بررسی تفاوت سنسورهای سنجش جریان اثر هالی با سنسور آمپر متر اتصالی

مدیریت مصرف انرژی در دستگاه‌های مختلف و سناریوهای مختلف بسیار اهمیت دارند. برای سنجش دقیق مصرف انرژی بایستی نسبت به میزان دقیق ولتاژ و جریان در مصرف کننده مطلع باشیم. برای این منظور از سنسورهای مختلفی استفاده می‌شود. سنسور سنجش جریان شاخصه‌ی جریان عبوری از یا همان جریان مصرفی در یک دستگاه را سنجش می‌کند. حاصلضرب جریان در ولتاژ میزان مصرف انرژی را تعیین می‌کند. بنابراین در پروژه‌های مختلف سنجش و ذخیره سازی این شاخصه‌ها اهمیت زیادی خواهد داشت. جریان در کنار ولتاژ میزان مصرف انرژی را مشخص می‌کنند. در یک سناریو IoT و یا سناریوهای صنعتی میزان مصرف جریان نیازمند سنجش دقیق است. در این پست راجع به انتخاب مدل سنسور سنجش جریان یا همان آمپر متر، مطالبی را اریه می‌کنیم. 

البته بسته به پروژه‌ای که در حال اجرا هستید، بایستی بهترین انتخاب را برای آمپر متر انجام دهید. هدف ما ارتقا دانش کاربران فارسی زبان است. همچنین رشد اطلاعات عمومی مدیران در شرکت‌های مختلف را مد نظر داریم. بنابراین اگر این مطلب از بلاگ دانشجو کیت برای شما ارزشمند بود و به اطلاعاتتان اضافه کرد، آنرا با دیگران به اشتراک بگذارید تا دانش فنی مدیرها و کاربران فارسی زبان در این حوزه و IoT رشد پیدا کند.

مفهوم جریان در الکترونیک

جریان الکتریکی یکی از مفاهیم اساسی در علوم الکترونیک و الکتریسیته است. این مفهوم به حرکت الکترون‌ها یا بارهای الکتریکی در یک مدار یا راهی خاص اشاره دارد. جریان الکتریکی به واحد آمپر (A) اندازه‌گیری می‌شود و تأثیر مهمی در طراحی و عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی دارد. در مدارهای الکتریکی، جریان به دو نوع تقسیم می‌شود. جریان مستقیم (DC - Direct Current): در جریان مستقیم، الکترون‌ها به یک جهت مشخص حرکت می‌کنند. این نوع جریان معمولا در باتری‌ها و منابع تغذیه الکترونیکی استفاده می‌شود. جریان متناوب (AC - Alternating Current): در جریان متناوب، جهت جریان الکترون‌ها به طور دوره‌ای تغییر می‌کند. این نوع جریان در سیستم‌های توزیع برق عمومی استفاده می‌شود و معمولا به صورت موج‌های sinusoidal نمایش داده می‌شود.

مقدار جریان الکتریکی (I) برابر با نسبت مقدار بار الکتریکی (Q) به زمان (t) است. I= tQ

در اینجا: I نشان‌دهنده جریان (به واحد آمپر) است.

Q مقدار بار الکتریکی (به واحد کولن) است.

t زمان (به واحد ثانیه) است.

جریان الکتریکی از مهمترین ویژگی‌های یک مدار الکتریکی است و در تحلیل و طراحی مدارهای الکترونیکی بسیار اهمیت دارد. از قوانین اساسی مرتبط با جریان الکتریکی می‌توان به قانون اهم و قانون اهم کرخه اشاره کرد که در تعیین رفتار و ویژگی‌های مدارهای الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. سنجش جریان در یک مدار توسط کمپ متر و یا آمپر متر انجام می‌شود.

سنجش جریان چه کاربردی دارد؟

سنجش جریان الکتریکی اهمیت زیادی در علوم الکترونیک و برق دارد و در مختلف برنامه‌ها و صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد. دستگاه‌های سنجش جریان برق (مانند سنسورهای ACS712) امکان می‌دهند جریان الکتریکی در یک مدار را اندازه‌گیری کرده و اطلاعات مربوط به آن را به میکروکنترلرها یا دستگاه‌های الکترونیکی دیگر منتقل کنید. در ادامه، برخی از کاربردهای مهم سنجش جریان الکتریکی را توضیح می‌دهیم.

