5. Magnetické senzory Magnetická měření Napěťový a proudový transformátor Bezkontaktní senzory el. proudu

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "5. Magnetické senzory Magnetická měření Napěťový a proudový transformátor Bezkontaktní senzory el. proudu"

Bohumír Vítek
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 5. Magnetické senzory Magnetická měření Napěťový a proudový transformátor Bezkontaktní senzory el. proudu přednášky A3B38SME Senzory a měření zdroje převzatých obrázků: pokud není uvedeno jinak, zdrojem je monografie Haasz, Sedláček: Elektrická měření a skripta Ripka, Ďaďo, Kreidl, Novák: Senzory P. Ripka, A3M38SEM přednáška 5 1

proudu přednášky A3B38SME Senzory a měření zdroje převzatých obrázků: pokud není

2 Hlavní magnetické zákony užívané v měření Z toho lze odvodit u i = Blv měření rychlosti (tachodynama, indukční průtokoměry) Využití i v bezkontaktních senzorech proudu A3M38SEM přednáška 5 2

3 Opakování: Integrační zesilovač u 2 R I C C u 1 i 1 t u C i R u i C d d C 1 1 = = = u C u = 2 ( ) ( ) C d ) ( 1 - d ) ( 1 ) ( ) ( t u t t u RC t u t t i C t u t t t t t t + = + = = Φ Viz Haasz, Sedláček: Elektrická měření, str A3M38SEM přednáška 5 3

4 Magnetické senzory Hallova sonda Magnetorezistory Indukční cívka Fluxgate senzor nestihneme: Magnetooptické senzory SQUID NMR A3M38SEM přednáška 5 4

5 r F m r r q( v B) = Lorentzova síla Hallova sonda U H = R t H IB I t U H B Viz Haasz, Sedláček: Elektrická měření, str A3M38SEM přednáška 5 5

6 Použití Hallovy sondy a magnetorezistorů Měření magnetického pole Bezkontaktní měření elektrických proudů S permanentním magnetem: měření polohy magnet je součástí senzoru magnet je na pohyblivé části A3M38SEM přednáška 5 6

S permanentním magnetem: měření polohy magnet je součástí

7 Hallův spínač (Hallswitch) nejrozšířenější senzor polohy často CMOS min. 3 vývody různé spínací charakteristiky vymezená frekv. oblast (dynamický typ = st) polarita a hystereze i diferenční provedení i ve smart provedení Viz Ripka a kol.: Senzory a převodníky, str A3M38SEM přednáška 5 7

oblast (dynamický typ = st) polarita a hystereze i diferenční provedení i

8 Inteligentní Hallůvsenzor V DD napájecí obvody teplotní komp. oscilátor ochranné obvody spínaná Hallova sonda A/D DSP D/A 100 Ω OUT detekce úrovně napájení EPROM zámek číslicový výstup GND Micronas HAL 800: 3 vývody analogový <> digitální mod Viz Ripka a kol.: Senzory a převodníky, str A3M38SEM přednáška 5 8

úrovně napájení EPROM zámek číslicový výstup GND Micronas HAL 800: 3 vývody

9 Magnetorezistory feromagnetické: AMR (anizotropní magnetorezistance) cilivější než Hallůvsenzor citlivé v rovině chipu výr. Philips, Honeywell,... příp. GMR, TMR Pro B od 1 µt do 10 mt polovodičové: kvadratická charakteristika, pro vyšší B (cca 100 mt až 2 T) výr. Murata A3M38SEM přednáška 5 9

10 AMR (anizotropní magnetorezistor) H Y x směr M r AMR efekt: elektrický odpor ve směru magnetizace je vyšší než ve směru kolmém. Tenká vrstva permalloye (slitina FeNi) je nanesena na křemíkový substrát. Senzor tvoří jednu magnetickou doménu. Remanentní magnetizace leží ve směru x H Y otáčí magnetizaci M R se mění o 2%-3% Viz Ripka a kol.: Senzory a převodníky, str A3M38SEM přednáška 5 10

11 AMR: linearizace Posuv pracovního bodu do lineární oblasti Používané pro vyšší pole např. u senzorů polohy s permanentním magnetem Proužková struktura (Barber pole) odkloní směr proudu o 45 o (Honeywell) Vhodnější pro menší pole (např. pro kompas) A3M38SEM přednáška 5 11

u senzorů polohy s permanentním magnetem Proužková struktura (Barber

12 Philips KMZ Plný můstek z meandrových odporů s kovovými deflekčními proužky (barber poles) AMR můstkový senzor A3M38SEM přednáška 5 12

13 AMR kompas: vývoj FEL pro firmu Brownline Jednoduchý AMR kompas A3M38SEM přednáška 5 13

14 Indukční senzory u i = -dφ/dt = d(nsµ 0 µ r (t)h(t))/dt kde u i je indukované napětí do cívky s N závity (okamžitá hodnota) Φ Magnetický cívkový tok Φ = NBS S plocha cívky ( = přibližně průřezu magnetického jádra) H magnetické pole v jádru senzoru (přibližně rovné mag. H ve vzduchu) µ r (t) relativní permeabilita jádra senzoru (pro vzduchovou cívku µ r (t)= 1) u i = NS µ 0 µ r dh(t)/dt + N µ 0 µ r H ds(t)/dt + NS µ 0 H d µ r (t)/dt Indukční cívka Rotující cívka Fluxgate senzor A3M38SEM přednáška 5 14

