Spis treści

Mamy przewodnik, w którym płynie sobie prąd o jakiejś wartości i teraz w prosty sposób chcieli byśmy tę wartość zmierzyć. Oczywiście możemy zastosować jakiś amperomierz lub rezystor o małej wartości i badać na nim spadek napięcia. Niestety wszystkie te sposoby wiążą się z ingerencją w układ, bo przewodnik musimy przerwać i amperomierz lub rezystor włączyć w układ.

Ale co zrobić, jeśli nie ma możliwości przerwania obwodu ? Jak dobrze wiemy, każdy przewodnik elektryczny, przez który płynie prąd wytwarza wokół siebie pole magnetyczne, czy mierząc to pole możemy coś powiedzieć o przepływie prądu, który to pole wytworzył ? Oczywiście, że tak - tak właśnie działają wszystkie cęgowe mierniki prądu, ale większość z nich to po prostu okrągły rdzeń, na który nawinięto zwoje drutu i w tych zwojach indukuje się prąd proporcjonalny do tego w badanym obwodzie. Ten sposób ma wiele wad: po pierwsze możemy badać tylko prądy zmienne a po drugie ich częstotliwości nie mogą być zbyt duże. Co zrobić jeśli chcemy zbadać wartości prądów stałych lub szybkozmiennych lub tylko krótkie impulsy prądu w przewodniku ?

Z pomocą przychodzi nam element o nazwie Hallotron. Jest to w rzeczywistości bardzo cienka płytka wykonana z półprzewodnika do której wprowadzono cztery elektrody. Przez dwie z nich należy przepuścić mały prąd o stałej wartości. Strumień indukcji magnetycznej badanego pola generuje siłą Loretza prostopadłą do kierunku przepływu ładunków tworzących prąd. To powoduje zmianę liczby ładunków na obu końcach płytki czyli różnicę potencjałów tworzących napięcie Halla VH. Napięcie to jest proporcjonalne do wartości natężenia strumienia indukcji.

Firma LEM zastosowała przedstawione zjawisko właśnie do bezkontaktowego pomiaru prądów. Jeden ze sposobów połączeń demonstruje kolorowy rysunek przedstawiony powyżej. Prąd wywołuje strumień indukcji w rdzeniu, w którego szczelinie umieszczony jest hallotron, napięcie halla podawane jest na wzmacniacz operacyjny i jest proporcjonalne do badanego prądu. Niestety ten układ też ma pewne ograniczenia jeśli chodzi o częstotliwości i zakresy mierzonych prądów. Wskutek magnesowania rdzenia w zależności od tego z jakiego materiału jest on wykonany mogą wystąpić błędy pomiarowe.

Zastosowanie pętli sprzężenia zwrotnego wyraźnie zwiększa osiągi czujników, na skutek sprzężenia indukcja B utrzymuje się blisko 0 i nie następuje zjawisko nasycenia magnetycznego rdzenia.
Podczas, gdy czujniki z otwartą pętlą dawały nam napięcie VH proporcjonalne do mierzonego prądu, czujniki z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego dają drugi prąd IS proporcjonalny do VH o takiej wartości, aby skompensować pole B - wytworzone przez prąd mierzony. Oczywiście możemy w układzie zastosować mały rezystorek pomiarowy Rm by otrzymać napięcie proporcjonalne do mierzonego prądu.
Jakie są zalety tego typu czujników ? Dają nam ogromne możliwości pomiarowe jakich nigdy nie otrzymamy stosując zwykłe przekładniki, możemy zmierzyć bezkontaktowo wartość prądu stałego, możemy dokładnie badać prądy zmienne o częstotliwościach nawet do 500 kHz, możemy także badać bardzo krótkie impulsy prądów i oglądać jak zmieniają się w czasie.
To wszystko teoria a ja jak zwykle muszę wszystko sprawdzić w praktyce. W firmie Dacpol, która jest dystrybutorem firmy LEM nabyłem przetwornik LA100-P, w którym zamknięto układ z powyższego schematu bez rezystora pomiarowego. Dzięki niemu możemy bezkontaktowo mierzyć prądy w zakresie +/- 150 A i o częstotliwościach do 200 kHz. Współczynnik di/dt dla tego czujnika, czyli możliwy przyrost prądu w jednostce czasu, to 200A/us. Umożliwi nam to dokładne zobrazowanie nawet bardzo krótkich zmian prądu. Do uruchomienia przetwornika niezbędny nam będzie zasilacz symetryczny, który dostarczy napięcia +/- 15 V oraz rezystor pomiarowy o wartości np. 27 ohm. Ja stosuję właśnie taki i sprawdza się świetnie.
Próbę uruchomienia opiszę od samego początku czyli od zbudowania zasilacza symetrycznego +/- 15V, schemat można wyciągnąć z Internetu podczas krótkiej chwili poszukiwań, np. taki jak poniżej.

