RU179412U1

RU179412U1 - Current meter

Info

Publication number: RU179412U1
Application number: RU2017147107U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Николаевич Филиппов; Николай Моисеевич Пушкин; Александр Валентинович Кортьев; Сергей Николаевич Шихов; Сергей Борисович Савин
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники"
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2018-05-14

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике, и в частности к измерителям тока с использованием эффекта Холла.Поставленная задача решается тем, что в измеритель тока, содержащий планарную микросхему CSA-1V, в которую встроены чувствительный элемент Холла, усилитель и стабилизатор напряжения, печатный проводник с измеряемым током, над частью которого установлена планарня микросхема с элементом Холла CSA-1V, введены дифференциальный усилитель и вторая однотипная микросхема с чувствительным элементом Холла CSA-1V, установленная под той же частью печатного проводника с измеряемым током, выходы первой и второй микросхем с чувствительными элементами Холла подключены к входам дифференциального усилителя, причем микросхемы с элементами Холла, установлены так, что их магниточувствительные входы расположены противофазно.Техническим результатом при реализации заявленного решения является повышение помехозащищенности от внешних магнитных и электромагнитных воздействий на измеритель тока, за счет того, что введения дифференциального усилителя и второй однотипной планарной микросхемы с чувствительным элементом Холла, установленной под печатным проводником, позволяет исключить синфазную помеху, создаваемую внешними магнитными и электромагнитными наводками. 2 ил.The utility model relates to measuring equipment, and in particular to current meters using the Hall effect. The problem is solved in that a current meter containing a planar microcircuit CSA-1V, in which a Hall sensor, an amplifier and a voltage regulator, a printed conductor with a measured current, on the part of which a planar microcircuit with a CSA-1V Hall element is installed, a differential amplifier and a second homogeneous microcircuit with a CSA-1V Hall sensor are installed, installed under the same hour By conducting a printed circuit with a measured current, the outputs of the first and second microcircuits with Hall sensors are connected to the inputs of the differential amplifier, and the microcircuits with Hall elements are installed so that their magnetically sensitive inputs are out of phase. The technical result when implementing the claimed solution is to increase the noise immunity from external magnetic and electromagnetic effects on the current meter, due to the fact that the introduction of a differential amplifier and a second planar meter of the same type ICs with a Hall sensor installed under a printed conductor eliminates common-mode interference caused by external magnetic and electromagnetic pickups. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, и в частности к измерению тока с использованием эффекта Холла.The utility model relates to measuring technique, and in particular to measuring current using the Hall effect.

Известен измеритель тока (измеритель CSLACD фирмы Honeywell, http://www.compel.ru/images/catalog/334/CSLA2CD/htm), содержащий микросхему SS94A1, в которую встроены элемент Холла, усилитель и стабилизированный источник питания, магнитопровод, имеющий зазор, в котором установлена эта микросхема, и охватывающий проводник с измеряемым током.Known current meter (CSLACD meter company Honeywell, http://www.compel.ru/images/catalog/334/CSLA2CD/htm), containing the SS94A1 chip, which has a built-in Hall element, an amplifier and a stabilized power source, a magnetic circuit with a gap in which this chip is installed, and a female conductor with a measured current.

Недостатком этого измерителя является сравнительно низкая помехозащищенность от внешних электромагнитных наводок и довольно большие габариты, за счет выполнения конструкции измерителя в виде автономного датчика тока.The disadvantage of this meter is the relatively low noise immunity from external electromagnetic interference and rather large dimensions due to the design of the meter in the form of an autonomous current sensor.

Известен измеритель постоянного тока (патент на полезную модель RU 114788 G01R 1/44 от 25.10.2011 г.), содержащий две микросхемы SS94A1, в которые встроены чувствительные элементы Холла, усилители и стабилизаторы напряжения, дифференциальный усилитель, входы которого подключены к соответствующим выходам микросхем, магнитопровод, имеющий два зазора, в которые установлены эти микросхемы, и охватывающий проводник с измеряемым током. Этот измеритель имеет довольно хорошую помехозащищенность от внешних электромагнитных наводок, за счет использования дифференциального усилителя и соответствующего расположения двух микросхем в магнитопроводе, который является концентратором магнитного поля, создаваемого измеряемым током.A known direct current meter (patent for utility model RU 114788 G01R 1/44 dated 10.25.2011) containing two SS94A1 microcircuits in which Hall sensitive elements, amplifiers and voltage stabilizers are integrated, a differential amplifier whose inputs are connected to the corresponding microcircuit outputs , a magnetic circuit having two gaps in which these microcircuits are installed, and covering a conductor with a measured current. This meter has a fairly good noise immunity from external electromagnetic interference, due to the use of a differential amplifier and the corresponding arrangement of two microcircuits in the magnetic circuit, which is the concentrator of the magnetic field created by the measured current.

