Датчик тока на основе эффекта Холла — важный инструмент для измерения электрических токов в различных устройствах. В этой статье мы расскажем, как самостоятельно изготовить такой датчик, используя доступные микросхемы и схемы. Вы узнаете о принципах работы датчиков тока, их преимуществах и применении, а также получите пошаговые инструкции для создания собственного устройства. Эта информация будет полезна как любителям электроники, так и профессионалам, желающим расширить свои знания в области измерительных технологий.
Схема на микросхеме 711
ACS 711 — чип для создания токового датчика на основе датчика Холла. Частота его срабатывания достигает почти 100 кГц, что обеспечивает высокую эффективность измерений.
Микросхема имеет выход, интегрированный с усилителем, который благодаря высокой скорости работы расширяет функциональные возможности схемы до 1 А/В.
Напряжение для усилителя подается от внутреннего двухполярного источника, например, NSD10 или его аналога. Микросхема получает питание через стабилизатор с выходным напряжением 3,3 В.
Создание датчика тока на основе эффекта Холла с использованием микросхем является интересным и полезным проектом для радиолюбителей и инженеров. Эксперты отмечают, что такой подход позволяет получить высокую точность измерений при сравнительно простом исполнении. Использование микросхем, таких как LM358 или аналогичных, позволяет легко интегрировать схему в существующие проекты.
Кроме того, датчики на основе эффекта Холла обеспечивают изоляцию измеряемой цепи от измерительного устройства, что значительно повышает безопасность. Специалисты рекомендуют уделить внимание выбору магнитного датчика и его калибровке, так как это напрямую влияет на точность измерений. В целом, создание такого устройства своими руками не только развивает навыки, но и позволяет глубже понять принципы работы электрических цепей.
Проверенный «бюджетный» вариант
Вот, что надо предпринять для изготовления такого варианта:
- в ферритовом кольце пропилить канавку по толщине корпуса;
- на эпоксидный клей посадить МС;
- сделать определенное количество витков на кольце (кол-во витков будет зависеть от конкретного напряжения);
- в итоге получится бесконтактный вариант реле, функционирующий на электромагнитной основе.
Точность срабатывания такого ДТ и регулярность достаточно высокая. Единственным недостатком схемы можно назвать кол-во витков, определяемых чисто эмпирически. На самом деле расчетов конкретного типа нигде и нет. Приходится определять число витков для конкретного сердечника.
Микросхема | Параметры измерения | Дополнительные компоненты |
---|---|---|
Allegro ACS712 | Ток (до 5А, 20А, 30А), напряжение | |
Texas Instruments INA199 | Ток (до ±25А), напряжение | Шунтирующий резистор |
LEM LA 55-P | Ток (до 50А), напряжение | |
Analog Devices AD8418 | Ток (до ±100А), напряжение | Шунтирующий резистор, усилитель |
Интересные факты
Вот несколько интересных фактов о создании датчика тока на основе эффекта Холла с использованием микросхем:
-
Принцип действия: Датчики тока на основе эффекта Холла работают по принципу измерения магнитного поля, создаваемого током, проходящим через проводник. Когда ток проходит через проводник, он создает магнитное поле, и датчик Холла может определить его величину, что позволяет точно измерять ток без непосредственного контакта с проводником.
-
Схемы на микросхемах: Для создания датчика тока своими руками можно использовать специализированные микросхемы, такие как ACS712 или ACS758. Эти микросхемы интегрируют датчик Холла и обеспечивают выходной сигнал, пропорциональный измеряемому току, что упрощает процесс проектирования и уменьшает количество необходимых компонентов.
-
Применение в электронике: Датчики тока на основе эффекта Холла находят широкое применение в различных областях, включая системы управления электродвигателями, защиту от перегрузок, а также в измерительных приборах. Их можно использовать в бытовой электронике, таких как источники бесперебойного питания (ИБП) и солнечные инверторы, что делает их очень полезными для DIY-проектов.
