Компенсационный датчик тока с магнитным шунтом. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Описываемая конструкция датчика, используемого при измерении больших токов, отличается от применяемых ныне подобных приборов наличием магнитного шунта, что позволяет снизить потребляемую мощность, массу и габариты устройства.

Для измерения больших токов (порядка десятков килоампер) классическая схема датчика компенсационного типа (рис. 1), по которой построены выпускаемые промышленностью изделия [1], неприемлема.

Принцип действия таких датчиков основан на компенсации магнитного поля, создаваемого в магнитопроводе измеряемым током, посредством тока компенсационной обмотки. Трансформатор тока ТА1 представляет собой замкнутый магнитопровод с обмоткой, охватывающий шину с измеряемым током, в зазоре которого установлен датчик Холла (U1). При прохождении тока через шину в охватывающем ее магнитопроводе создается магнитный поток, вызывающий появление в датчике Холла напряжения, пропорционального измеряемому току. Это напряжение, усиленное операционным усилителем (DA1) и усилителем мощности на транзисторах VT1, VT2, вызывает ток в обмотке ТА1, компенсирующий магнитный поток в магнитопроводе.

Для компенсации магнитного поля, создаваемого, например, током 100 кА, ток через компенсационную обмотку должен быть равен 100/n кА, где n - число витков этой обмотки. При этом мощность выходного усилителя и масса датчика могут быть слишком велики.

Для уменьшения компенсационного тока в предложенном датчике (рис. 2) компенсация магнитного потока производится не на всем участке магнитопровода 2, а на ограниченном участке с магнитным сопротивлением, меньшим, чем сопротивление всей магнитной цепи.

На участке установки датчика Холла 3, где магнитный поток раздваивается (АБ), величина магнитной индукции, создаваемая измеряемым током I в шине 1, В = μμ0I/2l (при l"d), где μ - магнитная проницаемость материала магнитопровода; μ0 - магнитная проницаемость вакуума.

Для компенсации магнитного потока, создаваемого измеряемым током на этом участке, ток компенсационной обмотки 4 I1 = Вх2с1/μμ0 = Ixd/l.

Ток компенсационной обмотки I1 меньше измеряемого тока I в l/d раз, что позволяет реализовать датчик приемлемой массы и габаритов.

В предлагаемом датчике l=100 мм, d = 1 мм, поэтому при измеряемом токе 100 кА компенсационный поток создается током 1/n кА, где n - число витков компенсационной обмотки.

Компенсационный датчик с магнитным шунтом такой конструкции имеет следующие характеристики.

• Номинальный измеряемый ток, кА......20
• Максимальный измеряемый импульсный ток при длительности не более 10 мс в течение 1 мин, кА.....100
• Коэффициент трансформации......1/5000
• Максимальный выходной ток при измеряемом токе 100 кА, мА......200
• Основная погрешность для номинального значения тока, не более, %......1
• Ток смещения нуля, не более, мА......0,2
• Частотный диапазон, кГц......0...10
• Размеры окна для токовой шины, мм......40x120
• Сечение магнитопровода, не менее, мм......55
• Габариты, мм......200x200x100
• Масса, кг......не более 3

Реализация такой конструкции возможна при использовании магнитопровода с большой индукцией насыщения, например, ГАММАМЕТ 440С1 с линейной характеристикой намагничивания до 1...1,2 Тл [2, 3].

Для уменьшения влияния внешних магнитных полей целесообразно применение двух магнитопроводов и датчиков Холла в конструкции, показанной на рис. 3.

Здесь зазор l в магнитной цепи вокруг шины 1 с током разделен на два равных участка между магнитопроводами 2, 3. Токи компенсационных обмоток 6 и 7 в этой схеме суммируются. Если внешнее магнитное поле в месте установки одного из датчиков Холла (4 или 5) совпадает по направлению с магнитным полем, создаваемым измеряемым током, то в месте установки другого датчика Холла противоположно по направлению. Если сигналы датчиков Холла 4, 5, обусловленные магнитным полем измеряемого тока, имеют одинаковую полярность, то сигналы от внешнего магнитного поля наводок разной полярности, и поэтому результирующий сигнал от внешнего магнитного поля равен нулю.

Усилитель для такого устройства нужен достаточно маломощный - его ток потребления не более 0,25 А при напряжении питания +15 В.

При невозможности приобретения необходимого магнитопровода можно использовать холоднокатанную электротехническую сталь марок Э310, Э320, для которой индукция насыщения также достаточно высока, и при погрешности измерения около 1% этот материал вполне пригоден.

Литература

1. Проспект фирмы "LEM".
2. Проспект НПП "Гамма" (г. Екатеринбург).
3. Стародубцев Ю., Кейлин В., Белозеров В. Магнитопроводы ГАММАМЕТ. - Радио, 1999, № 6, с. 48-50.

Автор: А.Алдохин, г. Чернигов, Украина

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Умный пластырь без батареек 03.05.2026 Команда исследователей из Калифорнийского университета в Ирвайне представила инновационный "умный" пластырь, который способен радикально изменить подход к персональному медицинскому наблюдению. Устройство получило название IREM-W2MS3. Оно полностью отказалось от традиционных батареек и обладает уникальной способностью самостоятельно "очищаться". Благодаря этому пластырь может работать без перерывов в течение нескольких недель, что делает его по-настоящему практичным решением для повседневной жизни. Обычные датчики, анализирующие состав пота, быстро теряют работоспособность из-за накопления молекул на поверхности. Новая разработка решает эту проблему радикально: прибор периодически подает небольшой электрический импульс, который буквально сбрасывает накопленные загрязнения и полностью обновляет сенсорный слой. В результате пластырь сохраняет стабильную работу не менее 21 дня подряд. Еще одна важная особенность - пластырю не требуется интенсивная физическая нагрузка для получения биоматериала. В его состав входит специальный гидрогель, который подает беспроводную команду коже и стимулирует локальное выделение пота. Энергию устройство черпает напрямую от смартфона или небольшого считывателя на запястье, поэтому владельцу не нужно беспокоиться о зарядке или замене элементов питания. IREM-W2MS3 одновременно отслеживает четыре ключевых биомаркера: уровень кортизола - гормона стресса, концентрацию глюкозы, лактата и мочевины. Такое комплексное измерение дает возможность оценивать состояние метаболизма, уровень усталости, реакцию организма на стресс и даже работу почек в реальном времени. Руководитель исследования Рахим Эсфандьяр-пур подчеркивает, что основное преимущество разработки заключается в ее высокой автономности и устойчивости к внешним условиям. В отличие от большинства существующих носимых гаджетов, которые чувствительны к влажности и температуре и быстро выходят из строя, этот пластырь создан для реальной повседневной эксплуатации за пределами лаборатории. Команда уже получила патент на технологию и активно работает над превращением прототипа в доступный коммерческий продукт. В первую очередь новая разработка ориентирована на людей с диабетом и различными метаболическими расстройствами, которым необходим постоянный и ненавязчивый контроль здоровья.

Другие интересные новости:

▪ Засуха загрязняет воздух озоном

▪ Определены требования к первым мобильным сетям пятого поколения

▪ Сверхбыстрая доставка грузов

▪ Роботизированный химик будущего

▪ Жизненный успех не зависит от тестостерона

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Усилители низкой частоты. Подборка статей

▪ статья Гигиенические нормы содержания химических веществ в атмосфере. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Как простой карандаш помогал отделить белых от цветных в ЮАР? Подробный ответ

▪ статья Дежурный (по выдаче справок, зала, этажа гостиницы). Должностная инструкция

▪ статья Рог, слоновая кость. Простые рецепты и советы

▪ статья Электролизные установки и установки гальванических покрытий. Электролизные установки получения водорода (водородные станции). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026