Однако, за счет выполнения конструкции измерителя в виде автономного датчика тока, в который вводится внешний проводник с измеряемым током, он имеет довольно большие габариты.However, due to the design of the meter in the form of an autonomous current sensor, into which an external conductor with a measured current is inserted, it has rather large dimensions.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является измеритель тока, выполненный в виде планарной микросхемы CSA-1V, в которую встроены чувствительный элемент Холла, усилитель и стабилизатор напряжения. Эта микросхема устанавливается на печатной плате над печатной токоведущей дорожкой, по которой течет измеряемый ток. Благодаря планарной конструкции, данный измеритель имеет малые габариты и вес (фирма SENTRON AG, Швейцария).The closest in technical essence and the achieved result is a current meter made in the form of a CSA-1V planar microcircuit, in which a Hall sensor, amplifier and voltage stabilizer are built-in. This microcircuit is mounted on a printed circuit board above a printed current-carrying path along which the measured current flows. Due to the planar design, this meter has small dimensions and weight (SENTRON AG, Switzerland).

Недостатком данного измерителя тока является низкая помехозащищенность от внешних магнитных и электромагнитных наводок.The disadvantage of this current meter is low noise immunity from external magnetic and electromagnetic interference.

Задача, решаемая предлагаемым техническим решением, заключается в повышении помехозащищенности от внешних магнитных и электромагнитных воздействий на измеритель тока.The problem solved by the proposed technical solution is to increase the noise immunity from external magnetic and electromagnetic effects on the current meter.

Ожидаемый технический эффект достигается тем, что в измеритель тока, содержащий планарную микросхему CSA-1V, в которую встроены чувствительный элемент Холла, усилитель и стабилизатор напряжения, печатный проводник с измеряемым током, над частью которого установлена микросхема с элементом Холла CSA-1V, введены дифференциальный усилитель и вторая однотипная микросхема с чувствительным элементом Холла CSA-1V, установленная под той же частью печатного проводника с измеряемым током, выходы первой и второй микросхем с чувствительными элементами Холла подключены к входам дифференциального усилителя, причем микросхемы с элементами Холла, установлены так, что их магниточувствительные входы расположены противофазно.The expected technical effect is achieved by the fact that in the current meter containing a planar microcircuit CSA-1V, in which a Hall sensor, an amplifier and a voltage regulator are integrated, a printed conductor with a measured current, a part with a microcircuit with a Hall element CSA-1V is installed, a differential an amplifier and a second chip of the same type with a Hall sensor CSA-1V, mounted under the same part of a printed conductor with a measured current, outputs of the first and second chips with sensitive elements Ho all are connected to the inputs of a differential amplifier, and microcircuits with Hall elements are installed so that their magnetically sensitive inputs are out of phase.

На фиг. 1 приведена функциональная схема измерителя тока, а на фиг. 2 приведено размещение микросхем с элементами Холла на печатной плате.In FIG. 1 is a functional diagram of a current meter, and FIG. 2 shows the placement of microcircuits with Hall elements on a printed circuit board.

Измеритель тока содержит печатную плату 1 с измеряемым током 2, микросхемы CSA-1V с чувствительными элементами Холла 3 и 4, установленные соответственно над и под частью печатного проводника 2. При этом магниточувствительные входы микросхем с чувствительными элементами Холла 3 и 4 установлены противофазно. Выходы микросхем 3 и 4 подключены к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилителя 5, выход которого подключен к индикатору 6.The current meter contains a printed circuit board 1 with a measured current of 2, CSA-1V microcircuits with Hall sensors 3 and 4, mounted respectively above and below a part of the printed conductor 2. At the same time, the magnetically sensitive inputs of microcircuits with Hall sensors 3 and 4 are installed out of phase. The outputs of chips 3 and 4 are connected to the inverting and non-inverting inputs of the differential amplifier 5, the output of which is connected to the indicator 6.

При отсутствии тока в проводнике 2 на микросхемы с чувствительными элементами Холла 3 и 4 не воздействует магнитное поле, и на их выходах вырабатываются исходные напряжения смещения, равные половине напряжения питания Uo=E/2, которые поступают на инвертирующий и неинвертирующий входы дифференциального усилителя 5. Так как микросхемы с элементами Холла 3 и 4 однотипны, то и напряжения смещения на их выходах одинаковы, поэтому на выходе дифференциального усилителя 5 вырабатывается разностное напряжение U_вых=Uo3 -Uo4=0.In the absence of current in the conductor 2, the microcircuits with Hall sensitive elements 3 and 4 are not affected by a magnetic field, and the initial bias voltages equal to half the supply voltage Uo = E / 2 are generated at their outputs, which are fed to the inverting and non-inverting inputs of the differential amplifier 5. since the Hall IC with elements 3 and 4 of the same type, and then at their outputs the same bias voltage, so the output of the differential amplifier 5 produces the difference voltage U _O = Uo3 -Uo4 = 0.

