Beskontaktni mjerač struje "uradi sam". AC senzor male veličine. Kontakti za spajanje trožilne petlje
Strujni pretvarač je uređaj koji može zamijeniti strujne transformatore i shuntove koji se danas koriste. Služi za kontrolu i mjerenje te je izvrsno inženjersko rješenje. Dizajn uređaja izrađen je u skladu sa suvremenim metodama tehničke implementacije opreme i načinima osiguravanja svestranosti, praktičnosti i pouzdanosti sustava. Zbog toga su mjerni pretvarači koje je razvio ruski proizvođač svake godine u velikoj potražnji. Raspon mogućih modifikacija zadovoljava potrošače jer vam omogućuje da odaberete najprikladnije rješenje i istovremeno ne preplatite.
Što je posebno kod strujnih pretvarača?
Glavna značajka mjernog pretvarača struje je njegova svestranost. Na ulazu uređaja može se primijeniti istosmjerna struja, impulsna i izmjenična struja. Kako bi omogućili ovu svestranost, proizvođači su razvili uređaj koji se temelji na Hallovom principu. Pretvarač implementira mali krug napravljen na poluvodičima. Uz njegovu pomoć određuje se veličina i smjer magnetskog polja struje koja se primjenjuje na ulaz uređaja. Stoga je pretvarač struje Hall efekta jedinstveni uređaj s visokim performansama i funkcionalnošću.
Uređaj je izrađen u obliku kućišta s rupom kroz koju je provučen vodič kroz koji teče struja. Napajanje elektroničkog kruga pretvarača provodi se iz mreže s istosmjernim naponom od 15 volti. Na izlazu uređaja pojavljuje se struja koja mijenja vrijednost, smjer i vrijeme izravno proporcionalno struji na ulazu. U ovom slučaju, strujni mjerni pretvarač na temelju Hallovog efekta može se izraditi ne samo s rupom za izlaz vodiča s strujom, već iu obliku uređaja namijenjenog za ugradnju u prekid strujnog kruga.
Konstruktivne značajke mjernih strujnih pretvarača
Beskontaktni strujni mjerni pretvarač izrađen je s galvanskim odvajanjem između upravljačkog kruga i strujnog kruga. Pretvarač se sastoji od magnetskog kruga, kompenzacijskog namota i Hallovog uređaja. Kada struja teče kroz gume, u magnetskom krugu se inducira indukcija, dok Hallov uređaj stvara napon koji se mijenja kako se mijenja inducirana indukcija. Izlazni signal se dovodi na ulaz elektroničkog pojačala, a zatim ide na kompenzacijski namot. Kao rezultat toga, kroz kompenzacijski namot teče struja koja je izravno proporcionalna struji na ulazu, dok se oblik primarne struje potpuno ponavlja. Zapravo, to je pretvarač struje i napona.
Beskontaktni pretvarač za mjerenje izmjenične struje
Najčešće potrošači kupuju senzore struje i napona za trofazne izmjenične mreže. Stoga su proizvođači posebno razvili mjerne pretvarače PIT-___-T s jednostavnijom elektronikom i, sukladno tome, niskom cijenom. Rad uređaja može se odvijati na različitim temperaturama, u frekvencijskom području od 20 do 10 kHz. Istodobno, potrošači imaju priliku odabrati vrstu izlaznog signala iz pretvarača - napon ili struju. Beskontaktni pretvarači struje proizvode se za ugradnju na okruglu ili ravnu sabirnicu. To značajno proširuje opseg ove opreme i čini je relevantnom u rekonstrukciji trafostanica različitih kapaciteta.
Za organiziranje napajanja garaže vrlo je prikladno znati struju koju troši jedan ili drugi uređaj uključen u ovu mrežu. Asortiman ovih uređaja je prilično širok i stalno se povećava: bušilica, oštrilo, brusilica, grijači, aparati za zavarivanje, memorija, industrijski fen, i još mnogo toga....
Za mjerenje izmjenične struje, kao što je poznato, kao sam senzor struje, u pravilu se koristi strujni transformator. Ovaj transformator, općenito, sličan je konvencionalnom step-down, uključen, kako je bilo, "obrnuto", tj. njegov primarni namot je jedan ili više zavoja (ili sabirnica) provučenih kroz jezgru - magnetski krug, a sekundar je zavojnica s velikim brojem zavoja tanke žice koja se nalazi na istom magnetskom krugu (sl. 1).
Međutim, industrijski strujni transformatori prilično su skupi, glomazni i često dizajnirani za mjerenje stotina ampera. Strujni transformator dizajniran za raspon kućanske mreže rijetko se viđa u prodaji. Iz tog razloga se rodila ideja da se u tu svrhu koristi elektromagnetski DC/AC relej, bez ikakve upotrebe kontaktne skupine takvog releja. Zapravo, svaki relej već sadrži zavojnicu s velikim brojem zavoja tanke žice, a jedino što je potrebno da bi se pretvorio u transformator je osigurati magnetski krug oko zavojnice s minimalnim zračnim rasporom. Osim toga, naravno, takva izvedba zahtijeva dovoljno prostora za prolaz primarnog namota koji predstavlja ulaznu mrežu.Na slici je prikazan takav senzor izrađen od releja tipa RES22 za 24 V DC. Ovaj relej sadrži namot s otporom od približno 650 ohma. Najvjerojatnije, mnoge druge vrste releja, uključujući ostatke neispravnih magnetskih startera, itd., mogu pronaći slične primjene. Kako bi se osigurao magnetski krug, armatura releja je mehanički blokirana pri maksimalnom približavanju jezgri. Čini se da je relej uključen cijelo vrijeme. Zatim se oko zavojnice napravi zavoj primarnog namota (na slici je to trostruka plava žica).
Zapravo, na ovome je senzor struje spreman, bez previše muke s namotavanjem žice na zavojnicu. Naravno, teško je ovaj uređaj smatrati punopravnim transformatorom i s obzirom na malu površinu poprečnog presjeka novodobivenog magnetskog kruga i, eventualno, s obzirom na razliku u njegovim karakteristikama magnetizacije od idealne jedan. Međutim, sve se to pokazuje manje važnim zbog činjenice da nam je potrebna minimalna snaga takvog "transformatora" i potrebna je samo kako bi se osiguralo proporcionalno (po mogućnosti linearno) odstupanje indikatora pokazivača magnetoelektričnog sustava ovisno o struje u primarnom namotu.
Mogući krug za uparivanje senzora struje s takvim indikatorom prikazan je na dijagramu (slika 2). Vrlo je jednostavan i nalikuje krugu prijemnika detektora. Ispravljačka dioda (D9B) je germanijska i odabrana je zbog malog pada napona na njoj (oko 0,3 V). Prag minimalne vrijednosti struje koju ovaj senzor može odrediti ovisit će o ovom parametru diode. U tom smislu, za to je bolje koristiti takozvane detektorske diode s malim padom napona, na primjer, GD507 i slično. Instaliran je par silicijskih dioda kd521v kako bi se pokazivački uređaj zaštitio od preopterećenja, što je moguće uz značajne strujne udare uzrokovane, na primjer, kratkim spojem unutar mreže, uključivanjem snažnih transformatora ili zavarivača. Ovo je vrlo čest pristup u takvim slučajevima. Treba napomenuti da takav jednostavan krug ima nedostatak da apsolutno ne može "vidjeti" opterećenje u obliku struje jednog polariteta, kao što je grijač ili grijaći element spojen preko ispravljačke diode. U tim se slučajevima koristi nešto "kompliciraniji" sklop, na primjer, u obliku ispravljača za udvostručenje napona (slika 3).
Bok svima!
Možda bih se trebao malo predstaviti - ja sam obični inženjer strujnih krugova kojeg zanimaju i programiranje i još neka područja elektronike: DSP, FPGA, radio komunikacije i još neka. U zadnje vrijeme bio sam udubljen u SDR prijemnike. Isprva sam svoj prvi članak (nadam se ne i posljednji) htio posvetiti nekoj ozbiljnijoj temi, ali mnogima će to postati samo štivo i neće biti od koristi. Stoga je odabrana tema usko specijalizirana i isključivo primijenjena. Također želim napomenuti da će vjerojatno sve članke i pitanja u njima više razmatrati inženjer strujnog kruga, a ne programer ili bilo tko drugi. Pa – idemo!
Ne tako davno, naručeno mi je da dizajniram "Sustav za nadzor napajanja stambene zgrade", kupac gradi seoske kuće, pa su neki od vas možda već vidjeli moj uređaj. Ovaj uređaj je mjerio struje potrošnje na svakoj ulaznoj fazi i naponu, istovremeno šaljući podatke preko radio kanala do već instaliranog Smart Home sustava + uspio je isključiti starter na ulazu u kuću. Ali današnji razgovor neće biti o njemu, već o njegovoj maloj, ali vrlo važnoj komponenti - trenutnom senzoru. I kao što ste već shvatili iz naslova članka, to će biti "bezkontaktni" senzori struje iz Allegra - ACS758-100.
________________________________________________________________________________________________________________________
Možete vidjeti podatkovnu tablicu senzora o kojem ću govoriti. Kao što možda pretpostavljate, broj "100" na kraju oznake je najveća struja koju senzor može izmjeriti. Da budem iskren - sumnjam u to, čini mi se da zaključci jednostavno ne mogu dugo izdržati 200A, iako je sasvim prikladan za mjerenje udarne struje. U mom uređaju senzor od 100A prolazi kroz sebe bez problema stalno najmanje 35A + ima vršne potrošnje do 60A.
Slika 1 - Izgled senzora ACS758-100(50/200)
Prije nego što prijeđem na glavni dio članka, predlažem da se upoznate s dva izvora. Ako imate osnovno znanje o elektronici, onda će vam ono biti suvišno i slobodno preskočite ovaj paragraf. Za ostalo, savjetujem vam da prijeđete na opći razvoj i razumijevanje:
1) Hallov učinak. Fenomen i princip rada
2) Moderni strujni senzori
________________________________________________________________________________________________________________________
Pa, počnimo s najvažnijim, naime s označavanjem. Komponente kupujem u 90% slučajeva na www.digikey.com. Komponente stižu u Rusiju za 5-6 dana, stranica ima sve, tu je i vrlo zgodna parametrička pretraga i dokumentacija. Dakle, potpuni popis senzora obitelji može se vidjeti tamo na zahtjev " ACS758". Moji senzori su kupljeni na istom mjestu - ACS758LCB-100B.
Unutar podatkovne tablice sve je označeno, ali ipak ću obratiti pozornost na ključnu točku " 100V":
1) 100
- ovo je granica mjerenja u amperima, odnosno moj senzor može mjeriti do 100A;
2) "U"- ovdje obratite posebnu pozornost na ovo slovo, umjesto njega može biti i slovo" U". Mjerač sa slovom B može mjeriti izmjeničnu struju i, prema tome, istosmjernu struju. Senzor sa slovom U može mjeriti samo istosmjernu struju.
Također na početku podatkovne tablice nalazi se izvrsna ploča na ovu temu: 
Slika 2 - Tipovi strujnih senzora obitelji ACS758
Također jedan od najvažnijih razloga za korištenje takvog senzora bio je - galvanska izolacija. Izlazi snage 4 i 5 nisu električno povezani s izlazima 1,2,3. Kod ovog senzora komunikacija je samo u obliku induciranog polja.
U ovoj tablici pojavio se još jedan važan parametar - ovisnost izlaznog napona o struji. Ljepota ove vrste senzora je što imaju naponski izlaz, a ne strujni izlaz kao klasični strujni transformatori, što je vrlo zgodno. Na primjer, izlaz senzora može se spojiti izravno na ADC ulaz mikrokontrolera i snimati očitanja.
Za moj senzor, ova vrijednost je 20 mV/A. To znači da kada struja od 1 A teče kroz priključke 4-5 senzora, napon na njegovom izlazu će se povećati za 20 mV. Mislim da je logika jasna.
U sljedećem trenutku, koliki će biti izlazni napon? S obzirom da je napajanje "ljudsko", odnosno unipolarno, onda kod mjerenja izmjenične struje treba postojati "referentna točka". U ovom senzoru, ova referentna točka jednaka je 1/2 opskrbe (Vcc). Ovo se rješenje često događa i prikladno je. Kada struja teče u jednom smjeru, izlaz će biti " 1/2Vcc+I*0,02V", u drugom poluciklusu, kada struja teče u suprotnom smjeru, izlazni napon će biti uži" 1/2 Vcc - I*0,02 V". Na izlazu dobivamo sinusoidu, gdje je "nula". 1/2Vcc. Ako mjerimo istosmjernu struju, tada ćemo na izlazu imati " 1/2Vcc+I*0,02V", tada prilikom obrade podataka na ADC jednostavno oduzimamo konstantnu komponentu 1/2 Vcc i raditi s pravim podacima, odnosno s ostatkom I*0,02 V.
Sada je vrijeme da u praksi provjerim ono što sam gore opisao, odnosno oduzeo iz podatkovne tablice. Da bih radio sa senzorom i provjerio njegove mogućnosti, napravio sam ovo "mini postolje":
Slika 3 - Mjesto za testiranje senzora struje
Prije svega, odlučio sam priključiti napajanje na senzor i izmjeriti njegov izlaz kako bih bio siguran da traje 1/2 Vcc. Dijagram povezivanja može se naći u podatkovnoj tablici, ali ja, samo želeći se upoznati, nisam gubio vrijeme i izradio filterski kondenzator za napajanje + RC niskopropusni filterski krug na Vout pinu. U pravom uređaju, nikamo bez njih! Na kraju sam dobio ovu sliku:
Slika 4 - Rezultat mjerenja "nule"
Kada se priključi napajanje 5V iz mog rupčića STM32VL Discovery Vidio sam ove rezultate - 2,38 V. Prvo pitanje koje se pojavilo bilo je: Zašto 2.38, a ne oni opisani u podatkovnoj tablici 2.5?"Pitanje je nestalo gotovo odmah - izmjerio sam sabirnicu napajanja za otklanjanje pogrešaka i tamo 4,76-4,77 V. Ali stvar je u tome što napajanje dolazi s USB-a, već postoji 5 V, nakon USB-a postoji linearni stabilizator LM7805, a ovo je jasno nije LDO s padom od 40 mV. Ovdje je oko 250 mV i oni padaju. Pa dobro, ovo nije kritično, glavna stvar je znati da je "nula" 2,38 V. To je konstanta koju ću oduzeti prilikom obrade podataka iz ADC-a.
A sada ćemo izvršiti prvo mjerenje, za sada samo uz pomoć osciloskopa. Izmjerit ću struju kratkog spoja svog reguliranog napajanja, ona je jednaka 3.06A. Ovo i ugrađeni ampermetar pokazuju i fluke je dao isti rezultat. Pa, spojimo PSU izlaze na noge 4 i 5 senzora (na fotografiji imam zaokret) i vidimo što se dogodilo:
Slika 5 - Mjerenje struje kratkog spoja PSU
Kao što vidimo, napon vout povećana od 2.38V do 2.44V. Gledajući gornju ovisnost, trebali bismo 2,38 V + 3,06 A*0,02 V/A, što odgovara vrijednosti od 2,44 V. Rezultat je u skladu s očekivanjima, pri struji od 3A dobili smo povećanje na "nulu" jednako 60 mV. Zaključak - senzor radi, već možete raditi s njim pomoću MC-a.
Sada trebate spojiti senzor struje na jedan od ADC pinova na STM32F100RBT6 mikrokontroleru. Sam kamenčić je vrlo osrednji, frekvencija sustava je samo 24 MHz, ali ovaj šal je preživio dosta toga i dokazao se. Posjedujem ga sigurno 5 godina, jer je dobiven besplatno u vrijeme dok ih je ST dijelio lijevo i desno.
Isprva sam iz navike htio staviti op-amp s koeficijentom nakon senzora. dobiti "1", ali, gledajući strukturni dijagram, shvatio sam da je on već unutra. Jedino što vrijedi uzeti u obzir je da će pri najvećoj struji izlazna snaga biti jednaka snazi napajanja Vcc senzora, dakle oko 5V, a STM može mjeriti od 0 do 3,3V, tako da je u ovom slučaju potrebno je staviti otpornički razdjelnik napona, na primjer, 1: 1,5 ili 1: 2. Moja struja je oskudna, pa ću za sada zanemariti ovaj trenutak. Moj testni uređaj izgleda otprilike ovako:
Slika 6 - Sastavljamo naš "ampermetar"
Također, da bih vizualizirao rezultate, zašrafio sam kineski zaslon na kontroleru ILI9341, jer mi je ležao pri ruci, ali ruke ga nisu mogle dohvatiti. Da bih mu napisao punopravnu biblioteku, ubio sam nekoliko sati i šalicu kave, budući da se podatkovna tablica pokazala iznenađujuće informativnom, što je rijetkost za zanate sinova Jackieja Chana.
Sada trebate napisati funkciju za mjerenje Vout pomoću ADC mikrokontrolera. Neću vam govoriti u detalje, na STM32 već ima puno informacija i lekcija. Dakle, pogledajmo samo:
Uint16_t get_adc_value() ( ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); while(ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET); return ADC_GetConversionValue(ADC1); )
Nadalje, kako biste dobili rezultate mjerenja ADC-a u izvršnom kodu glavnog tijela ili prekida, morate napisati sljedeće:
data_adc = get_adc_value();
Nakon što smo prethodno deklarirali varijablu data_adc:
extern uint16_t data_adc;
Kao rezultat, dobivamo varijablu data_adc, koja ima vrijednost od 0 do 4095, jer ADC u STM32 je 12-bitni. Zatim moramo rezultat dobiven "u papigama" pretvoriti u nama poznatiji oblik, odnosno u ampere. Stoga je potrebno prvo izračunati cijenu diobe. Nakon stabilizatora na sabirnici od 3,3 V, moj osciloskop je pokazao 3,17 V, nisam shvatio s čime je to povezano. Stoga, dijeljenjem 3,17 V sa 4095, dobivamo vrijednost 0,000774 V - ovo je cijena dijeljenja. Odnosno, primivši rezultat od ADC-a, na primjer, 2711, jednostavno ga pomnožim s 0,000774V i dobijem 2,09V.
U našem zadatku napon je samo "posrednik", još ga moramo pretvoriti u ampere. Da bismo to učinili, moramo od rezultata oduzeti 2,38 V i ostatak podijeliti s 0,02 [V/A]. Rezultat je ova formula:
Float I_out = ((((float)data_adc * presc)-2,38)/0,02);
Pa, vrijeme je da prenesete firmware na mikrokontroler i vidite rezultate:
Slika 7 - Rezultati mjernih podataka sa senzora i njihova obrada
Izmjerio sam vlastitu potrošnju kruga kao što vidite 230 mA. Izmjerivši istu stvar verificiranim fluksom, pokazalo se da je potrošnja 201 mA. Pa - točnost od jednog decimalnog mjesta je već jako cool. Objasnit ću zašto ... Raspon izmjerene struje je 0..100A, odnosno točnost do 1A je 1%, a točnost do desetinki ampera je već 0,1%! Imajte na umu da je ovo bez ikakvih rješenja sklopa. Čak sam bio previše lijen da objesim vodove za napajanje za filtriranje.
Sada trebam izmjeriti struju kratkog spoja (SC) svog napajanja. Okrenem gumb do maksimuma i dobijem sljedeću sliku:
Slika 8 - Mjerenja struje kratkog spoja
Pa, zapravo očitanja na samom izvoru s njegovim izvornim ampermetrom:
Slika 9 - Vrijednost na ljestvici BP
U stvari, pokazao je 3,09A, ali dok sam fotografirao, namot se zagrijao, a njegov otpor se povećao, a struja je pala, ali to nije tako strašno.
Zaključno, ne znam ni što bih rekla. Nadam se da će moj članak nekako pomoći početnicima radio amaterima na njihovom teškom putu. Možda će se nekome svidjeti moj oblik prezentacije materijala, tada mogu nastaviti povremeno pisati o radu s različitim komponentama. Možete izraziti svoje želje na temu u komentarima, pokušat ću ih uzeti u obzir.
Da biste kontrolirali potrošnju struje, popravite blokadu motora ili hitno isključivanje sustava.
Rad s visokim naponom je opasan po zdravlje!
Dodirivanje vijaka priključnog bloka i njihovih priključaka može dovesti do strujnog udara. Ne dirajte ploču ako je spojena na kućnu mrežu. Za gotov uređaj koristite izolirano kućište.
Ako ne znate kako spojiti senzor na električni uređaj koji se napaja zajedničkom mrežom od 220 V ili ako sumnjate, prestanite: možete izazvati požar ili se ubiti.
Morate jasno razumjeti načelo rada uređaja i opasnosti od rada s visokim naponom.
Video pregled
Spajanje i postavljanje
Senzor komunicira s upravljačkom elektronikom putem tri žice. Izlaz senzora je analogni signal. Kada je spojen na Arduino ili Iskra JS, prikladno je koristiti Troyka Shield, a za one koji se žele riješiti žica, prikladan je Troyka Slot Shield. Na primjer, spojimo kabel iz modula na grupu Troyka Shield kontakata koji se odnose na analogni pin A0. U svom projektu možete koristiti bilo koje analogne pinove. 
Primjeri rada
Kako bismo olakšali rad sa senzorom, napisali smo biblioteku TroykaCurrent, koja pretvara analogne izlazne vrijednosti senzora u miliampere. Preuzmite ga i instalirajte kako biste ponovili eksperimente opisane u nastavku.
Mjerenje istosmjerne struje
Za mjerenje istosmjerne struje spojite senzor na otvoreni krug između LED trake i napajanja. Izbacimo trenutnu vrijednost istosmjerne struje u miliamperima na serijski priključak. 
Mjerenje izmjenične struje
Za mjerenje izmjenične struje senzor spajamo na otvoreni krug između izvora izmjeničnog napona i trošila. Izbacimo trenutnu vrijednost izmjenične struje u miliamperima na serijski priključak. 
Elementi ploče
Senzor ACS712ELCTR-05B
Senzor struje ACS712ELCTR-05B temelji se na Hallovom efektu, čija je suština sljedeća: ako se vodič kroz koji teče struja stavi u magnetsko polje, na njegovim rubovima pojavljuje se EMF, usmjeren okomito na smjer struje i smjer magnetskog polja. 
Mikrokrug se strukturno sastoji od Hallovog senzora i bakrenog vodiča. Struja koja teče kroz bakreni vodič stvara magnetsko polje, koje percipira Hallov element. Magnetsko polje linearno ovisi o jakosti struje.
Razina izlaznog napona senzora proporcionalna je izmjerenoj struji. Raspon mjerenja od −5 A do 5 A. Osjetljivost - 185 mV/A. U nedostatku struje, izlazni napon bit će jednak polovici napona napajanja. 
Senzor struje je spojen na opterećenje u otvorenom krugu kroz jastučiće ispod vijka. Za mjerenje istosmjerne struje, spojite senzor, uzimajući u obzir smjerove struje, inače ćete dobiti vrijednosti sa suprotnim predznakom. Za izmjeničnu struju polaritet nije bitan.
Kontakti za spajanje trožilne petlje
Modul je povezan s upravljačkom elektronikom preko tri žice. Svrha kontakata trožilne petlje:
Snaga (V) - crvena žica. Prema dokumentaciji, senzor se napaja na 5 volti. Kao rezultat testa, modul također radi od 3,3 volta.
Masa (G) - crna žica. Mora biti spojen na masu mikrokontrolera;
Signal (S) - žuta žica. Spojen na analogni ulaz mikrokontrolera. Kroz njega upravljačka ploča čita signal sa senzora.
