Статья описывает принцип работы измерительных шунтов, трансформаторов тока и датчиков тока на эффекте Холла. Приведены формулы для расчёта шунта и пример, а также объяснено, как гальваническая развязка и отрицательная обратная связь влияют на точность измерений.
- Простейший датчик тока — измерительный шунт, низкоомный резистор, включаемый параллельно амперметру для расширения предела измерений.
- Сопротивление шунта рассчитывают по формуле, учитывающей сопротивление и максимальный ток амперметра, а при большом превышении предела — по упрощённой формуле.
- Пример: для измерения до 10 А амперметром с сопротивлением 2000 Ом и током 50 мкА нужен шунт определённого сопротивления.
- Трансформаторы тока обеспечивают гальваническую развязку и безопасность при измерении переменного тока, но инертны и плохо подходят для мгновенных значений несинусоидального тока.
- В трансформаторе тока намагничивающие силы первичной и вторичной обмоток уравновешены: I1w1=I2w2.
- Датчики тока с преобразователем Холла используют магнитопровод с прорезью и цепь отрицательной обратной связи, что снижает нелинейность и повышает температурную стабильность.
- датчик Холла
- магнитопровод
Кому полезно: Инженерам АСУ ТП, занимающимся измерением тока и выбором датчиков.
Выжимка составлена редакцией сайта с помощью ИИ по тексту статьи.
Самыми простыми датчиками тока являются измерительные шунты
Шунт — устройство, которое позволяет электрическому току протекать в обход какого-либо участка схемы, обычно представляет собой низкоомный резистор. Например, шунты применяются для изменения верхнего предела измерения у амперметров магнито-электрической системы. При этом необходимое сопротивление шунта рассчитывают по формуле:
где
- R2 — сопротивление шунта;
- R1 — сопротивление амперметра;
- I — максимальный ток, который будет соответствовать полному отклонению стрелки прибора;
- I1 — номинальный максимальный ток, измеряемый амперметром без шунта.
Если необходимый предел изменения значительно превосходит номинальный ток амперметра, то этим током в знаменателе можно пренебречь, и тогда формула принимает вид:
Например, для измерения токов до 10 А амперметром, имеющим сопротивление 2000 Ом и максимальный ток 50 мкА, понадобится шунт сопротивлением
На нижеследующем рисунке приведены основные способы измерения тока в электрической цепи, которые определяют принципы работы датчиков тока с гальванической развязкой, отсутствие связи силовой и измерительной цепи:
трансформаторов тока;
дачтчиков с преобразователлями Холла.
Измерительные трансформаторы тока предназначены для преобразования тока до значения, удобного для измерения. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке. Трансформаторы тока обеспечивают безопасность измерений, изолируя измерительные цепи от первичной цепи с высоким напряжением, часто составляющим сотни киловольт.
Основным недостатком является инертность, которая затрудняет измерение мгновенных значений несинусоидального тока.
В трансформаторе тока намагничивающий ток относительно мал и намагничивающие силы первичной и вторичной обмоток практически взаимно уравновешены, т.е I1w1=I2w2
Датчики тока с преобразователем Холла
В простейшем случае датчик тока представляет собой конструкцию, в которой датчик Холла устанавливается около провода, по которому течёт измеряемый ток.Чувствительность датчика тока может быть значительно увеличена путём использования концентратора магнитного потока в виде магнитопровода с прорезью, в которую помещается линейный датчик Холла .
Построены они основе цепи с отрицательной обратной связью. Ток контролируемого проводника создает магнитное поле, которое концентрируется внутри кольцевого магнитопровода и воздействует на линейный датчик Холла. Выходной сигнал этого датчика усиливается усилителем постоянного тока, нагрузкой которого является катушка отрицательной обратной связи (ООС) , формирующая в магнитопроводе противоположенное по направлению магнитное поле, полностью компенсирующее исходное. Выходом датчика служит второй вывод катушки ООС. Таким образом, выходной сигнал – это ток катушки ООС, пропорциональный значению тока в контролируемом проводнике и числу витков катушки ООС . Такое схемотехническое решение значительно снижает нелинейность характеристики преобразования и повышает температурную стабильность прибора.
