ДАТЧИКИ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ХОЛЛА — Coretech
Датчики тока замкнутого контура. переходи в раздел замкнутого контура | Датчики тока разомкнутого конура. переходи в раздел разомкнутого контура |
Датчики утечки постоянного тока. переходи в раздел датчики утечки тока | Датчики напряжения. переходи в раздел датчики напряжения |
КРИТЕРИИ ВЫБОРА ДАТЧИКОВ
1.
Напряжение питания.
Промышленные датчики тока и напряжения могут подключаться к однополярному или к симметричному (биполярному) электропитанию.
Стандартные значение однополярного питания: +3,3 В, +5,0 В.
Стандарные уровни симметричного питания: ±12 В, ±15 В, ±18 В, ±24 В.
2. Точность измерения.
Выбирая прибор по данному параметру, следует учитывать, что увеличение точности влечёт за собой удорожание изделия, и зачастую, приводит к увеличению массы и габаритов изделия.
3. Уровень номинального и максимального измеряемого (первичного) электрического тока.
Датчики тока могут измерять значения от единиц ампер до тысяч ампер. Увеличение номинального и максимального измеряемого тока влечёт за собой увеличение стоимости и массо-габаритных параметров датчиков.
Датчики тока и напряжения выполняются к корпусах, которые предназначены для монтажа на печатной плате или для монтажа на рейку (на панель).
5. Диапазон рабочих температур.
Варианты рабочих диапазонов достигают в нижней части до -40 °C, а в верхней части диапазона достигают до +85 °C и даже до +105 °C.
По этим данным мы составили кросс таблицу наших датчиков и всеми известных датчиков LEM.
| Coretech | LEM | Внешний вид Coretech | Внешний вид LEM | Выходной сигнал. Общий параметр | |
| CHB5DS5S6 | LESR6-NP | ±5V | 2. 5±0.625V | ||
| CHB15DS5S6 | LESR15-NP | ±5V | 2.5±0.625V | ||
| CHB25DS5S6 | LESR25-NP | ±5V | 2.5±0.625V | ||
| CHB50DS5S6 | LESR50-NP | ±5V | 2.5±0.625V | ||
| CHB100LTA15D | LF205-S | ±12-15V | 100mA | ||
| CHB200LTA15D | LF205-S | ±12-15V | 100mA | ||
| CHB300LTA15D | LF306-S | ±12-15V | 150mA | ||
| CHB200LTB15D | HTA200-S | ±15-24V | ±4.0V | ||
| CHB300LTB15D | HTA300-S | ±4. 0V | |||
| CHB400LTB15D | HTA400-S | ±15-24V | ±4.0V | ||
| CHB500LTB15D | HTA500-S | ±15-24V | ±4.0V | ||
| CHB500TBh25D | LF505-S | ±15-24V | 100mA | ||
| CHB1000LFD15D | LF1010-S | ±15-24V | 200mA | ||
| CHB1000LF15D | LF2005-S/SP3 | ±15-24V | 400mA | ||
| CHB2000LF15D | LF2005-S/SP9 | ±15-24V | 400mA | ||
CHB50AP15D | LA55-P LA55-TP | ±12-15V | 50mA | ||
| CHB100AP15D | LA100-P | ±12-15V | 100mA | ||
| CHB125AP15D | LA125-P | ±12-15V | 125mA | ||
| CHB200AP15D | LA200-P | ±12-15V | 100mA | ||
| CHB05SY15D4 | HX5-P | ±12-15V | ±4. 0V | ||
| CHB10SY15D4 | HX10-P | ±12-15V | ±4.0V | ||
| CHB20SY15D4 | HX20-P | ±12-15V | ±4.0V | ||
| CHB30SY15D4 | HX30-P | ±12-15V | ±4.0V | ||
| CHB50SY15D4 | HX50-P | ±12-15V | ±4.0V | ||
| CHB10HXS5S | HXS10-NP | ±5V | 2.5±0.625V | ||
| CHB20HXS5S | HXS20-NP | ±5V | 2.5±0.625V | ||
| CHB30HXS5S | HXS22-NP | ±5V | 2.5±0.625V | ||
| CHB50HXS5S | HXS50-NP | ±5V | 2. 5±0.625V | ||
| CHB05LX15D | HY5-P | ±12-15V | ±4.0V | ||
| CHB10LX15D | HY10-P | ±12-15V | ±4.0V | ||
| CHB15LX15D | HY15-P | ±12-15V | ±4.0V | ||
| HY20-P | ±12-15V | ±4.0V | |||
| CHB50LX15D | HY50-P | ±12-15V | ±4.0V | ||
| CHB50LX5S6 | HY50-PS | ±5V | 2.5±0.625V | ||
| CHB25C15D | Lh35-P | ±12-15V | ±25mA | ||
| CHB50C15D | LH50-P | ±50mA | |||
| CHB5DS5S6 | LTS5-NP LTSR5-NP | ±5V | 2. 5±0.625V | ||
| CHB15DS5S6 | LTS15-NP LTSR15-NP | ±5V | 2.5±0.625V | ||
| CHB25DS5S6 | LTS25-NP LTSR25-NP | ±5V | 2.5±0.625V | ||
