hiệu ứng Hall

[nhocduaxe]

hi ! có ai có thể giúp em rõ về cơ chế hoạt động của máy đo công suất = hiệu ứng Hall ko (có hình minh họa nữa thì tuyệt) ! em rat cảm kíck !!

[toymaker]

Bạn cần biết về hiệu ứng Hall, hay cần biết cơ chế hoạt động của wattmeter dùng h/ư này, hay cả 2 ?

[opendoor2507]

Nói một cách sơ sơ, thì hiệu ứng Hall là hiệu ứng thay đổi điện trở của khối chất khi đặt dưới tác dụng của từ trường. Dòng điện tạo ra từ trường vậy có thể dùng hiệu ứng này để đo dòng điện mà không cần điện trở shun mắc nối tiếp.
Đo dòng rồi nhân với thế là ra được công suất.
-----
Mong được bác nào chuyên làm cái này chỉ giáo một cách chi tiết hơn !

[voduychau]

hi ! có ai có thể giúp em rõ về cơ chế hoạt động của máy đo công suất = hiệu ứng Hall ko (có hình minh họa nữa thì tuyệt) ! em rat cảm kíck !!

không ai muốn chỉ xong rồi bị đá như vậy đâu bạn à,kekeke

[toymaker]

Bác OPD2057 nói sơ sơ nhưng mà chính xác đó.
Nhưng mình không cho rằng chỉ để đo dòng, rồi lại phải nhân với áp để ra P, như vậy không hay.
Theo mình, cơ chế wattmeter vẫn như kiểu cơ, nhưng thay vì từ trường tạo ra bởi cuộn dòng và áp tác động với nhau cho ra độ lêch kim tỷ lệ với công suất, thì cải tiến bằng cách cho từ trường của dòng và của áp cùng tác động vào phần tử Hall effect, sẽ cho ra ngay giá trị công suất !!

[nhocduaxe]

hi` ! thanks cac pác rat nhiều nhưng ....

[cô nhóc]

Bác OPD2057 nói sơ sơ nhưng mà chính xác đó.
Nhưng mình không cho rằng chỉ để đo dòng, rồi lại phải nhân với áp để ra P, như vậy không hay.
Theo mình, cơ chế wattmeter vẫn như kiểu cơ, nhưng thay vì từ trường tạo ra bởi cuộn dòng và áp tác động với nhau cho ra độ lêch kim tỷ lệ với công suất, thì cải tiến bằng cách cho từ trường của dòng và của áp cùng tác động vào phần tử Hall effect, sẽ cho ra ngay giá trị công suất !!

Không hẳn như vậy, anh ToyMaker ạ.

Phần tử Hall là 1 khối bán dẫn có 4 chân. 2 chân cho dòng điện phân cực vào. 2 chân còn lại sẽ cho điện áp ra. Điện áp ra này tỷ lệ với tích số của dòng điện phân cực với từ trường xuyên thẳng góc với khối bán dẫn đó.
Như vậy, nếu anh cho tín hiệu dòng tỷ lệ với điện áp muốn đo vào 2 chân phân cực, và cho dòng điện muốn đo tạo ra từ trường bằng cách dùng cuộn dây lõi thép, thì tín hiệu ra sẽ tỷ lệ với công suất tức thời của hệ thống.

[opendoor2507]

Bác OPD2057 nói sơ sơ nhưng mà chính xác đó.
Nhưng mình không cho rằng chỉ để đo dòng, rồi lại phải nhân với áp để ra P, như vậy không hay.
Theo mình, cơ chế wattmeter vẫn như kiểu cơ, nhưng thay vì từ trường tạo ra bởi cuộn dòng và áp tác động với nhau cho ra độ lêch kim tỷ lệ với công suất, thì cải tiến bằng cách cho từ trường của dòng và của áp cùng tác động vào phần tử Hall effect, sẽ cho ra ngay giá trị công suất !!

Ừ nhỉ,
Ý tưởng của Toymaker về đo công suất trực tiếp bằng sensor hall hay đấy. Không biết người ta đã làm thực tế cái này chưa. Nhìn chung có 2 khó khăn cần giải quyết:
1) Như CN nói: làm như thế anh chỉ đo được P tức thời, muốn đo được watt (kW.h) cần phải tích phân giá trị này theo thời gian. Không biết có ý tưởng nào làm đơn giản hóa việc này không.
2) Vì sensor Hall là một phiến bán dẫn nên nếu cho dòng cần đo làm dòng phân cực thì sẽ không có sự cách ly giữa mạch đo và mạch tải. Làm như vậy mất ưu thế đo không tiếp xúc vốn có của Sensor Hall

Dù gì em vẫn nghĩ ý tưởng đo P trực tiếp tận dụng U_hall ~ I * B là rất mới lạ và hay. Nhiều lúc cũng cần đo P tức thời lắm chứ.