При воздействии магнитной и электромагнитный наводки на чувствительные элементы Холла 3 и 4 на их выходах вырабатываются одинаковые электрические сигналы Uп3=Uп4, которые поступают на инвертирующий и неинвертирующий входы дифференциального усилителя 5, на выходе которого вырабатывается разностное напряжение Uп5=Uп3 - Uп4=0, также равное нулю.Under the influence of magnetic and electromagnetic interference on the Hall sensitive elements 3 and 4, the same electrical signals Uп3 = Uп4 are generated at their outputs, which are fed to the inverting and non-inverting inputs of the differential amplifier 5, the output of which produces a voltage difference Uп5 = Уп3 - Уп4 = 0, also equal to zero.

При протекании постоянного тока по проводнику 2 вокруг него создается постоянное магнитное поле, которое воздействует и на микросхемы с чувствительными элементами Холла 3 и 4 противофазно по направлению, но одинаково по амплитуде. В результате, на выходах микросхем 3 и 4 вырабатываются одинаковые по величине, но противоположные по знаку приращения сигналов ΔU3 и - ΔU4, прямо пропорциональные величине магнитного поля и измеряемому току в проводнике 2. На выходе дифференциального усилителя 5 они складываются между собой ΔU3+ΔU4, в то время как постоянные напряжения смещения Uo3, Uo4 вычитаются. Таким образом, на выходе дифференциального усилителя 5 вырабатывается разностное напряжение ΔU5=Uo3 -Uo4+ΔU3+ΔU4=ΔU3+ΔU4, которое прямо пропорционально величине тока, протекающего в проводнике 2, и индицируется на индикаторе 6.When direct current flows through the conductor 2, a constant magnetic field is created around it, which also affects microcircuits with Hall sensitive elements 3 and 4 in antiphase direction, but the same in amplitude. As a result, at the outputs of microcircuits 3 and 4, the increments of the signals ΔU3 and - ΔU4 are identical in magnitude, but opposite in sign, directly proportional to the magnitude of the magnetic field and the measured current in conductor 2. At the output of the differential amplifier 5, they add together ΔU3 + ΔU4, while constant bias voltages Uo3, Uo4 are subtracted. Thus, at the output of the differential amplifier 5, a differential voltage ΔU5 = Uo3 -Uo4 + ΔU3 + ΔU4 = ΔU3 + ΔU4 is generated, which is directly proportional to the amount of current flowing in conductor 2, and is indicated on indicator 6.

Очевидно, что и при воздействии температуры характер изменения напряжений смещения Uo3, Uo4 на выходах микросхем с элементами Холла 3 и 4 одинаков, поэтому разностное напряжение на выходе дифференциального усилителя 5 Uo5=Uo3 - Uo4 останется равным нулю.Obviously, even under the influence of temperature, the nature of the change in the bias voltages Uo3, Uo4 at the outputs of microcircuits with Hall elements 3 and 4 is the same, therefore, the differential voltage at the output of the differential amplifier 5 Uo5 = Uo3 - Uo4 will remain equal to zero.

Введение дифференциального усилителя и второй планарной однотипной микросхемы с чувствительным элементом Холла и соответствующее подключение их к дифференциальному усилителю позволяет исключить синфазную помеху, возникающую при воздействии внешних магнитных и электромагнитных наводок, при сохранении высокой температурной стабильности измерений.The introduction of a differential amplifier and a second planar chip of the same type with a Hall sensor and their corresponding connection to a differential amplifier eliminates common-mode interference that occurs when exposed to external magnetic and electromagnetic interference, while maintaining high temperature stability of the measurements.

Литература.Literature.

1. Измеритель типа CSLACD с микросхемой SS94A1 фирмы Honeywell, http://www.compel.ru/images/catalog/334/CSLA2CD/htm.1. A CSLACD type meter with a Honeywell SS94A1 chip, http://www.compel.ru/images/catalog/334/CSLA2CD/htm.

2. Полезная модель №114788, кл. G01R/44, 25.10.2011 г. 2. Utility model No. 114788, class. G01R / 44, 10.25.2011

3. Планарная микросхема с встроенным элементом Холла CSA-1V фирмы SENTRON AG. http://www.sentron.ch.3. Planar microcircuit with integrated Hall element CSA-1V from SENTRON AG. http://www.sentron.ch.

Claims

A current meter containing a planar microcircuit in which a Hall sensor is integrated, a printed conductor with a measured current, a microcircuit with a Hall element is installed over a part of it, characterized in that a differential amplifier is inserted into it and a second one-type microcircuit with a Hall sensor is installed underneath with the same part of the printed conductor with the measured current, the outputs of the first and second microcircuits with Hall sensitive elements are connected to the inputs of the differential amplifier, and the microcircuits Hall elements are mounted so that their inputs are magnetically arranged in opposite phase.