Датчик тока
Датчик тока – это прибор, который предназначен для передачи в систему автоматического управления сигнала, пропорционального электрическому току, протекающему в силовой цепи, или для преобразования тока до значения, удобного для измерения.
Датчиком тока осуществляется преобразование текущего значения электрического тока в электрический сигнал, у которого носителем информации, как правило, является напряжение. В некоторых моделях датчиков предусматривается наличие гальваническая развязка слаботочной цепи от силовой и нормирование сигнала. Обобщенная структура датчика тока изображена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема датчика тока. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1 - электрическая цепь, которая контролируется датчиком тока; 2 - чувствительный элемент (в качестве чувствительного элемента могут использоваться трансформатор тока, шунт); 3 - входной усилитель; 4 - потенциальный разделитель; 5 - нормирующий усилитель; 6 - приемник информации (в качестве приемника может использоваться регулятор системы управления автоматизированного электрического привода)
Шунт – это составляющая электрической цепи, сопротивление которой в установленном диапазоне меньше, чем сопротивление шунтируемого элемента, к которому шунт подключается параллельно.
Разработка датчика тока
Кроме датчиков тока, в промышленных системах используется ряд других датчиков, таких как датчики определения разбаланса токов, датчики диагностики и разбаланса цепей, датчики запуска защиты и обнаружения отказов электрического оборудования.
К основным задачам разработки (проектирования) датчиков электрического тока относятся:
- Уменьшение габаритов готового изделия.
- Уменьшение потребляемой мощности питания.
- Увеличение точности измерения.
- Увеличение автоматизации процесса измерения.
- Повышение быстродействия готового изделия.
- Увеличение степени надежности готового изделия.
Точное измерение токов энергетических системы и оборудования один из важнейших аспектов обеспечения высокой безопасности и надежности промышленных системы и электрического оборудования. В случае измерения тока в высоковольтных установках, обычно, имеют дело с большими значениями, поэтому стараются разнообразными способами уменьшить ток, который протекает через измерительный прибор, или измерить его косвенными методами. В случае применения косвенных методов используют датчики Холла и измерительные трансформаторы - зная зависимость между измеренным и протекающим в проводнике током, определяют значение последнего. Сам процесс разработки датчиков тока, в зависимости от требований технического задания, условий эксплуатации и имеющихся ресурсов, может состоять из следующих этапов:
- Сравнительный анализ методов измерения тока.
- Выбор и обоснование типа датчика тока.
- Разработка функциональной и структурной схемы амперметра.
- Выбор и расчет основных узлов датчика.
- Расчет погрешностей.
В современной промышленности используется шесть основных методов измерения тока: резистивный метод, а также методы на основе трансформаторного тока, эффекта Холла, катушки Роговского, магнитооптических и магниторезистивных датчиков. При резистивном методе в качестве датчика используется резистивный элемент высокой точности, который последовательно включается цепь, где необходимо провести измерение. При использовании метода на основе эффекта Холла в качестве датчика используется элемент Холла. После проведения сравнительного анализа осуществляется процесс выбор типа датчика тока, который зависит от результатов анализа.
После разработки структурной и функциональной схемы (функциональная разрабатывается на основе структурной) проводятся выбор и расчеты основных узлов датчиков тока. В зависимости от ранее выбранного типа датчика данный этап может состоять из: выбора измерительного устройства, расчета интегратора, а также выбора микропроцессора, аналого-цифрового преобразователя, интерфейса к персональной электронно-вычислительной машине, энергетически зависимой памяти, типа отсчетного устройства и блока памяти. Измерительный усилитель выбирается в зависимости от характеристик выбранного типа датчика. Выбор интегратора заключается в расчете напряжения на его выходе в пределах рабочей полосы частот усилителя. При выборе аналого-цифрового преобразователя должны учитываться совместимость с микропроцессором, стоимость, время преобразования (согласно техническому заданию), точность.
При расчете погрешности датчика тока рассчитываются следующие ее виды (в зависимости от результатов предыдущих этапов разработки): аддитивные составляющие погрешности интегратора, аналого-цифрового преобразователя, усилителя; нелинейная составляющая погрешности интегратора и аналого-цифрового преобразователя; погрешности квантования аналого-цифрового преобразователя; мультипликативной погрешности усилителя, интегратора и аналого-цифрового преобразователя.
