Miliampermetru cu senzor Hall proportional

[RockDok]

Imi pare potrivita aceasta sectiune a forumului pentru acest subiect fiindca implica inductie in miez, toroid de pudra metalica, inductante si multe alte notiuni familiare cititorilor acestei sectiuni.

Incerc un enunt cit de cit ingineresc:

 

In imaginea atasata este prezentat un tor de pulbere metalica T44-18 cu A_L= 25.5 nH/N², intr-o sectiune transversala in miez este plasat un senzor Hall proportional avind o rezolutie la iesire de 5mV/Gauss. Se pune problema cite spire N_x trebuie infasurate pe tor astfel incit la trecerea a 100mA prin inductanta astfel creata sa se realizeze o intensitate a cimpului magnetic in tor cu valoarea de 700 Gauss, care sa provoace o excursie de tensiune la iesirea senzorului Hall de 3.5V.

 

Problema ar putea fi pusa si in modul urmator: ce valoare A_L a unui tor este necesara pentru ca la o infasurare de 10 spire pe tor si un curent de 100mA prin infasurare, in miezul torului sa se realizeze o intensitate a cimpului magnetic de 700 Gauss.

 

 

Am sa incerc rezolvarea pornind de la urmatorul link:

https://en.wikipedia.org/wiki/Tesla_(unit)

Editat Iunie 16, 2017 de RockDok

[gsabac]

 

" intensitate a cimpului magnetic de 700 Gauss. "

 Afirmatia este in limba romana, de aceea cred ca pentru inceput se poate pune urmatoarea intrebare:

 Intensitatea cimpului magnetic se masoara in Gauss ?

 

@gsabac

Editat Iunie 17, 2017 de gsabac

[RockDok]

NO, corect ar trebui sa fie "densitate a fluxului magnetic" iar 700G = 0.07T. In fituica intensitatea cimpului magnetic are drept unitate de masura A/m.

Tre sa fac un pic de ordine intre Lorentz, Tesla, Ampere, Gauss, Henry, Volt, Joule, Newton si multi altii ce mi se invirt haotic prin cap, cind ar fi trebuit sa fac asta studiam alte prostii, cum ar fi modul cum se invirt electronii in jurul atomilor si ciudatele moduri in care acestia se cupleaza. Greu...

[gsabac]

 

In imaginea atasata este prezentat un tor de pulbere metalica T44-18 cu A_L= 25.5 nH/N², intr-o sectiune transversala in miez este plasat un senzor Hall proportional avind o rezolutie la iesire de 5mV/Gauss. Se pune problema cite spire N_x trebuie infasurate pe tor astfel incit la trecerea a 100mA prin inductanta astfel creata sa se realizeze o intensitate a cimpului magnetic in tor cu valoarea de 700 Gauss, care sa provoace o excursie de tensiune la iesirea senzorului Hall de 3.5V.

 

Senzorul indicat are integrat un dispozitiv Hall si amplificatoare, dar si alte module. Este normal alimentat la 5V si tensiunea de iesire

 fara curent prin bobina (deci fara cimp magnetic) este de 2,50V. Excursia de tensiune maxima este de circa +/-2V, de aceea

  iesirea senzorului nu poate genera o excursie de tensiune de 3,5V.

Eu as pune un circuit care sa transfere +2,50V in 0,00V apoi as folosi un amplificator alimentat simetric, care sa scoata

  la iesire cei 3,50V ceruti la prima postare.

Cred ca ar fi buna o schema pentru inceput, dar si curbele H-B ale torului utilizat si mai ales cu ce procedeu mecanic se poate face in el

 o taietura de 1,1mm in care sa se introduca senzorul. Nu cumva miezul se dezintegreaza la eforturi mecanice ?

 

@gsabac

Editat Iunie 17, 2017 de gsabac

[RockDok]

Ar fi OK si o excursie de tensiune de +/-2V la iesirea senzorului ( de la 2.5V spre 0V). Schema este simpla, 5V alimentare senzor iar iesirea senzorului intra pe un pin de conversie AD intr-un uC In cazul asta Arduino Nano. Cu o referinta de 3.3V as avea o rezolutie de care sa ma pot folosi.

 

Cred ca as putea taia torul cu o freza diamantata:

https://www.tehnoelectric.ro/produse/20_915_trusa_freze_disc_diamantate_diam_50_mm

T44-18 este din pulbere metalica tip 18. Desigur as putea folosi si alte toruri. Sa vad unde ma duc niste calcule.

