设计一款电流传感器-韦克威-专业FAE指导

感知电流的方法有很多种ーー所有这些方法都有些麻烦，至少与感知电压相比是这样的。这样做的主要原因是，由于电流是流动的，而不是电势(如电压) ，我们需要与电路串联，而不是并联。对于初学者来说，这就是为什么当你将万用表切换到当前范围时，它的表现会有如此大的不同。仪表的电阻现在非常低，因为它意味着要与一个电路串联。因此，如果你不小心用探头接触到了电压源，就像在电压上加了一个短路，然后仪表里的保险丝烧断了，顺便说一下，这是很容易做到的，而且我至少用我所有的仪表做过一次。

另一种流行的检测电流的方法，是将一个低值电阻器与一个电路串联，然后测量电阻器上的电压降。这在使用小型直流电路时非常方便，但在使用电源电路时就不那么方便了(欧洲为120伏或240伏)。顺便说一下，这是你的仪表感应电流的方式，保险丝是保护低值电阻，否则可能会在无意中测量电流的错误中浪费掉。

当使用电源电路时，通常使用变压器。即使电工的夹钳仪表这样工作-虽然原则可能不是那么清楚。钳位表中只插入一个导体，作为一回合一次线圈，表形成变压器的二次绕组。请注意，如果两个导体插入到钳-说一个灯线，没有读取是可能的，因为两根导线有相等但相反的领域，这迅速取消对方。许多其他的小型电流变压器也可以使用，但对于业余爱好者来说，把电路连接到电源上，然后找一个外壳来容纳变压器的问题也是一些麻烦。最近霍尔效应电流测量芯片已经可以用来，测量电流，但是大惊小怪的仍然是把它们连接到电路上并且安装它们。如果你可以测量电流而不需要弄乱线路或插头，那不是很好吗？有线性输出的小霍尔效应传感器，可用于测量磁场。我想也许可以用这个来测量普通电线的电流，比如灯芯线。你可能很想知道与灯线另一端的导体相等但是相反的磁场。我使用的技巧是让传感器物理上接近一个导体而不是另一个导体，这样磁场就是“合理的”。两个线性霍尔效应传感器，在表面贴装封装安装在接近的导体。它们是定向的，这样每个传感器都更接近电缆中的一根导线。然后减去来自传感器的交流电压，使共模噪声消失，并用低通滤波器滤除任何大于电力线频率的信号。看着传感器输入的示意图，我们看到了两个传感器。实际上，在示意图中有四个传感器，但在同一时间只有两个传感器被填充。(我们还想尝试 TO-92格式的传感器，看看它们是否更适合这个应用程序。)传感器的输出电压与电源电缆中流动的电流成正比，传感器的输出电压通过一个超滤帽引入电路。这些帽子结合 R1和 R3形成高通滤波器-设置在一个角落约33赫兹。所以低于这个频率的声音很快就会消失，并且不会进入输出。R1与 C1共同构成的低通滤波器角度约为277hz (f = 1/2πR2 * C1) ，因此高频噪声也被衰减。

运算放大器爱好者也将识别差分配置，所以一个传感器的电压减去另一个传感器的电压。人们可能会认为这样会减少信号，但关键是传感器实际上感知的信号是180度的相位差，所以信号实际上增加了，其他潜在的噪声源也减少了。第一个运算放大器的输出是一个交流波形——频率与电源线相同，但电压与流过电源线的电流成正比。这个小交流信号然后通过 C6，这消除了任何直流电压偏移，而通过我们的电力线信号。这个信号被呈现给运算放大器 IC1D 的非反相输入，它复制了一个信号，同时也引入了一些增益(调整到 R11 + R13/R10) ，所以你可以看到从1到10的增益范围是可用的。R9、 C7和 R8构成峰值检测器，并将交流峰值的高度存储在电容器 C7上。该电压由输出放大器 IC1C 缓冲到输出端。峰值检测器中的电容器，减缓其响应，以消除任何抖动。传感器对周围环境的反应是相当缓慢的，但是我不认为大多数人在电力线上测量电流会对快速变化的信号感兴趣，大多数用户可能最多每分钟只测量10到30次能量消耗。不幸的是，霍尔效应传感器会消耗一点电能，所以当以5伏电压供电时，传感器会消耗大约20毫安。对于非常低功耗(读取较长电池寿命)的用户，一种策略可能是通过微控制器(例如 Arduino)引脚为传感器供电，并且每分钟只对传感器进行一到两次采样，然后在两次采样之间关闭传感器。传感器也需要一点时间来启动和稳定(也许3秒) ，所以以一个相当轻松的速度这样做是一个好主意。我们稍微调整了一下传感器，试图让它进入最有用的范围。如果我的电水壶上的铭牌可信的话，传感器可以感知低端的10瓦(83ma@120V)或高端的1500瓦(12.5 a@120伏)。有一个相当重要的噪声地板约. 25伏，因为你可能想象的传感器与这么多增益应用。然而，抖动相当小，因为也应用了这么多的过滤。