Za uspješnu automatizaciju različitih tehnoloških procesa, učinkovito upravljanje instrumentima, uređajima, strojevima i mehanizmima potrebno je stalno mjeriti i kontrolirati brojne parametre i fizikalne veličine. Stoga su senzori koji daju informacije o stanju kontroliranih uređaja postali sastavni dio automatskih sustava.
Svaki je senzor u svojoj srži sastavni dio regulacijskih, signalnih, mjernih i upravljačkih uređaja. Uz njegovu pomoć, jedna ili druga kontrolirana vrijednost pretvara se u određenu vrstu signala, što omogućuje mjerenje, obradu, registraciju, prijenos i pohranu primljenih informacija. U nekim slučajevima senzor može utjecati na procese pod kontrolom. Sve ove kvalitete u potpunosti posjeduje trenutni senzor koji se koristi u mnogim uređajima i mikro krugovima. Pretvara udar električne struje u signale pogodne za daljnju upotrebu.
Klasifikacija senzora
Senzori koji se koriste u različitim uređajima klasificirani su prema određenim kriterijima. Ako je moguće mjeriti ulazne vrijednosti, to mogu biti: električni, pneumatski, senzori brzine, mehanički pomaci, tlak, ubrzanje, sila, temperatura i drugi parametri. Među njima, mjerenje električnih i magnetskih veličina zauzima oko 4%.
Svaki senzor pretvara ulaznu vrijednost u neki izlazni parametar. Ovisno o tome, upravljački uređaji mogu biti neelektrični i električni.
Najčešći od potonjih su:
- DC senzori
- AC senzori amplitude
- Senzori otpora i drugi slični uređaji.
Glavna prednost električnih senzora je sposobnost prijenosa informacija na određene udaljenosti velikom brzinom. Primjenom digitalnog koda postiže se visoka točnost, brzina i povećana osjetljivost mjernih instrumenata.
Princip rada
Prema principu rada, svi senzori su podijeljeni u dvije glavne vrste. Mogu biti generatorski - izravno pretvaraju ulazne vrijednosti u električni signal. Parametarski senzori uključuju uređaje koji pretvaraju ulazne vrijednosti u promijenjene električne parametre samog senzora. Osim toga, mogu biti reostatski, omski, fotoelektrični ili optoelektronski, kapacitivni, induktivni itd.
Postoje određeni zahtjevi za rad svih senzora. U svakom uređaju, ulazne i izlazne vrijednosti moraju biti izravno povezane jedna s drugom. Sve karakteristike moraju biti stabilne tijekom vremena. U pravilu, ove uređaje karakterizira visoka osjetljivost, mala veličina i težina. Mogu raditi u različitim uvjetima i mogu se instalirati na različite načine.
Moderni strujni senzori
Strujni senzori su uređaji koji određuju jakost istosmjerne ili izmjenične struje u električnim krugovima. Njihov dizajn uključuje magnetsku jezgru s razmakom i kompenzacijskim namotom, kao i elektroničku ploču koja obrađuje električne signale. Glavni osjetljivi element je Hall senzor, fiksiran u otvoru magnetskog kruga i spojen na ulaz pojačala.
Princip rada je općenito isti za sve takve uređaje. Pod djelovanjem izmjerene struje nastaje magnetsko polje, a zatim pomoću Hallovog senzora stvara se odgovarajući napon. Nadalje, ovaj napon se pojačava na izlazu i dovodi do izlaznog namota.
Glavne vrste senzora struje:
Senzori izravnog pojačanja (O/L). Imaju malu veličinu i težinu, malu potrošnju energije. Raspon pretvorbi signala značajno je proširen. Izbjegava gubitke u primarnom krugu. Rad uređaja temelji se na magnetskom polju koje stvara primarnu struju IP. Zatim se magnetsko polje koncentrira u magnetskom krugu i njegova daljnja transformacija Hallovim elementom u zračnom rasporu. Signal primljen od Hallovog elementa se pojačava i na izlazu se formira proporcionalna kopija primarne struje.
