Czujniki i przetworniki prądu [Janitza]

Przetworniki i czujniki to urządzenia dostarczające dane niezbędne do zarządzania procesami przemysłowymi. W celu realizacji podstawowych zadań systemów automatyki konieczne jest dokonanie pomiarów parametrów procesów technologicznych w celu uzyskania odpowiednich sygnałów niezbędnych do regulacji oraz sterowania tymi procesami. 

Wykorzystuje się w tym zakresie przetworniki oraz czujniki, będące elementami systemu pomiarowego, które reagują na zmiany konkretnych wielkości fizycznych.

Przetwornik napięcia prądu

Przetwornik, jak sama nazwa wskazuje, to urządzenie wykorzystywane do przetwarzania (z odpowiednią dokładnością oraz uwzględnieniem określonych praw fizycznych) sygnału pomiarowego (informacji o wartościach mierzonych wielkości fizycznych i zależnościach zachodzących pomiędzy nimi). Przetwornik prądu, gdzie nośnikiem jest napięcie elektryczne, może działać jako autonomiczne urządzenie pomiarowe lub stanowić cześć systemu pomiarowego, współpracując np. z czujnikiem.

Czujniki prądu

W systemach automatyki przemysłowej obok przetworników występują również czujniki prądu, reagujące na zmiany lub obecność wielkości fizycznej (w tym przypadku napięcia elektrycznego). Mierzona przez czujnik wielkość zostaje przetworzona na sygnał elektryczny – standardowy analogowy lub cyfrowy, który nadaje się do transmisji. Ma to miejsce bezpośrednio w czujniku lub we współpracującymi z nim przetwornikami.

Czujniki prądu wykorzystujące efekt Halla to specyficzne urządzenia stosowane głównie w aplikacjach przeznaczonych dla sektorów elektronicznych i energetycznych, w których istnieje wiele obwodów niezbędnych do kontrolowania wartości płynącego w nich prądu. Często są to instalacje działające na różnych potencjałach lub w innych sekcjach zasilania czy też obwodach fazowych sieci energetycznej.

Czujniki prądu umożliwiają pomiar prądu stałego oraz przemiennego, a także obu wartości naraz z dużą dokładnością oraz powtarzalnością na poziomie od pojedynczych miliamperów do setek amperów.Czujniki prądu nie są czułe na chwilowe przeciążenia wywołane na przykład prądem rozruchowym, dzięki czemu gwarantują pełną niezawodność pomiarową. Zastosowanie separacji galwanicznej obwodu prądowego pozwala zachować stabilność obwodu pomiarowego odnośnie przepięć oraz wszelkiego rodzaju stanów nieustalonych, które mogą mieć miejsce po stronie pierwotnej.

Czujniki prądu wykorzystujące efekt Halla posiadają sensor, tzw. hallotron, który pozwala wykryć pole magnetyczne wokół przewodnika z płynącym prądem, zmieniając go na proporcjonalną wartość napięcia. Tego typu czujniki prądu mają jedną istotną wadę, którą jest zależność czułości od temperatury, a także nieczułość w stosunku do niewielkich natężeń prądu. Problematyczne może się okazać również ograniczone pasmo przetwarzania sygnałów, w jakich czujnik prądu może być stosowany oraz duże szumy, co może się przekładać na dokładność pomiaru prądu.