømssensorer er på den anden side mere egnede til kommercielle og industrielle anvendelser, hvor de ofte findes. Disse sensorer har den højeste nøjagtighed ved omgivelsestemperatur og høj temperatur. De er ideelle til støjende miljøer, og deres output konverteres let til spænding.

For mere information, kontakt os på sales@xfullstar.com