Els fonaments dels sensors actuals

Els sensors actuals són de llaç obert o tancat. Els sensors de corrent de llaç obert mesuren els corrents de corrent alterna i continu i proporcionen un aïllament elèctric entre el circuit que es mesura i la sortida del sensor (el corrent primari es mesura sense contacte elèctric amb el circuit primari, proporcionant un aïllament galvànic). Menys costosos que els seus cosins de bucle tancat, els sensors de corrent de bucle obert són generalment preferits en circuits amb bateries, atès que els seus requeriments de potència de funcionament baix i les seves petites característiques.

Els sensors de llaç tancat mesuren corrents de corrent alterna i continu i proporcionen un aïllament elèctric. Ofereixen una resposta ràpida, gran linealitat i deriva a baixa temperatura. La sortida actual del sensor de llaç tancat és relativament immune al soroll elèctric. El sensor de bucle tancat és de vegades anomenat sensor de "Zero-Flux" perquè el seu sensor Hall-Effect retorna un corrent oposat a una bobina secundària, enrotllant el nucli magnètic fins a zero el flux produït al nucli magnètic pel corrent primari. Els sensors de llaç tancat són sovint el sensor d’elecció quan és essencial l’alta precisió.

Analitzem ara els dos tipus, a partir dels sensors de llaç obert.

Els sensors de corrent de llaç obert consisteixen en un sensor de Hall muntat a l'espai d'aire d'un nucli magnètic (Fig. 1). Un conductor produeix un camp magnètic comparable al corrent. El camp magnètic es concentra pel nucli i es mesura pel sensor Hall. El senyal del generador Hall és baix, de manera que s’amplifica i és aquest senyal amplificat el que es converteix en la sortida del sensor. Els sensors de llaç obert normalment disposen de circuits que proporcionen una compensació de temperatura i una sortida de tensió d'alt nivell calibrada. Si bé tenen un avantatge definitiu en els preus respecte als seus homòlegs de bucle tancat, el seu desavantatge és que poden ser propensos a la saturació i a la deriva de la temperatura. La deriva es pot minimitzar fins a cert punt, però, injectant un coeficient positiu en el corrent de control per reduir la deriva en la sensibilitat a la temperatura.

Figura 1: Il·lustració del principi i estructura bàsics del sensor de corrent de llaç obert Hall-Effect. (Cortesia de Honeywell).

Mirant a la figura 1, si el corrent d’accionament d’un sistema de bucle obert es controla mitjançant una font de corrent constant i s’amplifica el voltatge Hall diferencial, només es pot obtenir una tensió de sortida proporcional al corrent electrònic.

Un exemple és el transductor de corrent de muntatge actual de l'efecte superficial de la Sèrie HMS de LEM (Fig. 2). El sensor presenta un aïllament galvànic entre un circuit primari i un secundari; Tensió d’aïllament de 4300 V; consum de baix consum; un perfil de 12 mm, extremadament baix; una sola font d’alimentació +5 V; i compensació i guany fixos.

Figura 2: Transductor d’efectes Hall Loop Open Series de HMS. (Cortesia de LEM).

S’utilitza principalment en aplicacions industrials per a accionaments de velocitat variable en CA, convertidors estàtics per a accionaments de motor de corrent continu, aplicacions subministrades amb bateries, fonts d’alimentació de manera ininterrompuda i commutada i fonts d’alimentació per a aplicacions de soldadura.

Un altre exemple és Sensors de corrent en bucle obert de cable en sèrie Miniatura de Honeywell (Figura 3). La sèrie incorpora un SS490 series de sensors ratiomètrics, lineals d'efecte Hall, i l'element sensible està encapsulat en un paquet de plàstic muntable per PCB. El conjunt actual del sensor està format pel sensor, el col·lector de flux, l'allotjament i la bobina de filferro.

Figura 3: Sensor de corrent en bucle obert de cable en sèrie miniatura de la sèrie Honeywell CSLW. (Cortesia de Honeywell).