| LT505-S | ±15-24V | 250mA | |||
| CHB1000Sh25D | LT1005-S | ±15-24V | ±200mA | ||
| Coretech | LEM | Внешний вид Coretech | Внешний вид LEM | Питание. Общий параметр | Выходной сигнал. Общий параметр |
CHK50BR5S2 CHK50BS5S2 | HASS50-S | ±5V | 2.5±0.625V | ||
CHK100BR5S2 CHK100BS5S2 | HASS100-S | ±5V | 2.5±0.625V | ||
CHK200BR5S2 CHK200BS5S2 | HASS200-S | ±5V | 2.5±0.625V | ||
CHK300BR5S2 CHK300BS5S2 | HASS300-S | ±5V | 2.5±0.625V | ||
CHK400BR5S2 CHK400BS5S2 | HASS400-S | ±5V | 2.5±0.625V | ||
CHK500BR5S2 CHK500BS5S2 | HASS500-S | ±5V | 2.5±0.625V | ||
CHK600BR5S2 CHK600BS5S2 | HASS600-S | ±5V | 2. 5±0.625V | ||
CHK50BS15D4 CHK50BR15D4 | HAS50-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
CHK100BS15D4 CHK100BR15D4 | HAS100-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
CHK200BS15D4 CHK100BR15D4 | HAS200-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
CHK300BS15D4 CHK300BR15D4 | HAS300-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
CHK600BS15D4 CHK600BR15D4 | HAS600-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
CHK100LB5S2 CHK100LB15D4 | HTB100-Р | ±5V ±12-15V | 2.5±2.0V ±4.0V | ||
CHK200LB5S2 CHK200LB15D4 | HTB200-Р | ±5V ±12-15V | 2. ±4.0V | ||
CHK300LB5S2 CHK300LB15D4 | HTB300-Р | ±5V ±12-15V | 2.5±2.0V ±4.0V | ||
| CHK50HAL15D4 | HAL50-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
| CHK100HAL15D4 | HAL100-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
| CHK200HAL15D4 | HAL200-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
| CHK300HAL15D4 | HAL300-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
| CHK400HAL15D4 | HAL400-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
| CHK600HAL15D4 | HAL600-S | ±12-15V | ±4. 0V | ||
CHK200F15D4 CHK200FK15D4 | HOP200-SB | ±12-15V | ±4.0V | ||
CHK400F15D4 CHK400FK15D4 | HOP400-SB | ±12-15V | ±4.0V | ||
CHK800F15D4 CHK800FK15D4 | HOP800-SB | ±12-15V | ±4.0V | ||
CHK1000F15D4 CHK1000FK15D4 | HOP1000-SB | ±12-15V | ±4.0V | ||
CHK2000F15D4 CHK2000FK15D4 | HOP2000-SB | ±12-15V | ±4. 0V | ||
| СHK200HAT15D4 | HAT200-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
| СHK400HAT15D4 | HAT400-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
| СHK600HAT15D4 | HAT600-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
| СHK800HAT15D4 | HAT800-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
| СHK1000HAT15D4 | HAT1000-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
| СHK1500HAT15D4 | HAT1500-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
| CHK500HAX15D4 | HAX500-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
| CHK800HAX15D4 | HAX800-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
| CHK1000HAX15D4 | HAX1000-S | ±12-15V | ±4.0V | ||
| CHK1500HAX15D4 | HAX1500-S | ±12-15V | ±4. 0V | ||
| Coretech | LEM | Внешний вид Coretech | Внешний вид LEM | Питание. Общий параметр | Выходной сигнал. Общий параметр |
| CHV200AC15D25 | LV25-200 | ±12-15V | ±25mA | ||
| CHV400AC15D25 | LV25-400 | ±12-15V | ±25mA | ||
| CHV600AC15D25 | LV25-600 | ±12-15V | ±25mA | ||
| CHV800AC15D25 | LV25-800 | ±12-15V | ±25mA | ||
| CHV1000AC15D25 | LV25-1000 | ±12-15V | ±25mA | ||
| CHV10A15D25 | LV25-P | ±12-15V | ±25mA | ||
| CHV-LV15D5 | LV100 | ±12-15V | ±50mA |
5±2.0V
Предлагаем ознакомится с технической документацией.
Датчики приведенные в данной таблице не являются прямым аналогом датчикам LEM.
docs/Sensors-hall-2020/Open-loop/CHK-LB15D4.pdf
Датчики Холла для определения тока и местоположения. В чем разница?