Готовый ДТ MLX91206
Кумулятивная схема с тонким слоем ферромагнитной структуры или интегральной микросхемы выполняет функцию коммутатора магнитного поля, что усиливает и настраивает эквивалентность шумового сигнала. Этот датчик тока (ДТ) подходит для измерения постоянного и переменного напряжения до 90 кГц с омической изоляцией, обеспечивая минимальные потери и быстрое время отклика.
Преимущества включают простоту сборки и компактные размеры устройства.
Датчик тока MLX91206 — это регулятор, удовлетворяющий потребности автопрома. Он также используется в различных источниках питания для защиты от перегрузок и в двигательных системах.
Чаще всего ДТ на базе MLX91206 применяется в гибридных автомобилях как автоинверторы. Датчик имеет надежную защиту от перенапряжения, что позволяет использовать его как отдельный регулятор, интегрированный в кабель.
Принцип работы основан на преобразовании магнитного поля, создаваемого токами в проводнике. Устройство не имеет верхнего предела измеряемого напряжения, так как выходные параметры зависят от размеров проводника и расстояния до датчика.
Отличия данного типа ДТ от аналогичных устройств:
- Высокая скорость аналогового выхода благодаря 12-битному ЦАП.
- Программируемый переключатель.
- Защита от переполюсовки и перенапряжения.
- ШИМ-выход с разрешением 12 бит.
- Широкая полоса пропускания до 90 кГц.
Таким образом, ДТ данного типа — компактный и эффективный датчик, разработанный с использованием технологии Триасис Холл, чувствительной к плотности магнитного потока, направленному параллельно поверхности.
Измерения с помощью датчика, изготовленного по технологии Триасис Холл, охватывают диапазоны: небольшие токи до 2 А, средние до 30 А и большие до 600 А.
Рассмотрим возможности этих измерений:
- Небольшие токи измеряются за счет увеличения параметров магнитного поля через катушку, окружающую ДТ. Чувствительность зависит от размеров катушки и количества витков.
- Средние токи до 30 А измеряются с учетом допустимого напряжения и рассеиваемой мощности дорожки. Дорожки должны быть достаточно толстыми и широкими для стабильной обработки.
- Измерение больших токов осуществляется с использованием медных и толстых дорожек, передающих напряжение на обратной стороне печатной платы.
ДТ на эффекте Холла: общий взгляд
Что такое эффект Холла? Как известно, это явление основано на том, что если поместить в магнитное поле какой-либо полупроводник прямоугольного типа, и пропустить сквозь него напряжение, то на краях материала обязательно возникнет электрическая сила, направленная перпендикулярно магнитному полю.
Именно по этой причине магнитный датчик принято называть ДХ в честь ученого Холла, которому удалось первым раскрыть этот самый эффект.
Что дает этот самый эффект в автомобильной электрике? Все просто. Когда к ДХ подносится напряжение, то на краях пластины (она бывает расположена внутри ДХ) возникает разность потенциалов, и дается значение, пропорциональное СМП (силе магнитного поля).
Таким образом, в автомобильной сфере удалось использовать бесконтактные элементы, значительно лучше показавшие себя на практике, чем детали, оснащенные контактными группами. Последние приходилось регулярно чистить, ремонтировать, менять.
Бесконтактные ДХ успешно контролируют, например, скорость вращения валов, широко используются в системах зажигания, применимы в тахометрах и АБС.
Для измерений силы тока в различных электрических цепях с помощью микросхемы АС712 это удается сделать. Эффект Холла в данном случае оказывает неоспоримую помощь. Таким образом, удается изготавливать датчик или регулятор электрического тока на ДХ.
Подобные датчики позволят измерять силу не только постоянного, но и переменного тока, получать значения в млА.
Как правило, модуль с микросхемой АС712 функционирует строго от 5В, зато позволяет измерять максимальный уровень тока до 5 А. При этом напряжение должно быть выставлено в пределах значений от 2 квт.
Вообще, ДТ применяются повсеместно в электротехнике для создания коммуникаций обратной связи. В зависимости от конкретного места функционирования, ДТ классифицируются на несколько видов. Известны резистивные ДТ, токово-трансформаторные, ну и конечно, ДТ на эффекте Холла.
