Σε πεδία διανομής ισχύος DC υψηλής ακρίβειας, όπως αποθήκευση φωτοβολταϊκής ενέργειας, πασσάλους φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων και κέντρα δεδομένων, οι μετρητές ισχύος DC είναι απαραίτητοι "φρουροί ισχύος". Η ακρίβεια και η σταθερότητα αυτών των μετρητών εξαρτώνται εξ ολοκλήρου από έναν βασικό δείκτη-με πόσο ακρίβεια καταγράφουν και μετρούν το ρεύμα που διαρρέει το κύκλωμα.
Για πολλούς βετεράνους ηλεκτρολόγους μηχανικούς, το "shunt" είναι μια πολύ γνωστή μέθοδος δειγματοληψίας ρεύματος. Ωστόσο, με την ραγδαία ανάπτυξη της τεχνολογίας, νέοι όροι όπως αισθητήρες εφέ Hall, αισθητήρες ροής πύλης, ακόμη και TMR (μαγνητοσυσσωρευτικός σήραγγας) εμφανίζονται ο ένας μετά τον άλλο.
Αισθητήρες εφέ Hall
Αυτοί οι αισθητήρες χρησιμοποιούν στοιχεία ημιαγωγών Hall για τη μέτρηση του ρεύματος ανιχνεύοντας το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται γύρω από έναν πρωτεύοντα αγωγό. Αυτή είναι μια πολύ δημοφιλής μέθοδος μέτρησης χωρίς-επαφή, με το μεγαλύτερο πλεονέκτημά της να είναι η εγγενής ηλεκτρική της απομόνωση, εξαλείφοντας τις ανησυχίες σχετικά με την υψηλή τάση που επηρεάζει άμεσα το τσιπ μέτρησης κατάντη, με αποτέλεσμα εξαιρετικά υψηλή ασφάλεια.
Αισθητήρας ρεύματος Fluxgate
Αυτή είναι μια τεχνική που χρησιμοποιεί τα χαρακτηριστικά κορεσμού ενός πυρήνα σιδήρου υψηλής-διαπερατότητας σε ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο για να μετρήσει έμμεσα ασθενή μαγνητικά πεδία.
Τα χαρακτηριστικά του είναι πολύ ευδιάκριτα: εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια και ελάχιστη μετατόπιση θερμοκρασίας, με αποτέλεσμα να χρησιμοποιείται συχνά σε ανίχνευση DC υψηλής ακρίβειας, παρακολούθηση ηλεκτρικής μόνωσης και μετρολογική βαθμονόμηση. Ωστόσο, τα μειονεκτήματά του περιλαμβάνουν το υψηλό κόστος και τη σχετικά χαμηλή ταχύτητα απόκρισης.
Αισθητήρες TMR κ.λπ.
Το TMR σημαίνει Tunnel Magnetoresistance. Με απλά λόγια, είναι ένας μαγνητικός αισθητήρας υψηλής ακρίβειας-που βασίζεται σε μαγνητοηλεκτρονική. Ο πυρήνας του είναι η χρήση μιας δομής σάντουιτς νανοκλίμακας «σιδηρομαγνητικού στρώματος/μη{3}}μαγνητικής μονωτικής στρώσης/σιδηρομαγνητικού στρώματος» για την επίτευξη ακριβούς μετατροπής μαγνητικών σημάτων σε ηλεκτρικά σήματα μέσω σπιν ηλεκτρονίων.
Η «Τάφρος» των Παρακολούθησης: Γιατί αυτές οι Τεχνολογίες δεν μπορούν να κλονίσουν την κυριαρχία της;
Δεδομένης της υψηλής τεχνολογίας-και των ισχυρών δυνατοτήτων των αισθητήρων εφέ Hall και των μαγνητών πύλης ροής, γιατί η διακλάδωση, η οποία μοιάζει με ράβδο ή αντίσταση χαλκού, εξακολουθεί να είναι η πιο κοινή και αξιόπιστη διακλάδωση στην αγορά; Η απάντηση βρίσκεται στα τέσσερα βασικά πλεονεκτήματά του:
Απαράμιλλη ακρίβεια μέτρησης και γραμμικότητα
Ανεξάρτητα από το πώς εξελίσσονται οι περιφερειακές τεχνολογίες, οι νόμοι της φυσικής παραμένουν οι πιο ειλικρινείς. Η αρχή λειτουργίας ενός shunt είναι εξαιρετικά καθαρός-Νόμος του Ohm. Επειδή είναι ουσιαστικά μια αντίσταση μαγγανίου-χαλκού ακριβείας με εξαιρετικά χαμηλό συντελεστή θερμοκρασίας, η αντίσταση-καμπύλη αλλαγής ρεύματος είναι σχεδόν μια τέλεια ευθεία γραμμή, εμφανίζοντας εξαιρετική γραμμικότητα και πολύ μικρά μη γραμμικά σφάλματα.
