Tokovni senzor je naprava, ki se uporablja za zaznavanje in merjenje pretoka električnega toka v prevodniku. Ima bistveno vlogo pri električnih merilnih, nadzornih in nadzornih sistemih s pretvarjanjem toka v merljiv izhodni signal, kot so napetost, digitalni podatki ali analogni signali. Trenutni senzorji se pogosto uporabljajo v elektroenergetskih sistemih, industrijski avtomatizaciji, opremi za obnovljive vire energije, električnih vozilih in potrošniški elektroniki.
Osnovno načelo delovanja a senzor toka je odvisen od metode, ki jo uporablja za zaznavanje toka. Ena najpogostejših vrst je metoda zaznavanja magnetnega polja. Ko električni tok teče skozi prevodnik, ustvari okoli njega magnetno polje po elektromagnetni teoriji André-Marie Ampère. Tokovni senzorji zaznajo to magnetno polje in ga pretvorijo v sorazmeren električni signal.
Široko uporabljena tehnologija zaznavanja magnetnega toka je princip Hallovega učinka. Pri tokovnem senzorju s Hallovim učinkom je Hallov element nameščen blizu magnetnega jedra, ki obdaja prevodnik. Ko tok teče skozi prevodnik, se magnetno polje koncentrira v jedru in zazna Hallov element. Hallov element proizvede majhno napetost, sorazmerno z jakostjo magnetnega polja, ki se nato ojača in obdela v uporaben izhodni signal. Ta metoda omogoča brezkontaktno merjenje in zagotavlja električno izolacijo med izmerjenim vezjem in izhodnim vezjem, kar izboljšuje varnost in zanesljivost.
Drug pogost tip je tokovni transformator, pogosto skrajšan kot CT. Deluje na osnovi elektromagnetne indukcije. Ko izmenični tok teče skozi primarni prevodnik, proizvaja spreminjajoče se magnetno polje, ki inducira sorazmeren tok v sekundarnem navitju, navitem okoli magnetnega jedra. Sekundarni tok je veliko manjši in varnejši za merjenje. To načelo sledi zakonu elektromagnetne indukcije Michaela Faradaya. Tokovni transformatorji se pogosto uporabljajo v sistemih za distribucijo električne energije, ker so natančni, zanesljivi in primerni za merjenje visokih AC tokov. Vendar pa ne morejo meriti enosmernega toka, ker enosmerni tok ne ustvarja spreminjajočega se magnetnega polja.
Druga metoda zaznavanja je tehnika s shunt uporom. Pri tej metodi je natančen nizkouporni upor postavljen zaporedno s tokovno potjo. Ko tok teče skozi upor, nastane majhen padec napetosti v skladu z zakonom Georga Ohma. Z merjenjem te napetosti in poznavanjem vrednosti upora je mogoče tok natančno izračunati. Shunt senzorji so preprosti, poceni in primerni za merjenje AC in DC. Vendar pa proizvajajo toploto zaradi odvajanja moči in ne zagotavljajo električne izolacije.
Naprednejši tokovni senzorji uporabljajo tehnologijo vrat magnetnega pretoka ali tuljave Rogowskega. Tuljave Rogowskega uporabljajo tuljavo z zračnim jedrom, nameščeno okoli prevodnika. Spreminjajoče se magnetno polje inducira napetost, ki je sorazmerna s hitrostjo spremembe toka. Po integraciji signala je mogoče pridobiti dejansko valovno obliko toka. Rogowski tuljave so lahke, fleksibilne in primerne za merjenje zelo visokih AC tokov.
Sodobni tokovni senzorji običajno vključujejo vezja za prilagajanje signala, kot so ojačevalniki, filtri in analogno-digitalni pretvorniki. Ta vezja izboljšajo natančnost, zmanjšajo hrupne motnje in zagotavljajo standardizirane izhode, kot so 0 do 5 voltov, 4 do 20 miliamperov ali digitalni komunikacijski signali. Nekateri pametni senzorji vključujejo tudi mikrokontrolerje za spremljanje v realnem času in diagnosticiranje napak.
V praktičnih aplikacijah tokovni senzorji pomagajo zaščititi električno opremo z zaznavanjem preobremenitev in kratkih stikov. Omogočajo tudi sisteme za upravljanje z energijo za spremljanje porabe energije, podpirajo sisteme za nadzor motorja za uravnavanje navora in hitrosti ter zagotavljajo varno upravljanje baterije v električnih vozilih in sistemih za shranjevanje obnovljive energije.
Če povzamemo, tokovni senzor deluje tako, da zazna magnetno polje ali spremembe napetosti, ki jih povzroči električni tok, in jih pretvori v merljive signale. Različne tehnologije zaznavanja ponujajo različne prednosti v smislu natančnosti, izolacije, stroškov in obsega uporabe, zaradi česar so tokovni senzorji nepogrešljive komponente v sodobnih električnih in elektronskih sistemih.