15 Viz Haasz, Sedláček: Elektrická měření, str A3M38SEM přednáška 5 15

16 Viz Haasz, Sedláček: Elektrická měření, str A3M38SEM přednáška 5 16

17 Přesné fluxgate magnetometry pro družice A3M38SEM přednáška 5 17

18 Fluxgate object locator DIMADS Schiebel Austria, sensors from Czech Technical University A3M38SEM přednáška 5 18

19 Měření charakteristik feromagnetických materiálů Viz Haasz, Sedláček: Elektrická měření, str A3M38SEM přednáška 5 19

20 Měření charakteristik feromagnetických materiálů Viz Haasz, Sedláček: Elektrická měření, str A3M38SEM přednáška 5 20

21 Měření charakteristik feromagnetických materiálů Viz Haasz, Sedláček: Elektrická měření, str A3M38SEM přednáška 5 21

22 Měření dynamické hysterezní smyčky R B 0, tzv. napěťové magnetování sin. průběh B (vyžadováno v normě) Plocha smyčky je úměrná ztrátám ve feromagnetickém materiálu Viz Haasz, Sedláček: Elektrická měření, str A3M38SEM přednáška 5 22

23 Transformátor náhradní schema (vázaný induktor viz přednášky prof. Zemánka) Zjednodušené náhradní schéma měřicího transformátoru (přepočteno na převod 1 : 1) Viz Haasz, Sedláček: Elektrická měření, str A3M38SEM přednáška 5 23

24 Měřicí transformátor napětí Použití: měření VN, galvanické oddělení Viz Haasz, Sedláček: Elektrická měření, str A3M38SEM přednáška 5 24

25 Měřicí transformátor proudu (CT, ICT) magnetovací proud I 01 způsobuje chybu převodu a fáze požadavek: Z 2 minimální, (je udávána max. hodnota Z 2 nebo max. zdánlivý výkon ve VA) Upozornění: Sekundární obvod měřicího transformátoru proudu se za provozu nesmí rozpojit!! Viz Haasz, Sedláček: Elektrická měření, str A3M38SEM přednáška 5 25

26 Senzory pro měření el. proudu Proudový transformátor měří jen střídavé proudy bočník do cca 1000 A Převodník I/U jen pro velmi malé proudy (do 1 ma) Hallův proudový senzor AMR proudový senzor Magnetooptický proudový senzor SS transformátor Rogowského cívka měří jen střídavé nebo pulsní proudy A3M38SEM přednáška 5 26

27 Bočník Žádné galvanické oddělení Ztráty - hřeje Měřený obvod se musí rozpojit trubka a čela z vodivého materiálu I x U B keramická trubka vrstva z odporového materiálu Pro ss proudy Pro střídavé proudy (bezindukční např. koaxiální bočník) Viz Haasz, Sedláček: Elektrická měření, str A3M38SEM přednáška 5 27

28 Stacionární senzory el. proudu se jhem přímé a kompenzované U 2 n I 1 I 1 = = n n 2 I U R 2 Viz Haasz, Sedláček: Elektrická měření, str A3M38SEM přednáška 5 28

29 Stejnosměrné proudové kleště Hall A3M38SEM přednáška 5 29

30 Zpětnovazební proudové senzory a Hallovou sondou 1 A.. 1 ka sensors LTS 25 NP 25 A, 200 khz error 0.02 % sensitivity TC: 50 ppm/k A3M38SEM přednáška 5 30 LEM

31 Stacionární senzory el. proudu se jhem kompenzované LEM A3M38SEM přednáška 5 31

32 Nekompenzované Hallovy proudové senzory A3M38SEM přednáška 5 32

33 Proudový AMR senzor range A linearity 0.1 % sens. tempco ppm/k typ. offset (25 0 C) 15 ma max. offset mA ( C) A3M38SEM přednáška 5 33

34 Další proudové senzory Magnetooptické (vč. optických vláknových) Jen pro velké proudy, využívají Kerrova jevu (natáčení polarizační roviny světla v magnetickém poli) Modulační DC transformátory (na principu fluxgate ) Rogowského cívky (di/dt senzory) Používají se i v elektroměrech, vyžadují integrátor, měří jen střídavé nebo pulsní proudy nebo změny ss proudu A3M38SEM přednáška 5 34

Podobné dokumenty

7. Měření lineární a úhlové polohy. Optoelektronické a ultrazvukové senzory

7. Měření lineární a úhlové polohy. Optoelektronické a ultrazvukové senzory Prof. Pavel Ripka Katedra měření ČVUT v Praze, FEL Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti 2014 A3B38SME