Измерение во всех его формах является фундаментальным для многих приложений. Это неизменно включает материал, который действует как преобразователь, чтобы преобразовать одно свойство в другое. В электронике чувствительный элемент будет иметь физические свойства, которые изменяются в результате действия датчика, такие как его сопротивление или реактивное сопротивление, позволяющие измерять изменение тока или напряжения.
Эффект Холла
В 1879 году Эдвин Холл обнаружил, что когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, вводится перпендикулярно магнитному полю, напряжение можно измерять под прямым углом к пути тока. Хорошо известно, что эффект Холла является результатом взаимодействия заряженных частиц, таких как электроны, в ответ на электрические и магнитные поля.
Эффект Холла применительно к датчикам проявляется либо в измеримой разности напряжений на проводнике, через который должен протекать постоянный ток, либо в виде измеримой разности тока в проводнике, через который должно протекать постоянное напряжение (рисунок ниже). Разница напряжений пропорциональна напряженности магнитного поля. Это означает, что эффект Холла можно использовать двумя весьма различными способами, даже если основной эффект одинаков в обоих случаях.
Уровень сигнала из-за изменения поля относительно фонового шума невелик (диапазон мкВ). Следовательно, для его использования требуются довольно сложные пути прохождения сигнала.
Не желая никоим образом обесценивать открытия Эдвина Холла, этот эффект действительно является продолжением использования силы Лоренца, которая описывает взаимодействие между электрическими и магнитными силами на точечном заряде из-за изменения электромагнитного поля.
Проще говоря, в случае эффекта Холла сила Лоренца описывает влияние, которое магнитное поле оказывает на заряженную частицу, в частности направление, которое она будет вынуждена принимать, когда проходит через проводник, подверженный воздействию магнитного поля.
Физическое движение приводит к большему или меньшему заряду на поверхности проводника, что приводит к разности потенциалов, известному как напряжение Холла.
Измерение тока с помощью эффекта Холла
Тот факт, что эффект Холла зависит от магнитного поля, означает, что его можно использовать в качестве бесконтактной технологии. Таким образом, он не является «навязчивым», в отличие от наиболее распространенного способа измерения тока, который заключается в использовании шунта (низкоомного резистора) и измерении падения напряжения на нем. Использование эффекта Холла для измерения тока по своей природе надежно в приложениях большой мощности, поскольку оно не опирается на потенциал земли в качестве эталона.
Для обычного датчика тока на основе эффекта Холла это означает размещение датчика перпендикулярно магнитному полю и использование концентратора, обычно ферромагнитного сердечника, имеющего форму кольца или квадрата, расположенного вокруг проводника, несущего измеряемый ток (рисунок ниже).
Датчик обычно держат в небольшом воздушном зазоре, образованном между двумя концами ферромагнитного сердечника.
С датчиком тока IMC-Холла чувствительный элемент расположен параллельно протекающему току. В этом случае ферромагнитный сердечник не требуется; однако для защиты от перекрестных помех может потребоваться защита. Это означает, что его можно использовать для измерения тока, протекающего по шине или дорожке печатной платы, просто расположив датчик над шиной или дорожкой. Этот тип датчика активируется технологией IMC-Hall с использованием встроенного магнитного концентратора (IMC), разработанного компанией Melexis.
По сути, это магнитное поле, генерируемое током, который обнаруживается благодаря эффекту Холла, а не самим протекающим током.
Отслеживание местоположения с помощью эффекта Холла
Тот же принцип можно использовать для
обнаружения наличия, отсутствия или расстояния до магнитного поля. Фактически
напряжение Холла, возникающее в результате движения магнита поверх датчиков,
может быть обнаружено, усилено и обработано.
Это дает возможность использовать
эффект Холла для определения положения или даже ориентации объектов
относительно датчика.
В простом приложении это может быть реализовано относительно грубо, например, отслеживание, когда ноутбук открыт или закрыт. Или он может быть более сложным, когда он используется для обнаружения линейного движения или поворота, такого как изменение положения движущегося объекта (рисунок ниже). В этом отношении использование эффекта Холла для определения положения намного более универсально, чем его использование в качестве датчика тока.
Встроенный магнитный концентратор (IMC)
Одним из недостатков большинства датчиков Холла, который связан с причиной эффекта, является то, что пластина Холла, используемая для определения поля, ограничена только одной осью.
Чтобы устранить этот недостаток, Melexis разработала встроенный магнитный концентратор, или IMC, который делает эффект Холла гораздо более гибким. IMC позволяет датчикам Холла, оставаясь в плоскости, обнаруживать магнитные поля от осей X, Y и Z (рисунок ниже).
Следовательно, преимущества применения многочисленны, включая гибкость ориентации датчика.