• کنترل موتورها: در بسیاری از برنامه‌های صنعتی و رباتیک، اندازه‌گیری جریان الکتریکی موتورها (مانند موتورهای DC و موتورهای متناوب) ضروری است. از اطلاعات جریان اندازه‌گیری شده برای کنترل سرعت و جهت چرخش موتورها استفاده می‌شود.
• مانیتورینگ مصرف انرژی: در محیط‌های خانگی و صنعتی، اندازه‌گیری مصرف انرژی برق یکی از موارد اساسی است. با سنجش جریان الکتریکی کل مصرفی در مدارهای مختلف می‌توانید مصرف انرژی را مدیریت کنید و هزینه‌های انرژی را کاهش دهید.
• حفاظت و ایمنی: در سیستم‌های بزرگ برقی، سنجش جریان الکتریکی می‌تواند به عنوان یک وسیله حفاظتی مورد استفاده قرار گیرد. در صورت افزایش ناگهانی جریان به مقدار خارج از حد مجاز، سیستم‌ها می‌توانند خاموش شوند تا از خطراتی نظیر اتصال کوتاه و خرابی و یا آتش سوزی جلوگیری کنند.
• اندازه‌گیری و کنترل دما: در برخی از موارد، جریان الکتریکی به عنوان یک شاخص برای اندازه‌گیری دما مورد استفاده قرار می‌گیرد. این اندازه‌گیری‌ها به کنترل دستگاه‌های گرمایشی و تهویه مطبوع کمک می‌کنند
• مدیریت انرژی تجهیزات الکتریکی: در تجهیزات الکتریکی مانند کامپیوترها و تلویزیون‌ها، سنجش جریان الکتریکی به عنوان یکی از ابزارهای مدیریت مصرف انرژی و کمک به جلوگیری از مصرف بی‌استفاده انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• تعمیر و نگهداری: در فرآیند تعمیر و نگهداری تجهیزات الکتریکی، سنجش جریان الکتریکی برای تشخیص خرابی‌ها و اشکال‌زدایی مفید است.

با توجه به تنوع کاربردهای سنجش جریان الکتریکی، این سنسورها ابزارهای مهم در عالم الکترونیک و برق محسوب می‌شوند و در انواع مختلف صنایع و برنامه‌ها استفاده می‌شوند.

روش‌های سنجش جریان الکتریسیته چیست؟

همانطور که پیشتر توضیح دادیم در اصول الکترونیک، اندازه گیری جریان یک متغیر کلیدی است. برای اندازه گیری جریان در یک مدار، از روش‌ها و دستگاه‌های مختلف شامل کلمپ متر و یا آمپر متر استفاده می‌شود. برخی از روش‌های معمول سنجش جریان شامل موارد زیر هستند.

• آمپرمترها: این دستگاه‌ها معمولا به صورت مستقیم برای اندازه گیری جریان استفاده می‌شوند. آمپرمترها به طور معمول به مدارها وصل می‌شوند و جریان را به صورت مستقیم اندازه می‌گیرند. مانند سنسورهای ACS712 که پیش از این راجع به آنها توضیح داده‌ایم.
• مقاومتهای شاخص: اندازه گیری جریان می‌تواند از طریق مقاومت‌های شاخص (current-sensing resistors) صورت گیرد. این مقاومت‌ها به مدار متصل شده و ولتاژ ایجاد شده بر روی آن‌ها به اندازه جریان می‌باشد.
• استفاده از شاخص‌های مغناطیسی: از حلقه‌های جریان و سنسورهای هال افکت استفاده می‌شود تا اندازه گیری جریان با تغییرات میدان مغناطیسی صورت گیرد. این روش در حقیقت همان سنسورهای کلمپی است. 
• استفاده از تکنیک‌های تحلیلی: برخی از مدارها از تکنیک‌های تحلیلی مانند تحلیل کاتوف (KVL) و تحلیل شاخص‌های نود (KCL) برای اندازه گیری جریان استفاده می‌کنند.

هر یک از این روش‌ها مزایا و محدودیت‌های خود را دارند و انتخاب روش مناسب بستگی به شرایط و نیازهای خاص مدار دارد. در این پست راجع به سنجش جریان از طریق سنسورهای کلمپی و یا سنسورهای آمپر متر مطالب را بررسی میکنیم.

سنسور سنجش جریان اثر هالی

سنسورهای جریان اثر هال، دستگاه‌هایی هستند که از اثر هال استفاده می‌کنند تا جریان الکتریکی را اندازه گیری کنند. این سنسورها بر پایه اصل اثر هال که یک پدیده فیزیکی است، کار می‌کنند. وقتی جریان الکتریکی از یک ماده عبور می‌کند که در میدان مغناطیسی قرار دارد، یک ولتاژ متناسب با اندازه جریان تولید می‌شود.