Senzori struje (Eta). Karakterizira ih širok raspon frekvencija i prošireni raspon pretvorbe. Prednosti ovih uređaja su mala potrošnja energije i mala latencija. Rad uređaja je podržan unipolarnim napajanjem od 0 do +5 volti. Rad uređaja temelji se na kombiniranoj tehnologiji koja koristi kompenzacijski tip i izravno pojačanje. To doprinosi značajnom poboljšanju performansi senzora i uravnoteženijem radu.
Senzori kompenzacijske struje (C/L). Odlikuje ih širok raspon frekvencija, visoka točnost i niska latencija. Ovaj tip instrumenta nema gubitak primarnog signala, izvrsne karakteristike linearnosti i nizak temperaturni pomak. Kompenzacija magnetskog polja stvorenog primarnom strujom IP, javlja se zbog istog polja formiranog u sekundarnom namotu. Generiranje sekundarne kompenzacijske struje provodi Hallov element i elektronika samog senzora. U konačnici, sekundarna struja je proporcionalna kopija primarne struje.
Senzori kompenzacijske struje (tip C). Nedvojbene prednosti ovih uređaja su širok raspon frekvencija, visoka točnost informacija, izvrsna linearnost i smanjeni temperaturni drift. Osim toga, ovi instrumenti mogu mjeriti zaostale struje (CD). Imaju visoku razinu izolacije i smanjen utjecaj na primarni signal. Dizajn se sastoji od dva toroidna magnetska kruga i dva sekundarna namota. Rad senzora temelji se na kompenzaciji amper-zavoja. Struja male vrijednosti iz primarnog kruga prolazi kroz primarni otpornik i primarni namot.
PRIME strujni senzori. AC pretvorba koristi širok dinamički raspon. Instrument karakterizira dobra linearnost, niski temperaturni gubici i nema magnetskog zasićenja. Prednost dizajna su male dimenzije i težina, visoka otpornost na različite vrste preopterećenja. Točnost očitanja ne ovisi o tome kako se kabel nalazi u rupi i na njega ne utječu vanjska polja. Ovaj senzor ne koristi tradicionalnu otvorenu zavojnicu, već senzorsku glavu s dodirnim tiskanim pločama. Svaka ploča sastoji se od dvije odvojene zavojnice sa zračnom jezgrom. Svi su montirani na jednu osnovnu tiskanu ploču. Od senzorskih ploča formiraju se dva koncentrična kruga na čijim se izlazima zbraja inducirani napon. Kao rezultat toga dobivaju se informacije o parametrima amplitude i faze mjerene struje.
Senzori struje (tip IT). Karakterizira ih visoka točnost očitanja, široki frekvencijski raspon, niska razina šuma izlaznog signala, visoka temperaturna stabilnost i niska preslušavanja. U dizajnu ovih senzora nema Hallovih elemenata. Primarna struja stvara magnetsko polje, koje se dodatno kompenzira sekundarnom strujom. Na izlazu je sekundarna struja proporcionalna kopija primarne struje.
Prednosti strujnih senzora u modernim strujnim krugovima
Čipovi temeljeni na strujnim senzorima igraju veliku ulogu u očuvanju energije. Ovo je olakšano niskom snagom i potrošnjom energije. U integriranim krugovima kombiniraju se sve potrebne elektroničke komponente. Karakteristike uređaja znatno su poboljšane zahvaljujući zajedničkom radu senzora magnetskog polja i sve ostale aktivne elektronike.
Moderni strujni senzori dodatno smanjuju veličinu jer je sva elektronika integrirana u jedan zajednički čip. To je dovelo do novih inovativnih rješenja kompaktnog dizajna, uključujući i ona za primarnu gumu. Svaki novi strujni senzor ima povećanu izolaciju i uspješno komunicira s drugim vrstama elektroničkih komponenti.
Najnoviji dizajni senzora omogućuju njihovu montažu u postojeće instalacije bez odvajanja primarnog vodiča. Sastoje se od dva dijela i mogu se odvojiti, što olakšava montažu ovih dijelova na primarni vodič bez odvajanja.
Za svaki senzor postoji tehnička dokumentacija, koja odražava sve potrebne podatke koji vam omogućuju da napravite preliminarne izračune i odredite mjesto najoptimalnije uporabe.
