V visoko-natančnih poljih distribucije enosmerne energije, kot so fotovoltaični hranilniki energije, polnilne postaje za električna vozila in podatkovni centri, so merilniki enosmerne moči nepogrešljivi »stražarji moči«. Natančnost in stabilnost teh števcev sta v celoti odvisni od enega osrednjega indikatorja-kako natančno zajemajo in merijo tok, ki teče skozi tokokrog.
Za številne veterane elektrotehnike je "šant" zelo poznana metoda vzorčenja toka. Vendar pa se s hitrim razvojem tehnologije eden za drugim pojavljajo novi izrazi, kot so senzorji na Hallov efekt, senzorji s pretokom in celo TMR (tunnel magnetoresistive).
Hallovi senzorji
Ti senzorji uporabljajo Hallove polprevodniške elemente za merjenje toka z zaznavanjem magnetnega polja, ustvarjenega okoli primarnega prevodnika. To je zelo priljubljena brez{1}}kontaktna merilna metoda, njena največja prednost je lastna električna izolacija, ki odpravlja pomisleke glede visoke napetosti, ki neposredno vpliva na merilni čip na nižji stopnji, kar ima za posledico izjemno visoko varnost.
Tokovni senzor Fluxgate
To je tehnika, ki uporablja značilnosti nasičenosti visoko{0}}prepustnega železnega jedra v izmeničnem magnetnem polju za posredno merjenje šibkih magnetnih polj.
Njegove lastnosti so zelo izrazite: izjemno visoka natančnost in minimalen temperaturni odmik, zaradi česar se pogosto uporablja pri visoko-natančnem zaznavanju enosmernega toka, spremljanju električne izolacije in meroslovni kalibraciji. Vendar pa njegove slabosti vključujejo visoke stroške in relativno nizko hitrost odziva.
TMR senzorji itd.
TMR pomeni tunelski magnetni upor. Preprosto povedano, to je visoko{1}}natančen magnetni senzor, ki temelji na magnetoelektroniki. Njegovo jedro je uporaba nanometrske sendvič strukture "feromagnetne plasti/ne-magnetne izolacijske plasti/feromagnetne plasti" za doseganje natančne pretvorbe magnetnih signalov v električne signale prek vrtenja elektronov.
"Jarek" shuntov: zakaj te tehnologije ne morejo otresti njegove prevlade?
Zakaj je shunt, ki je videti kot bakrena palica ali upor, glede na visoko-tehnologijo in zmogljive zmogljivosti senzorjev Hallovega učinka in magnetov s fluxgateom še vedno najpogostejši in zaupanja vreden shunt na trgu? Odgovor je v njegovih štirih glavnih prednostih:
Neprimerljiva merilna natančnost in linearnost
Ne glede na to, kako se periferne tehnologije razvijajo, ostajajo zakoni fizike najbolj pošteni. Načelo delovanja šanta je izjemno čist-Ohmov zakon. Ker gre v bistvu za natančen manganov-bakreni upor z izjemno nizkim temperaturnim koeficientom, je njegova-krivulja spremembe toka skoraj popolna ravna črta, ki kaže izjemno linearnost in zelo majhne nelinearne napake.
Nasprotno pa na Hallove elemente vpliva magnetno vezje, kar ima za posledico rahle nelinearne odmike, medtem ko imajo magneti s pretočno zasnovo odzivno histerezo. Kot so poudarili strokovnjaki iz industrije: če je natančnost merjenja toka primarno merilo, potem je rešitev s shunt uporom v kombinaciji z natančnim milivoltnim oddajnikom vedno najboljša izbira.
Končna stroškovna-učinkovitost in visoka zanesljivost
Medtem ko senzorji Hallovega učinka in fluxgate ponujajo obilico funkcionalnosti, zahtevajo zapletena železna jedra in tuljave ter sekundarne napajalnike in zapletena kompenzacijska vezja. Zlasti na trgu števcev enosmerne energije lahko nekateri visoko{1}}natančni-zanki Hallovi senzorji stanejo pet- do desetkrat več kot navadni shunt upori.
Nasprotno pa so shunts izjemno preproste strukture, popolnoma pasivne naprave in delujejo zanesljivo brez dodatnega napajanja, zaradi česar so izjemno robustni in vzdržljivi. Na trgu-civilnih števcev enosmerne energije in polnilnih postaj, ki so stroškovno občutljivi, predstavlja stroškovna{2}}učinkovitost shuntov pomembno prednost, ki jo celo zapleteni senzorji težko premagajo.
Zmogljiva zmožnost nad-dometa in izjemno-temperaturna prilagodljivost
V resničnem-industrijskem okolju trenutni tokovi pogosto močno presegajo nazivne vrednosti. Shunt enote v tem pogledu izkazujejo izjemno odpornost. Na primer, visoko{3}}precizna ranžirna enota na trgu zlahka prenese trenutne udarne tokove, desetkrat višje od nazivne vrednosti v celotnem temperaturnem območju od -40 stopinj do +105 stopinj, ne da bi pri tem ogrozili natančnost vzorčenja.
V nasprotju s tem pa so senzorji, ki temeljijo na magnetnih principih, zelo dovzetni za nasičenost jedra ali razmagnetenje pri visoki-temperaturi, ko je tok previsok, kar povzroči popačenje meritev ali celo trajno poškodbo opreme.
Izjemno močna odpornost na elektromagnetne motnje
Medtem ko senzorji Hallovega učinka in magnetometra s pretočnim pretokom dosegajo elegantne brez{0}}kontaktne meritve, lahko v okoljih z močnimi magnetnimi polji in visoko-frekvenčnimi motnjami (kot so blizu visoko-napajalnih pretvornikov ali visoko-tokovnih vodil) blodeča magnetna polja zlahka prodrejo v zaznavni signal in povzročijo nepredvidljive napake pri merjenju.
V nasprotju s tem so pretvorniki s shuntom naprave za neposredno serijsko vzorčenje čistega vezja. Lojalni so samo padcu napetosti na lastnem uporu in na njih zunanja razpršena elektromagnetna polja praktično ne vplivajo. Zaradi tega so še posebej zanesljivi v omarah s kompleksno elektromagnetno združljivostjo (EMC).