ДАТЧИКИ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ХОЛЛА

Точность измерения электрического тока и напряжения является важным условием надёжности и безопасности функционирования электронной аппратуры. Наиболее совершенным и оптимальным по стоимости решением этой задачи является применение датчиков тока и напряжения на основе эффекта Холла. Такие датчики позволяют обеспечить высокую точность и скорость измерений. Они применяются для организации обратной связи в электроустановках, для контроля параметров электрических цепей, а также позволяют организовать гальваническую развязку в промышленных приводах, в преобразователях напряжения, в сварочной аппаратуре, в системах электроснабжения и в различной прочей аппратуре.
Эффект Холла
Эффект Холла заключается в возникновении поперечной разности электрических потенциалов UН в проводнике с постоянным током I, находящимся под воздействием магнитного поля B. Этот эффект был обнаружен в 1879 году американским физиком Эдвином Гербертом Холлом.
В отличие от трансформаторов тока, датчики тока с элементом Холла измеряют как постоянный, так и переменный ток.

КРИТЕРИИ ВЫБОРА ДАТЧИКОВ
1. Напряжение питания.
Промышленные датчики тока и напряжения могут подключаться к однополярному или к симметричному (биполярному) электропитанию.
Стандартные значение однополярного питания: +3,3 В, +5,0 В.
Стандарные уровни симметричного питания: ±12 В, ±15 В, ±18 В, ±24 В.
2. Точность измерения.
Выбирая прибор по данному параметру, следует учитывать, что увеличение точности влечёт за собой удорожание изделия, и зачастую, приводит к увеличению массы и габаритов изделия.
3. Уровень номинального и максимального измеряемого (первичного) электрического тока.
Датчики тока могут измерять значения от единиц ампер до тысяч ампер. Увеличение номинального и максимального измеряемого тока влечёт за собой увеличение стоимости и массо-габаритных параметров датчиков.
4. Тип корпуса.
Датчики тока и напряжения выполняются к корпусах, которые предназначены для монтажа на печатной плате или для монтажа на рейку (на панель).
5. Диапазон рабочих температур.
Варианты рабочих диапазонов достигают в нижней части до -40 °C, а в верхней части диапазона достигают до +85 °C и даже до +105 °C.

ДАТЧИКИ ТОКА С ОДНОПОЛЯРНЫМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ


Док.
Наименование
Ном. первичный ток,
А

Макс. первичный ток,
А

Напряж. питания,
В

Тип контура
Тип выхода
Уровень выходного сигнала
Точность, %
Монтаж
Корпус
Загрузка документа
HCS-CAS-06A6
± 19,2
+ 5
Замкн.
контур
Напруга
2,5
± 0,625
В
± 0,7
Все на плате
Датчик HCS-CAS
HCS-CAS-15A15
± 48
HCS-CAS-25A25
± 84
Загрузка документа
HCS-ES3A-25A25
± 50+ 3,3
Замкн.
контур
Напруга
1,65
± 0,625
В
± 0,5
Первичная через отверстие, вторичная на плате
Датчик HCS-ES3A
HCS-ES3A-50A50
± 100
HCS-ES3A-75A75
± 150
Загрузка документа
HCS-ES5A-25A25
± 80+ 5
Замкн.
контур
Напруга
2,5
± 0,625
В
± 0,5
Первичная через отверстие, вторичная на плате
Датчик HCS-ES5A
HCS-ES5A-50A50
± 120
HCS-ES5A-75A75
± 200
Загрузка документа
HCS-K5-050A50
± 100
+ 5
Разомкн.
контур
Напруга
2,5
± 0,625
В
± 1,0
Первичная через отверстие, вторичная - разъём.
Монтаж на рейке
Датчик HCS-K5
HCS-K5-100A100
± 200
HCS-K5-150A150
± 300
HCS-K5-200A200
± 400
HCS-K5-300A300
± 600
HCS-K5-400A400
± 400
HCS-K5-500A500
± 900
HCS-K5-600A600
± 900
Загрузка документа
HCS-LTS-06A6
± 19,2
+ 5
Замкн.
контур
Напруга
2,5 В
± 0,7
Первичная через отверстие, вторичная на плате
Датчик HCS-LTS
HCS-LTS-15A15
± 48
HCS-LTS-25A25
± 80
HCS-LTS-50A50
± 150
Загрузка документа
HCS-LTS3-06A6
± 12
+ 3,3
Замкн.
контур
Напруга
2,5 В
± 0,7
Первичная через отверстие, вторичная на плате
Датчик HCS-LTS3
HCS-LTS3-15A15
± 30
HCS-LTS3-25A25
± 50
HCS-LTS3-50A50
± 84
Загрузка документа
HCS-PS5-05A5
± 16
+ 5
Замкн.
контур
Напруга
2,5 В
± 0,625
В
± 0,7
Все на плате
Датчик HCS-PS5
HCS-PS5-06A6
± 19,2
HCS-PS5-10A10
± 32
HCS-PS5-15A15
± 48
HCS-PS5-25A25
± 80

