Realistické RC modely

Využitie prúdových senzorov v modelárskej praxi

V mnohých našich článkoch na tejto Web stránke sa uvádza: "Odber z pohonnej batérie v modeli meriame pomocou prúdového senzora ...", alebo: "Priebeh prúdov tečúcich medzi batériou a regulátorom a tiež medzi regulátorom a motorom sme snímali pomocou prúdového senzora ...".

A v ďalších článkoch sme jednotlivé prúdy paralelne spojených BECov merali tiež pomocou prúdových senzorov.

Z toho jasne vyplýva, že je to naša obľúbená súčiastka, ale čo to vlastne prúdový senzor je a ako ho môže modelár využiť?

autor: Janko O.

............................

Poznámka: Za povšimnutie stojí aj "roztomilá" diskusia, ktorú rozprúdil diskutér Roman.

Už od čias pána Ohma sa v elektrotechnike veľkosť alebo tvar pretekajúceho prúdu dá zistiť tak, že tento prúd necháme pretekať cez známy rezistor (odpor) a na ňom vznikne úbytok napätia úmerný veľkosti pretekajúceho prúdu (a hodnote rezistora). Je to jasné, lacné a spoľahlivé, ale je tu niekoľko "ale". Toto riešenie nie je vhodné pre veľké prúdy a tiež pre situácie, keď nám môže "chýbať" aj ten relatívne malý úbytok napätia. No a modelársky elektropohon spĺňa obidve tieto kritériá "nevhodnosti". A tak elektrotechnici aj elektronici hľadali súčiastku, ktorá by zniesla vysoké prúdy a súčasne by úbytok napätia na nej bol minimálny. Pred časom s takou súčiastkou na svetový trh prišla firma Allegro MicroSystems a nazvala ju "Current sensor" (prúdový senzor - snímač). Využíva Hallov efekt a tí, čo používajú jednosmerný kliešťový ampérmeter, vedia o čom je reč.

Princíp spočíva v tom, že v okolí vodiča, ktorým preteká elektrický prúd sa vytvorí magnetické pole, ktorého intenzitu (silu) meria Hallova sonda. Čím väčší pretekajúci prúd vodičom, tým väčšie napätie na výstupe Hallovej sondy. A pri tom je jedno, či sa jedná o prúd jednosmerný alebo striedavý.

Jedinou nevýhodou je, že Hallovu sondu a aj prípadný zosilňovač výstupného napätia je treba napájať napr. päť Voltovým zdrojom.

Čo vlastne urobila firma Allegro? Akoby zjednodušený mikrominiatúrny kliešťový ampérmeter bez displeja vložila do púzdra integrovaného obvodu. Ako to potom môže vyzerať, vidíte na obrázkoch.

Takže, prúdový senzor má "prúdové vývody" a napájacie a výstupné vývody. Napájacie napätie je spravidla 5 Voltov, čo je hodnota, ktorá je medzi modelármi veľmi populárna. Výstupné napätie je jednosmerné a jeho veľkosť je úmerná prúdu pretekajúcemu prúdovými vývodmi. Senzory sú v dvoch základných kategóriách: - unipolárne a - bipolárne.

- Unipolárne sú určené na meranie jednosmerných prúdov a ich "výstupné napätie pri nulovom prúde" (Zero Current Output Voltage) je nízke (napr. 0,6 Voltu) a narastá s prúdom v závislosti od "Citlivosti" (Sensitivity), ktorá má všetko-vysvetľujúcu jednotku mV/A. Napr. pre citlivosť 100 mV/A výstupné napätie vzrastie o 100 miliVoltov, ak prúdovými vývodmi preteká prúd 1 Ampér. Pri 10 Ampéroch to bude 1000 miliVoltov (1 Volt) nad "výstupné napätie pri nulovom prúde".

- Bipolárne môžu merať aj striedavé prúdy a z toho logicky vyplýva, že ich "výstupné napätie pri nulovom prúde" je presne v polovici napájacieho napätia (2,5 Voltu) a podľa smeru prúdu môže výstupné napätie nielen narastať, ale aj klesať.