[toymaker]

Luồng này mở đầu bằng câu hỏi đo công suất mà!
Nhưng cho dù đo công suất (wattmeter) hay đo điện năng (watthourmeter), thì đầu tiên vẫn phải đo công suất tức thời, mình không biết có cách đo nào lại không đo công suất tức thời cả !
Giá trị công suất tức thời này, lấy tích phân trong 1 đơn vị thời gian sẽ cho ra giá trị công suất (thực ra là công suất trung bình), còn nếu tích phân liên tục (cộng dồn) sẽ cho ra giá trị điện năng tiêu thụ.

[cô nhóc]

Ý của Anh ToyMaker dường như m chưa thấy hợp lý lắm.
Nếu cho từ trường của dòng và của áp tác động với nhau trong mạch từ, thì kết quả là hàm nhân. Như vậy thì đo được công suất. Nhưng nếu cho 2 từ trường này tác động với nhau trong hall device thì sẽ không phải là hàm nhân nữa, mà chỉ là hàm cộng thôi. Do đó sẽ không đo công suất được.

Thông thường, người ta làm như thế này:

Điện thế được hạ xuống bằng biến thế cách ly, vừa cấp nguồn cho mạch đo, vừa cấp tín hiệu U. Tín hiệu này sẽ đưa đến mạch phân cực cho Hall device. Như vậy, tín hiệu điện thế đưa được đến mạch phân cực một cách chính xác, mà vẫn cách ly. Người ta không cho dòng vào phân cực, vì dòng cần đo sẽ khá lớn. Trong khi các phần tử Hall thì có công suất nhỏ hơn nhiều.

Dòng trong mạch cần đo sẽ được quấn quanh một bộ lõi từ, có khe hở không khí. Như vậy từ trường trong khe hở không khí sẽ tỷ lệ bậc nhất với dòng điện, mà vẫn cách ly. Người ta cũng không cho điện áp vào để tạo từ trường, vì nếu vậy phải quấn cuộn dây áp rất nhiều vòng. Mà cuộn dây này sẽ có cảm rất lớn, nên từ trường sẽ không đồng pha với điện áp nữa. Như vậy sai số sẽ tăng lên.

Phần tử Hall được đưa vào khe hở không khí đó. Điện áp ra của nó sẽ tỷ lệ với tích của dòng phân cực (tỷ lệ với U) và dòng tải.
Mạch này có lợi thế là đo được cả công suất một chiều lẫn xoay chiều. Và không phụ thuộc quá nhiều vào tần số. Muốn đo tần số cao hơn, thì người ta thay lõi sắt từ bằng lõi Ferrit.

Từ công suất tức thời này, các anh có thể chuyển thành công suất trung bình bằng một mạch lọc tích cực thông thấp. Có thể chuyển thành mạch đo điện năng bằng một mạch tích phân cộng dồn. (Như anh ToyMaker đã nói).

Có một số máy đo thí nghiệm cầm tay để sử dụng ở hiện trường. Probe để đo dòng giống như một am pe kềm nhỏ xíu, có thể dùng để đo dòng nhị thứ trong mạch điện. Nếu muốn đo dòng đơn thuần, thì chỉ cần phân cực bằng dòng một chiều. Khi đó điện áp ra sẽ chỉ tỷ lệ với dòng. Muốn đo góc lệch thì so sánh tín hiệu đầu ra đó với tín hiệu của mạch điện áp.

[opendoor2507]

Thông thường, người ta làm như thế này:

Điện thế được hạ xuống bằng biến thế cách ly, vừa cấp nguồn cho mạch đo, vừa cấp tín hiệu U. Tín hiệu này sẽ đưa đến mạch phân cực cho Hall device. Như vậy, tín hiệu điện thế đưa được đến mạch phân cực một cách chính xác, mà vẫn cách ly. Người ta không cho dòng vào phân cực, vì dòng cần đo sẽ khá lớn. Trong khi các phần tử Hall thì có công suất nhỏ hơn nhiều.

Dòng trong mạch cần đo sẽ được quấn quanh một bộ lõi từ, có khe hở không khí. Như vậy từ trường trong khe hở không khí sẽ tỷ lệ bậc nhất với dòng điện, mà vẫn cách ly. Người ta cũng không cho điện áp vào để tạo từ trường, vì nếu vậy phải quấn cuộn dây áp rất nhiều vòng. Mà cuộn dây này sẽ có cảm rất lớn, nên từ trường sẽ không đồng pha với điện áp nữa. Như vậy sai số sẽ tăng lên.