En aquest cas, el disseny per cable de llaç obert té múltiples voltes per augmentar la sensibilitat. Altres funcions destacables són la detecció de corrent alterna o de corrent continu, la sortida ratiomètrica lineal, l’enfonsament de corrent o la sortida d’abastament per a la flexibilitat d’interfície, baixa pèrdua d’inserció, temps de resposta ràpid, mida compacta i detecció de precisió de baix cost. Les aplicacions inclouen robòtica, accionaments de velocitat variable, control de processos industrials, control del motor en electrodomèstics, climatització, protecció contra sobrecorrent i control de corrent de circuits electrònics.

Resposta ràpida i alta precisió

En comparació amb llaç obert, els sensors de llaç tancat mesuren els corrents de corrent alterna i corrent continu i proporcionen un aïllament elèctric, una resposta ràpida, gran linealitat i deriva de baixa temperatura. La seva producció actual és impressionant immune al soroll elèctric. Coneguts per una gran precisió, es compon d’un generador de Hall muntat a la bretxa d’aire d’un nucli magnètic, d’una bobina al voltant del nucli i d’un amplificador de corrent. El conductor de transport de corrent situat a l’obertura del sensor produeix un camp magnètic proporcional al corrent. Aquest camp està concentrat pel nucli i detectat pel generador Hall. El generador Hall està connectat a l’entrada de l’amplificador actual, que condueix la bobina. El corrent a través de la bobina produeix un camp contrari, proporcionat pel corrent a través de l’obertura.

La sortida d'aquest sensor és proporcional tant al corrent d'obertura com al nombre de voltes de la bobina. Si el corrent primari net a través de l’obertura del transductor actual és I, el nombre de voltes en la bobina de compensació és N, i la corrent en el bobinat de compensació és i, aleshores a la condició de flux zero I = Ni.

El corrent de sortida d’un sensor de llaç tancat es converteix en una figura de voltatge connectant una resistència a la sortida del sensor i a terra. La selecció del valor del resistor pot donar lloc a una ampliació de la sortida.

Un exemple de transductor actual amb una precisió excel·lent, una bona linealitat i una deriva a temperatures molt baixes és el LTS 25-NP de LEM (Fig.4). El dispositiu és un transductor de corrent multi-àmbit de bucle tancat (compensat) amb l'efecte Hall. Les principals característiques inclouen:

· Tensió unipolar

· Estoig de plàstic aïllat reconegut segons UL 94-V0

· Disseny compacte per muntatge en PCB

· Incorporació de mesura de resistència

· Gamma de mesures ampliada

Figura 4: Sensor de corrent de llaç tancat LEM LTS 25-NP. (Cortesia de LEM).

Les aplicacions del dispositiu es troben principalment en el domini industrial i inclouen unitats de velocitat variable de CA i servomotors, convertidors estàtics per a accionaments de motor de corrent continu, aplicacions subministrades per bateries, fonts d'alimentació ininterrompuda, fonts d'alimentació en mode commutat i fonts d'alimentació per a aplicacions de soldadura.

Resum

Si bé els dos tipus de sensors poden ser econòmics segons els requisits de l'aplicació, els sensors de llaç obert proporcionen el millor avantatge en els costos dels intervals elevats (més de 100 A). També són la mida i el pes més petits. Mantenen un consum d’energia constant, independentment del corrent detectat. L'avantatge de preu dels sensors oberts només es pot fer en aplicacions on es pugui restringir la variació de temperatura.

Els sensors de corrent de bucle tancat, per la seva banda, són més adequats per a aplicacions comercials i industrials, on es troben habitualment. Aquests sensors tenen la màxima precisió a temperatura ambient i alta. Són ideals per a entorns sorollosos i la seva sortida es converteix fàcilment en tensió.

Per obtenir més informació, poseu-vos en contacte amb nosaltres a sales@xfullstar.com