Mamy przewodnik, w którym płynie sobie prąd o jakiejś wartości i teraz w prosty sposób chcieli byśmy tę wartość zmierzyć. Oczywiście możemy zastosować jakiś amperomierz lub rezystor o małej wartości i badać na nim spadek napięcia. Niestety wszystkie te sposoby wiążą się z ingerencją w układ, bo przewodnik musimy przerwać i amperomierz lub rezystor włączyć w układ.

Ale co zrobić, jeśli nie ma możliwości przerwania obwodu ? Jak dobrze wiemy, każdy przewodnik elektryczny, przez który płynie prąd wytwarza wokół siebie pole magnetyczne, czy mierząc to pole możemy coś powiedzieć o przepływie prądu, który to pole wytworzył ? Oczywiście, że tak - tak właśnie działają wszystkie cęgowe mierniki prądu, ale większość z nich to po prostu okrągły rdzeń, na który nawinięto zwoje drutu i w tych zwojach indukuje się prąd proporcjonalny do tego w badanym obwodzie. Ten sposób ma wiele wad: po pierwsze możemy badać tylko prądy zmienne a po drugie ich częstotliwości nie mogą być zbyt duże. Co zrobić jeśli chcemy zbadać wartości prądów stałych lub szybkozmiennych lub tylko krótkie impulsy prądu w przewodniku ?

Z pomocą przychodzi nam element o nazwie Hallotron. Jest to w rzeczywistości bardzo cienka płytka wykonana z półprzewodnika do której wprowadzono cztery elektrody. Przez dwie z nich należy przepuścić mały prąd o stałej wartości. Strumień indukcji magnetycznej badanego pola generuje siłą Loretza prostopadłą do kierunku przepływu ładunków tworzących prąd. To powoduje zmianę liczby ładunków na obu końcach płytki czyli różnicę potencjałów tworzących napięcie Halla V_H. Napięcie to jest proporcjonalne do wartości natężenia strumienia indukcji.

Firma LEM zastosowała przedstawione zjawisko właśnie do bezkontaktowego pomiaru prądów. Jeden ze sposobów połączeń demonstruje kolorowy rysunek przedstawiony powyżej. Prąd wywołuje strumień indukcji w rdzeniu, w którego szczelinie umieszczony jest hallotron, napięcie halla podawane jest na wzmacniacz operacyjny i jest proporcjonalne do badanego prądu. Niestety ten układ też ma pewne ograniczenia jeśli chodzi o częstotliwości i zakresy mierzonych prądów. Wskutek magnesowania rdzenia w zależności od tego z jakiego materiału jest on wykonany mogą wystąpić błędy pomiarowe.

Zastosowanie pętli sprzężenia zwrotnego wyraźnie zwiększa osiągi czujników, na skutek sprzężenia indukcja B utrzymuje się blisko 0 i nie następuje zjawisko nasycenia magnetycznego rdzenia.
Podczas, gdy czujniki z otwartą pętlą dawały nam napięcie V_H proporcjonalne do mierzonego prądu, czujniki z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego dają drugi prąd I_S proporcjonalny do V_H o takiej wartości, aby skompensować pole B - wytworzone przez prąd mierzony. Oczywiście możemy w układzie zastosować mały rezystorek pomiarowy R_m by otrzymać napięcie proporcjonalne do mierzonego prądu.
Jakie są zalety tego typu czujników ? Dają nam ogromne możliwości pomiarowe jakich nigdy nie otrzymamy stosując zwykłe przekładniki, możemy zmierzyć bezkontaktowo wartość prądu stałego, możemy dokładnie badać prądy zmienne o częstotliwościach nawet do 500 kHz, możemy także badać bardzo krótkie impulsy prądów i oglądać jak zmieniają się w czasie.
To wszystko teoria a ja jak zwykle muszę wszystko sprawdzić w praktyce. W firmie Dacpol, która jest dystrybutorem firmy LEM nabyłem przetwornik LA100-P, w którym zamknięto układ z powyższego schematu bez rezystora pomiarowego. Dzięki niemu możemy bezkontaktowo mierzyć prądy w zakresie +/- 150 A i o częstotliwościach do 200 kHz. Współczynnik di/dt dla tego czujnika, czyli możliwy przyrost prądu w jednostce czasu, to 200A/us. Umożliwi nam to dokładne zobrazowanie nawet bardzo krótkich zmian prądu. Do uruchomienia przetwornika niezbędny nam będzie zasilacz symetryczny, który dostarczy napięcia +/- 15 V oraz rezystor pomiarowy o wartości np. 27 ohm. Ja stosuję właśnie taki i sprawdza się świetnie.
Próbę uruchomienia opiszę od samego początku czyli od zbudowania zasilacza symetrycznego +/- 15V, schemat można wyciągnąć z Internetu podczas krótkiej chwili poszukiwań, np. taki jak poniżej.

I w dość prosty sposób zmontować na płytce prototypowej.

Gdy mamy już zasilacz, podłączamy go do opisanych na obudowie zacisków, a trzecie dostępne złącze opisane literą M poprzez rezystor pomiarowy łączymy z zaciskiem 0V naszego zasilacza, spadek napięcia na tym rezystorze będzie proporcjonalny do wartości prądu płynącego przez przewodnik umieszczony w okienku przetwornika. oczywiście rezystor pomiarowy nie musi być dużej mocy jak na zdjęciu powyżej, ja po prostu taki miałem. Zapraszam na następną stronę.