Датчик тока
Владельцы патента RU 2445638:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" (RU)
Изобретение относится к электроизмерительному оборудованию, а именно к датчикам постоянного и переменного тока, которые входят в состав аналоговых измерительных цепей. Технический результат: увеличение чувствительности датчика тока, повышение соотношения сигнал/шум, компенсация аддитивной погрешности преобразователя Холла, входящего в состав датчика, независимость выходной величины датчика от пульсаций напряжения питания. Сущность: датчик содержит два преобразователя Холла, два токопровода, два усилителя, источник опорного напряжения и инструментальный усилитель. Выход первого токопровода соединен с входом второго токопровода таким образом, что ток в них создает магнитные поля для первого и второго преобразователей Холла в противоположных направлениях. Выходы первого и второго преобразователя Холла соединены с входами соответственно первого и второго усилителя. Выходы усилителей соединены со входами инструментального усилителя, выход которого является выходом датчика тока. Выход источника опорного напряжения, равного половине номинального значения величины напряжения источника питания, подается на вход смещения инструментального усилителя. 1 ил.
Датчик тока относится к электроизмерительному оборудованию, а именно к датчикам постоянного и переменного тока, которые входят в состав аналоговых измерительных цепей.
Известен датчик тока (RU 2288477 C1) - прототип, содержащий токопровод для измеряемого тока, преобразователь Холла с усилителем и компаратором, источник питания и аналого-цифровой преобразователь, который включает в себя три блока сравнения и три источника опорного напряжения.
Недостатками такой конструкции являются:
- низкая чувствительность;
- зависимость выходной величины от пульсаций питающего напряжения датчика;
- низкое соотношение сигнал/шум;
- систематическая аддитивная погрешность преобразователя Холла.
Известен датчик тока (RU 2321002 C1), содержащий токопровод для измеряемого тока, преобразователь Холла с усилителем и компаратором, источник питания и аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок сравнения сигнала величины тока одного направления, блок сравнения сигнала величины тока другого направления, источник опорного напряжения блока сравнения сигнала величины тока одного направления, источник опорного напряжения блока сравнения сигнала величины тока другого направления, блок сравнения сигналов для выдачи сигнала направления тока и источник опорного напряжения блока сравнения сигналов для выдачи сигнала направления тока.
Данный датчик имеет недостатки, аналогичные первому датчику.
Предлагаемый датчик тока устраняет перечисленные выше недостатки. Техническим результатом изобретения является увеличение чувствительности датчика тока, повышение соотношения сигнал/шум, компенсация аддитивной погрешности, независимость выходной величины датчика от пульсаций напряжения питания.
Для достижения указанного технического результата в датчик тока добавлен второй токопровод, второй преобразователь Холла, второй усилитель и инструментальный усилитель, при этом выход первого токопровода соединен с входом второго токопровода таким образом, что ток в них создает магнитные поля для первого и второго преобразователей Холла в противоположных направлениях, причем выходы первого и второго преобразователя Холла соединены с входами соответственно первого и второго усилителя, а выходы первого и второго усилителя соединены соответственно с первым и вторым входами инструментального усилителя, выход которого является выходом датчика тока для выдачи сигнала величины тока, кроме того, выход источника опорного напряжения, равного половине номинального значения величины напряжения источника питания, подается на вход смещения инструментального усилителя.
На фиг. показана структурная схема предлагаемого датчика тока, где
1 - вход первого токопровода;
2 - выход первого токопровода;
3 - выход второго токопровода;
4 - вход второго токопровода;
5 - первый токопровод;
6 - второй токопровод;
7 - первый преобразователь Холла;
8 - второй преобразователь Холла;
9 - первый усилитель;
10 - второй усилитель;
11 - инструментальный усилитель;
12 - источник опорного напряжения;
13 - источник питания датчика;
14 - выход датчика тока.
Технический результат, заключающийся в увеличении чувствительности и соотношения сигнал/шум и в компенсации аддитивной погрешности преобразователей Холла, обеспечивается наличием второго канала измерения тока, измеряющего ток в противоположном направлении с дальнейшим суммированием результирующих напряжений каналов с помощью инструментального усилителя. Независимость выходного напряжения датчика от пульсаций напряжения питания обеспечивается наряду с двухканальной схемой измерения тока наличием опорного источника напряжения инструментального усилителя.
Измеряемый ток подается на токопроводы (5) и (6) таким образом, что измеряемый ток втекает во вход первого токопровода (1), а вытекает с выхода второго токопровода (3). При этом выход первого токопровода (2) соединен с входом второго токопровода (4). Ток в первом (5) и втором (6) токопроводах измеряется первым (7) и вторым (8) преобразователем Холла соответственно. Выходное напряжение первого (7) и второго (8) преобразователей Холла усиливается первым (9) и вторым (10) усилителями соответственно. Выходное напряжение с первого усилителя (9) подается на неинвертирующий, а со второго усилителя (10) на инвертирующий входы инструментального усилителя (11), который формирует напряжение на выходе датчика тока (14) пропорционально разнице напряжений на неинвертирующем и инвертирующем входах со смещением задаваемым источником опорного напряжения (12).
Изобретение может быть осуществлено на основе двух датчиков тока ACS712ELCTR-05B-T Allegro MicroSystems, Inc., инструментального усилителя INA333AIDGKR Texas Instruments, источника опорного напряжения ADR441BRZ Analog Devices, источника питания с выходным напряжением 5В±5% с максимально допустимым током не менее 50 мА, а также дополнительных элементов типовой схемы включения, рекомендованных производителем вышеуказанных микросхем. Микросхемы, включенные по типовой схеме включения, соединяются между собой в соответствии с фиг., причем микросхема ACS712ELCTR-05B-T содержит все функциональные элементы одного измерительного канала, а именно: токопровод, преобразователь Холла и усилитель.
Датчик тока, содержащий токопровод для измеряемого тока, преобразователь Холла, усилитель, источник опорного напряжения и источник питания, отличающийся тем, что датчик тока дополнительно содержит второй токопровод, второй преобразователь Холла, второй усилитель и инструментальный усилитель, при этом выход первого токопровода соединен со входом второго токопровода, таким образом, что ток в них создает магнитные поля для первого и второго преобразователей Холла в противоположных направлениях, причем выходы первого и второго преобразователя Холла соединены со входами соответственно первого и второго усилителя, а выходы первого и второго усилителя соединены соответственно с первым и вторым входами инструментального усилителя, выход которого является выходом датчика тока для выдачи сигнала величины тока, кроме того, выход источника опорного напряжения, равного половине номинального значения величины напряжения источника питания, подается на вход смещения инструментального усилителя.
