مقدمه ای بر مبدل جریان اثر هال

مبدل جریان اثر هال یک دستگاه الکترونیکی پیچیده است که برای اندازه‌گیری جریان الکتریکی به‌طور دقیق و بدون نفوذ طراحی شده است، و از اثر هال استفاده می‌کند - یک پدیده فیزیکی که توسط ادوین هال در سال 1879 کشف شد. برخلاف روش‌های اندازه‌گیری جریان سنتی که نیاز به تماس مستقیم الکتریکی با هادی دارند، این مبدل میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریان جریان را تشخیص می‌دهد، و می‌توان آن را به راحتی اندازه‌گیری کرد یا آن را به یک نسبت الکتریکی تبدیل کرد. این ویژگی غیر تماسی آن را برای محیط‌های صنعتی با ولتاژ بالا، جریان بالا و خشن که ایمنی و ایزوله‌سازی در آن‌ها حیاتی است، ایده‌آل می‌کند.

اصل کار اصلی a مبدل جریان اثر هال حول اثر هال می چرخد: هنگامی که یک هادی حامل جریان در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد، حامل های بار (الکترون ها یا سوراخ ها) درون هادی توسط نیروی لورنتس منحرف می شوند و اختلاف ولتاژ (ولتاژ هال) در هادی ایجاد می شود. در مبدل، یک عنصر هال (معمولاً از مواد نیمه هادی مانند سیلیکون یا آرسنید گالیم ساخته شده است) در میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریان اندازه گیری شده قرار می گیرد. بزرگی ولتاژ هال به طور مستقیم با شدت میدان مغناطیسی متناسب است که به نوبه خود متناسب با جریان عبوری از هادی است. با اندازه گیری این ولتاژ هال و پردازش آن از طریق مدارهای تهویه سیگنال، مبدل یک سیگنال استاندارد (مانند 4-20 میلی آمپر یا 0-10 ولت) را که با جریان اندازه گیری شده واقعی مطابقت دارد، خروجی می دهد.

مبدل های جریان اثر هال عمدتاً به دو نوع دسته بندی می شوند: مبدل های حلقه باز (غیر جبرانی) و حلقه بسته (جبران شده). مبدل های حلقه باز ساختار ساده، کم هزینه و زمان پاسخگویی سریع دارند. آنها از یک عنصر هال، یک هسته مغناطیسی برای تمرکز میدان مغناطیسی و تجهیزات الکترونیکی تهویه سیگنال تشکیل شده اند. با این حال، دقت آنها به دلیل رانش دما و اشباع مغناطیسی کمی کمتر است. از سوی دیگر مبدل های حلقه بسته دارای یک سیم پیچ جبرانی هستند که میدان مغناطیسی مخالف میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریان اندازه گیری شده ایجاد می کند و تعادل مغناطیسی را به دست می آورد. این طراحی به طور قابل توجهی دقت، خطی بودن و پایداری را بهبود می بخشد و آنها را برای کاربردهای با دقت بالا مناسب می کند.

مزایای کلیدی مبدل های جریان اثر هال شامل جداسازی گالوانیکی بین جریان اندازه گیری شده و سیگنال خروجی است که از تداخل الکتریکی جلوگیری می کند و ایمنی اپراتور را تضمین می کند. آنها همچنین دارای محدوده اندازه گیری گسترده ای از میلی آمپر تا هزاران آمپر هستند و می توانند جریان های DC و AC و همچنین جریان های گذرا را اندازه گیری کنند. علاوه بر این، آنها جمع و جور، سبک وزن هستند و مصرف انرژی پایینی دارند و به راحتی در سیستم های الکترونیکی مختلف ادغام می شوند.