Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
TermopastyTermopasty
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Jaki rdzeń do transducera z czujnikiem Halla?

16 Wrz 2017 14:07 1209 16
  • Poziom 43  
    Chcę zrobić czujnik prądu z cewką na rozciętym rdzeniu i z czujnikiem Halla w tym rozcięciu. Czyli klasyczny czujnik:
    Jaki rdzeń do transducera z czujnikiem Halla?
    Dodam że chodzi o czujnik bez sprzężenia zwrotnego. Czyli o czujnik nie Zero-Flux.
    Tylko o czujnik gdzie pole w rdzeniu zmienia się wraz z prądem. A w takim czujniku bardzo ważne są parametry rdzenia (mała histereza i mała pozostałość magnetyczna).
    I tu pytanie jakiego rdzenia użyć? Jedyny dokument jaki znalazłem o doborze rdzeni to taki:
    http://www.elnamagnetics.com/wp-content/uploa...ts/Magnetic_Cores_for_Hall_Effect_Devices.pdf
    I z niego wy wynikało że można użyć rdzeni MPP albo KOOL-MU (czyli jak rozumiem Super-MSS).
    A więc takich:
    http://www.feryster.pl/polski/rtmpp.php
    albo takich:
    http://www.feryster.pl/polski/rtmss.php
    Mam rację?

    PS. Chodzi tylko jedną sztukę a nie o produkcję. Rozcięcie rdzenia to dla mnie nie problem. Prądy do 5A. Częstotliwość max 1kHz. Więc to wszystko nie ma znaczenia dla doboru rdzenia. Chodzi mi tylko o sam materiał rdzenia.
    Darmowe szkolenie: Ethernet w przemyśle dziś i jutro. Zarejestruj się za darmo.
  • TermopastyTermopasty
  • Pomocny post
    Moderator Projektowanie
    Moim zdaniem, rdzeń musi być dobrany by pracował w przedziale liniowym rdzenia dla przedziału prądu (górny podałeś, ale dolny przedział też jest ważny gdyż rdzenie nie są liniowe od zerowego strumienia).

    Ja bym polecał coś z nanopermów, jednak ich wadą jest błyskawiczne nasycanie się (przenikalności rzędu 20000-60000). Testowałem taki materiał jako przekładnik prądowy, sprawował się bardzo dobrze.

    Właściwie chcesz badać składową stałą, że potrzebujesz czujnika halla?

    Inna sprawa, to czujniki Halla w scalaku, pod którymi przeciąga się ścieżkę lub mają własny "drut" gdzie tylko się podpinasz obwodem prądowym.

    Polecam programik do obliczania pola magnetycznego, który w sumie do takich zastosowań jest idealny:
    http://www.femm.info/wiki/HomePage

    Testowałem go i bardzo dobrze liczy parametry rdzeni, jednak interface ma straszny.
  • TermopastyTermopasty
  • Poziom 43  
    Dolnego prądu nie podam bo nie ma on sensu. Jest on po prostu równy 0.
    Po prostu chcę uzyskać pomiary od 0, ale licząc się z tym że przy tym 0 będą błędy pomiaru. Chcę po prostu żeby te błędy były jak najmniejsze. Chcę dobrać rdzeń do uzyskania małych błędów. Nie odwrotnie czyli założyć jakiś błąd i do niego szukać rdzenia, bo wtedy:
    1. Albo nie znajdę żadnego rdzenia.
    2. Albo znajdę rdzeń spełniający wymagania ale nie będący rdzeniem najlepszym (bo może się okazać że wystarczyłoby dać mocniejsze wymaganie i łatwo znalazłby się inny lepszy rdzeń).

    Potrzebuję to bezpośrednio do zbudowania czujnika prądu na czujniku Halla a pomocą rdzenia. Jest to celem samym w sobie (zasada taka jak przy pracy na uczelnię, choć nie jest to praca na uczelnię). Nie mogę więc użyć gotowych czujników czy innych rozwiązań.

    Nanopermy pewnie by mogły być. Nasycanie nie jest problemem bo występuje ono tylko w oryginalnych rdzeniach. Czyli nieprzeciętych. Przecięcie rdzenia wprowadzi szczelinę powietrzną i utrudni nasycanie.
    Natomiast dokument który podałem nie mówi nic o Nanopermach. Więc może po prostu one nie są tutaj najlepsze i lepsze są właśnie MPP i Super-MSS?
  • Moderator Projektowanie
    Albo dokument ma już 20 lat i trochę się użyte materiały zmieniły.