ДАТЧИКИ ТОКА С СИММЕТРИЧНЫМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ


Док.
Наименование
Ном. первичный ток,
А

Макс. первичный ток,
А

Напряж. питания,
В

Тип контура
Тип выхода
Уровень выходного сигналаТочность, %
Монтаж
Корпус
Загрузка документа
HCS-151-10025
± 55± 15
Замкн.
контур
Ток
25 мА
± 0,5
Все на плате
Датчик HCS-151
HCS-151-100B50
± 100
20 мА
Загрузка документа
HCS-151-10425
± 55
± 15
Замкн.
контур
Ток
12,5 мА
± 0,5
Все на плате
Датчик HCS-151-104 / HCS-151-204
HCS-151-20450
± 120
25 мА
Загрузка документа
HCS-AP-050A50
± 150
± 12
...
± 18
Замкн.
контур
Ток
50 мА
± 0,5
Первичная через отверстие, вторичная на плате
Датчик HCS-AP
HCS-AP-100A100
± 300
50 мА
HCS-AP-125A125
± 375
125 мА
HCS-AP-200A200
± 600
100 мА
Загрузка документа
HCS-BR-050A50
± 150
± 15
Разомкн.
контур
Напруга
4 В
± 1,0
Первичная через отверстие.
Установка на рейке
Датчик HCS-BR
HCS-BR-100A100
± 300
HCS-BR-150A150
± 450
HCS-BR-200A200
± 600
HCS-BR-300A300
± 900
HCS-BR-400A400
± 900
HCS-BR-500A500
± 900
HCS-BR-600A600
± 900
Загрузка документа
HCS-F-0200A200
± 400
± 15
Разомкн.
контур
Напруга
4 В
± 1,0
Первичная через отверстие.
Установка на рейке
Датчик HCS-F
HCS-F-0400A400
± 800
HCS-F-0600A600
± 1200
HCS-F-0800A800
± 1600
HCS-F-1000A1000
± 2000
HCS-F-2000A2000
± 3000

HCS-HAX-200A200
± 600
± 15
Разомкн.
контур
Напруга
4 В
± 1,0
Первичная через отверстие.
Установка на рейке
Датчик HCS-HAX
HCS-HAX-600A600
± 1800
HCS-HAX-800A800
± 2400
HCS-HAX-1000A1000
± 3000
HCS-HAX-1500A1500
± 4500
HCS-HAX-2000A2000
± 5500
HCS-HAX-2500A2500
± 5500
Загрузка документа
HCS-K3-050A50
± 150
± 15
Разомкн.
контур
Напруга
4 В
± 1,0
Первичная через отверстие.
Установка на рейке
Датчик HCS-K3
HCS-K3-100A100
± 300
HCS-K3-150A150
± 450
HCS-K3-200A200
± 600
HCS-K3-300A300
± 900
HCS-K3-400A400
± 900
HCS-K3-500A500
± 900
HCS-K3-600A600
± 900
Док.
Наименование
Ном.
первичный
ток,
А

