Biến dòng đo lường?

Biến dòng đo lường?

Hiện nay, trong nhiều ứng dụng bao gồm cả máy móc công nghiệp, cảm biến hiện nay đã được sử dụng nhiều hơn.
Đối với máy móc công nghiệp, cách điện thường được yêu cầu để phát hiện dòng điện; và có ba phương pháp để giải quyết; điện trở shunt + bộ khuếch đại cách ly / ADC cách ly, cảm biến dòng điện có dây; và cảm biến dòng không lõi (IC cảm biến dòng điện).

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích tổng quan về các phương pháp biến dòng đo lường như thế nào? So sánh những ưu nhược điểm của các loại biến dòng đo lường? Mời các bạn đọc tiếp bài viết để tìm hiểu về biến dòng đo lường bạn nhé!

Biến dòng đo lường là gì?

Biến dòng đo lường hay còn gọi là cảm biến dòng điện. Cảm biến dòng điện là một thiết bị phát hiện; và chuyển đổi dòng điện thành điện áp đầu ra có thể đo được dễ dàng; tỷ lệ với dòng điện qua đường dẫn đo được.

Có nhiều loại cảm biến và mỗi cảm biến phù hợp với một phạm vi hiện tại; và điều kiện môi trường cụ thể. Trong số các cảm biến này, điện trở cảm nhận dòng được sử dụng phổ biến nhất. Nó có thể được coi là một bộ chuyển đổi dòng điện sang điện áp; trong đó đưa một điện trở vào đường dẫn dòng điện; dòng điện được chuyển đổi thành điện áp một cách tuyến tính.

Công nghệ được sử dụng bởi cảm biến dòng điện rất quan trọng; vì các cảm biến khác nhau có thể có các đặc điểm khác nhau cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Các phương pháp biến dòng đo lường hiện nay

Các phương pháp đo hiện nay thường được phân loại theo ba loại; điện trở shunt + bộ khuếch đại cách ly / ADC cách ly, cảm biến dòng điện có dây; và cảm biến dòng không lõi (IC cảm biến dòng điện).
Bảng dưới đây cho thấy đặc điểm của từng phương pháp.

Biến dòng đo lường?

* 1 : Nếu bạn sử dụng kháng xi măng, nó sẽ được đổi thành “NA”.
* 2 : Không chỉ ở phía thứ cấp mà phía sơ cấp cũng có dòng tiêu thụ bằng ổ IC.
* 3 : Nếu dòng điện lớn hơn 20A, nó sẽ được đổi thành “Tốt” vì chi phí của chất nền và quạt cho bức xạ nhiệt.

Các đặc điểm về cách chọn phương pháp đo dòng điện thích hợp

  • Điện trở shunt + bộ khuếch đại cách ly / ADC cách ly; phù hợp cho khách hàng muốn phát hiện chính xác mức vi dòng (nhỏ hơn 10A); với từ trường nhiễu lớn mà việc sinh nhiệt không phải là vấn đề.
  • Fluxgate thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao nhất.
  • Cảm biến dòng điện không lõi nói chung; thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu kích thước nhỏ trong các thiết bị nhỏ; và cho các ứng dụng yêu cầu chi phí thấp hơn so với độ chính xác phát hiện.

 

1. Điện trở Shunt và bộ khuếch đại cách ly/ ADC cách ly

Điện trở shunt + bộ khuếch đại cách ly / ADC cách ly; là cách để tính toán giá trị dòng điện từ giá trị điện áp chạy qua một điện trở đã biết; bằng cách cho dòng điện cần đo đi qua. Đối với phương pháp này cần phải cách ly bằng amp cách ly hoặc ADC cách ly.
Phương pháp này được sử dụng phổ biến; và thích hợp để phát hiện dòng điện nhỏ trong hệ thống được điều khiển bởi điện áp tương đối thấp; mà không cần quan tâm đến sự sinh nhiệt.
Tuy nhiên, trong các ứng dụng có dòng điện lớn (hơn vài chục ampe); những nhược điểm sau đây trở nên rõ ràng.

Ưu điểm: Đây là cách phổ biến nhất để phát hiện dòng điện; để công nghệ của nó được tích lũy trong mỗi công ty.
Nhược điểm: 
  • Cần giờ thiết kế vì cần có nhiều bộ phận hơn; chẳng hạn như bộ cấp điện cách điện và bộ cấp điện lưỡng cực cho phía sơ cấp (phía điện áp cao).
  • Thiết kế nhiệt rất khó vì nhiệt tạo ra bởi dòng điện sơ cấp tỷ lệ với điện trở; và có thể lớn hơn vài chục lần so với các phương pháp khác.
  • Kích thước của đế lớn hơn; vì số lượng các thành phần ngoại vi và hệ thống dây phức tạp.

Một cảm biến dòng điện từ; là một cách để giải quyết các nhược điểm của điện trở shunt ở trên + bộ khuếch đại cách ly / ADC cách ly.

2. Cảm biến dòng từ tính

Cảm biến dòng điện từ khác với phương pháp shunt; không cần sử dụng amp cách ly hoặc ADC cách ly vì nó có thể được cách ly bên trong chính cảm biến.
Vì không cần thay đổi giá trị điện trở tùy thuộc vào giá trị dòng điện. Nên phương pháp này đang thu hút vì nó có thể giải quyết các nhược điểm của điện trở shunt + bộ khuếch đại cách ly / ADC cách ly; bằng cách phát hiện dòng điện chạy đến điện trở có giá trị điện trở tương đối thấp.

2.1 Cảm biến dòng điện được lưu trữ

Cảm biến dòng điện có rãnh là một trong những loại cảm biến dòng điện từ. Nó thu thập và phát hiện từ trường xung quanh dòng điện với lõi từ tính.
Có 3 loại cho cảm biến dòng điện; 1. Vòng lặp mở, 2. Vòng lặp kín và 3. Cổng thông gió.

So sánh 3 loại này

Gía: Vòng hở thấp nhất và đến vòng lập kín, cổng thông gió có giá cao nhất.

Độ chính xác: Vòng hở không tốt so với vòng lặp kín, cổng thông gió tốt nhất.

Ưu điểm chung:

  • Gía trị điện trở của dây dẫn sơ cấp nhỏ nên sự tỏa nhiệt thấp.
  • Cần số lượng bộ phận ít hơn. Không cần sử dụng các bộ phận ngoại vi khác.

Nhược điểm chung:

  • Gặp khó khăn về không gian, đặc biệt là chiều cao của nó.
  • Về lý thuyết, lõi từ có độ trễ. Điều này có thể gây ra sự thay đổi đầu ra dòng 0 (điện áp bù) và cuối cùng gây ra sai số đo; khi từ trường lớn được đặt vào lõi.

Phương pháp fluxgate bao gồm lõi từ và cuộn dây đầu dò. Cuộn dây đầu dò được điều khiển với tần số cao AC và được sử dụng như một cảm biến.
Do đó, nó có lợi thế riêng mà sự bù đắp hầu như không xảy ra trong điều kiện chính bất kể nhiệt độ.
Tuy nhiên, vì cuộn dây thăm dò nên cấu trúc phức tạp và đắt tiền. Ngoài ra, có một nhược điểm là dòng tiêu thụ tăng lên vì dòng phản hồi.

Để khắc phục các vấn đề trên, một “cảm biến dòng điện không lõi” đã được phát triển.

2.2 Cảm biến dòng điện không lõi (cảm biến dòng điện không có lõi từ tính).

Cảm biến dòng điện không lõi nói chung được cấu tạo tích hợp phần tử sảnh bên trong; và IC hiệu chỉnh bằng silicon bán dẫn để đạt được kích thước nhỏ và giá thấp. Do độ nhạy của phần tử silicon thấp nên cần phải có các biện pháp để tăng độ khuếch đại của IC hiệu chỉnh; hoặc tăng từ trường tạo ra bằng cách thu hẹp dây dẫn sơ cấp.

Thuận lợi

  • Nếu không có lõi từ, nó có thể hạ thấp độ cao. Cấu trúc bên trong có thể đơn giản hơn nhiều để có thể giảm cho phí
  • Không có hiện tượng trễ
  • Mức tiêu thụ hiện tại thấp

Nhược điểm

  • Gía trị điện trở và sự sinh nhiệt có khả năng cao hơn. Rất khó để đo dòng điện lớn.
  • Vì độ nhạy của phần tử hội trường thấp; người ta chỉ định thu hẹp dải tần để có đủ độ phân giải. Do đó, tốc độ phản hồi không quá nhanh.
  • Rất khó để đạt được độ chính xác cao; vì việc tăng mức khuếch đại của vi mạch hiệu chỉnh cũng làm khuếch đại độ lệch của phần tử hội trường.