Применение эффекта Холла в автомобильной промышленности
Благодаря использованию технологии встроенного магнитного концентратора многие приложения в автомобильной промышленности могут использовать эффект Холла. Работая в трех измерениях, датчик Холла может использоваться для определения положения педалей, вращения рулевой колонки и состояния тормозного рычага, а также положения сидений с электроприводом.
Он также может применяться под капотом для контроля вращающихся частей насосов и двигателей, а также для измерения тока, потребляемого электрифицированными частями силового агрегата, такими как инвертор, система контроля аккумулятора (BMS) или бортовое зарядное устройство (OBC).
Итоги
В основных терминах феномен Холла
может быть использован рядом полезных способов, включая измерение тока и
определение положения. Несмотря на серьезные проблемы, такие как низкое
отношение сигнал / шум или влияние паразитного поля, электронная промышленность
преуспела в разработке надежных и точных сенсорных решений, основанных на
эффекте Холла.
В частности, добавление мощного аналогового внешнего интерфейса и тракта цифрового сигнала наряду с запатентованными технологиями, такими как IMC-Hall от Melexis, означает, что эффект Холла можно применять для измерения тока и определения местоположения даже в суровых условиях, таких как автомобильная промышленность.
Melexis ИС датчика тока на эффекте Холла I Melexis
- Дом
- Товары
- ИС датчика тока ИС встроенного драйвера двигателя ИС драйвера вентилятора и насоса ИС индуктивного датчика положения ИС защелки и переключателя ИС интеллектуального драйвера светодиодов ИС магнитного датчика положения ИС оптического датчика ИС предварительного драйвера ИС датчика давления ИС датчика скорости ИС датчика температуры ИС приемопередатчика
- Приложения
- Технические переговоры
- Техническая информация
- Симулятор датчика токаЭкологические формыФункциональная безопасностьОбработка и сборка интегральных схемСимулятор магнитного дизайнаПрограммирование и программные инструментыКачествоРекомендуемые третьи стороныУстойчивое развитие
- Карьера
- Контакт
- Контакт по охране окружающей средыОбщий контактКонтакты по связям с инвесторамиОфисы и офисы Контакты для прессыПредставители и дистрибьюторыКонтакты по продажамТехнический запрос Разрешение на возврат материалов
- Более.
.- О насИнвесторыСобытияНовостиКачество
.Melexis основаны на надежной реализации технологии эффекта Холла и запатентованной технологии интегрированного магнитного концентратора.
Они предназначены для точного измерения тока в автомобильной, промышленной и потребительской отраслях.
Обычный зал
- Изолированные токи до 2000А
- Ядро для концентрации сигнала
- Высокая устойчивость к полям рассеяния
- Устойчив к механическому люфту
Сопутствующие товары
IMC-Холл®
- Изолированные токи до 2000 А
- Экран и внутренний магнитный концентратор (IMC)
- Простая сборка и вертикальное штабелирование
- Устойчив к механическому люфту
Сопутствующие товары
Интегрированный
- Внутренний провод до 50 А
- Без магнитного гистерезиса
- Пользовательская калибровка не требуется
- Изоляция до 4,8 кВ
Связанные продукты
Быстрый доступ
Обычный зал Программируемые датчики Холла в сборе с ферромагнитным сердечником для измерения тока до 2000 А
IMC-Холл® Программируемые датчики Холла, упрощающие сборку, с более легким и меньшим экраном для измерения тока до 2000 А
Интегрированный Датчики Холла со встроенным токопроводом и встроенной защитой от паразитных полей для токов до 50 А
Melexis
- Продукты
- Приложения
- Технические переговоры
- О нас
- Карьера
- События
- Инвесторы
- Новости
- СТЕРЖЕНЬ
Техническая информация
- Экологические формы и декларации
- Функциональная безопасность
- Обработка и сборка ИС
- Симулятор магнитного моделирования
- Программирование и программные средства
- Качество
- Рекомендуемые третьи лица
- Устойчивое развитие
Контакт
- Окружающая среда
- Общий
- Связи с инвесторами
- Офисы и помещения
- Пресс
- Представители и дистрибьюторы
- Продажи
Присоединяйтесь к нашему списку рассылки
Теория измерения тока — NK Technologies
При заданном протекании тока вокруг проводника с током создается пропорциональное магнитное поле.
Датчики тока NK Technologies измеряют это поле по одной из двух технологий. Для постоянного тока мы используем «эффект Холла», а для переменного тока используем «индуктивную» технологию.
Щелкните изображение, чтобы увеличить его
Датчик на эффекте Холла состоит из сердечника, устройства на эффекте Холла и схемы формирования сигнала. Проводник с током проходит через магнитопроницаемый сердечник, который концентрирует магнитное поле проводника. Устройство на эффекте Холла установлено в сердечнике под прямым углом к сосредоточенному магнитному полю. Постоянный ток в одной плоскости возбуждает устройство Холла. Когда включенное устройство Холла подвергается воздействию магнитного поля от сердечника, оно создает разность потенциалов (напряжение), которую можно измерить и усилить в сигналы уровня процесса, такие как 4-20 мА или замыкание контактов.
