W-precyzyjnych dziedzinach dystrybucji prądu stałego, takich jak magazyny energii fotowoltaicznej, stacje ładowania pojazdów elektrycznych i centra danych, mierniki mocy prądu stałego są niezbędnymi „strażnikami mocy”. Dokładność i stabilność tych mierników zależy całkowicie od jednego podstawowego wskaźnika,-jak dokładnie rejestrują i mierzą prąd przepływający przez obwód.
Dla wielu doświadczonych inżynierów elektryków „bocznik” jest bardzo znaną metodą próbkowania prądu. Jednak wraz z szybkim rozwojem technologii pojawiają się jedno po drugim nowe terminy, takie jak czujniki z efektem Halla, czujniki strumieniowe, a nawet TMR (magnetorezystancyjny tunelowy).
Czujniki efektu Halla
Czujniki te wykorzystują elementy półprzewodnikowe Halla do pomiaru prądu poprzez wykrywanie pola magnetycznego generowanego wokół przewodnika pierwotnego. Jest to bardzo popularna-bezkontaktowa metoda pomiaru, której największą zaletą jest nieodłączna izolacja elektryczna, eliminująca obawy związane z bezpośrednim wpływem wysokiego napięcia na układ pomiarowy za urządzeniem, co zapewnia wyjątkowo wysokie bezpieczeństwo.
Czujnik prądu Fluxgate
Jest to technika wykorzystująca charakterystykę nasycenia żelaznego rdzenia-o wysokiej przepuszczalności w zmiennym polu magnetycznym do pośredniego pomiaru słabych pól magnetycznych.
Jego cechy są bardzo charakterystyczne: wyjątkowo wysoka dokładność i minimalny dryft temperaturowy, dzięki czemu często wykorzystuje się go w-precyzyjnym wykrywaniu prądu stałego, monitorowaniu izolacji elektrycznej i kalibracji metrologicznej. Jednak jego wady obejmują wysoki koszt i stosunkowo małą szybkość reakcji.
Czujniki TMR itp.
TMR oznacza magnetoopór tunelowy. Mówiąc najprościej, jest to-precyzyjny czujnik magnetyczny oparty na magnetoelektronice. Jego istotą jest zastosowanie nanostruktury warstwowej składającej się z „warstwy ferromagnetycznej/-niemagnetycznej warstwy izolacyjnej/warstwy ferromagnetycznej” w celu uzyskania precyzyjnej konwersji sygnałów magnetycznych na sygnały elektryczne poprzez spin elektronów.
„Fosa” boczników: dlaczego te technologie nie mogą zachwiać swoją dominacją?
Biorąc pod uwagę-zaawansowaną technologię i potężne możliwości czujników Halla i magnesów fluxgate, dlaczego bocznik, który wygląda jak miedziany pręt lub rezystor, jest nadal najpopularniejszym i najbardziej zaufanym bocznikiem na rynku? Odpowiedź kryje się w czterech podstawowych zaletach:
Niezrównana dokładność i liniowość pomiaru
Niezależnie od tego, jak ewoluują technologie peryferyjne, prawa fizyki pozostają najbardziej uczciwe. Zasada działania bocznika opiera się na niezwykle czystym-prawie Ohma. Ponieważ jest to zasadniczo precyzyjny rezystor manganowy-miedziany o wyjątkowo niskim współczynniku temperaturowym, jego krzywa zmian-prądu rezystancji jest niemal idealną linią prostą, charakteryzującą się wyjątkową liniowością i bardzo małymi błędami nieliniowymi.
W przeciwieństwie do tego, na elementy Halla wpływa obwód magnetyczny, co powoduje niewielkie nieliniowe przesunięcia, podczas gdy magnesy fluxgate wykazują histerezę odpowiedzi. Jak zauważyli eksperci branżowi: jeśli głównym kryterium jest dokładność pomiaru prądu, wówczas najlepszym wyborem jest zawsze rozwiązanie z rezystorem bocznikowym w połączeniu z precyzyjnym przetwornikiem miliwoltowym.
Najwyższa efektywność kosztowa-efektywność i wysoka niezawodność
Chociaż czujniki z efektem Halla i bramką strumienia oferują bogatą funkcjonalność, wymagają skomplikowanych żelaznych rdzeni i cewek, a także wtórnych zasilaczy i skomplikowanych obwodów kompensacyjnych. Szczególnie na rynku liczników energii prądu stałego niektóre-precyzyjne-czujniki z efektem Halla z zamkniętą pętlą mogą kosztować od pięciu do dziesięciu razy więcej niż zwykłe rezystory bocznikowe.
Natomiast boczniki są urządzeniami niezwykle prostymi w konstrukcji, urządzeniami czysto pasywnymi i działają niezawodnie bez dodatkowego zasilania, co czyni je wyjątkowo wytrzymałymi i trwałymi. Na-wrażliwym na koszty rynku cywilnych liczników energii prądu stałego i stacji ładowania,-opłacalność boczników stanowi znaczącą zaletę, którą trudno pokonać nawet skomplikowanym czujnikom.
Potężne możliwości w-zakresie i bardzo-szerokie możliwości adaptacji do temperatury
W rzeczywistych-świecie przemysłowym prądy chwilowe często znacznie przekraczają wartości znamionowe. Jednostki bocznikowe wykazują pod tym względem niezwykłą odporność. Na przykład-precyzyjny zespół bocznikowy dostępny na rynku może z łatwością wytrzymać chwilowe prądy udarowe dziesiątki razy wyższe niż jego wartość znamionowa w pełnym zakresie temperatur od -40 stopni do +105 stopni, bez pogarszania dokładności próbkowania.
Z kolei czujniki oparte na zasadach magnetycznych są bardzo podatne na nasycenie rdzenia lub-rozmagnesowanie w wysokiej temperaturze, gdy prąd jest zbyt wysoki, co prowadzi do zniekształceń pomiarów, a nawet trwałego uszkodzenia sprzętu.
Niezwykle silna odporność na zakłócenia elektromagnetyczne
Chociaż czujniki z efektem Halla i magnetometrem z bramką strumienia umożliwiają elegancki pomiar bez-kontaktowy, w środowiskach o silnych polach magnetycznych i-zakłóceniach o wysokiej częstotliwości (takich jak w pobliżu przetwornic-wysokiej mocy lub wysoko-szyny zbiorcze) błądzące pola magnetyczne mogą z łatwością przedostać się do sygnału detekcji, powodując nieprzewidywalne błędy pomiaru.
W przeciwieństwie do tego, przetworniki bocznikowe są urządzeniami próbkującymi z czystym obwodem i bezpośrednim szeregiem. Są lojalne tylko wobec spadku napięcia na własnym oporze i praktycznie nie mają na nie wpływu zewnętrzne, rozproszone pola elektromagnetyczne. Dzięki temu są szczególnie niezawodne w złożonych szafach kompatybilności elektromagnetycznej (EMC).