Датчик струму на елементі Холла
Функціональна схема датчика струму компенсаційного типу наведено на рис. 1 Чутливий до магнітного поля елемент Холла знаходиться у зазорі кільцевого магнітопроводу.
Вимірюваний струм Iізм, протікаючи по обмотці I. створює в магнитопроводе магнітний потік, що наводить в чутливому елементі Холла ЕРС пропорційну цьому струму. Знятий з елемента сигнал після посилення надходить на компенсаційну обмотку II І струм, що протікає по ній, Iк створює в магнітопроводі магнітний потік протилежного напрямку. Магнітна система, елемент Холла та підсилювач утворюють петлю негативного зворотного зв'язку, що підтримує рівність
де W1 і W - число витків обмоток I і II Включений послідовно з обмоткою II резистор R1 перетворює компенсуючий струм у вихідну напругу датчика. Якщо вибрати опір цього резистора в омах чисельно рівним відношенню числа витків обмотки II
до витків обмотки I то вихідна напруга у вольтах стане чисельно рівним вимірюваному струму в амперах
Габаритне креслення використаного в датчику елемента Холла ДХК-0.5А зображено на рис. 2 Напруга Холла, пропорційна керуючому струму та індукції магнітного поля, вимірюють між висновками +U та -U. Чутливість елемента при номінальному значенні керуючого струму 3 мА (що випливає у висновок +I і з виведення -I) - 280 мВ/Тл. Зазначені полярність напруги та напрямок струму відповідають вектору магнітної індукції, спрямованому, як показано на рис. 2 стрілки. Залишкова вихідна напруга (без магнітного поля) не перевищує 7 мВ Вхідний опір (між висновками I) - 1,8. 3 ком, вихідне (між висновками U) - трохи більше 3 ком.
Якщо є елемент Холла невідомої чутливості, його можнавизначити експериментально, помістивши елемент у повітряний зазор довжиною d будь-якого магнітопроводу на якому намотано відоме число витків W будь-якого дроту До "струмових" висновків елемента підключають джерело струму, що управляє, а до двох інших - мілівольтметр. По обмотці пропускають постійний струм I. Чутливість (мВ/Тл) - окрема від ділення показань мілівольтметра на магнітну індукцію, обчислену за формулою
Схема датчика струму показано на рис. 3 Магнітна система зображена на ній як трансформатор Т1, в зазор магнітопроводу якого вставлений елемент Холла В1. Підсилювач зібраний на ОУ DA1 та транзисторах VT2, VT3. Стабілізатор струму на транзисторі VT1 задає протікає через елемент Холла струм, що управляє.
Для живлення датчика необхідне біполярне джерело постійної напруги +/-15 В Основний споживач його енергії - обмотка II трансформатора Т1. У описуваній конструкції обмотки намотані на феритовому кільці від блока живлення комп'ютера. Обмотка II - 1000 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0.15 мм Поверх неї намотана обмотка 1 - 10 витків ізольованого монтажного дроту перетином 0,35 мм2. У кільці зроблений повітряний зазор довжиною 2 мм - вона дорівнює товщині елемента Холла, що вклеюється в зазор.
Необхідно відзначити, що магніто-провід не обов'язково повинен бути феритовим, він може бути виготовлений з будь-якого феромагнітного матеріалу. Оптимальна площа перерізу магнітопроводу - 10.12 мм2. Намагатися до збільшення перерізу не слід. Це призведе до зростання довжини витків компенсаційної обмотки і, отже,. її опору З цієї причини для компенсуючої обмотки слід вибирати провід можливо більшого діаметра.
Виготовлений датчик зображено на рис. 4, яке передавальна характеристика - на рис. 5 Вона булазнята при вимірі синусоїдального струму частотою 50 Гц. По осях графіка відкладені ефективні значення струму та напруги У приладі був відсутній резистор R4. що забезпечило коефіцієнт перетворення струму напруга 1 В/А, постійний в інтервалі значень вимірюваного струму 0,25. 6 А.
Порушення лінійності характеристики при малому струмі пояснюється тим, що підсилювач потужності на транзисторах VT2 і VT3 працює в класі без початкового зміщення. Причина нелінійності при великих значеннях струму - обмеження сигналу в ОУ К140УД7, в результаті чого форма компенсуючого струму вже не збігається з формою вимірюваної та повноцінної компенсації магнітних потоків в магнітопровід не відбувається.
Встановивши паралельно резистори R3 такий же резистор R4, вдалося зробити характеристику лінійної при вимірюванні струму до 10 А. Однак коефіцієнт перетворення зменшився до 0,5 В/А.
Автор: Н. Салімов. м. Ревда Свердловської обл.