Αντίθετα, τα στοιχεία Hall επηρεάζονται από το μαγνητικό κύκλωμα, με αποτέλεσμα ελαφρές μη γραμμικές μετατοπίσεις, ενώ οι μαγνήτες πύλης ροής παρουσιάζουν υστέρηση απόκρισης. Όπως έχουν επισημάνει οι ειδικοί του κλάδου: εάν η ακρίβεια της μέτρησης του ρεύματος είναι το κύριο κριτήριο, τότε μια λύση αντίστασης διακλάδωσης σε συνδυασμό με έναν πομπό ακριβείας millivolt είναι πάντα η καλύτερη επιλογή.
Απόλυτο κόστος-Αποτελεσματικότητα και υψηλή αξιοπιστία
Ενώ οι αισθητήρες Hall effect και fluxgate προσφέρουν πληθώρα λειτουργιών, απαιτούν πολύπλοκους πυρήνες και πηνία σιδήρου, καθώς και δευτερεύοντα τροφοδοτικά και περίπλοκα κυκλώματα αντιστάθμισης. Ειδικά στην αγορά μετρητών ενέργειας συνεχούς ρεύματος, ορισμένοι αισθητήρες εφέ Hall κλειστού βρόχου υψηλής
Αντίθετα, τα shunt είναι εξαιρετικά απλά στη δομή, καθαρά παθητικές συσκευές και λειτουργούν αξιόπιστα χωρίς πρόσθετη ισχύ, καθιστώντας τα εξαιρετικά στιβαρά και ανθεκτικά. Στην αγορά των μετρητών και σταθμών φόρτισης μη στρατιωτικών μετρητών ενέργειας DC που είναι ευαίσθητες στο κόστος-, η αποτελεσματικότητα κόστους-των διακλαδώσεων αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό πλεονέκτημα που ακόμη και πολύπλοκοι αισθητήρες δυσκολεύονται να ξεπεράσουν.
Ισχυρή ικανότητα πάνω από-περιοχής και εξαιρετικά-Ευρεία προσαρμοστικότητα θερμοκρασίας
Σε πραγματικό-βιομηχανικό περιβάλλον, τα στιγμιαία ρεύματα συχνά υπερβαίνουν κατά πολύ τις ονομαστικές τιμές. Οι μονάδες shunt επιδεικνύουν αξιοσημείωτη ανθεκτικότητα από αυτή την άποψη. Για παράδειγμα, μια-μονάδα διακλάδωσης υψηλής ακρίβειας στην αγορά μπορεί εύκολα να χειριστεί στιγμιαία ρεύματα υπέρτασης δεκάδες φορές υψηλότερα από την ονομαστική της τιμή σε πλήρες εύρος θερμοκρασιών από -40 βαθμούς έως +105 μοίρες, χωρίς να διακυβεύεται η ακρίβεια δειγματοληψίας.
Αντίθετα, οι αισθητήρες που βασίζονται σε μαγνητικές αρχές είναι πολύ ευαίσθητοι στον κορεσμό του πυρήνα ή στον απομαγνητισμό υψηλής- θερμοκρασίας όταν το ρεύμα είναι πολύ υψηλό, οδηγώντας σε παραμόρφωση της μέτρησης ή ακόμη και σε μόνιμη βλάβη του εξοπλισμού.
Εξαιρετικά ισχυρή αντίσταση σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές
Ενώ οι αισθητήρες μαγνητόμετρου εφέ Hall και πύλης ροής επιτυγχάνουν κομψή μέτρηση χωρίς-επαφή, σε περιβάλλοντα με ισχυρά μαγνητικά πεδία και παρεμβολές υψηλής-συχνότητας (όπως μετατροπείς σχεδόν υψηλής-ισχύος ή μπάρες υψηλού ρεύματος{3}), τα αδέσποτα μαγνητικά πεδία μπορούν εύκολα να διεισδύσουν στο σήμα ανίχνευσης με δυνατότητα μέτρησης.
Αντίθετα, οι μετατροπείς διακλάδωσης είναι συσκευές δειγματοληψίας απευθείας σειρών καθαρού κυκλώματος. Είναι πιστά μόνο στην πτώση τάσης στη δική τους αντίσταση και ουσιαστικά δεν επηρεάζονται από εξωτερικά αδέσποτα ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Αυτό τα καθιστά ιδιαίτερα αξιόπιστα σε σύνθετα ντουλάπια ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC).