سنسور جریان چیست و انواع آن کدامند؟

با خواندن این مقاله تفاوت بین سنسور های جریان شنت، حلقه باز، حلقه بسته و fluxgate برای سیستم های مدیریت باتری و کنترل موتور را خواهید آموخت.

برق رسانی تأثیر عمیقی بر طیف گسترده ای از صنایع دارد. در گذشته، فناوری سنجش کنونی عمدتاً در بخش‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گرفت، اما با فشار برای انرژی پاک همراه با راه‌اندازی باتری‌های لیتیوم یونی قابل شارژ، اکنون کاربردهای زیادی وجود دارد که استفاده از حسگرهای فعلی را گسترش می‌دهد. علاوه بر این، این موضوع نیاز به حرکت به محدوده جریان بسیار بالاتر از گذشته را ایجاد کرده است. باتری های لیتیوم یون مورد استفاده در کاربردهای خودرو دارای چگالی انرژی بسیار بالایی هستند. بنابراین، نیاز به سنسورهای جریان با توان بالا بسیار مهم شده است.

همچنین بخوانید : بررسی شارژ باتری لیتیوم یونی

این است که مهندسان باید در مورد فناوری حسگر فعلی و نحوه استفاده از آن در وسایل نقلیه الکتریکی بدانند.

سنسور جریان چیست و کجا استفاده می شود؟

همانطور که پلتفرم ها برقی تر می شوند، سنجش جریان در کاربردهایی مانند تبدیل نیرو، شارژ باتری در وسایل نقلیه الکتریکی و تجهیزات و فرآیندهای صنعتی مورد نیاز است. برای نظارت بر جریان الکتریکی و اندازه گیری ها در برنامه ها، سنسورهای جریان با توان بالا می توانند به رفع نیازها کمک کنند.

سنسور جریان Honeywell CSSV1500

سنسورهای جریان برای تشخیص و اندازه گیری جریان عبوری از سیم یا هادی طراحی شده اند. آنها سیگنالی متناسب با جریان تولید می کنند که می تواند به شکل ولتاژ، جریان یا خروجی دیجیتال آنالوگ باشد.

این سیگنال خروجی اهداف مختلفی را انجام می دهد:

• می تواند جریان اندازه گیری شده را نمایش دهد
• می توان آن را برای تجزیه و تحلیل بیشتر در یک سیستم جمع آوری داده ذخیره کرد
• می توان از آن برای اهداف کنترلی برای محدود کردن یا توقف جریان جریان استفاده کرد

سنسورهای فعلی نقش مهمی در حفظ ایمنی سیستم های باتری دارند. در سیستم های باتری مدرن، آنها دو پارامتر کلیدی باتری را کنترل می کنند: وضعیت شارژ (SoC) و وضعیت سلامت (SoH). برای انجام این کار، آنها باید به طور دقیق مصرف برق خودرو های الکتریکی را ردیابی کنند و شارژ باقی مانده در باتری را تخمین بزنند.

همچنین بخوانید : باتری آبی چیست؟

سنسورهای جریان برای اندازه گیری جریان طراحی شده اند. به عنوان مثال، سنسورهای شنت از قانون اهم استفاده می کنند و قانون اهم را بسته به عاملی که حل می شود دستکاری می کنند. به عنوان مثال، اگر ولتاژ محاسبه می شود، قانون اهم را می توان به صورت V=I*R بازنویسی کرد.

 

انواع سنسورهای جریان

فناوری‌های حسگر جریان متفاوتی وجود دارد که هر کدام مزایا و معایب خاصی دارند:

1.سنسورهای جریان شنت (یا مستقیم در خط)

2.سنسورهای جریان حلقه باز

3.سنسورهای جریان حلقه بسته

4.سنسورهای جریان گیت شار

 

سنسورهای جریان شنت

در یک سنسور جریان شنت، یک مقاومت شنت دقیقا کالیبره شده به صورت سری با بار (بخشی از مدار که در آن جریان نیاز به اندازه‌گیری دارد) قرار می‌گیرد. از آنجایی که جریان از مقاومت شنت (اغلب به عنوان باس بار نامیده می شود) جریان می یابد، می توان یک مقدار مقاومت خاص همراه با یک ولتاژ همراه به دست آورد. سپس جریان حاصل را می توان به دقت محاسبه کرد. سنسورهای جریان شنت حاوی یک نوار آلیاژ مس رسانا هستند که به صورت سری با منبع جریان مورد اندازه گیری قرار می گیرد.

سنسورهای شنت مزایایی دارند. آنها بسیار مستحکم هستند و همچنین به دلیل طراحی بسیار ساده معمولاً هزینه کمتری دارند. با این حال، آنها همچنین دارای چندین معایب متمایز هستند: گرمای بیش از حد، تنظیم صفر، دقت ضعیف، جبران لازم، حساسیت به خوردگی و خزش. برخی از کاربران نهایی راه حل های مبتنی بر شنت را برای اندازه گیری های جریان کم (50 آمپر) ترجیح می دهند. با این حال، با توجه به نیازهای روزافزون محدوده اندازه‌گیری جریان و الزامات دقت، تامین‌کنندگان EV از سنسورهای جریان مبتنی بر شنت و تغییر به سنسورهای جریان مبتنی بر شار مغناطیسی، به‌ویژه در محیط‌های با جریان بالا بالای 500± آمپر تا 1500± آمپر، مهاجرت می‌کنند. و فراتر از آن برای بهبود بیشتر دقت اندازه گیری.

Honeywell انواع حسگرهای جریان مغناطیسی را با پیکربندی های مختلف برای برآوردن نیازها و نیازهای کاربردی فعلی مشتریان ارائه می دهد. این سنسورها به سه نوع تقسیم می شوند: سنسورهای جریان حلقه باز اثر هال، سنسورهای جریان اثر هال حلقه بسته و سنسورهای جریان گیت شار و گیت شار پیشرفته.

