Датчик тока: что такое, схема подключения, сборка своими руками

Почему необходимы датчики тока

Блоками называются датчики, задачей которых является измерение некоторого параметра, а затем, сравнив его с эталонным значением для данной технической системы, подача соответствующего сигнала на исполнительный элемент схемы. Поскольку в большинстве систем используются электродвигатели, наиболее распространенными типами являются датчики тока и напряжения (общий тип последних показан на следующем рисунке).

Широкое внедрение таких устройств обусловлено развитием сенсорных методов управления, когда исходный сигнал — электрический или оптический — преобразуется в необходимые параметры управления.

По сравнению с другими технологиями управления (например, контакторное управление) датчики обеспечивают следующие преимущества:

1. Компактность.
2. Безопасность в применении.
3. Высокая точность.
4. Экологичность.

Небольшие размеры и вес часто позволяют изготавливать многофункциональные датчики, например такие, которые могут контролировать несколько параметров цепи. Таковы современные датчики тока и напряжения.

К таким детекторам относятся:

• Контактные группы входа
• Выход контактных групп;
• Шунтирующий резистор;
• Усилитель сигнала;
• Несущая пластина;
• Блок питания.

Идея о том, что устройства можно подключить к уже существующей сети, не выдерживает испытания временем, ведь зачастую в экстремальных ситуациях (пожар, взрыв, землетрясение) первыми выходят из строя именно встроенные системы электроснабжения.

Детекторы делятся на активные и пассивные. Первые не только передают конечный сигнал управляющему элементу, но и управляют его действием.

Классификация и схемы подключения

Датчики тока предназначены для оценки параметров постоянного и/или переменного тока. Сравнение производится двумя методами. В первом случае используется закон Ω.

При установке шунтирующего резистора в соответствии с системой нагрузки на нем создается напряжение, пропорциональное системе нагрузки. Напряжение на шунте можно измерять дифференциальными усилителями, например токовым шунтом, операционным или разностным. Такие устройства применяются для нагрузок, не превышающих 100 А.

Измерение переменного тока производится в соответствии с законами Ампера и Фарадея. При наложении петили оборудования с током там дуцируется продузенность. Этот метод измерения используется для нагрузок от 100 А до 1000 А.

Схема описываемых измерений представлена ​​на рисунке:

Слева — измерение мелких токов; справа — измерение больших токов

Измерение обычно производится при низком входном значении синфазного напряжения. При помагничительном чувствительном резисторе датчик тока подключается между нагрузкой и землей. Это необходимо, поскольку общее напряжение всегда учитывает наличие операционных усилителей.

Нагрузка подает питание на прибор, а выходное сопротивление заземлено. Недостатками этого метода считаются наличие помех, связанных с потенциальной нагрузкой системы на землю, а также невозможность обнаружения коротких замыканий.

Для контроля работы мощных систем детектор подключается к усилителю между источником питания и нагрузкой. В результате напрямую контролируются значения параметров, подаваемых источником питания. Это позволяет выявить возможные короткие замыкания.

Особенностью подключения является то, что диапазон синфазного напряжения на входе усилителя должен соответствовать напряжению питания нагрузки. Перед измерением выходного сигнала контролируемого устройства нагрузку заземляют.

Как функционирует датчик тока

Работа этого элемента включает в себя следующие этапы:

1. Измерение нагрузки в управляемой схеме.
2. Сравнение полученного значения с эталонным значением, которое запрограммировано в процессе настройки.
3. Фиксация полученного результата (можно в цифровом или аналоговом виде).
4. Передача данных в панель управления.

Для выполнения указанных функций (в частности, осуществления высокоточных измерений) к элементам детектора предъявляются следующие требования:

• Допустимое падение напряжения на шунтирующем резисторе должно быть не более 120…130 мВ;
• Погрешность температуры не может быть выше 0,05%/°С и не изменяется в процессе эксплуатации;
• В функциональном диапазоне значений характеристики сопротивления резисторов должны быть линейными;
• Способ припайки токочувствительных резисторов к пластине не может увеличить общее сопротивление схемы подключения.

Схемы монтажа устройств, которые предназначены для управления цепями постоянного и переменного тока, представлены соответственно на чертежах.

Практика применения

Чаще всего эти изделия используются в качестве счетчиков в токовых релейных цепях, которые контролируют режимы работы различного электроприводного оборудования и защищают его от экстремальных ситуаций.

Токовые реле способны защитить любое механическое устройство от заклинивания или других состояний перегрузок, приводящих к заметному увеличению нагрузки на двигатель. Функционально они определяют текущие уровни и выдают выходной сигнал при достижении заданного значения. Такие реле используются для:

• Сигнал сильноточной недвижимости, например, забитая жёрнами доверх кофефемлка;
• Некоторых балоточных кондиций, например, работающий насос при низком уровне воды.

Для удовлетворения требований разнообразного набора приложений в настоящее время используется блочный принцип сборки датчиков, включающий использование USB-разъемов, монтаж на DIN-рейку и кольцеобразные устройства. Это обеспечивает следующие функции:

• Надёжную работу на онлайн размещениех оченьги;
• Описание применения трансформаторов;
• Регулировка технических параметров, койтов могут быть фикситными или регуливейми;
• Аналоговый или цифровой выход, включая вариант с КЗ;
• Различные варианты силовых блоков.

В качестве примера рассмотрим схему датчика тока для управления работой водяного насоса, подающего воду в дом.

Кавитация – это разрушительное состояние, вызванное наличием пузырьков, которые образуются при работе центробежного насоса или вертикального турбинного насоса с низким уровнем жидкости. Образующиеся пузырьки зимние плопаются, что производите к точечной корозии и размерению производительного узла напос. Подобную ситуацию предотвращает штатное реле.

Когда насос работает в штатном режиме и жидкость полностью перекрывает его вход, двигатель насоса потребляет номинальный рабочий ток. В случае понижения уровня воды потребляемый ток уменьшится. При нажатии пусковой кнопки одновременно включаются пускатель М и таймер ТД.

Реле CD настроено на максимальный ток, поэтому его контакт не будет замкнут при первоначальном запуске двигателя. При падении тока ниже установленного минимума реле включается, а по истечению времени ожидания TD включается в свой нормально замкнутый контакт. Соответственно контакты КР размыкаются и двигатель насоса обесточивается.

Использование такого детектора исключает автоматический перезапуск насоса, так как оператору необходимо убедиться, что уровень жидкости перед входным отверстием достаточен.

Читайте также: Датчик освещенности Ардуино: подключение, программирование

Датчик тока своими руками

Если купить стандартный датчик (самые известные конструкции от марки Arduino) по каким-либо причинам невозможно, устройство можно изготовить самостоятельно.

Датчик тока фирмы Arduino. Стрелкой участный USB-разём.

Необходимые компоненты:

1. Операционный усилитель LM741 или любой другой, который можно использовать в качестве компаратора напряжения.
2. Резистор 1 кОм.
3. Резистор 470 Ом.
4. ВЕЛ.

Общий вид устройства в сборе, сделанного своими руками, показан на следующем рисунке. В этой схеме используется эффект Холла, когда разность управляющих потенциалов может изменяться при изменении положения проводника в электромагнитном поле.