Programovací jazyky pro WWW (36PJW)

Bezkontaktní měřič proudu s anizotropními magnetorezistory

Měření proudu klasickými metodami, jako je měření úbytku na referenčním rezistoru, není vhodné pro měření na vysokonapěťových rozvodech, v silových aplikacích apod., protože jsou kladeny vysoké nároky na referenční rezistor. Na tomto rezistoru vzniká ztrátový výkon, který je nutno odvést. Při velkých proudech je tento výkon značný a můžeme ho snížit snížením odporu. To však klade vysoké nároky na přesné určení hodnoty odporu. Kvůli těmto problémům se v poslední době začínají výrobci orientovat především na výrobu bezkontaktních měřičů proudu. Nejčastěji jsou tyto bezkontaktní principy založeny na indukovaném napětí v cívce, nebo použitím Hallovy sondy, která je umístěna v mezeře v toroidním jádře, které obepíná vodič. Nevýhodou těchto měřičů je malá citlivost (např. Hallova sonda - lze měřit magnetická pole řádově desítky mT až jednotky T ). Anizotropní magnetorezistory mají mnohem vyšší citlivost. V předchozích výzkumech bylo zjištěno, že umožňují měřit magnetické pole od jednotek nT po jednotky mT. Díky těmto vlastnostem je lze využít v přesných měřeních slabších magnetických polí.

Anizotropní magnetorezistory

Teorii magnetorezistivity popsal v roce 1857 W. Thomson. Základem anizotropního magnetorezistoru (AMR) je tenký pásek permalloye. Ten je zmagnetován ve směru jeho delší osy. Důležitou vlastností tohoto pásku je, že se chová jako jediná magnetická doména, a jeho odpor závisí na úhlu mezi vektorem vnitřní magnetizace a směrem protékajícího proudu. Největší odpor má pásek tehdy, je-li vektor magnetizace rovnoběžný se směrem proudu. Působením magnetického pole, kolmo na směr proudu, se úhel mezi tímto vektorem a směrem proudu zvyšuje a odpor proužku klesá. Nejmenší odpor má, svírá-li vektor magnetizace se směrem proudu pravý úhel. Změna odporu jsou řádově jednotky procent ( Py 82 - 4,2 %, Py 81 - 3 % Pro zvýšení linearity a snížení vlivu teploty se zavádí zpětná vazba. Ta je tvořena kompenzační cívkou, kterou protéká proud a vytváří tak magnetické pole, které působí proti směru vnějšího pole. V tomto uspořádání senzor pracuje jako nulový indikátor a linearita měření není ovlivněna nelineárním průběhem charakteristiky senzoru, nýbrž záleží výhradně na linearitě zpětnovazební smyčky. Nevýhodou je opět zvýšení spotřeby vlivem proudu protékajícího kompenzační cívkou.

Bezkontaktní měření proudu

Proud, který protéká nekonečně dlouhým přímým vodičem, vytváří kolem tohoto vodiče magnetické pole. Velikost tohoto pole je přímo úměrná protékanému proudu a nepřímo úměrná vzdálenosti od vodiče. Z toho plyne, že při měření tohoto magnetického pole AMR senzorem je výstupní napětí diagonály můstku přímo úměrné proudu protékajícímu měřeným vodičem. Takovéto uspořádání senzoru a vodiče není však vhodné pro měření, protože magnetické pole závisí nepřímo úměrně na vzdálenosti. Proto by docházelo k velkým chybám vlivem změn vzdálenosti senzoru od vodiče. Tuto chybu lze odstranit použitím více magnetorezistorů umístěných souměrně kolem vodiče protékaného měřeným proudem.

Popis apletu

Aplet znázorňuje přípravek sloužící k bezkontaktnímu měření proudu, pomocí anizotropních magnetorezistorů. Po obvodu měřícího přípravku je symetricky rozmístěno 8 magnetorezistů, které umožňují kompenzaci vnějšího magnetického pole. Uprostřed přípravku je vodič V1, kterým protéká měřený proud. Vodičem V2 lze simulovat vnější rušivé magnetické pole. Velikost proudu a polohu obou vodičů lze zadat pomocí dolního panelu. Intenzita působící na jednotlivé magnetorezistory je zobrazena v levém panelu. Dále je zobrazeno napětí, které odpovídá intenzitě, která na magnetorezistor působí.

Pro větší přesnost měření se snažíme magnetorezistory provozovat v blízkosti nulové intenzity mag. pole. Proto je mag. pole způsobené protékaným proudem kompenzováno mag. polem, které vyvolává kompenzační proud, který je měřítkem pro určení měřeného proudu. K ideální kompenzaci by došlo pokud by každý magnetorezistor mohl být kompenzován jiným proudem. Protože jsou kompenzacni civky magnetorezistorů, spojeny do série je nutné najít proud, který se ideální kompenzaci nejvíce blíží. To znamená, že součet zbytkových intenzit jednotlivých magnetorezistorů je minimální. Velikost nejlepší kompenzační intenzity se zobrazí po stisku tlačítka kompenzuj umístěném na levém panelu. Tato intenzita je vypočítána pomocí metody půlení intervalu kdy se hledá výsledek, který se od správné hodnoty liší o hodnotu menší než 1E-5, což je konstanta zadaná v programu. Po vykompenzování se v políčkách jednotlivých magnetorezistorů objeví zbytková intenzita, která nebyla vykompenzována.