Нас интересуют ДТ на эффекте Холла. Они еще называются открытыми регуляторами или приборами с выходным сигналом по напряжению. Предназначение их: бесконтактным способом измерять переменный, постоянный и импульсный ток в диапазонах от плюс/минус 57 до плюс/минус 950 Ампер при в.о. 3 млс.
Выходное напряжение ДТ бывает четко соизмерно вычисляемым параметрам тока. 0-е значение напряжения равняется половинной величине тока питания. Тем самым, диапазон выхода тока составляет 0,25-0,75 В.
Настройку чувствительности ДТ легко провести методом трансформации числа витков тестируемого проводника по кругу магнитопровода регулятора.
Корпус ДТ обязан быть устроен из прочного РВТ пластика.
РВТ пластик – это пластиковый материал, получаемый посредством однородного сваривания.
Что касается жестких выводов корпуса ДТ, то их бывает 3. Предназначены они для пайки на плату.
Цепь выхода ДТ – пара комплектарно-биополярных транзисторов. Другими словами, это не что иное, как полупроводниковый прибор, в котором сформировано два перехода, а перенос заряда осуществляется носителями 2-х полярностей или иначе – электронами и квазичастицами.
ДТ на эффекте Холла бывают также оригинального и неоригинального производства. Первые выделяются привлекательным дизайном, надежны и способны давать высочайшую точность показаний. А вот ДТ неоригинального производства таких параметров не имеют, хотя тоже способны предоставить свои преимущества. К ним относится разборный корпус и низкая стоимость.
Внимание. Если ДТ легко разбирается путем вывинчивания 4-х винтиков, то перед вами не оригинальный прибор.
Разборка корпуса оригинального ДТ обязательно приведет к неудаче, так как они изготовлены в закрытом варианте. Конечно, можно постараться и добраться до внутренностей, однако это обязательно приводит к поломкам. Корпус таких приборов запаян со всех сторон, по всем стыкам.
Для сравнения внутренностей заводского ДТ и последующего собирания самодельной схемы рекомендуется воспользоваться, как и было написано выше, неоригинальным устройством. Например, пусть это будет китайский ДСТ-500. Он легко разбирается, схема срисовывается на ура, так как она простая, не содержит сложных заковырок.
Что касается функционирования, то она одинакова во всех типах ДТ:
- силовой проводник под напряжением идет через магнитопровод;
- образуется циклотронное поле;
- ток идет по выравнивающей обмотке магнитопровода, чтобы стабилизировать поле;
- компенсируемое напряжение должно быть ровно пропорционально напряжению в сил. проводнике.
Помимо этого, для компенсирования магнитпровода датчика, требуется измерять величинные и знаковые значения ДТ. Для этих целей в магнитопроводе следует прорезать отверстие, через которое, собственно говоря, и вставляется датчик Холла. Сигнал прибора будет форсироваться, снабжать мощностный эндотрон, выход которого интегрирован со стабилизирующей обмоткой.
Данным образом, основной целью подобной схемы станет пропуск такой доли напряжения сквозь обмотку, которая бы воздействовала на магнитное поле так, чтобы в разрыве магнитопровода значение приближалось к 0.
В целой зоне измеряемого напряжения при этом сохранится ювелирная точность КПД соизмеримости. Для измерения точного напряжения компенс. обмотки используется низкоомный резистор-прецизион. Величина падения тока на таком резисторе будет равна значению напряжения в силовой цепи.
ДТ подобного типа можно легко изготовить своими силами. Потребность в таких регуляторах постоянно растет, стоят они, как и говорилось, недешево.
Датчик Холла в конкретном случае желательно использовать специфический, бескорпусный. Установить его можно на узкую полоску тонкого фольго-стеклотекстолита. Под ним должно быть предусмотрено посадочное углубление, где он будет посажен на эпоксидный клей очень плотно.
Внимание. Толщина полоски текстолита в 0,8 мм будет считаться нормальной, так как зайдет в зазор без излишнего трения о стенки и без эффекта болтания.