Макс.
первичный
ток,
А

Напряж.
питания,
В

Тип
контура

Тип
выхода

Уровень выходного сигналаТочность,
%

Монтаж
Корпус
Загрузка документа
HCS-LA-025A25
± 55
± 12
...
± 15
Замкн.
контур
Ток
25 мА
± 0,5
Первичная через отверстие, вторичная на плате
Датчик HCS-LA
HCS-LA-050A50
± 70
50 мА
HCS-LA-075A75
± 105
50 мА
HCS-LA-100A100
± 150
50 мА
Загрузка документа
HVS-LSP-2020
± 20
± 5
Замкн.
контур
Напруга
2,5 В
± 0,7
Первичная через отверстие, вторичная на плате
Датчик HCS-LSP
HVS-LSP-2525
± 25
Загрузка документа
HCS-LT205M-050A50
± 150
± 12
...
± 18
Замкн.
контур
Ток
50 мА
± 0,5
Первичная через отверстие, вторичная - разъём
Датчик HCS-LT205
HCS-LT205M-100A100
± 300
50 мА
HCS-LT205M-200A200
± 600
100 мА
HCS-LT205M-300A1300
± 600
150 мА
HCS-LT205M-300A2300
± 900
100 мА
HCS-LT205S-050A50
± 150
± 12
...
± 18
Замкн.
контур
Ток
50 мА
± 0,5
Первичная через отверстие, вторичная - клеммник
HCS-LT205S-100A100
± 300
50 мА
HCS-LT205S-200A200
± 600
100 мА
HCS-LT205S-300A1300
± 600
150 мА
HCS-LT205S-300A2300
± 900
100 мА
Загрузка документа
HCS-LT305M-300A300
± 900
± 15
...
± 24
Замкн.
контур
Ток
100 мА
± 0,5
Первичная через отверстие, вторичная - разъём
Датчик HCS-LT305
HCS-LT305M-400A400
± 1200
HCS-LT305M-500A500
± 1500
HCS-LT305S-300A300
± 900
± 15
...
± 24
Замкн.
контур
Ток
100 мА
± 0,5
Первичная через отверстие, вторичная - клеммник
HCS-LT305S-400A400
± 1200
HCS-LT305S-500A500
± 1500
Загрузка документа
HCS-LTR-050A50
± 150
± 12
...
± 18
Замкн.
контур
Ток
50 мА
± 0,5
Первичная через отверстие.
Установка на рейке
Датчик HCS-LTR
HCS-LTR-100A100
± 300
50 мА
HCS-LTR-200A200
± 600
100 мА
HCS-LTR-300A1300
± 600
150 мА
HCS-LTR-300A2300
± 900
100 мА
Док.
Наименование
Ном.
первичный
ток,
А

Макс.
первичный
ток,
А

Напряж.
питания,
В

Тип
контура

Тип
выхода

Уровень выходного сигналаТочность,
%

Монтаж
Корпус
Загрузка документа
HCS-P-03A3
± 9
± 15
Замкн.
контур
Напруга
± 4 В
± 0,5
Все на плате
Датчик HCS-P
HCS-P-05A5
± 15
HCS-P-10A10
± 30
HCS-P-15A15
± 45
HCS-P-20A20
± 60
HCS-P-25A25
± 75
HCS-P-30A30
± 90
HCS-P-50A50
± 150
Загрузка документа
HCS-SY-03A3
± 6
± 15
Замкн.
контур
Напруга
± 4 В
± 0,5
Все на плате
Датчик HCS-SY
HCS-SY-05A5
± 15
HCS-SY-10A10
± 30
HCS-SY-15A15
± 45
HCS-SY-20A20
± 60
HCS-SY-25A25
± 75
HCS-SY-30A30
± 90
HCS-SY-50A50
± 150
Загрузка документа
HCS-SYA-03A3
± 6
± 15
Замкн.
контур
Ток
20 мА
± 0,5
Все на плате
Датчик HCS-SYA
HCS-SYA-05A5
± 10
HCS-SYA-10A10
± 20
HCS-SYA-15A15
± 30
HCS-SYA-20A20
± 40
HCS-SYA-25A25
± 50
HCS-SYA-30A30
± 60
HCS-SYA-50A50
± 100