 

سنسور جریان حلقه باز

سنسور جریان حلقه باز از چند جزء کلیدی تشکیل شده است: یک عنصر هال، هسته مغناطیسی فرومغناطیسی و یک تقویت کننده. عنصر هال که به عنوان مبدل عمل می کند، حضور و شدت یک میدان مغناطیسی را تشخیص می دهد و یک مقدار ولتاژ هم تراز با جریان در هادی مورد نظر ایجاد می کند.

سنسور جریان حلقه باز Honeywell CSNV1500

سنسورهای جریان حلقه باز هم مزایا و هم معایبی دارند. از جنبه مثبت، طراحی ساده‌تر، کاهش هزینه در مقایسه با فناوری حلقه بسته و مزیت قابل توجهی در زمان پاسخگویی ارائه می‌دهند. این ویژگی ها آنها را به ویژه برای کاربردهای کنترل موتور مناسب می کند. علاوه بر این، سنسورهای جریان حلقه باز قابلیت اندازه‌گیری جریان بالاتری را نشان می‌دهند و برای عملکرد در محدوده دمایی وسیع مناسب هستند. اگرچه حسگرهای حلقه باز می توانند بسیار دقیق باشند، اما به اندازه طراحی جلوه هال حلقه بسته دقیق نیستند. همچنین، اگر مدار داخلی به درستی طراحی نشده باشد، تغییر دما می تواند چالشی ایجاد کند.

سنسورهای جریان حلقه باز جلوه هال هزینه کم، طراحی ساده تر، اندازه جمع و جور، وزن سبک، پهنای باند بالا و زمان پاسخگویی سریع را ارائه می دهند.

 

سنسور جریان حلقه بسته

سنسور جریان حلقه بسته با چندین جزء کلیدی طراحی شده است: یک هسته مغناطیسی فرومغناطیسی، یک سنسور اثر هال، یک هادی ثانویه و یک تقویت کننده بازخورد. هسته مغناطیسی میدان مغناطیسی را متمرکز می کند. همانطور که جریان اولیه (IP) از طریق سیم هادی هسته جریان می یابد، یک میدان مغناطیسی در هسته ایجاد و متمرکز می شود. سنسور اثر هال این میدان مغناطیسی را تشخیص می‌دهد و ولتاژی متناسب با جریان اولیه تولید می‌کند. متعاقباً تقویت کننده فیدبک این ولتاژ را تقویت می کند و آن را به سیم پیچ ثانویه هدایت می کند و یک میدان مغناطیسی در جهت مخالف ایجاد می کند.

سنسورهای جریان حلقه بسته را می توان برای اندازه گیری جریان های ac و dc طراحی کرد و دقت بالا و رانش دمای پایین را ارائه داد.

سنسورهای جریان حلقه بسته دارای دقت بالا، حساسیت و خطی بودن بالا، خطای افست کمتر، پایداری دما و مصونیت در برابر رانش میدان مغناطیسی هستند.

 

سنسورهای جریان گیت شار

سنسورهای جریان گیت شار به روشی مشابه سنسورهای جریان حلقه بسته مبتنی بر اثر هال عمل می کنند. با این حال، فناوری سنجش مورد استفاده برای نظارت بر میدان مغناطیسی در هسته مغناطیسی سنسور متفاوت است. در مورد سنسور گیت فلوکس، هادی اولیه حامل جریان مورد اندازه گیری از مرکز یک حلقه هسته مغناطیسی عبور می کند. جریان جریان در هادی تمایل به ایجاد شار مغناطیسی در هسته دارد.

سنسورهای جریان گیت شار همه کاره، دقیق و دارای خطی بودن عالی و پاسخ فرکانسی وسیع هستند. این سنسورها در طیف وسیعی از کاربردها از جمله وسایل نقلیه الکتریکی، ایستگاه های شارژ EV، سیستم های انرژی تجدیدپذیر، برق و اتوماسیون صنعتی استفاده می شوند.

سنسور جریان گیت شار Honeywell CSNV700

 

سنسورهای فعلی در خودروهای برقی

در کاربردهای خودروهای الکتریکی، سیستم مدیریت باتری (BMS) یک زیرسیستم بسیار مهم و پیچیده است که برای نظارت، کنترل و بهینه سازی عملکرد باتری های قابل شارژ در بسته باتری خودرو طراحی شده است. BMS به طور مداوم پارامترهای مختلف و سلامت باتری ها را در بسته باتری نظارت می کند. این شامل پارامترهایی مانند ولتاژ، جریان و دما است. مانیتورینگ بلادرنگ با حسگر جریان به BMS اجازه می‌دهد تا هرگونه ناهنجاری یا انحراف را که از شرایط عملیاتی بهینه فاصله می‌گیرد، تشخیص دهد.

سنسورهای فعلی نیز نقشی محوری در کاربردهای کنترل موتور دارند. آنها نظارت زمان واقعی جریان جریان را از طریق موتور تسهیل می کنند. آنها همچنین محافظت قوی برای موتور ایجاد می کنند و از آسیب احتمالی ناشی از جریان بیش از حد به سیم پیچ های موتور جلوگیری می کنند. این حسگرها می‌توانند اقدامات حفاظتی مانند خاموش شدن موتور یا فعال‌سازی هشدار را زمانی که جریان از آستانه‌های از پیش تعریف‌شده فراتر رود، آغاز کنند.

Honeywell مجموعه گسترده ای از سنسورهای جریان پیشرفته را ارائه می دهد. هانیول از طریق نوآوری و اصلاح مستمر، محصولات جدیدی را توسعه می دهد.