СХЕМА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТОКА

Преобразователь тока предназначен для преобразования   переменного  тока  в  пропорциональный  выходной   ток  с гальванической развязкой  между силовой и измерительной цепями.                                              Электрические параметры Iвх -  Номинальный входной ток, амплитудноезначение  20 А Iпр  - Диапазон входных токов 0 … 40 А Iвых -  Выходной ток  4…20 мА в диапазоневходных токов 0…20 А Uвых – Выходное напряжение 0…10 В вдиапазоне входных токов 0…20А -Напряжение питания   + 15…+36 В; потребляемый ток 18 + Iвых, мА -Частотный диапазон  20 … 500 Гц -Рабочая температура –30 …+70 °С -Основная погрешность не более 2% -Дополнительная погрешность в рабочем диапазоне температур <0,2%/10°C -Чувствительный элемент – микросхема с датчиком Холла

Общий вид (а) и схема подключения  (б) преобразователя тока.

Рис.1. Принципиальная электрическая схема преобразователя тока.

Принципиальная  электрическая схема преобразователя тока приведена на рис.1. Микросхема DA1 с датчиком Холла (чувствительный элемент, реагирующий на магнитное поле) помещен в зазор тороидального магнитопровода. Магнитная индукция в зазоре пропорциональна току в силовом проводнике, проходящем через магнитопровод.  Микросхема DA1 обеспечивает линейно изменяющееся выходное напряжение, пропорциональное индукции магнитного поля в зазоре  во всем диапазоне измеряемых токов в силовой цепи. Переменное напряжение с выхода DA1 через  разделительный конденсатор С8 поступает на вход двухполупериодного выпрямителя на микросхеме DA2 (сдвоенный операционный усилитель). Напряжение на выходе выпрямителя сглаживается RC-фильтром R8, C5 и поступает на вход масштабного усилителя DA4, а также на вход преобразователя «U-I» на микросхеме DA3. Таким образом,  напряжение на выходеDA4 пропорционально току в силовой цепи. Ток на выходе DA3 изменяется в пределах 4-20 мА в рабочем диапазоне силовых токов. При соответствующем включении микросхемы DA3 можно обеспечивать выходной сигнал 0-20 мА. Напряжение на выходе масштабного усилителя изменяется от 0 до 10В. Напряжение питания измерительной схемы стабилизировано микросхемой DA4 на уровне 12В при изменении питающего напряжения в пределах 15-36 В. Электрические параметры преобразователя тока на основе датчика Холла Iвх -  Номинальный входной ток, амплитудное значение   20 А Iпр  - Диапазон входных токов 0 … 40 А Iвых -  Выходной ток  4…20 мА в диапазоне входных токов 0…20 А Uвых – Выходное напряжение 0…10 В в диапазоне входных токов 0…20А -Напряжение питания   + 15…+36 В; потребляемый ток 18 + Iвых, мА -Частотный диапазон  20 … 500 Гц -Рабочая температура –30 …+70 °С -Основная погрешность не более 2% -Дополнительная погрешность в рабочем диапазоне температур <0,2%/10°C -При соответствующей настройке пределы измерения преобразователя тока можно изменять в широких пределах (от десятков миллиампер до сотен ампер).

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДАТЧИКА ХОЛЛА. Датчик Холла –полупроводниковый преобразователь, представляющий  собой  тонкую пластину  с четырьмя электродами (рис. 2), выполненную из полупроводникового  материала  с  высокой  подвижностью  носителей заряда   (кремний,  германий или  полупроводниковые соединения).       Рис.2.  Принцип действия датчика Холла.

Если через такую пластинку, помещенную в магнитное поле  Н проходит ток I , то на параллельных направлению тока гранях пластинки возникает ЭДС Холла ,  ( В )     где  R – постоянная Холла (см/к);  d, l, a – размеры  датчика Холла;  (l/a)- функция, зависящая от геометрии     элемента Холла (см. рис.1).

Так как сигнал с выхода элемента Холла невелик, зависит от напряжения питания и температуры, датчик Холла выполняют в виде интегральной микросхемы, содержащей элемент Холла, стабилизатор напряжения, усилитель и схему термокомпенсации. При использовании датчика Холла в пре-образователях тока он помещается в воз-душном зазоре маг-нитопровода из тра-нсформаторной стали, пермаллоя или  фер-рита (рис.3). Провод-ник, ток в котором надо измерить, проходит че-рез окно магнито-провода.         Рис. 3.  Использование датчика Холла в преобразователе тока. 1 – магнитопровод;  2 – датчик Холла;  l ср. – длина  средней линии   магнитопровода; - ширина воздушного зазора.

Индукция магнитного поля  B в воздушном зазоре определяется по формуле: где   - магнитная постоянная, равная  - магнитная проницаемость материала магнитопровода.

Литература 1) Мордкович В.Н. Микромагнитоэлектроника. –М.: Изд. ДМК, 2001.