این ولتاژ تولید شده ناشی از اختلاف ولتاژ در دو طرف ماده هالی است که به ما اندازه جریان را می‌دهد. یکی از مزایای بزرگ این نوع از سنسورها، عدم نیاز به وصل شدن به مدار برای اندازه گیری جریان است. زیرا آنها توانایی اندازه گیری جریان را به صورت غیر تماسی دارند. به معنای آن است که می‌توانند جریان را بدون نیاز به وصل شدن مستقیم به مدارها یا کابل‌ها اندازه گیری کنند، که در برخی مواقع مزیت بزرگی محسوب می‌شود. 

همچنین، سنسورهای جریان اثر هال معمولا دقت بالا و نویز کمی دارند که این ویژگی‌ها آنها را برای برنامه‌هایی که نیاز به اندازه گیری دقیق جریان دارند، مناسب می‌کند. به طور کلی، سنسورهای جریان اثر هال بر اساس اندازه گیری ولتاژ تولید شده ناشی از اثر هال عمل می‌کنند. این ولتاژ تولید شده به نسبت مستقیم با اندازه جریان الکتریکی است که از آنها عبور می‌کند. ولتاژ تولید شده به عنوان نتیجه اندازه گیری جریان استفاده می‌شود.

سنسورهای اثر هال می‌توانند برای محافظت از مدارها در برابر جریان‌های بیش از حد یا برای کنترل مصرف انرژی در سیستم‌های الکترونیکی استفاده شوند. آنها از جمله ابزارهای کاربردی برای سیستم‌های حساس به جریان، مانند سیستم‌های قدرت، مدارهای حفاظتی و کنترلی هستند. یکی از ویژگی‌های مثبت این نوع از سنسورها، دقت بالا و پاسخ سریع به تغییرات جریان است. این ویژگی‌ها باعث می‌شوند سنسورهای اثر هال برای کاربردهایی که نیاز به اندازه گیری دقیق و سریع جریان دارند، مناسب باشند. استفاده از این نوع سنسورها در برخی از صنایع مانند خودروسازی، الکترونیک صنعتی، سیستم‌های مدیریت انرژی و سیستم‌های اندازه گیری دقیق مصرف انرژی بسیار معمول است.

سنسور آمپر متر اتصالی

سنسورهای سنجش جریان یا آمپرمترهای اتصالی معمولا به عنوان قسمتی از سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی به کار می‌روند تا جریان الکتریکی که از آنها عبور می‌کند را اندازه بگیرند. این سنسورها برای اندازه گیری جریان الکتریکی در مدارها استفاده می‌شوند و معمولا به صورت اتصالی (inline) به مدار وصل می‌شوند.

آمپرمترهای اتصالی معمولا به صورت سیم‌هایی با دو سر متصل شده‌اند که جریان مورد نظر را از آنها عبور می‌دهیم. زمانی که جریان از طریق آمپرمتر اتصالی می‌گذرد، یک ولتاژ که مستقیما متناسب با اندازه جریان است، تولید می‌شود. این ولتاژ که توسط آمپرمتر تولید می‌شود، معمولا به نشانگرهای دیجیتال یا آنالوگ متصل می‌شود تا اندازه جریان را نمایش دهد. اغلب آمپرمترها دارای قابلیت اندازه گیری جریان‌های متفاوت با دقت‌های مختلف هستند.

از آمپرمترهای اتصالی برای کنترل مصرف انرژی، ارزیابی عملکرد مدارها، اندازه گیری جریان در دستگاه‌های الکتریکی و بسیاری از کاربردهای دیگر الکترونیکی استفاده می‌شود. آمپرمترهای اتصالی به عنوان ابزاری مهم برای مهندسان الکترونیک و برق در عیوب یابی و اندازه گیری جریان در مدارها بسیار مفیدند. این ابزارها عموما به صورت جدا نصب می‌شوند، به مدار وصل می‌شوند و به کاربر این امکان را می‌دهند تا جریانی که از مدار عبور می‌کند را مستقیما اندازه بگیرند.

برخی از ویژگی‌های کلیدی که در انتخاب یک آمپرمتر اتصالی مهم هستند عبارتند از:

• محدوده اندازه گیری: آمپرمتر باید دارای محدوده اندازه گیری مناسب برای نوع جریان مورد نظر باشد. انتخاب یک آمپرمتر با محدوده مناسب بسیار اهمیت دارد.
• دقت: دقت اندازه گیری نیز یکی از عوامل مهم است. برای برخی از کاربردها، دقت بالا بسیار حیاتی است.
• سرعت نمونه برداری: در برخی از مواقع، سرعت اندازه گیری نقش مهمی ایفا می‌کند، به ویژه زمانی که نیاز به ردیابی تغییرات سریع جریان داریم.
• مقاومت در برابر نویز و تداخلات الکترومغناطیسی: برخی از آمپرمترها به خوبی مقاومت در برابر نویز و تداخلات الکترومغناطیسی هستند که برای برخی از برنامه‌ها مهم است.