Cảm biến dòng điện hoạt động như thế nào?

Cảm biến dòng điện kỹ thuật số đọc dòng điện chạy qua dây dẫn; và sử dụng công tắc bật / tắt để hiển thị thông báo dòng điện có đang chạy ở cường độ dòng điện xác định trước do người dùng đặt hay không. Công tắc có thể được sử dụng để điều khiển đèn cảnh báo; hoặc kích hoạt một rơ le để gửi tin nhắn đến hệ thống hoặc cảnh báo khác. Công tắc dòng điện được tích hợp với công tắc thường mở (NO); hoặc thường đóng (NC). Ở mức hiện tại đặt trước (điểm hành trình), công tắc sẽ mở hoặc đóng.

Cảm biến dòng điện tương tự hiển thị phạm vi hoặc âm lượng tiêu thụ; giống như đồng hồ tốc độ trên ô tô và cũng có thể được sử dụng để kích hoạt cùng một đầu ra ánh sáng, dữ liệu, v.v. Cho dù bạn chọn kỹ thuật số hay tương tự tùy thuộc vào nhu cầu dự án của bạn.

Ứng dụng: Các cảm biến dòng điện là lựa chọn hoàn hảo để giám sát quạt; máy bơm, động cơ và các tải điện khác để vận hành thích hợp.

Nguyên lý hoạt động của biến dòng đo lường

Vòng lặp mở so với cảm biến dòng điện vòng lặp đóng

Bạn có thể nghe nói về cảm biến dòng điện vòng hở và vòng kín. Sự khác biệt là gì?

Cảm biến dòng điện vòng hở ít tốn kém hơn các loại vòng kín như cảm biến dòng điện Zero. Chúng bao gồm một cảm biến hiệu ứng Hall được gắn trong khe hở của một lõi từ tính. Đầu ra từ cảm biến hiệu ứng Hall được khuếch đại; và đo trường do dòng điện tạo ra mà không cần tiếp xúc với nó. Điều này cung cấp sự cách ly điện giữa mạch và cảm biến.

Cảm biến dòng điện vòng hởCảm biến dòng điện vòng hở

Một số cảm biến dòng điện vòng hở có các thiết bị điện tử bù; giúp bù đắp độ lệch do thay đổi nhiệt độ môi trường. So với cảm biến vòng kín, cảm biến vòng hở nhỏ hơn và ít tốn kém hơn. Chúng có yêu cầu công suất thấp; và có thể được sử dụng để đo cả dòng AC và DC. Đồng thời, chúng không chính xác như những người anh em họ vòng kín của chúng. Chúng có thể bị bão hòa và cung cấp khả năng bù nhiệt độ; và khả năng chống ồn kém hơn.

Cảm biến dòng điện vòng kín sử dụng mạch điều khiển phản hồi; để cung cấp đầu ra tỷ lệ với đầu vào. So với cảm biến vòng hở, thiết kế phản hồi vòng kín này vốn đã cung cấp độ chính xác; và tuyến tính được nâng cao cũng như khả năng bù lệch nhiệt độ; và khả năng chống nhiễu tốt hơn.

Cảm biến dòng điện vòng kínCảm biến dòng điện vòng kín

Cảm biến dòng điện vòng hở và vòng kín. Loại nào tốt hơn?

Với cảm biến vòng hở, hiện tượng trôi do nhiệt độ; hoặc bất kỳ điểm không tuyến tính nào trong cảm biến sẽ gây ra lỗi. Mặt khác, cảm biến vòng kín sử dụng một cuộn dây được dẫn động tích cực; bằng cách tạo ra một từ trường chống lại trường của dây dẫn hiện tại. Đây là “vòng lặp kín” cung cấp độ chính xác và hiệu suất bão hòa nâng cao.

Vậy cái nào tốt hơn? Điều này phụ thuộc hoàn toàn vào ứng dụng. Các yêu cầu về chi phí, kích thước và công suất thấp hơn; làm cho cảm biến dòng điện vòng hở trở nên rất phổ biến. Điều này được bù đắp phần nào bởi thực tế là tính dễ bị bão hòa của chúng; có nghĩa là chúng phải “quá khổ” trong một số ứng dụng để tránh vấn đề này.