Индуктивный датчик имеет проволочный сердечник и формирователь сигнала. Проводник с током проходит через сердечник, который усиливает магнитное поле проводника.
Переменный ток постоянно меняет потенциал с положительного на отрицательный и обратно, как правило, с частотой 50 или 60 Гц. Расширяющееся и сжимающееся магнитное поле индуцирует ток в обмотках. Этот вторичный ток преобразуется в напряжение и преобразуется в выходные сигналы уровня процесса, такие как 4–20 мА или замыкание контактов.
[ч]
Знай свою силу
Датчик тока — это экономичный и надежный инструмент, незаменимый для контроля состояния оборудования, обнаружения отклонений в технологических процессах и обеспечения безопасности персонала.
Для управления насосами, компрессорами, нагревателями, конвейерами и другими электрическими нагрузками требуется точная обратная связь о состоянии в режиме реального времени. Традиционный подход к этой проблеме контроля заключается в использовании реле давления, оптических датчиков и переключателей нулевой скорости. Однако за последние 10 лет все большее число инженеров-проектировщиков и инженеров-технологов пришли к выводу, что измерение тока является более надежным и экономичным способом контроля и управления электрическими нагрузками.
Твердотельные датчики тока проще в установке и более надежны, чем электромеханические устройства, и они предоставляют больше информации.
Проще говоря, измерение тока, потребляемого оборудованием, дает вам больше информации о фактической производительности оборудования. Мгновенное наблюдение за изменениями нагрузки может помочь вам повысить пропускную способность, сократить количество отходов и предотвратить катастрофический отказ оборудования. Непрерывный мониторинг потребляемого тока в режиме реального времени также можно использовать для анализа тенденций или оповещения о состоянии.
Методы измерения тока
Датчики тока облегчают автоматизацию промышленных насосных станций, позволяя в режиме реального времени контролировать насосы, компрессоры, нагреватели, вентиляторы и другое электрооборудование. Измерение потребляемой мощности может помочь повысить эффективность, защитить персонал и снизить затраты на техническое обслуживание двигателей в широком диапазоне промышленных применений.
Эта фотография была сделана с мостового крана на компрессорной станции природного газа National Fuel Gas в Эллисбурге, штат Пенсильвания. Пять встроенных двигателей/компрессоров (крупнокалиберные, тихоходные, ~200 об/мин, ~2200 л.с.) производства Dresser-Rand работают параллельно. Каждая панель слева управляет и контролирует блок двигателя/компрессора. (С разрешения Basic Systems, Inc.)
Наиболее распространенными способами определения тока являются резистивный шунт, эффект Холла и индукция.
Резистивный шунт
Резистивный шунт представляет собой калиброванный резистор, размещенный на пути тока, который создает падение напряжения, пропорциональное протекающему току согласно:
В = IR
где:
В = падение напряжения ток
R = сопротивление шунта
Измерение падения напряжения обычно находится в диапазоне милливольт переменного тока. Этот выход должен преобразовываться отдельным преобразователем в технологический сигнал, такой как 4-20 мА или замыкание контакта.
К сожалению, шунт создает серьезные эксплуатационные проблемы и потенциальную угрозу безопасности. Обе стороны шунтирующего резистора находятся под сетевым напряжением, что на практике означает подачу 480 В переменного тока на низковольтную панель управления. Отсутствие изоляции может привести к серьезным травмам ничего не подозревающего обслуживающего персонала.
Поскольку по сути это резистор, шунт часто воспринимается как наименее дорогое решение. Хотя на самом деле это недорогое устройство, формирователь сигналов должен быть рассчитан на 480 В переменного тока и стоит очень дорого. Затраты на установку и эксплуатацию резистивного шунта еще больше ограничивают его использование. Установка этого устройства требует обрезки и повторной заделки токоведущего проводника, а это дорого и требует много времени. Кроме того, поскольку шунт представляет собой фиксированное падение напряжения (вносимое сопротивление) в контролируемой цепи, он выделяет тепло и теряет энергию. Шунт подходит только для измерения постоянного тока и измерения низкочастотного переменного тока (<100 Гц).
Датчик Холла
Рис. 1. На эффекте Холла и индукции используются разные методы измерения магнитного поля вокруг проводника с током. Датчик Холла лучше всего подходит для постоянного тока, а индуктивный датчик — для переменного тока.
Эффект Холла и индукция представляют собой бесконтактные технологии, основанные на том принципе, что при заданном протекании тока вокруг проводника с током создается пропорциональное магнитное поле. Обе технологии измеряют это магнитное поле, но используют разные методы измерения (см. рис. 1).
