วงจรเซนเซอร์กระแสไม่สัมผัสโดยใช้ IC Hall-Effect

ในบทความนี้เราเรียนรู้เกี่ยวกับวงจรเซ็นเซอร์กระแสไฟฟ้าแบบไม่สัมผัสโดยใช้ IC เซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์

ทำไมต้อง Hall Effect Sensor

เมื่อพูดถึงการตรวจจับอุปกรณ์ Hall-effect เชิงเส้นในปัจจุบัน (แอมป์) เป็นอุปกรณ์ที่ดีที่สุดและแม่นยำที่สุด

อุปกรณ์เหล่านี้สามารถตรวจจับและวัดกระแสได้ตั้งแต่ไม่กี่แอมป์จนถึงหลายพัน นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถทำการวัดจากภายนอกได้โดยไม่จำเป็นต้องสัมผัสกับตัวนำ

เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านตัวนำโดยทั่วไปจะสร้างสนามแม่เหล็กว่างประมาณ 6.9 เกาส์ต่อแอมแปร์

โดยนัยนี้เพื่อให้ได้เอาต์พุตที่ถูกต้องจากอุปกรณ์ Hall-effect จำเป็นต้องกำหนดค่าภายในช่วงของฟิลด์ด้านบน

สำหรับตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าต่ำหมายความว่าจำเป็นต้องกำหนดค่าอุปกรณ์ภายในการจัดเตรียมที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อเพิ่มระยะและความสามารถในการตรวจจับของเซ็นเซอร์

อย่างไรก็ตามสำหรับตัวนำที่มีขนาดกระแสไฟฟ้าสูงอาจไม่จำเป็นต้องมีการจัดเรียงพิเศษใด ๆ และอุปกรณ์ผลกระทบเชิงเส้นตรงจะสามารถตรวจจับและวัดแอมป์ได้โดยตรงโดยการวางตำแหน่งตัวเองภายในทอร์รอยด์ที่มีช่องว่าง

การคำนวณฟลักซ์แม่เหล็ก

ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กบนอุปกรณ์อาจกำหนดได้ดังนี้:

B = I / 4 (pi) r หรือ I = 4 (pi) rB

ที่ไหน
B = ความแรงของสนามใน Gauss
I = กระแสใน Amperes
r = ระยะห่างจากศูนย์กลางของตัวนำไปยังอุปกรณ์ที่อยู่ในตำแหน่งเป็นนิ้ว

อาจสังเกตได้ว่าองค์ประกอบ Hall-effect จะให้การตอบสนองที่ดีที่สุดเมื่ออยู่ในตำแหน่งที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก เหตุผลคือการสร้างโคไซน์ของมุมลดลงเมื่อเทียบกับฟิลด์มุมที่ 90 องศา

การวัดกระแสแบบไม่สัมผัส (ต่ำ) โดยใช้ขดลวดและอุปกรณ์ Hall-effect

ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้นเมื่อกระแสที่ต่ำกว่าเกี่ยวข้องกับการวัดผ่านขดลวดจะมีประโยชน์เนื่องจากขดลวดช่วยในการรวบรวมความหนาแน่นของฟลักซ์และด้วยเหตุนี้ความไว

การบังคับใช้ Device-to-Coil Gap

ด้วยการบังคับใช้ช่องว่างอากาศระหว่างอุปกรณ์ต่อขดลวดที่ 0.060 'ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กที่มีประสิทธิผลจะกลายเป็น:

B = 6.9nI หรือ n = B / 6.9I

โดยที่ n = จำนวนรอบของขดลวด

ตัวอย่างเช่นสำหรับการแสดงภาพ 400 เกาส์ที่ 12 แอมแปร์สูตรข้างต้นอาจใช้เป็น:

n = 400/83 = 5 รอบ

ตัวนำที่มีขนาดกระแสไฟฟ้าต่ำกว่าปกติต่ำกว่า 1 เกาส์จะรับรู้ได้ยากเนื่องจากมีสัญญาณรบกวนโดยธรรมชาติมาพร้อมกับอุปกรณ์โซลิดสเตตและวงจรแอมพลิฟายเออร์เชิงเส้น

สัญญาณรบกวนวงกว้างที่ปล่อยออกมาที่เอาต์พุตของอุปกรณ์โดยทั่วไปคือ 400uV RMS ทำให้เกิดข้อผิดพลาดประมาณ 32mA ซึ่งอาจมีขนาดใหญ่มาก

ในการระบุและวัดกระแสต่ำอย่างถูกต้องการจัดเรียงที่แสดงด้านล่างจะถูกนำมาใช้โดยที่ตัวนำถูกพันรอบแกน toroidal สองสามครั้ง (n) ให้สมการต่อไปนี้:

B = 6.9nI

โดยที่ n คือจำนวนรอบ

วิธีนี้ช่วยให้สนามแม่เหล็กกระแสต่ำได้รับการปรับปรุงให้เพียงพอสำหรับการให้อุปกรณ์ Hall-effect เป็นข้อมูลที่ปราศจากข้อผิดพลาดสำหรับการแปลงเป็นโวลต์ในภายหลัง

การวัดกระแสแบบไม่สัมผัส (สูง) โดยใช้ Toroid และอุปกรณ์ Hall-effect

ในกรณีที่กระแสไฟฟ้าผ่านตัวนำอาจสูง (ประมาณ 100 แอมป์) อุปกรณ์ Hall-effect อาจถูกใช้โดยตรงผ่าน toroid ส่วนคายเพื่อวัดขนาดที่เป็นปัญหา

ดังที่เห็นได้จากรูปด้านล่าง Hall-effect วางอยู่ระหว่างรอยแยกหรือช่องว่างของ toroid ในขณะที่ตัวนำที่มีกระแสไหลผ่านวงแหวนทอรอยด์

สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นรอบตัวนำมีความเข้มข้นภายในทอร์รอยด์และถูกตรวจพบโดยอุปกรณ์ Hall สำหรับการแปลงที่ต้องการที่เอาต์พุต

การแปลงที่เทียบเท่ากันที่เกิดขึ้นโดย Hall-effect สามารถอ่านได้โดยตรงโดยเชื่อมต่อโอกาสในการขายอย่างเหมาะสมกับดิจิตอลมัลติมิเตอร์ที่ตั้งค่าไว้ที่ช่วง mV DC

สายจ่ายของ IC Hall-effect ควรเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ DC ตามข้อกำหนด

มารยาท:

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