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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Stromsensor am Hall-Element. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Das Funktionsdiagramm des Stromsensors vom Kompensationstyp ist in Abb. 1 dargestellt. XNUMX. Das magnetfeldempfindliche Hall-Element befindet sich im Spalt des ringförmigen Magnetkreises.
Der gemessene Strom Imeas, der durch die Wicklung I fließt, erzeugt einen magnetischen Fluss im Magnetkreis, der eine diesem Strom proportionale EMK im Hall-Sensorelement induziert. Das nach der Verstärkung vom Element abgenommene Signal gelangt in die Kompensationswicklung II. Der durch sie fließende Strom Ik erzeugt im Magnetkreis einen magnetischen Fluss in entgegengesetzter Richtung. Das Magnetsystem, das Hall-Element und der Verstärker bilden eine negative Rückkopplungsschleife, die die Gleichheit aufrechterhält
wobei W1 und W|| - die Anzahl der Windungen der Wicklungen I und II. Der Widerstand R1, in Reihe mit Wicklung II geschaltet, wandelt den Kompensationsstrom in die Ausgangsspannung des Sensors um. Wenn wir den Widerstand dieses Widerstands in Ohm numerisch gleich dem Verhältnis der Windungszahl der Wicklung II zur Windungszahl der Wicklung I wählen, wird die Ausgangsspannung in Volt numerisch gleich dem gemessenen Strom in Ampere.
Die Gesamtzeichnung des im Sensor verwendeten Hall-Elements DKhK-0.5A ist in Abb. 2 dargestellt. 3 Die dem Steuerstrom und der Magnetfeldinduktion proportionale Hall-Spannung wird zwischen den Klemmen +U und -U gemessen. Die Empfindlichkeit des Elements bei einem Nennwert des Steuerstroms von 280 mA (in den +I-Ausgang fließend und aus dem -I-Ausgang herausfließend) beträgt 2 mV / T. Die angegebene Spannungspolarität und Stromrichtung entsprechen dem magnetischen Induktionsvektor B, der wie in Abb. 7 gezeigt gerichtet ist. 1,8 Pfeil. Die Restausgangsspannung (ohne Magnetfeld) überschreitet 3 mV nicht. Eingangswiderstand (zwischen den Klemmen I) - 3 ... XNUMX kOhm, Ausgangswiderstand (zwischen den Klemmen U) - nicht mehr als XNUMX kOhm.
Wenn ein Hall-Element unbekannter Empfindlichkeit vorhanden ist, kann dies experimentell bestimmt werden, indem das Element in einem Luftspalt der Länge d eines beliebigen Magnetkreises platziert wird, auf dem eine bekannte Anzahl von Windungen W eines beliebigen Drahtes gewickelt ist.Eine Steuerstromquelle wird angeschlossen an die "Strom" -Anschlüsse des Elements, und ein Millivoltmeter ist an die anderen beiden angeschlossen. Durch die Wicklung fließt ein Gleichstrom I. Die Empfindlichkeit (mV / T) ist der Quotient aus der Division der Millivoltmeter-Messwerte durch die magnetische Induktion, berechnet nach der Formel
Die Stromsensorschaltung ist in Abb. 3 dargestellt. 1 Das Magnetsystem ist darauf als Transformator T1 dargestellt, in dessen Lücke des Magnetkreises das Hall-Element B1 eingefügt ist. Der Verstärker ist auf dem Operationsverstärker DA2 und den Transistoren VT3, VT1 aufgebaut. Der Stromstabilisator am Transistor VTXNUMX stellt den durch das Hall-Element fließenden Steuerstrom ein. Zur Versorgung des Sensors wird eine bipolare Gleichspannungsquelle +/-15 V benötigt, deren Hauptverbraucher die Wicklung II des Transformators T1 ist. Bei der beschriebenen Konstruktion werden die Wicklungen auf einen Ferritring von einem Computernetzteil gewickelt. Wicklung II - 1000 Windungen PEV-2-Draht mit einem Durchmesser von 0.15 mm Darüber wird eine Wicklung von 1 - 10 Windungen eines isolierten Montagedrahtes mit einem Querschnitt von 0,35 mm2 gewickelt. Im Ring wird ein 2 mm langer Luftspalt hergestellt - er entspricht der Dicke des in den Spalt eingeklebten Hall-Elements.
Es ist zu beachten, dass der Magnetkreis kein Ferrit sein muss, er kann aus jedem ferromagnetischen Material bestehen.Die optimale Querschnittsfläche des Magnetkreises beträgt 10...12 mm2. Eine Querschnittsvergrößerung sollte nicht angestrebt werden, da dies zu einer Verlängerung der Windungen der Kompensationswicklung und damit zu einer dessen Widerstand Aus dem gleichen Grund sollte für die Ausgleichswicklung ein Draht mit möglichst großem Durchmesser gewählt werden.
Der hergestellte Sensor ist in Abb. 4 und seine Übertragungscharakteristik - in Abb. 5 Es wurde bei der Messung eines sinusförmigen Stroms mit einer Frequenz von 50 Hz aufgenommen. Die Effektivwerte von Strom und Spannung sind entlang der Achsen des Diagramms aufgetragen.Es gab keinen Widerstand R4 im Gerät. die ein Strom-Spannungs-Wandlungsverhältnis von 1 V/A lieferten, konstant im Wertebereich des gemessenen Stroms 0,25 ... 6 A. Die Verletzung der Linearität der Eigenschaften bei niedrigem Strom erklärt sich aus der Tatsache, dass der Leistungsverstärker an den Transistoren VT2 und VT3 in Klasse B ohne anfängliche Vorspannung arbeitet. Der Grund für die Nichtlinearität bei hohen Stromwerten ist die Signalbegrenzung im Operationsverstärker K140UD7, wodurch die Form des Kompensationsstroms nicht mehr mit der Form des gemessenen übereinstimmt und eine vollständige Kompensation magnetischer Flüsse eingeht Der magnetische Kreis tritt nicht auf. Durch die parallele Installation des gleichen Widerstands R3 zum Widerstand R4 konnte die Kennlinie bei Strommessungen bis 10 A linear gemacht werden. Der Umwandlungskoeffizient verringerte sich jedoch auf 0,5 V / A. Autor: N. Salimov. Stadt Revda, Gebiet Swerdlowsk; Veröffentlichung: radioradar.net
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