Датчик Холла состоит из трех основных компонентов: ядра, датчика Холла и схемы формирования сигнала. Проводник с током проходит через магнитопроницаемый сердечник, который концентрирует магнитное поле проводника. Устройство на эффекте Холла аккуратно установлено в небольшой щели в сердечнике под прямым углом к концентрированному магнитному полю. Его возбуждает постоянный ток в одной плоскости. Когда включенное устройство Холла подвергается воздействию магнитного поля от сердечника, оно создает разность потенциалов (напряжение), которую можно измерить и усилить в сигналы уровня процесса, такие как 4-20 мА или замыкание контактов.
Поскольку датчик Холла полностью изолирован от контролируемого напряжения, он не представляет угрозы безопасности и практически не имеет импеданса. Он также обеспечивает точное и воспроизводимое измерение как переменного, так и постоянного тока. Преобразователи на эффекте Холла требуют больше энергии, чем обычные двухпроводные системы с питанием от контура. Впоследствии большинство датчиков Холла представляют собой трехпроводные или четырехпроводные устройства.
В зависимости от конструкции датчики Холла могут измерять частоты от постоянного тока до нескольких килогерц. Поскольку они, как правило, дороже шунтов или индуктивных преобразователей, их использование обычно ограничивается измерением мощности постоянного тока. По сравнению с индуктивным датчиком их основным недостатком является ограниченный диапазон измерения.
Индуктивные датчики
Фото 1. Индуктивные переключатели тока доступны как в конфигурациях со сплошным сердечником, так и в конфигурациях с разъемным сердечником.
Эти компактные устройства с автономным питанием обеспечивают регулируемые в полевых условиях уставки и встроенные монтажные кронштейны для упрощения установки.
Индуктивный датчик состоит из проволочного сердечника и преобразователя сигнала. Проводник с током проходит через магнитопроницаемый сердечник, который усиливает магнитное поле проводника. Переменный ток постоянно меняет потенциал с положительного на отрицательный и обратно, как правило, с частотой 50 или 60 Гц. Расширяющееся и сжимающееся магнитное поле индуцирует ток в обмотках. Это принцип, которым руководствуются все трансформаторы.
Токонесущий проводник обычно называют первичной обмоткой, а сердечник обмотки — вторичной. Вторичный ток преобразуется в напряжение и преобразуется в выходные сигналы уровня процесса, такие как 4–20 мА или замыкание контактов. Индуктивное измерение обеспечивает как высокую точность, так и широкий динамический диапазон, а выходной сигнал изначально изолирован от контролируемого напряжения.
Эта изоляция обеспечивает безопасность персонала и создает практически незаметные вносимые потери (падение напряжения) в контролируемой цепи.
Индуктивные датчики предназначены для измерения мощности переменного тока и обычно работают в диапазоне частот от 20 до 100 Гц, хотя некоторые датчики могут работать в диапазоне килогерц. Хорошо спроектированный индуктивный датчик может быть сконфигурирован как двухпроводное устройство для снижения затрат на установку.
Применение бесконтактных датчиков тока
Датчики тока часто используются для предоставления важной информации автоматизированным системам управления и в качестве первичных контроллеров в схемах релейной логики. Двумя наиболее распространенными типами являются преобразователи тока и переключатели тока.
Датчики тока. Преобразователи тока преобразуют контролируемый ток в пропорциональное напряжение переменного или постоянного тока или миллиамперный сигнал. Эти небольшие устройства имеют чрезвычайно низкий вносимый импеданс.
Индуктивные преобразователи проще в установке, поскольку они двухпроводные, с автономным питанием (выход 0–5 В постоянного тока или 0–10 В постоянного тока) или с питанием от контура (выход 4–20 мА). Преобразователи на эффекте Холла обычно представляют собой четырехпроводные устройства и требуют отдельного источника питания. Поскольку оба типа могут быть подключены непосредственно к системам данных и устройствам отображения, они идеально подходят для мониторинга двигателей, насосов, конвейеров, станков и любой электрической нагрузки, требующей аналогового представления в широком диапазоне токов.
Рис. 2. Датчики со средней чувствительностью подходят для измерения чистых синусоидальных волн.
Преобразователи частоты (ЧРП) экономят энергию и улучшают управление движением за счет улучшенного регулирования скорости двигателя. Кремниевые управляемые выпрямители (SCR) продлевают срок службы нагревателя, сводя к минимуму термоциклирование. Импульсные источники питания — это небольшие, эффективные и компактные устройства, которые легко интегрируются с разнообразным электрическим оборудованием.
Все три технологии основаны на высокоскоростном переключении, которое искажает синусоиду переменного тока. Понимание двух основных методов измерения силы тока может помочь вам выбрать правильное устройство для этих требовательных приложений.