Phần tử Hall được đưa vào khe hở không khí đó. Điện áp ra của nó sẽ tỷ lệ với tích của dòng phân cực (tỷ lệ với U) và dòng tải.
Mạch này có lợi thế là đo được cả công suất một chiều lẫn xoay chiều. Và không phụ thuộc quá nhiều vào tần số. Muốn đo tần số cao hơn, thì người ta thay lõi sắt từ bằng lõi Ferrit.

Từ công suất tức thời này, các anh có thể chuyển thành công suất trung bình bằng một mạch lọc tích cực thông thấp. Có thể chuyển thành mạch đo điện năng bằng một mạch tích phân cộng dồn. (Như anh ToyMaker đã nói).
.

Cám ơn CN, nếu có rating tớ sẽ rate cho bài này 4 sao.
Như vậy đo được công suất mà vẫn cách ly, nhưng xem ra vấn đề lệch pha giữa U và I là vấn đề khá nan giải đấy nhóc nhỉ?
Kiểu đo này chỉ đo được với các mạch xoay chiều có pha của U trùng với I.
Cám ơn nhóc lần nữa,

[cô nhóc]

Cám ơn CN, nếu có rating tớ sẽ rate cho bài này 4 sao.
Như vậy đo được công suất mà vẫn cách ly, nhưng xem ra vấn đề lệch pha giữa U và I là vấn đề khá nan giải đấy nhóc nhỉ?
Kiểu đo này chỉ đo được với các mạch xoay chiều có pha của U trùng với I.
Cám ơn nhóc lần nữa,

U và I lệch pha nhau, mạch vẫn hoạt động tốt, anh Mở cửa ạ.
Thí dụ như nếu thời điểm nào U, I cùng dấu, thì U ra dương. Khi U, I ngược dấu thì U ra âm. Hoàn toàn phù hợp với cách tính công suất tức thời.
Đây chính là ưu điểm của mạch đo công suất bằng Hall device. Các mạch khác phải làm giải thuật mất công, trong khi mạch này thì...bất chiến tự nhiên thành. Hi hi.

[opendoor2507]

U và I lệch pha nhau, mạch vẫn hoạt động tốt, anh Mở cửa ạ.
Thí dụ như nếu thời điểm nào U, I cùng dấu, thì U ra dương. Khi U, I ngược dấu thì U ra âm. Hoàn toàn phù hợp với cách tính công suất tức thời.
Đây chính là ưu điểm của mạch đo công suất bằng Hall device. Các mạch khác phải làm giải thuật mất công, trong khi mạch này thì...bất chiến tự nhiên thành. Hi hi.

Này nhóc em quên công thức P = U*I*cos(phi) à.
cos(phi) em vứt đâu roài.

[cô nhóc]

Này nhóc em quên công thức P = U*I*cos(phi) à.
cos(phi) em vứt đâu roài.

Ôi, anh Mở Cửa. Anh quên rằng công thức đó là để tính công suất trung bình sao?

Còn tính công suất tức thời, thì làm gì có CosPhi trong đó?

Khi nào anh đưa vào bộ lọc thông thấp, thì sẽ tự động có CosPhi ngay thôi.

Công suất tức thời sẽ là một hàm sin, với trị số sin dao động xung quanh một trị số trung bình. Trị số trung bình này chính là theo công thức của anh nói.

Anh giải thử bài toán này nha. Nhóc ốt toán lắm, hông giải được đâu. Hi hi.:

p = Umax sin alpha * Imax sin (alpha + phi) (đây là công suất tức thời).

Nếu anh lấy tích phân trong khoảng từ 0 đến 2pi, rồi chia cho 2pi thì sẽ có công suất trung bình. Mà CS trung bình sẽ có Cos phi trong đó.

[opendoor2507]

Anh giải thử bài toán này nha. Nhóc dốt toán lắm, hông giải được đâu. Hi hi.:

p = Umax sin alpha * Imax sin (alpha + phi) (đây là công suất tức thời).

Nếu anh lấy tích phân trong khoảng từ 0 đến 2pi, rồi chia cho 2pi thì sẽ có công suất trung bình. Mà CS trung bình sẽ có Cos phi trong đó.

Hè hè, anh nhầm,
P = Uo*sin(alpha) * Io*sin(alpha + phi) = 1/2 * Uo*Io (cos(phi) - cos(2*alpha +phi))
Trong đó alpha = 100*pi*t, với lưới điện 50Hz.
Công thức biến đổi của P thu được 2 thành phần:
- Thành phần không đổi: 1/2 Uo*Io cos(phi), đây cũng chính là giá trị trung bình thu được sau khi tích phân theo thời gian bội của chu kỳ.
- Thành phần biến đổi, 1/2 Uo Io cos(2*alpha + phi), thành phần này biến đổi với tần số nhanh gấp đôi tần số dao động điện. Và sẽ bị triệt tiêu nếu lấy tích phân theo thời gian bội số của chu kỳ, vì nó là hàm lẻ.