 

Niste calcule orientative:

 

L = A_L x N² [H]    // L - Inductanta bobinei de N spire realizata pe un tor T44-18 cu AL= 25.5 nH/N²

 

Sa presupunem 10 spire pentru N, atunci

 

L = 25.5 x 10² = 2550 nH = 2.5 uH

 

pentru calculul densitatii fluxului magnetic se poate folosi formula:

 

B = ( L x I ) / s² [T]  

 

B - inductia magnetica ( cunoscuta si drept densitate a fluxului magnetic),

I - curentul prin L,

s - suprafata sectiunii = 0.099 cm² in cazul T44-18

 

B = ( 2.5 x 10^-6 x 0.1) / ( 0.099 x 10^-4)  [T] sau B x 10⁴ [G]

 

B = ( 2.5 x 10^-6 x 0.1 x 10⁴) / ( 0.099 x 10^-4) [G] = 253 Gauss

 

ceea ce la iesirea din senzorul Hall ar duce la o excursie de 1.3V

 

Daca nu am gresit pe undeva cei 1.3V sint in domeniul care ma intereseaza, am sa incerc cu un tor mai mare si voi ajusta numarul de spire pentru 400G.

 

 

 

 

 

[gsabac]

Am pus intrebarea tehnologica, deoarece nu am resit  taierea unui tor din pulberi metalice cu scule din otel.

Asa ar trebui sa fie inductia, daca intrefierul (gap-ul) ar fi nul, dar in acest caz la 1,1mm intrefier, inductia magnetica 

 este mult mai mica si mai ales in torul cu sectiunea de circa 10 mm patrati, cimpul util este mult mai mic si neuniform,

 deci dispozitivul trebuie "ghicit" cu precizie in intrefier.

Mai trebuie sapat teoretic sau experimental.

Avantajul dispozitivului Hall, merge la CC si linear pina la circa 10KHz

 

@gsabac

[RockDok]

Am sa incep cu realizarea intrefierului. Cred ca a venit vremea sa-mi cumpar freza din link-ul:

https://www.tehnoelectric.ro/produse/ap_7503_trusa_multifunctionala_alim_18_v

14000 RPM + disc freza diamantat, daca nu taie tor-ul poate incerc cu electroeroziune.

[gsabac]

Daca doriti, puteti aprofunda calculele cu relatiile din atasament si selectate in poza.

 

 

@gsabac

 

[RockDok]

Multumesc, in lucru ...

[RockDok]

Nu mi-a luat mai mult de 30 sec. sa trec prin tor si inca pe atit sa-l rectific. Nu am folosit cine stie ce masina de frezat, cu ce se vede dau eu gauri in cablaj.

 

Voi calcula spire pentru T68-52 / 10mA / 400G si T68-52 / 100mA / 400G.

 

Nici nu indraznesc sa ma gindesc unde va duce asta la stabilirea PSF-urilor, in amplifuri cu lampi, controlate cu uC. Desigur daca merge.

[RockDok]

Numarul de spire pentru T68-52 astfel incit sa produca o inductie de 400G in miez la un curenyt de 100mA ar trebui sa fie

 

N_0.1 = sqrt( ( B [T] * s [m²] ) / ( A_L [ nH/N²] * I [A]))

 

N_0.1 = sqrt( ( 0.04 * 0.187 * 10^-4) / ( 40 * 10^-9 * 0.1))  = 14 sp.

 

N_0.01 = sqrt( ( 0.04 * 0.187 * 10^-4) / ( 40 * 10^-9 * 0.01)) = 43 sp. - un pic mult, va trebui sa folosesc alt tor, mai mare. pentru 10mA

[gsabac]

Cred ca vreo 500-1000 de spire poate crea aceasta inductie in intrefier. Activati formula de la pagina #8

  si tineti cont de permeabilitatea initiala a miezului, de lungimea medie, intrefier si sectiunea sa.

Rezultatul este pentru o mica suprafata din centrul intrefierului.

 

@gsabac

[RockDok]

Aveti dreptate, cu 15 sp. abia am obtinut o variatie de 20mV la iesirea senzorului Hall.

Noroc de faptul ca bobinarea pe un tor cu fanta este extrem de usoara ( comparativ fara fanta) asa ca trec la un tor mai mare si cite spire incap.

De fapt am nevoie de o variatie de 1V la iesire ( 1.1V ref la uC), asta-i 200G.

[RockDok]

De aici nu mai sint limite...

[gsabac]

Un prim rezultat bun, acum trebuie sa faceti un grafic de variatie a tensiunii de iesire in functie de curent.

Asa puteti proba linearitatea sau calcula coeficienti de linearizare pentru uC.

Editare: Si mai trebuie sa vedeti daca la 100mA nu se supraincalzeste

 

@gsabac

Editat Iunie 24, 2017 de gsabac