Измеритель тока

Полезная модель относится к измерительной технике, и в частности к измерению тока с использованием эффекта Холла.
Известен измеритель тока (измеритель CSLACD фирмы Honeywell, http://www.compel.ru/images/catalog/334/CSLA2CD/htm), содержащий микросхему SS94A1, в которую встроены элемент Холла, усилитель и стабилизированный источник питания, магнитопровод, имеющий зазор, в котором установлена эта микросхема, и охватывающий проводник с измеряемым током.
Недостатком этого измерителя является сравнительно низкая помехозащищенность от внешних электромагнитных наводок и довольно большие габариты, за счет выполнения конструкции измерителя в виде автономного датчика тока.
Известен измеритель постоянного тока (патент на полезную модель RU 114788 G01R 1/44 от 25.10.2011 г.), содержащий две микросхемы SS94A1, в которые встроены чувствительные элементы Холла, усилители и стабилизаторы напряжения, дифференциальный усилитель, входы которого подключены к соответствующим выходам микросхем, магнитопровод, имеющий два зазора, в которые установлены эти микросхемы, и охватывающий проводник с измеряемым током. Этот измеритель имеет довольно хорошую помехозащищенность от внешних электромагнитных наводок, за счет использования дифференциального усилителя и соответствующего расположения двух микросхем в магнитопроводе, который является концентратором магнитного поля, создаваемого измеряемым током.
Однако, за счет выполнения конструкции измерителя в виде автономного датчика тока, в который вводится внешний проводник с измеряемым током, он имеет довольно большие габариты.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является измеритель тока, выполненный в виде планарной микросхемы CSA-1V, в которую встроены чувствительный элемент Холла, усилитель и стабилизатор напряжения. Эта микросхема устанавливается на печатной плате над печатной токоведущей дорожкой, по которой течет измеряемый ток. Благодаря планарной конструкции, данный измеритель имеет малые габариты и вес (фирма SENTRON AG, Швейцария).
Недостатком данного измерителя тока является низкая помехозащищенность от внешних магнитных и электромагнитных наводок.
Задача, решаемая предлагаемым техническим решением, заключается в повышении помехозащищенности от внешних магнитных и электромагнитных воздействий на измеритель тока.
Ожидаемый технический эффект достигается тем, что в измеритель тока, содержащий планарную микросхему CSA-1V, в которую встроены чувствительный элемент Холла, усилитель и стабилизатор напряжения, печатный проводник с измеряемым током, над частью которого установлена микросхема с элементом Холла CSA-1V, введены дифференциальный усилитель и вторая однотипная микросхема с чувствительным элементом Холла CSA-1V, установленная под той же частью печатного проводника с измеряемым током, выходы первой и второй микросхем с чувствительными элементами Холла подключены к входам дифференциального усилителя, причем микросхемы с элементами Холла, установлены так, что их магниточувствительные входы расположены противофазно.
На фиг. 1 приведена функциональная схема измерителя тока, а на фиг. 2 приведено размещение микросхем с элементами Холла на печатной плате.
Измеритель тока содержит печатную плату 1 с измеряемым током 2, микросхемы CSA-1V с чувствительными элементами Холла 3 и 4, установленные соответственно над и под частью печатного проводника 2. При этом магниточувствительные входы микросхем с чувствительными элементами Холла 3 и 4 установлены противофазно. Выходы микросхем 3 и 4 подключены к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилителя 5, выход которого подключен к индикатору 6.
вых
При отсутствии тока в проводнике 2 на микросхемы с чувствительными элементами Холла 3 и 4 не воздействует магнитное поле, и на их выходах вырабатываются исходные напряжения смещения, равные половине напряжения питания Uo=E/2, которые поступают на инвертирующий и неинвертирующий входы дифференциального усилителя 5. Так как микросхемы с элементами Холла 3 и 4 однотипны, то и напряжения смещения на их выходах одинаковы, поэтому на выходе дифференциального усилителя 5 вырабатывается разностное напряжение U=Uo3 -Uo4=0.
При воздействии магнитной и электромагнитный наводки на чувствительные элементы Холла 3 и 4 на их выходах вырабатываются одинаковые электрические сигналы Uп3=Uп4, которые поступают на инвертирующий и неинвертирующий входы дифференциального усилителя 5, на выходе которого вырабатывается разностное напряжение Uп5=Uп3 - Uп4=0, также равное нулю.
При протекании постоянного тока по проводнику 2 вокруг него создается постоянное магнитное поле, которое воздействует и на микросхемы с чувствительными элементами Холла 3 и 4 противофазно по направлению, но одинаково по амплитуде. В результате, на выходах микросхем 3 и 4 вырабатываются одинаковые по величине, но противоположные по знаку приращения сигналов ΔU3 и - ΔU4, прямо пропорциональные величине магнитного поля и измеряемому току в проводнике 2. На выходе дифференциального усилителя 5 они складываются между собой ΔU3+ΔU4, в то время как постоянные напряжения смещения Uo3, Uo4 вычитаются. Таким образом, на выходе дифференциального усилителя 5 вырабатывается разностное напряжение ΔU5=Uo3 -Uo4+ΔU3+ΔU4=ΔU3+ΔU4, которое прямо пропорционально величине тока, протекающего в проводнике 2, и индицируется на индикаторе 6.
Очевидно, что и при воздействии температуры характер изменения напряжений смещения Uo3, Uo4 на выходах микросхем с элементами Холла 3 и 4 одинаков, поэтому разностное напряжение на выходе дифференциального усилителя 5 Uo5=Uo3 - Uo4 останется равным нулю.
Введение дифференциального усилителя и второй планарной однотипной микросхемы с чувствительным элементом Холла и соответствующее подключение их к дифференциальному усилителю позволяет исключить синфазную помеху, возникающую при воздействии внешних магнитных и электромагнитных наводок, при сохранении высокой температурной стабильности измерений.
Литература.
1. Измеритель типа CSLACD с микросхемой SS94A1 фирмы Honeywell, http://www.compel.ru/images/catalog/334/CSLA2CD/htm.
2. Полезная модель №114788, кл. G01R/44, 25.10.2011 г.
3. Планарная микросхема с встроенным элементом Холла CSA-1V фирмы SENTRON AG. http://www.sentron.ch.