В высокоточных-распределительных системах постоянного тока, таких как фотоэлектрические накопители энергии, зарядные станции для электромобилей и центры обработки данных, измерители мощности постоянного тока являются незаменимыми «сторожами мощности». Точность и стабильность этих счетчиков полностью зависят от одного основного показателя,-насколько точно они фиксируют и измеряют ток, протекающий через цепь.
Для многих опытных инженеров-электриков «шунт» является хорошо знакомым методом измерения тока. Однако с быстрым развитием технологий один за другим появляются новые термины, такие как датчики на эффекте Холла, феррозондовые датчики и даже TMR (туннельный магниторезистивный).
Датчики Холла
В этих датчиках используются полупроводниковые элементы Холла для измерения тока путем измерения магнитного поля, создаваемого вокруг первичного проводника. Это очень популярный бесконтактный метод измерения. Его самым большим преимуществом является присущая ему электрическая изоляция, исключающая опасения по поводу прямого воздействия высокого напряжения на измерительный чип, расположенный ниже по потоку, что обеспечивает чрезвычайно высокую безопасность.
Феррозондовый датчик тока
Этот метод использует характеристики насыщения железного сердечника с высокой-проницаемостью в переменном магнитном поле для косвенного измерения слабых магнитных полей.
Его характеристики весьма отличны: чрезвычайно высокая точность и минимальный температурный дрейф, что позволяет часто использовать его для высокоточного-детектирования постоянного тока, контроля электрической изоляции и метрологической калибровки. Однако к его недостаткам можно отнести высокую стоимость и относительно низкую скорость отклика.
датчики TMR и т. д.
TMR означает туннельное магнитосопротивление. Проще говоря, это высокоточный-магнитный датчик на основе магнитоэлектроники. Его суть заключается в использовании наноразмерной сэндвич-структуры «ферромагнитный слой/не-немагнитный изолирующий слой/ферромагнитный слой» для достижения точного преобразования магнитных сигналов в электрические сигналы посредством вращения электронов.
«Ров» шунтов: почему эти технологии не могут поколебать его доминирование?
Учитывая высокие-технологии и мощные возможности датчиков Холла и феррозондовых магнитов, почему шунт, который выглядит как медный стержень или резистор, по-прежнему остается самым распространенным и надежным шунтом на рынке? Ответ кроется в четырех основных преимуществах:
Непревзойденная точность и линейность измерений
Независимо от того, как развиваются периферийные технологии, законы физики остаются самыми честными. Принцип работы шунта основан на чрезвычайно чистом-законе Ома. Поскольку по сути это прецизионный марганцевый-медный резистор с чрезвычайно низким температурным коэффициентом, кривая изменения его сопротивления-тока представляет собой почти идеальную прямую линию, демонстрируя исключительную линейность и очень малые нелинейные погрешности.
Напротив, на элементы Холла влияет магнитная цепь, что приводит к небольшим нелинейным смещениям, в то время как феррозондовые магниты демонстрируют гистерезис отклика. Как отмечают отраслевые эксперты: если точность измерения тока является основным критерием, то решение с шунтирующим резистором в сочетании с прецизионным милливольтовым преобразователем всегда является лучшим выбором.
Максимальная экономичность-Эффективность и высокая надежность
Хотя датчики на эффекте Холла и феррозондовые датчики обладают широкими функциональными возможностями, для них требуются сложные железные сердечники и катушки, а также вторичные источники питания и сложные схемы компенсации. Некоторые высокоточные-прецизионные-датчики Холла с замкнутым контуром, особенно на рынке счетчиков энергии постоянного тока, могут стоить в пять-десять раз дороже, чем обычные шунтирующие резисторы.
Напротив, шунты чрезвычайно просты по конструкции, являются чисто пассивными устройствами и надежно работают без дополнительной энергии, что делает их исключительно прочными и долговечными. На рынке-чувствительных к стоимости гражданских счетчиков энергии постоянного тока и зарядных станций экономическая-эффективность шунтов представляет собой значительное преимущество, которое с трудом преодолевают даже сложные датчики.
Мощные возможности работы в-диапазоне и сверх-широкая температурная адаптация
В реальных-промышленных условиях мгновенные токи часто значительно превышают номинальные значения. В этом отношении шунтирующие устройства демонстрируют замечательную устойчивость. Например, представленный на рынке высокоточный-шунтирующий блок может легко выдерживать мгновенные импульсные токи, в десятки раз превышающие его номинальное значение, во всем диапазоне температур от -40 до +105 градусов без ущерба для точности отбора проб.
Датчики, основанные на магнитных принципах, напротив, очень чувствительны к насыщению сердечника или высокотемпературному размагничиванию-при слишком высоком токе, что приводит к искажению результатов измерений или даже к необратимому повреждению оборудования.
Чрезвычайно сильная устойчивость к электромагнитным помехам
В то время как датчики на эффекте Холла и феррозондовые магнитометры обеспечивают элегантные бесконтактные измерения, в средах с сильными магнитными полями и высокочастотными помехами (например, рядом с инверторами большой-мощности или сильноточными шинами) паразитные магнитные поля могут легко проникнуть в сигнал обнаружения, вызывая непредсказуемые ошибки измерения.
Напротив, шунтирующие преобразователи представляют собой чисто схемные устройства прямой последовательной выборки. Они лояльны только к падению напряжения на собственном сопротивлении и практически не подвержены влиянию внешних паразитных электромагнитных полей. Это делает их особенно надежными в шкафах со сложной электромагнитной совместимостью (ЭМС).