Skvelou vlastnosťou prúdových senzorov je extrémne nízky úbytok napätia na prúdových vývodoch, pretože ich priechodzí odpor je menej ako 1 miliOhm. Šírka frekvenčného pásma snímaných prúdov je asi 35 kHz, čo je pre väčšinu aplikácií hodnota dostačujúca.

Kde teda modelár môže využiť vynikajúce vlastnosti prúdových senzorov? Priamo sa ponúka použitie v telemetrii, keď počas letu je možné merať veľkosť (pohonnou jednotkou) odoberaného prúdu a jeho integráciou v čase zistiť množstvo (z batérie) spotrebovanej energie. Modelári, ktorí nemajú jednosmerný kliešťový ampérmeter si môžu zhotoviť meracie prípravky, pretože cena prúdového senzora je mnohonásobne nižšia ako cena jednosmerného kliešťového ampérmetra, avšak treba priznať, že práca s kliešťovým ampérmetrom je pohodlnejšia. Navyše privedením výstupného napätia prúdového senzora do osciloskopu, je možné zobraziť priebehy prúdov pretekajúcich v obvode elektropohonu, čo spravidla kliešťový ampérmeter neumožňuje.

V súčasnej dobe sa tieto súčiastky na Slovensku priamo kúpiť nedajú, my sme si ich objednali cez slovenskú pobočku Farnell-u (sk.farnell.com) a bolo to rýchle a ani nie veľmi drahé.

Súvisiace články:

Priebehy prúdov a napätí v obvode elektropohonu

Snímanie otáčok elektromotorov

Komentáre: 18

.:. Jano10 | mail

Dobrý deň
Prosím Vás kde sa dajú kúpiť tieto prúdové senzory.
Ďakujem

Odpoveď | 2010-07-07 02:59:42

.:. Janko O

Zatiaľ sa asi na Slovensku priamo kúpiť nedajú. Ja som si ich nechal poslať z Farnellu (slovenskej pobočky): odkaz

Odpoveď | 2010-07-07 14:55:55 | Príspevok upravený: 2010-07-07 18:49:42

.:. Jano10 | mail

Ďakujem

Odpoveď | 2010-07-07 18:23:55

.:. roman

no ako pozeram na ten druhy velky obrazok,tak tam asi moc na odpore nezalezi ked je to premostene takym drotikom ako ihla. :-D

Odpoveď | 2010-10-10 17:48:56

.:. Janko O

Ten drôtik ako ihla je medený pocínovaný vodič priemeru 1 mm a dĺžky 5 mm, ktorého odpor je asi "nula celá, nula nič". Obzvlášť v porovnaní s celkovým odporom prívodných vodičov je naozaj zanedbateľný.

Odpoveď | 2010-10-10 22:19:15

.:. roman

no ja som elektrotechnik a elektronike sa venujem od malicka pokial viem zalezi hlavne na priereze,nemysli si ze ked si to zmeras multymetrom nieco sa dozvies,to sa prejavy az ked tade zacne tiect prud a zacne sa to zahrievat,tak kovom odpor stupa.ty mas na aute k starteru tiez 1mm kabliky?ved tiez nemaju ziadny odpor .a je to prierez nie priemer.