ДТ — эталонная установка для вычисления напряжения высоковольтажного пульсара питания. Например, ток, потребляемый стартером или генератором. И с помощью датчика Холла осуществить это удается, используя всего лишь одну микросхему.
Напоследок интересное видео про датчик тока на основе датчика холла
Советы по калибровке и настройке датчика
Калибровка и настройка датчика тока на основе датчика Холла являются важными этапами, которые обеспечивают точность и надежность измерений. Правильная калибровка позволяет минимизировать погрешности и добиться стабильной работы устройства в различных условиях. Рассмотрим основные шаги и рекомендации по этому процессу.
1. Подготовка оборудования
Перед началом калибровки убедитесь, что у вас есть все необходимое оборудование. Вам понадобятся:
- Датчик тока на основе датчика Холла, собранный по вашей схеме.
- Мультиметр для измерения тока.
- Источник постоянного тока (например, регулируемый блок питания).
- Компьютер или микроконтроллер для считывания данных с датчика.
2. Первоначальная проверка
Перед калибровкой выполните первоначальную проверку работоспособности датчика. Подключите его к источнику питания и убедитесь, что он правильно отображает значения тока. Для этого можно использовать мультиметр, который будет служить эталоном. Сравните показания мультиметра с данными, полученными с вашего датчика.
3. Настройка нуля
Следующим шагом является настройка нуля. Это необходимо для того, чтобы избежать смещения показаний. Для этого:
- Отключите источник тока и зафиксируйте показания датчика. Если они не равны нулю, внесите соответствующие коррективы в программное обеспечение или схему.
- Если ваш датчик имеет возможность программной настройки, установите нулевое значение в коде.
4. Калибровка с использованием эталонного источника
Для калибровки используйте известные значения тока. Подключите источник постоянного тока и установите его на низкое значение, например, 1 А. Запишите показания вашего датчика и сравните их с эталонными значениями. Если они не совпадают, внесите поправку в коэффициент калибровки в вашем коде.
Повторите этот процесс для нескольких значений тока (например, 2 А, 3 А и т.д.), чтобы убедиться, что датчик точно отображает значения в диапазоне, который вас интересует.
5. Проверка линейности
Линейность датчика также важна для точных измерений. Для этого проведите тесты на различных уровнях тока и постройте график зависимости показаний датчика от эталонных значений. Если график не является прямой линией, возможно, потребуется внести дополнительные коррективы в алгоритм обработки данных.
6. Учет температурных изменений
Температура может оказывать значительное влияние на работу датчика. Рекомендуется проводить калибровку при различных температурах, чтобы определить, как они влияют на показания. Если вы заметите значительные отклонения, возможно, потребуется использовать температурные компенсации в вашем алгоритме.
7. Регулярная проверка и повторная калибровка
После завершения калибровки важно регулярно проверять и при необходимости повторно калибровать датчик. Это особенно актуально, если устройство используется в условиях, где оно подвергается механическим или температурным воздействиям, которые могут повлиять на его точность.
Следуя этим рекомендациям, вы сможете настроить и откалибровать датчик тока на основе датчика Холла, обеспечив его надежную и точную работу в ваших проектах.
Вопрос-ответ
Как выбрать подходящую микросхему для создания датчика тока на основе эффекта Холла?
При выборе микросхемы для датчика тока важно учитывать параметры, такие как диапазон измеряемых токов, точность, скорость реакции и рабочее напряжение. Рекомендуется использовать специализированные микросхемы, такие как ACS712 или ACS758, которые уже оптимизированы для работы с эффектом Холла и обеспечивают высокую точность и стабильность.
Какие компоненты понадобятся для сборки датчика тока своими руками?
Для сборки датчика тока на основе эффекта Холла вам понадобятся: микросхема (например, ACS712), резисторы для делителя напряжения, конденсаторы для фильтрации, а также плата для монтажа и соединительные провода. Также может потребоваться источник питания и мультиметр для проверки работы устройства.
Как правильно откалибровать датчик тока после сборки?