Большинство преобразователей тока относятся к типу среднего срабатывания, выпрямляя и фильтруя синусоиду для получения средней пиковой силы тока. Чтобы вычислить среднеквадратичное значение тока чистой синусоидальной волны, преобразователи просто делят пиковый ток на квадратный корень из 2 (1,1414). Этот метод обеспечивает быстрый отклик (100·200 мс) при умеренных затратах, но он работает только с чистыми синусоидальными сигналами (см. рис. 2).
Форма выходного сигнала типичного ЧРП или SCR не является чистой синусоидой. Моделируемая волна может иметь пики, в несколько раз превышающие средний ток, и их относительные размеры меняются в зависимости от несущей и выходной частоты. В этих приложениях датчик средней чувствительности может быть точным при 20 Гц, но на 10% выше при 30 Гц и на 10% ниже при 40 Гц.
Преобразователи со средним откликом просто не могут точно измерить эти искаженные формы волны.
Рис. 3. Для точного измерения искаженных сигналов от частотно-регулируемых приводов требуется преобразователь истинного среднеквадратичного значения.
Только истинное среднеквадратичное значение позволяет точно измерять несинусоидальные формы сигналов частотно-регулируемых приводов, тиристоров, электронных балластов, входов импульсных источников питания и других нелинейных нагрузок. Приборы True RMS измеряют мощность или теплотворную способность любой формы волны тока или напряжения. Это позволяет сравнивать очень разные формы сигналов друг с другом и с эквивалентным значением постоянного тока (нагрева).
Измерение истинного среднеквадратичного значения начинается с возведения входного сигнала в квадрат для математического выпрямления сигнала. Следующим шагом является усреднение волны за определенный период времени и вычисление квадратного корня. Результатом является истинная мощность (теплотворная способность) волны (см.
рис. 3).
Как определить, что у вас датчик истинного среднеквадратичного значения? Если в спецификации продукта или листе технических данных выходной сигнал описывается как «истинное среднеквадратичное значение для синусоидальных сигналов», у вас есть преобразователь со средней чувствительностью и умный составитель спецификаций. Спецификация преобразователя с истинным среднеквадратичным значением будет описана в техническом описании как «истинное среднеквадратичное значение для всех форм сигналов» и «точно измеряет частотно-регулируемые приводы или тиристоры». Датчики с истинным среднеквадратичным значением обычно обеспечивают более медленный отклик, чем датчики со средним откликом (400·800 мс), и могут стоить на 30%·50% больше, чем датчик со средним откликом.
Большинство современных преобразователей доступны в конфигурациях со сплошным сердечником или с разъемным сердечником для облегчения установки. В типичном преобразователе используются регулируемые в полевых условиях потенциометры диапазона.
Более продвинутые устройства имеют диапазоны, выбираемые с помощью перемычек, чтобы исключить трудозатраты на калибровку. Типичные диапазоны датчиков составляют от 0–2 А до 0–2000 А с апертурой от 0,5 до >3 дюймов (12–76 мм).
Токовые переключатели. Разработанные для контроля и переключения цепей переменного и постоянного тока, токовые переключатели сочетают в себе измерение тока и преобразование сигналов с сигнализацией предельных значений. Релейный выход активируется, когда уровень тока, определяемый аварийным сигналом предельного значения, превышает пороговое значение, выбираемое пользователем. Индуктивные переключатели тока обычно имеют полупроводниковые выходные переключатели. Они имеют автономный источник питания и, следовательно, являются хорошим выбором для модернизации, ремонта и временного мониторинга (см. Фото 1). Токовые переключатели на эффекте Холла имеют полупроводниковый или релейный выход. Их высокие требования к мощности не позволяют использовать конструкцию с автономным питанием, а потребность в отдельном источнике питания увеличивает стоимость их установки.
Некоторые переключатели тока поставляются с фиксированной уставкой. В более новых конструкциях предусмотрены регулируемые в полевых условиях заданные значения с помощью потенциометра и обратной связи со светодиодом или ЖК-дисплеем. Их диапазон уставок находится в диапазоне от 0–5 А до 0–2000 А. Для систем релейной логики переключатели должны быть оснащены встроенными временными задержками, чтобы учесть броски при запуске и мгновенные провалы или выбросы.
Мониторинг и управление двигателем
Одним из наиболее распространенных применений датчиков индукционного тока является мониторинг двигателя. Поскольку потребляемый ток является отличным индикатором состояния двигателя, датчик тока можно использовать для решения широкого круга проблем, связанных с управлением технологическим процессом, безопасностью и техническим обслуживанием.
Автоматизация механизма подачи в дробилки и дробилки часто осуществляется путем установки датчика тока на провод двигателя. Выходной сигнал используется для управления с обратной связью между дробилкой и механизмом подачи.