Odpoveď | 2010-10-19 00:16:13

.:. Janko O

Píšeš, že si elektrotechnik a elektronike sa venuješ od malička. To je pozitívne zistenie. Rovnako pozitívne zistenie je, že tvrdíš, že odpor vodiča závisí od prierezu. Žiaľ, negatívne zistenie je, že píšeš "hlavne". Pretože odpor vodiča rovnako "hlavne" závisí od jeho dĺžky a rovnako "hlavne" od merného odporu ( odkaz ). Tri hlavné a žiadna vedľajšia, na takej križovatke bude veľa nehôd!
Všimni si, aký "hrubý" drôtik je napríklad v 5 Ampérovej tavnej poistke. Lebo je dlhý len 10 mm. Ale prívody k poistke majú oveľa väčší priemer (aj prierez). Lebo sú dlhé. Teraz mám chuť napísať, že záleží "hlavne" na dĺžke. Ale nezáleží "hlavne" na dĺžke. Záleží AJ na dĺžke.
Ten medený vodič priemeru 1 mm a dĺžky 5 mm sa isto-iste tak rýchlo neprehreje, pretože je krátky a teplo z neho je celkom slušne odvádzané pomerne rozmernými kontaktami konektorov. A ako isto vieš (veď sa elektronike venuješ od malička), meď je veľmi dobrým vodičom nie len elektrického prúdu ale aj tepla.
Okrem toho, ak je tvoja teória správna, ten "drôtik" sa mal už dávno prepáliť. Žiaľ, neprepálil.
Ale teraz sám sebe poviem: "Už dosť!" Tvoj pôvodný komentár hovorí toto: "tam asi moc na odpore nezalezi ked je to premostene takym drotikom ako ihla". A moja odpoveď bola taká, že ten drôtik nie je až taký tenký (1 mm) a je príliš krátky (5 mm), takže jeho odpor: "Obzvlášť v porovnaní s celkovým odporom prívodných vodičov je naozaj zanedbateľný."
Na záver to ešte zdôrazním: V tom skúšobnom obvode, kde sú použité pomerne dlhé vodiče a viacero konektorov, na odpore 5 mm dlhého kúska vodiča priemeru 1 mm NAOZAJ NEZÁLEŽÍ!

2010-10-19 21:08:46 | Príspevok upravený: 2010-10-19 21:15:20

.:. roman

a ty ho tam pouzivas ako poistku?no podla toho co ty tvrdis,by bolo pravdive aj tvrdenie ze na kably ku starteru mozem dat vodic s prierezom 1mm a dlzkou 5mm,lebo je kratky tak to nevadi?

Odpoveď | 2010-10-19 23:08:40

.:. roman

a ked vravis ze su rovnako prioritne,preco su drotiky v poistkach tenke a nie dlhe?

Odpoveď | 2010-10-19 23:16:01

.:. Janko O

Mám pre teba seriózny návrh. Napíš na túto "spornú" tému článok, kde veci uvedieš na pravú mieru. Uveď tam všetky zdôvodnenia svojich tvrdení, prípadné vzťahy, tabuľky, grafy, vysvetľujúce obrázky a prípadné príklady z praxe. To celé najlepšie podoprené praktickým overením. Tak, ako to v našich článkoch bežne robíme my a naši prispievatelia. A ja ti sľubujem, že tvoj článok na našej Web stránke uverejníme.

Odpoveď | 2010-10-20 10:37:11

.:. pestefpo | mail

no na druhom obrázku to vyzerá že to je ako poistka ale na tretom to plní účel spevnenia konektoru ktorý nieje použitý..
alebo sa mýlim?? :)

Odpoveď | 2011-05-18 20:05:32

.:. pestefpo | mail

zas kriesim mŕtvolu :)

2011-05-18 20:06:44

.:. Janko O

To, čo je na treťom obrázku, je to isté, čo je na druhom obrázku, akurát tam sú už nasadené protikusy konektorov, ktoré majú zapojené len po jednom vývode.

2011-05-18 20:49:55

.:. roman

momentalne som v usa.ked sa vratim domov,tak porobim neake pokusi,ak nato bude cas,lebo ma doma caka novy
trex 600,tak ho musim poskladat.ale nieco urcite vyhutam.