Калибровка датчика тока включает в себя измерение выходного сигнала при известном токе. Для этого подключите датчик к источнику тока и измерьте выходное напряжение. Сравните его с теоретически рассчитанным значением и при необходимости скорректируйте параметры схемы или используйте программное обеспечение для учета погрешностей в дальнейшем.
Советы
СОВЕТ №1
Перед началом сборки датчика тока на основе датчика Холла, внимательно изучите технические характеристики используемых микросхем. Убедитесь, что они соответствуют требованиям вашего проекта, включая диапазон измеряемых токов и рабочие напряжения.
СОВЕТ №2
При проектировании схемы старайтесь минимизировать длину соединительных проводов. Это поможет уменьшить влияние помех и улучшить точность измерений. Используйте экранированные провода, если это возможно.
СОВЕТ №3
Не забывайте о правильной калибровке вашего датчика тока. После сборки проведите тестирование с известными значениями тока, чтобы убедиться в точности и надежности ваших измерений. Это поможет избежать ошибок в будущем.
СОВЕТ №4
Обратите внимание на охлаждение компонентов, особенно если ваш датчик будет работать с высокими токами. Используйте радиаторы или другие методы охлаждения, чтобы предотвратить перегрев и продлить срок службы устройства.
Калибровка и настройка датчика тока на основе датчика Холла являются важными этапами, которые обеспечивают точность и надежность измерений. Правильная калибровка позволяет минимизировать погрешности и добиться стабильной работы устройства в различных условиях. Рассмотрим основные шаги и рекомендации по этому процессу.
1. Подготовка оборудования
Перед началом калибровки убедитесь, что у вас есть все необходимое оборудование. Вам понадобятся:
- Датчик тока на основе датчика Холла, собранный по вашей схеме.
- Мультиметр для измерения тока.
- Источник постоянного тока (например, регулируемый блок питания).
- Компьютер или микроконтроллер для считывания данных с датчика.
2. Первоначальная проверка
Перед калибровкой выполните первоначальную проверку работоспособности датчика. Подключите его к источнику питания и убедитесь, что он правильно отображает значения тока. Для этого можно использовать мультиметр, который будет служить эталоном. Сравните показания мультиметра с данными, полученными с вашего датчика.
3. Настройка нуля
Следующим шагом является настройка нуля. Это необходимо для того, чтобы избежать смещения показаний. Для этого:
- Отключите источник тока и зафиксируйте показания датчика. Если они не равны нулю, внесите соответствующие коррективы в программное обеспечение или схему.
- Если ваш датчик имеет возможность программной настройки, установите нулевое значение в коде.
4. Калибровка с использованием эталонного источника
Для калибровки используйте известные значения тока. Подключите источник постоянного тока и установите его на низкое значение, например, 1 А. Запишите показания вашего датчика и сравните их с эталонными значениями. Если они не совпадают, внесите поправку в коэффициент калибровки в вашем коде.
Повторите этот процесс для нескольких значений тока (например, 2 А, 3 А и т.д.), чтобы убедиться, что датчик точно отображает значения в диапазоне, который вас интересует.
5. Проверка линейности
Линейность датчика также важна для точных измерений. Для этого проведите тесты на различных уровнях тока и постройте график зависимости показаний датчика от эталонных значений. Если график не является прямой линией, возможно, потребуется внести дополнительные коррективы в алгоритм обработки данных.
6. Учет температурных изменений
Температура может оказывать значительное влияние на работу датчика. Рекомендуется проводить калибровку при различных температурах, чтобы определить, как они влияют на показания. Если вы заметите значительные отклонения, возможно, потребуется использовать температурные компенсации в вашем алгоритме.
7. Регулярная проверка и повторная калибровка
После завершения калибровки важно регулярно проверять и при необходимости повторно калибровать датчик. Это особенно актуально, если устройство используется в условиях, где оно подвергается механическим или температурным воздействиям, которые могут повлиять на его точность.
Следуя этим рекомендациям, вы сможете настроить и откалибровать датчик тока на основе датчика Холла, обеспечив его надежную и точную работу в ваших проектах.