استفاده از آمپرمترهای اتصالی باعث می‌شود که مهندسان و تعمیرکاران بتوانند جریان را بدون قطع مدار اندازه گیری کرده و در عیوب یابی مدارها و مشکلات جریان الکتریکی بهبود بخشند.

بررسی دو حالت اثر هالی و اتصالی سنجش جریان

در اندازه گیری جریان، هر دو روش سنسورهای جریان اثر هال و آمپرمترهای اتصالی مزایا و محدودیت‌های خود را دارند که استفاده‌ی آن‌ها به شرایط و نیازهای خاص مربوط می‌شود.

مزیت‌های سنسورهای جریان اثر هال:

• عدم نیاز به قطع مدار: سنسورهای اثر هال به صورت غیر تماسی جریان را اندازه گیری می‌کنند، بدون نیاز به قطع مدارها یا وصلی مستقیم.
• دقت و پاسخ سریع: این سنسورها معمولا دقت بالا و پاسخ سریعی به تغییرات جریان دارند.
• کارایی در محیط‌های صنعتی: این سنسورها مقاومت در برابر شرایط محیطی نظیر نویز و تداخلات الکترومغناطیسی دارند.

محدودیت‌های سنسورهای جریان اثر هال:

• هزینه: ممکن است هزینه‌ی بالایی برای خرید و نصب این نوع سنسورها وجود داشته باشد.
• محدودیت‌ها در محدوده اندازه گیری: برخی از سنسورهای اثر هال ممکن است محدودیت‌هایی در محدوده اندازه گیری داشته باشند.

مزیت‌های آمپرمترهای اتصالی:

• قابلیت استفاده مستقیم: آمپرمترهای اتصالی به طور مستقیم به مدار وصل می‌شوند و به سرعت جریان را اندازه گیری می‌کنند.
• محدودیت کمتر در محدوده اندازه گیری: برخی از آمپرمترها ممکن است دارای محدودیت کمتری در محدوده اندازه گیری باشند.

محدودیت‌های آمپرمترهای اتصالی:

• نیاز به قطع مدار: برای اندازه گیری جریان با استفاده از آمپرمترهای اتصالی، نیاز است تا مدار قطع شود و آمپرمتر به آن متصل شود.
• دقت محدودتر: برخی از آمپرمترها ممکن است دقت کمتری نسبت به سنسورهای اثر هال داشته باشند.

بسته به شرایط مدار، نیاز به دقت اندازه گیری، نیاز به نصب غیر تماسی و دیگر فاکتورهایی که در محیط و کاربردهای مختلف مدارها وجود دارد، از یکی از این روش‌ها استفاده می‌شود. در عمل، ترکیبی از این دو روش نیز ممکن است برای برخی از موارد مناسب باشد.

جمع بندی

سنسورهای سنجش جریان انوع مختلفی دارند که هر کدام براساس بازه سنجش و کاربری متنوعی ساخته می‌شوند. در این پست سعی کردیم توضیحات عمومی در خصوص این سنسورها را ارایه کنیم. شناخت دقیقتر آنها نیازمند دانش دقیق و فنی الکترونیک است که خارج از مباحث بلاگ فروشگاه است. بنابراین دقت داشته باشید که این توضیحات صرفا بابت آگاهی رساندن به کاربران فارسی زبان و خصوصا مدیران نوشته شده است. در پروژه‌های خانه هوشمند و یا هوشمند سازی صنعتی از سنسور سنجش جریان اثر هالی و کلمپی میتوان استفاده کرد. ویژگی‌های منحصر به فرد این مدل سنسورها را توضیح دادیم. همچنین از سنسورهای سنجش جریانی اتصالی هم میتوان استفاده کرد که در خصوص این مورد هم توضیحاتی ارایه شد. 

بنابراین اگر این پست برای شما مفید بود و به اطلاعاتتان اضافه کرد، حتما آنرا با دیگران به اشتراک بگذارید. همچنین فراموش نکنید که ماژول‌های سنجش جریان غیر اصلی با قیمت‌های بسیار ارزان در بازاری که رقابت بر سر قیمت کمتر است بسیار زیاد شده است. بنابراین هرگز براساس قیمت اقدام به انتخاب و خرید نکنید و حتما چند نمونه را از فروشگاه‌های مختلف تست کنید. ما در دانشجو کیت همواره اجناس اورجینال و با کیفیت را طی چهار دهه گذشته ارایه می‌کرده‌ایم.