I w dość prosty sposób zmontować na płytce prototypowej.

Gdy mamy już zasilacz, podłączamy go do opisanych na obudowie zacisków, a trzecie dostępne złącze opisane literą M poprzez rezystor pomiarowy łączymy z zaciskiem 0V naszego zasilacza, spadek napięcia na tym rezystorze będzie proporcjonalny do wartości prądu płynącego przez przewodnik umieszczony w okienku przetwornika. oczywiście rezystor pomiarowy nie musi być dużej mocy jak na zdjęciu powyżej, ja po prostu taki miałem. Zapraszam na następną stronę.


Gdy już wszystko jest gotowe, przez okienko przetwornika przeprowadzamy przewód, w którym chcemy zbadać wartość płynącego prądu.

W tym przypadku będę chciał zbadać prąd płynący przez małą 12 v żaróweczkę. W stanie spoczynkowym gdy żaróweczka jest wyłączona na rezystorze pomiarowym o wartości 27 ohm jest napięcie 0,9 mV.

Po włączeniu zasilania żarówki, wartość na rezystorze pomiarowym zmieniła się, wygląda na to że wszystko działa.

Zwiększając wartość prądu widzimy, że reakcja przetwornika jest wyraźna. Dla prądu 0,5 A wartość napięcia wyjściowego wynosi 7,4 mV.

Na zdjęciu powyżej wymusiłem trochę większy przepływ prądu, zasiliłem czajnik bezprzewodowy z autotransformatora przez mostek prostowniczy, żółty miernik pokazuje bezpośredni pomiar prądu a czerwony wartość z rezystora pomiarowego przetwornika.
Zależność napięcia na rezystorze od wartości badanego prądu przy małych jego zakresach może nie być do końca liniowa, ale czujniki takie stosuje się zazwyczaj do pomiaru dużych prądów.
To było napięcie stałe, ale jak już wcześniej wspomniałem możemy badać prądy zmienne.

Tu widzimy bezkontaktowy pomiar prądu płynącego przez dużą, 500 W żarówkę. Sygnał z rezystora pomiarowego podałem na mój cyfrowy oscyloskop, dzięki któremu możemy zaobserwować przebieg sinusoidalny prądu o częstotliwości 50 Hz.
A co z impulsami ?

Na początek postanowiłem zbadać zwarciowe rozładowanie kondensatora, sygnał wyjściowy z rezystora znów podałem na cyfrowy oscyloskop, który tym razem umożliwi zobrazowanie krótko trwającego impulsu. Ma on funkcję wykonania jednej sekwencji próbkowania przy wcześniej ustawionych parametrach. Oscyloskop po uruchomieniu oczekuje na pojawienie się na wejściu jakiejś zmiany i od tego momentu dopiero rozpoczyna próbkowanie. Jest to wspaniała funkcja, którą możemy uzyskać tylko na oscyloskopie cyfrowym.

Zpróbkowany impuls możemy później dokładnie zbadać za pomocą kursorów, widzimy, że po wykonaniu zwarcia naładowanego kondensatora prąd wzrósł do bardzo dużej wartości (przeliczając ok. 15,4 A), ale jego maksymalny przepływ trwał tylko chwilę i szybko się zmniejszał

Całe zwarciowe rozładowanie trwało tylko 23,4 ms. Do tematu przechwytywania krótkotrwałych impulsów i rozładowywania kondensatora jeszcze wrócę w oddzielnym projekcie, w którym będą występowały prądy nawet do 1000 A :) a może i więcej.
W materiale przedstawiłem tylko jeden z przetworników firmy LEM a jest ich naprawdę dużo, dużo więcej. Mają różne zakresy, od wartości kilku A, do nawet kilku dziesięciu kA i napewno jeszcze nie raz w moim portalu będzie można je zobaczyć.

Odwiedź nas na Allegro::

KomentarzePaneleAllegro.pl

galerie przedmiotow