Падение нагрузки сигнализирует конвейеру или загрузчику о необходимости увеличить скорость подачи, а увеличение нагрузки инициирует уменьшение скорости подачи. В этой операции контроль скорости подачи помогает предотвратить заклинивание, улучшает однородность или структуру продукта помола и повышает эффективность последующих операций обработки.
Та же логика управления может использоваться для блокировки двух или более двигателей для обеспечения безопасности персонала. Здесь цель состоит в том, чтобы запустить второй двигатель только после того, как первый двигатель заработает и будет управлять своей нагрузкой. Этот тип защитной блокировки используется на различных коммерческих и промышленных объектах.
Автоматическое переключение нагрузки и оповещение о состоянии также являются типичными приложениями для токовых выключателей. Часто их используют вместо вспомогательных контактов, сигнализирующих только о положении контактора. Большинство двигателей оснащены местными разъединителями при фактической нагрузке для облегчения обслуживания.
Если оборудование выводится из эксплуатации при отключении, вспомогательный контакт контактора будет давать ложную индикацию включения, что может иметь серьезные последствия для безопасности или эксплуатации.
Интеллектуальные самокалибрующиеся выключатели тока можно запрограммировать на подачу сигналов о перегрузке и недостаточной нагрузке или на запуск резервного оборудования. Эти микропроцессорные устройства оснащены встроенными программируемыми таймерами, компенсирующими кратковременные сбои и броски двигателя во время запуска. В этих операциях переключатель тока более надежен, поскольку он не подвержен коррозии контактов или дрейфу уставки и не требует периодического обслуживания или калибровки.
Датчики тока и выключатели также используются для обеспечения защиты двигателя и облегчения процедур технического обслуживания оборудования. Крупные электродвигатели нуждаются в периодическом капитальном ремонте или восстановлении. График профилактического обслуживания, основанный на фактическом количестве пусков двигателя, обеспечивает правильную работу и снижает риск отказа двигателя.
Установка выключателя тока на проводе двигателя и использование сигнала для запуска счетчика или подачи в автоматизированную систему обеспечивает точный подсчет пусков двигателя. Эта информация может быть использована для планирования профилактического обслуживания и сокращения дорогостоящего аварийного ремонта.
Датчики тока также устанавливаются на режущие инструменты для диагностики эффективности инструмента. Если инструмент потребляет слишком много тока, возможно, его режущая кромка затупилась. Сигнализация оператору о том, что требуются процедуры технического обслуживания, снижает количество бракованного материала и предотвращает прерывание процесса.
Насосы, нагреватели и другие устройства контроля
Датчики тока часто используются для защиты от заклинивания насосов и потерь на всасывании. При работе со сточными водами органические вещества могут заблокировать насосы и вызвать повреждение как двигателя, так и насоса до того, как сработает термическая перегрузка.
Кроме того, засорение линии всасывания насоса может привести к работе насоса всухую, перегреву и повреждению уплотнений. Установка преобразователя тока на одну ветвь выводов двигателя позволяет оператору контролировать условия как перегрузки, так и недогрузки и принимать корректирующие меры до того, как оборудование будет нарушено.
Тот же метод используется для мониторинга оборудования, которое подает тепло промышленным продуктам, системам хранения или рециркулируемому материалу. Если нагреватель выйдет из строя, партия или процесс, возможно, придется отменить. Интеграция текущего сигнала переключения с системой автоматизации позволяет оператору контролировать состояние включения/выключения, сигнализировать о сбое или автоматически включать резервный нагреватель.
Новые тенденции в современной технологии переключателей/реле
На современном рынке переключателей/реле появляются две новые тенденции. Современные панели управления меньшего размера и перегруженные распределительные устройства стимулируют спрос на более компактные устройства с более высокими характеристиками и более универсальными вариантами монтажа.
Реле обычно используются для запуска нагрузок, а реле давления или переключатели нулевой скорости используются для их контроля. Этот подход требует двух установок и нескольких кабелепроводов, что увеличивает сложность системы. Сегодня модульные реле могут быстро подключаться к широкому спектру датчиков тока, от переключателей тока с регулируемой уставкой до цельных преобразователей. Этот модульный подход позволяет оператору включать двигатель, подавать сигнал о включении/выключении и контролировать состояние нагрузки двигателя с помощью одного установленного устройства.
Вторая тенденция — более интеллектуальные реле. Новые микропроцессорные датчики тока автоматически калибруются при первом запуске. Другие интеллектуальные устройства оснащены программируемыми пользователем таймерами, которые компенсируют кратковременные сбои и скачкообразный запуск двигателя. Эти расширенные возможности управления, более высокие рейтинги и надежность полупроводниковых приборов привели к более широкому признанию современных технологий датчиков в качестве замены традиционных приборов.