Odpoveď | 2010-10-20 14:26:59

.:. Benik3 | www

Diky nahodnemu nalezu teto stranky jsem konecne objevil zajimavou bezztratovou metodu mereni proudu, diky :)

A k tej vasi hadce o prumeru kabliku, najdi si jeste neco o proudovej hustote :)

Odpoveď | 2012-05-22 19:13:53

.:. Janko O

Ťažko povedať, či to bola hádka. Skôr pretláčanie sa argumentov.
A k tej prúdovej hustote?
To je pravda, ale akýmsi "protipólom" prúdovej hustoty je schopnosť vodiča, ktorý je trápený prúdovou hustotou, "zbaviť" sa tepla.
Sú rôzne tabuľky, kde sa uvádzajú prúdové hustoty pre vinutie transformátorov, pre izolované vodiče, pre plošné spoje atď.
Ale čo sa vlastne stane, keď túto odporúčanú prúdovú hustotu prekročíme?
Vodič sa začne hriať. A keď to riadne prešvihneme, tak sa prepáli. Inými slovami, jeho teplota stúpne natoľko, že sa kov (najčastejšie meď) roztaví, následkom čoho stratí svoj tvar (už to nie je drôt ale kvapka kovu) atď... A dôjde k prerušeniu elektrického obvodu.
Ale ako "prekabátiť" prúdovú hustotu. Ja navrhujem odoberať vznikajúce teplo, čiže chladiť.
Urobme pokus: zoberme napr 5W automobilovú žiarovku a cez ampérmeter pripojme na ňu 12V. Rozsvieti sa. Vlákno dosiahlo takú vysokú teplotu, niekoľko tisíc stupňov, že žiari - svieti. Prúd ukazuje asi 0,4A.
Potom opatrne rozbime sklenenú baňku, obnažené vlákno umiestnime do prúdu vzduchu z vysavača (alebo do vysavača, to je jedno) a pripojme 12V. Podľa polohy a vzdialenosti bude vlákno možno temne červené alebo aj úplne tmavé - žiarovka vôbec nesvieti. A pritom prúd bude ešte väčší ako "za tepla" - aj 2A.
Ale to znamená, že aj prúdová hustota je väčšia - dokonca 5-násobne. A pritom predtým vlákno žeravilo skoro do biela a teraz je úplne tmavé. Čo, prúdová hustota stratila svoju silu?
A čo tak vlákno ponoriť do kvapalného dusíku? A môžeme zvyšovať aj napájacie napätie. A prúd môže tiecť nie 0,4A, ani 2A, ale kľudne aj 20A. Prečo sa vlákno neprepáli? Veď prúdová hustota je oproti normálu 50-násobná.
Preto sa neprepáli ten drôtik "ako ihla", ktorý Roman spomína, lebo je taký krátky a meď je taký dobrý vodič tepla, že aj keby sa ohrial, tak to teplo sa z drôtika prenesie do masívneho konektora a prívodných vodičov a rozptýli sa a drôtik sa neprepáli. A dosiaľ sa veru neprepálil. Dokonca sa ani nijak zvlášť neohrial, lebo cín by už bol zmäkol, povolil a drôtik by odpadol. Ale cín nezmäkol ...

Odpoveď | 2012-05-23 17:27:16

.:. Michal Nováček | www | mail

Co se týče toho "drôtiku", čistě prakticky - když se podívám na pouzdra výkonových tranzistorů s kolektorovými proudy v řádu mnoha desítek ampér, např. TO218, TO247, jak mají "tlusté" nožičky? Jestli to ti výrobci polovodičů nedělají náhodou již několik desílet let blbě. :)

Odpoveď | 2013-08-11 12:43:19

.:. J.O.

Presne.

Odpoveď | 2013-08-11 18:15:50

Pridaj komentár

Pre odoslanie správy môžete aj použiť klávesovoú skratku Alt+S. (Podporujú len niektoré prehliadače)
HTML znaky budú prevedené na entity.
Vyjadrujte sa tu ako doma, aby sme vedeli ako to u Vás vypadá.
Odkazy začínajúce http:// budú automaticky prevedené na odkazy , nepoužívajte však v jednom príspevku viac ako 3 - to robia len spam roboti:-)

Meno
Web
Mail

Kontrola	Zadajte číslo päť
Text
	Tučné \| Podrazené \| Kurzíva \| zdroják \| odkaz