    Ogólnie z tego dokumentu wynika, że i tak trzeba dla każdego rdzenia wyliczyć parametry i to jeszcze wziąć pod uwagę czujnik i co dokładnie ten czujnik liczy, bo w końcu w tym przypadku pole powierzchni przekroju rdzenia i pole powierzchni pomiarowe w czujniku halla ma znaczenie i trzeba je ze sobą jakoś skorelować.
  • Poziom 43  
    _lazor_ napisał:
    Albo dokument ma już 20 lat i trochę się użyte materiały zmieniły.

    Inaczej bym to nazwał.
    Raczej pojawiły się nowe materiały i mogły one zastąpić poprzednie. Ale te poprzednie są nadal, tylko mogą już nie być używane w pewnych zastosowaniach.
    Nanopermy był już znane w czasach tego dokumentu (zdaje się że powstały w 1991 roku).

    _lazor_ napisał:
    Ogólnie z tego dokumentu wynika, że i tak trzeba dla każdego rdzenia wyliczyć parametry i to jeszcze wziąć pod uwagę czujnik i co dokładnie ten czujnik liczy, bo w końcu w tym przypadku pole powierzchni przekroju rdzenia i pole powierzchni pomiarowe w czujniku halla ma znaczenie i trzeba je ze sobą jakoś skorelować.

    To oczywiste ale nie ma wpływu na materiał rdzenia.
    Tak jak w zasilaczach stosowano powszechnie 3C90 i nie miało to związku z mocą zasilacza. Po prostu mniejszy zasilacz miał mniejszy rdzeń, a większy zasilacz miał większy rdzeń. Ale materiał był ciągle ten sam: 3C90.
    I o to samo pytam tutaj: jaki materiał do mojego zastosowania. A wymiary rdzenia do wielości prądów to ja już sobie później dobiorę.
  • Moderator Projektowanie
    Ja bym nie stosował rdzeni proszkowych, a materiały o dużej przenikalności (co za tym idzie o dużej wartości AL). Dlaczego?
    Rdzenie proszkowe mają małe AL, co za tym idzie i małą B[T] przy małych prądach i wyniki były by ciężkie do interpretowania.

    Możliwe że materiał tyczył się układów mierników prądu gdzie mierzyło się prądy w kilo amperach, wtedy proszkowy rdzeń jak najbardziej, ale gdy mówimy o pomiarach od 0, to rdzeń musi być czuły.

    Czyli ja bym zastosować nanoperm lub rdzeń ferytowy.
  • Poziom 43  
    Zapomniałem napisać że mogę nawinąć wiele zwojów na ten rdzeń. To nie musi być przewód przeciągnięty przez rdzeń (czyli 1 zwój).
  • Poziom 38  
    Wraz ze zwiększaniem liczby zwojów zwiększasz też indukcyjność uładu od strony mierzonego prądu, dodajesz dławik. Od 3C90 wydaje się lepszym materiał 3E... np. 3E5, 3E25 do takiego zastosowania. Oczywiście możesz wziąć małą przetwornicę z np. 20W żarówki energooszczędnej i wyjąć z niej rdzeń EE ze szczeliną w wersji OEM by zobaczyć jak to wygląda w rzeczywistości. Do tego regulowane źródło prądowe i dwa mierniki by zdjąć charakterystykę. Jak chcesz to zrobić w oparciu o mikrokontroler to nie ma problemu ze stablicowaniem charakterystyki przetwornika by skompensować nieliniowość wskazań.
  • Poziom 43  
    Ja mówię o nawijaniu większej ilości zwojów w przypadku użycia rdzenia o małej przenikalności.
    To nie zwiększy indukcyjności ponad tą jaką miał by jeden zwój przewleczony przez rdzeń o dużej przenikalności.
    Ale gdyby nawet indukcyjność miała wyjść, wysoka, to nie jest ona problemem. Nawet z 1mH pewnie by był akceptowalny.

    Testy oczywiście mogę robić. Ale pytanie zadałem właśnie po to żeby ich nie robić. To zbyt przyziemny projekt żeby tracić na niego tyle czasu na testy.
    Zakładałem że ktoś z Ferystera się odezwie. Oni o prostu to powinni wiedzieć więc dali by odpowiedz od ręki.
  • Poziom 38  
    Wspomniałem o 3E... gdyż spotkałem ten typ materiału w przekładnikach prądowych zasilaczy impulsowych dużej mocy. Przenikalność mają większą tak ze 2...3 razy od 3C... .
  • Poziom 43  
    No takich się właśnie używa w zasilaczach. Np. w spawarce TIG z elektrody był użyty zdaje się 3E25.
    Tylko tam to zawsze działa na wąskim zakresie prądów (łapie w zasadzie tylko szczyty prądu).
    A liniowość nie jest koniecznie wymagana.
    Obawiam się że to może znaczyć że te rdzenie wcale nie są najlepsze do mierzenia prądów czujnikami Halla. W przekładnikach prądowych do zasilaczy jakieś zalety może mają, ale niekoniecznie tutaj.
  • Moderator Projektowanie
    Moim zdaniem już przesadzasz, materiał faktycznie powinien się charakteryzować jak najmniejszą remanencją i w sumie to wszystko.