Cảm biến dòng điện vòng kín là ứng dụng ưa thích rõ ràng trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác; và khả năng chống bão hòa tốt nhất có thể; hoặc được sử dụng trong môi trường có nhiệt độ khắc nghiệt rộng hoặc nhiễu điện.

Các ứng dụng của biến dòng đo lường (cảm biến dòng điện)

Cảm biến dòng điện vòng hở được tìm thấy trong các ứng dụng như:

  • Các mạch chạy bằng pin (do cấu hình năng lượng thấp của chúng).
  • Các ứng dụng truyền động; mà độ chính xác của mô-men xoắn không cần cao.
  • Đo dòng điện của quạt và máy bơm.
  • Máy hàn.
  • Hệ thống quản lý pin.
  • Ổ đĩa tốc độ biến đổi.
  • Các ứng dụng cung cấp điện liên tục.

Cảm biến dòng điện vòng kín được tìm thấy trong các ứng dụng như:

  • Bộ truyền động tốc độ thay đổi; (khi độ chính xác và độ tuyến tính là tối quan trọng).
  • Điều khiển Servo.
  • Bảo vệ quá dòng.
  • Máy phát hiện lỗi nối đất.
  • Bộ truyền động công nghiệp AC và DC.
  • Điều khiển rô bốt.
  • Ứng dụng đo lường năng lượng.

Như với mọi cảm biến, kết quả cuối cùng mong muốn phải là yếu tố thúc đẩy việc lựa chọn loại cảm biến.

Các loại cảm biến dòng điện chính

Các loại biến dòng đo lường

Các cảm biến dòng điện và đầu dò dòng điện khác nhau có sẵn cho các phương pháp khác nhau; mỗi phương pháp đều thích ứng với môi trường đo cũng như phạm vi hiện tại dự định đo. Ví dụ, các yêu cầu để đo microamps (µA) rất khác so với những yêu cầu để đo hàng nghìn ampe. Chúng ta sẽ xem xét từng loại cảm biến và mô tả lý thuyết hoạt động cũng như ứng dụng của nó.

Shunt Hiệu ứng phòng CT Rogowski Zero Flux
Kiểu kết nối Trực tiếp gián tiếp gián tiếp gián tiếp gián tiếp
Hiện hành AC và DC AC và DC AC AC AC và DC
Sự chính xác Cao Trung bình Trung bình Thấp Cao
Phạm vi Thấp Trung bình Cao Trung bình Cao
Trôi dạt Thấp Trung bình Trung bình Cao Thấp
Sự cô lập Không 1) Đúng Đúng Đúng Đúng

1) Bộ kết hợp có thể được cách ly thông qua bộ điều hòa tín hiệu bên trong; hoặc bên ngoài, nhưng chúng vốn dĩ không bị cô lập

Có hai phương pháp chính để đo dòng điện:

  • Bằng cách tiếp xúc trực tiếp với dòng điện (hay còn gọi là shunt / ampe kế).
  • Bằng cách đo trường điện từ hoặc thông lượng của dòng điện.

Tóm lượt

Biến dòng đo lường có tầm quan trọng thiết yếu; trong nhiều hệ thống điện và thiết bị đo lường. Theo truyền thống, cảm biến dòng điện chủ yếu để bảo vệ và điều khiển mạch. Tuy nhiên, với sự tiến bộ của công nghệ, cảm biến hiện nay đã nổi lên như một phương pháp để theo dõi và nâng cao hiệu suất.

Cảm biến dòng điện được sử dụng trong nhiều loại hệ thống điện tử, viz… Chỉ báo tuổi thọ pin và bộ sạc, hệ thống 4-20 mA, mạch giám sát và bảo vệ quá dòng; bộ điều chỉnh dòng điện và điện áp, bộ chuyển đổi DC / DC; bộ phát hiện lỗi chạm đất, dòng lập trình nguồn, bộ nguồn tuyến tính và chế độ chuyển mạch ; thiết bị truyền thông, thiết bị điện tử công suất ô tô; điều khiển tốc độ động cơ và bảo vệ quá tải, v.v.

Công Ty Hưng Phát chân thành cảm ơn các bạn đã xem trang website prosensor.vn của chúng tôi. Khi quý khách có nhu cầu mua các loại cảm biến áp suất nước; các loại đồng hồ áp suất, thiết bị kỹ thuật hãy liên hệ trực tiếp với chúng tôi để được hỗ trợ tư vấn về sản phẩm.

Bài viết tham khảo:

Công tắc áp suất là gì?

 

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *