Датчик тока – экстрасенс

| Sensitec GmbH

Каждый, кто помнит школьный курс физики, знает, как измерить силу тока в цепи.

Для этого в цепь включается шунтирующий резистор, измеряется падение напряжения на нем, и по формуле закона Ома рассчитывается ток. Именно по такому принципу работают массовые аналоговые и цифровые амперметры. Если же требуется измерять большие токи (десятки – сотни ампер), применяются измерительные трансформаторы, которые гальванически развязывают измерительную и основную цепи. Но они громоздки, их индуктивность, сопротивление и гистерезис влияют на результаты измерений. К тому же включать в высокоточную цепь дополнительные компоненты бывает небезопасно. Магниторезистивные датчики компании Sensitec лишены этих недостатков и могут измерять ток, лишь прикасаясь к шине, как экстрасенсы.

Магниторезистивный эффект известен уже 150 лет. Но первое практическое применение ему нашлось лишь с совершенствованием тонкоплёночных технологий около 30 лет назад. Принцип действия таких датчиков основан на эффекте изменения сопротивления некоторых материалов под действием магнитного поля. Подобрав структуру сенсора, можно определять ориентацию поля, его силу и градиент. Известно несколько типов магниторезистивного эффекта, проявляющегося по-разному в зависимости от структуры сенсора: туннельный, анизотропный, гигантский и колоссальный. Два последних названия связаны с гораздо большим по сравнению с остальными типами откликом сенсора.

Казалось бы, раз магниторезистивные структуры реагируют на магнитное поле, на этом все и закончится. Но этот эффект оказался очень богатым на применения. Один из самых нетривиальных способов его использования – бесконтактное измерение силы тока. В отличие от шунтов и измерительных трансформаторов, магниторезистивные датчики компактны, точны, надёжны, совершенно безопасны, так как гальванически развязаны с высокоточными шинами, не требуют включения в цепь посторонних компонентов и могут работать в сложных условиях. Их чувствительность в 100 раз выше, чем у традиционных измерительных элементов, таких, как датчики Холла, а динамический диапазон очень широк. Иными словами, они оставляют далеко позади все остальные методы измерения тока.

Один из производителей магниторезистивных датчиков тока – немецкая компания Sensitec. Серия датчиков Sensitec CMS3000 (рис.1, таблица) отличается широким частотным диапазоном 2 МГц и рабочими температурами в интервале от –40 до 105 °С. Вкупе с перечисленными выше преимуществами такие датчики открывают перед разработчиками новые возможности, о которых не могло быть и речи с традиционными технологиями измерения тока. Датчики тока Sensitec могут применяться в самой различной аппаратуре – от схем управления двигателями и драйверов лазерных диодов до источников питания и усилителей звуковой частоты. Стоит отметить возможность использования датчиков CMS3000 в современных индукционных нагревателях и мощных бесконтакных зарядных устройствах.

Датчики тока Sensitec серии CMS3000

Рис.1. Датчики тока Sensitec CMS3000

В корпусе датчика смонтирована шина, а на ней установлен магниторезистивный сенсор,  сигнал с которого поступает на встроенный операционный усилитель (рис.2). Несмотря на бесконтактную технологию измерения, измерительные входы датчиков все-таки нужно включить в разрыв цепи. Но внутренняя шина не обладает ни высоким сопротивлением, ни индуктивностью, ни гистерезисом, не влияя, таким образом, на результаты измерений. Напряжение на выходе датчика пропорционально протекающему по шине току и измеряется как отклонение от номинального значения, равного 2,5 В (рис.3). Для питания датчиков требуется двухполярный источник ±15 В.

Устройство датчика серии CMS3000

Рис.2. Устройство датчика серии CMS3000

Зависимость выходного напряжения датчиков CMS3000 от входного тока

Рис.3. Зависимость выходного напряжения датчиков CMS3000 от входного тока

Для знакомства со своей продукцией компания Sensotec предлагает оценочные платы, в том числе и с датчиками тока (рис. 4).

 Датчик CMS3025 на оценочной плате

Рис.4. Датчик CMS3025 на оценочной плате

Таблица. Характеристики датчиков тока Sensitec СM3000

Датчик

Номинальный ток, А

Диапазон измеряемого тока, А

Время отклика,  нс, тип.

Точность измерений, % от ном. тока

CMS3005

5

±20

20

±0,6

CMS3015

15

±60

10

CMS3025

25

±100

15

CMS3050

50

±200

25

CMS3100

100

±400

55

±0,8

О компании

Компания Sensitec (Германия) – лидер на рынке магнтиторезистивных датчиков. Продукция компании производится на собственной, оборудованной по последнему слову техники, фабрике, работающей с тонкоплёночными структурами толщиной до 0,2 мкм. Продукция компании применяется в самых ответственных и сложных устройствах. В частности, датчиками Sensitec оборудован марсоход Spirit.

Сравнение позиций

  • ()