    https://www.aet.com.pl/Portals/0/Katalogi_pdf...tyki_materialow_o_wysokiej_przenikalnosci.pdf

    W powyższym materiale widać, że sporo rdzeni po nasyceniu ma remanencję na poziomie około 100mT, może inne materiały mają lepsze właściwości.

    Z namagnesowaniem się rdzenia niestety trzeba się liczyć, nawet porządne sondy prądowe od tektronixa, mają dodatkową skrzynkę z kondycjonowaniem sygnału dla odpowiednich zakresów oraz rozmagnesowanie sondy, gdyż po pomiarach 10A, nie za bardzo idzie pomierzyć 2-3mA w krótkim odcinku czasu.
  • Pomocny post
    Specjalista elektronik
    Najważniejsze parametry materiału rdzenia to: przenikalność magnetyczna µ, maksymalna indukcja Bmax, koercja Hc; potrzebne są również wymiary: długość rdzenia L (mierzona wzdłuż linii pola magnetycznego), szerokość szczeliny D - i to przy założeniu, że rdzeń ma stały przekrój, bo inaczej sytuacja jeszcze się komplikuje.

    Przenikalność magnetyczna µ powinna być znacznie większa, niż stosunek L/D - ale niekoniecznie dużo większa, dalszy wzrost przenikalności już niewiele daje, przynajmniej jeśli chodzi o czułość, ale daje poprawę liniowości, jeśli µ zmienia się (z tego względu może trzeba ograniczyć Bmax do zakresu, w którym te zmiany nie są duże - różne materiały mogą mieć różne charakterystyki, w jednych µ znacząco zmienia się już przy indukcji dużo poniżej nasycenia, w innych nie).

    Od Bmax, µ i wymiarów zależy maksymalny prąd: Imax = (L/µ+D)*Bmax/µ0, gdzie µ0=0.4π nH/mm. Jeśli tak wyliczony Imax wielokrotnie przewyższa prąd, jaki ma płynąć, to można nawinąć wiele zwojów, wtedy Imax = (L/µ+D)*Bmax/µ0/N. A koercja Hc wnosi błąd zera prądu ΔI = Hc*L/N.

    Zwracam uwagę, że duża wartość µ nie jest szkodliwa (jakkolwiek materiał, który ją ma, może mieć inne niekorzystne cechy) - nie powinna grozić nasyceniem rdzenia, bo to ma zależeć głównie od D - natomiast poprawia liniowość. Jeśli np. przy L/D=20 µ zmienia się w zakresie od 10 000 do 50 000, to zmiany µ dają błąd liniowości poniżej 0.16%; ale jeśli µ zmienia się w zakresie od 1 000 do 1 200, to błąd liniowości jest 0.32% - ponad 2 razy większy, mimo małych zmian µ. Istotne jest, o ile zmienia się 1/µ.

    Szczelina 1mm pozwala na prąd 160A dla Bmax = 200mT; nie wiem, jaką chcesz zrobić, ale trzeba zmieścić w niej czujnik, więc pewnie można będzie nawinąć kilkanaście zwojów bez obawy o nasycenie rdzenia.

    Nie należy mylić remanencji Br z koercją Hc - remanencja decyduje o namagnesowaniu pozostającym w zamkniętym rdzeniu, a dla rdzenia ze szczeliną przy D»L/µ istotna jest koercja.
  • Moderator Projektowanie
    Uważam że remanencja również jest istotna, gdyż mówi jaką wartość wskaże czujnik gdy w rzeczywistości nie będzie w obwodzie płyną prąd. Dodatkowo wartość remanencji i koercji nie jest przecież stała i zależy od maksymalnego wartości indukcji? Producenci podają Br i Hc dla stanu gdy rdzeń się w pełni nasycił, a w rzeczywistości w urządzeniu nigdy takiej wartości nie osiągnie więc i Hc i Br się zmieni, i wątpię by się to zmieniało liniowo.