ВЫСОКОТОЧНЫЕ ДАТЧИКИ ТОКА


Док.Наименование
Ном.
первичный
ток,
А

Макс.
первичный
ток,
А

Напряж.
питания,
В

Тип
контура

Тип
выхода

Уровень выходного сигналаТочность,
%

Монтаж
Корпус
Загрузка документа
HCS-LF-1000A1000
± 1800
± 12
...
± 24
Замкн.
контур
Ток
200 мА
± 0,2
Первичная через отверстие, вторичная - разъём
Датчик HCS-LF
HCS-LF-2000A2000
± 3800500 мА
Загрузка документа
HCS-LF1005-500A500
± 1200± 12
...
± 24
Замкн.
контур
Ток
100 мА
± 0,2
Первичная через отверстие, вторичная - разъём
Датчик HCS-LF1005
HCS-LF1005-1000A1000
± 1500200 мА
Загрузка документа
HCS-SH-1000A1000
± 2000± 15
...
± 24
Замкн.
контур
Ток
200 мА
± 0,2Первичная через отверстие, вторичная - плоские ножевые контакты
Датчик HCS-SH

ДАТЧИКИ НАПРЯЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ХОЛЛА


Док.
Наименование
Ном.
первичный
ток,
А

Макс.
первичный
ток,
А

Напряж.
питания,
В

Тип
контура

Тип
выхода

Уровень выходного сигналаТочность,
%

Монтаж
Корпус
Загрузка документа
HVS5-25A
Upn = (5 ... 1200) В
5 мА
± 7 мА
± 15
Замкн.
контур
Ток
25 мА
± 0,5
Все на плате
Датчик HVS5
HVS10-25A
Upn = (10 ... 500) В
10 мА
± 14 мА
Загрузка документа
HVS-AS3.3-05
Upn max = 1200 В
5 мА
± 10 мА+ 3,3
Замкн.
контур
Напруга
1,65 В
± 0,625
В
± 0,5Все на плате
Датчик HVS-AS3.3
HVS-AS3.3-10
Upn max = 1200 В
10 мА
± 20 мА

Датчики тока с разомкнутым контуром работают по схеме прямого усиления. Они позволяют измерять постояный и переменный ток с любой формой сигнала. Такие приборы конструируются для работы с электрическими токами от единиц до сотен тысяч Ампер. Точность измерения составляет единицы процентов.
Датчики прямого усиления обладают относительно невысокой стоимостью и небольшими массо-габаритными параметрами.
Схема датчика тока на эффекте Холла с разомкнутым контуром:
Схема датчика тока на эффекте Холла с разомкнутым контуром

Датчики тока с замкнутым контуром имеют полную (100%-ную) обратную связь. Они также называются датчиками с нулевым потоком или компенсационными датчиками, т.к. имеют встроенную компенсационную цепь. Диапазон измеряемых токов для такой системы от единиц до десятков тысяч Ампер. Это может быть постоянный ток и переменный ток с любой формы сигнала. Точность измерения - десятые доли процента.
Датчики тока на эффекте Холла с замкнутым контуром обладают отличной точностью, прекрасной линейностью, очень широким частоным диапазоном, очень хорошим быстродействием, хорошей помехоустойчивостью. Компенсационные датчики без повреждений выдерживают токовые перегрузки.
Датчик тока на эффекте Холла с замкнутым контуром:
Схема датчика тока на эффекте Холла с замкнутым контуром

Датчики напряжения на основе эффекта Холла созданы на основе датчиков тока с замкнутым контуром. В первичной цепи датчика имеется задающий резистор первичной цепи и многовитковая катушка, создающая большое значение ампер-витков для увеличения первичной индукции. У таких приборов набор измеряемых напряжений охватывает широчайший диапазон, который зависит от свойств первичной обмотки и сопротивления резистора первичной цепи. Точность измерения напряжения - доли процента.
Датчик напряжения с замкнутым контуром:
Схема датчика напряжения на эффекте Холла

В интегральных датчиках напряжения магнитопровод отсутствует. Такие датчики содержат входной делитель напряжения. Сигнал с делителя поступает на усилитель с гальванической развязкой. Быстродействие, линейность, точность, частотные свойства таких датчиков определяются свойствами усилителя сигнала.
Интегральный датчик напряжения:
Схема интегрального датчика напряжения

Огромная благодарность Марьяне Гетьман за помощь в создании этой статьи.