    Używaj w swoich wzorach więcej nawiasów albo notacji odwróconej lub używaj LaTEX bo to się bardzo źle czyta.
  • Poziom 43  
    Jako µ rozumiesz przenikalność bezwzględną?
    Ja niestety (albo może na szczęście, z innych powodów) muszę mieć dość dużą szczelinę.
    Około 4...5mm. Bo sam czujnik ma 2mm a musi być na płytce drukowanej która ma 1.6mm.
    Przykładowo dla rdzenia MS-106075-2 jaki akurat mam, dane są takie:
    Jaki rdzeń do transducera z czujnikiem Halla?
    Jaki rdzeń do transducera z czujnikiem Halla?
    Dane stąd:
    http://www.feryster.pl/polski/mm/marnold_catalog.pdf
    Wykres strona 5, tabelka strona 43.
    Nawijając 10 zwojów uzyskam:
    H = 0.4 * pi * 10 * 5A / 6.35cm = 9.89 Oe.
    I dla tej wartości mam jeszcze dość małe zmiany przenikalności rdzenia (Mniej jak 5%. Choć tu chyba popełniłem błąd zakładając że od tych zmian bezpośrednio wyniknie błąd nieliniowości. Ale o tym dalej.).
    Jednocześnie dla tych prawie 10 Oe, mam:
    Jaki rdzeń do transducera z czujnikiem Halla?
    (wykres z dokumentu który podawałem wcześniej, z tego, strona 21)
    Dla 50 Oe dawał jakieś 700 mT (i to przy nieliniowości (spadku nachylenia dla dużych H)). Dla 10 Oe można przyjąć że da 140mT. Z tym że rdzeń 125, a ja mam rdzeń 75. Więc mój da 84mT. Trochę mało ale może by było.
    I tutaj założyłem, chyba błędne, że szczelina 5mm (a więc mniejsza niż 1/10 długości drogi magnetyczne w rdzeniu = 6.35cm) przy małej wartości µ rdzenia (µ względnej) równej tylko 75, niewiele mi zmieni efektywne µ rdzenia. Czyli że mimo szczeliny uzyskam podobne wartości B.
    No i drugi błąd, założyłem że zmiany µ wpływają liniowo na nieliniowość.
    A chyba tak nie jest. Jeżeli będą mniejsze to mógł bym nawinąć więcej zwojów albo użyć rdzenia o większym µ (µ względnym).
    Więc muszę to przeliczyć, zamiast wyznaczać to graficznie z obrazków.

    Szkoda tylko że dla tych rdzeni nigdzie nie podają remanencji ani koercji.
    Jest tylko obrazek na którym zupełnie nie widać histerezy, co sugeruje że te dwie wartości są bardzo małe.
  • Specjalista elektronik
    Uważam że remanencja również jest istotna, gdyż mówi jaką wartość wskaże czujnik gdy w rzeczywistości nie będzie w obwodzie płyną prąd.

    Nie - to niemal wyłącznie koercja o tym decyduje. Dokładniej, koercja * długość = wartość prądu, której odpowiada zero indukcji magnetycznej.

    Jako µ rozumiesz przenikalność bezwzględną?

    Nie - to jest przenikalność względna, czyli przenikalność materiału podzielona przez przenikalność próżni. Jest ona wielkością bezwymiarową; przenikalność bezwzględna ma wymiar H/m (henr na metr = (V*s)/(A*m)), dla próżni jest to 0.0000004π H/m = 0.4π nH/mm (nanohenra na milimetr).

    Pole H (natężenie pola, magnetization force) mierzy się w A/m (amper na metr), albo Oe (ersted) - 1 Oe = 1000/4π A/m, A/m = 0.004π Oe. Pole B (indukcja magnetyczna) w T (tesla), albo Gs (gauss) - 1 T = 10 000 Gs; 1 Oe w próżni wytwarza 1 Gs, na 1 T w próżni trzeba prawie 796 kA/m. W ośrodku o przenikalności µ>1 stosunek B/H jest większy (jeśli mierzymy je w Gs i Oe, to B/H=µ). 140 mT przy 10 Oe oznacza µ=140. Gs i Oe należą do układu CGS, T i A/m do Si.

    Jeśli w rdzeniu o długości efektywnej 6.35cm wytniesz szczelinę 4mm, to zostanie 59.5 mm rdzenia i jeśli µ=75, to L/µ będzie około 0.8mm, a L/µ+D - 4.8mm; prąd 1A płynący w pojedynczym zwoju wytworzy indukcję 0.262 mT=2.62 Gs, czyli pole 2.62 Oe w szczelinie. I ze szczeliną AL będzie około 16, nie 94.