בשדות חלוקת כוח DC-בדיוק גבוה כגון אחסון אנרגיה פוטו-וולטאית, ערימות טעינה לרכב חשמלי ומרכזי נתונים, מדי כוח DC הם "זקיפים" הכרחיים. הדיוק והיציבות של מונים אלה תלויים לחלוטין במחוון ליבה אחד-באופן המדויק שהם לוכדים ומודד את הזרם הזורם במעגל.
עבור מהנדסי חשמל ותיקים רבים, ה"שאנט" הוא שיטת דגימת זרם מוכרת מאוד. עם זאת, עם ההתפתחות המהירה של הטכנולוגיה, צצים בזה אחר זה מונחים חדשים כמו חיישני אפקט הול, חיישני Fluxgate ואפילו TMR (מגנטורסיסטי מנהרה).
חיישני אפקט הול
חיישנים אלה משתמשים באלמנטים מוליכים למחצה של הול כדי למדוד זרם על ידי חישת השדה המגנטי שנוצר סביב מוליך ראשי. זוהי שיטת מדידה פופולרית מאוד ללא-מגע, היתרון הגדול ביותר שלה הוא הבידוד החשמלי המובנה שלה, ביטול החששות לגבי מתח גבוה המשפיע ישירות על שבב המדידה במורד הזרם, וכתוצאה מכך בטיחות גבוהה במיוחד.
חיישן זרם Fluxgate
זוהי טכניקה המשתמשת במאפייני הרוויה של ליבת ברזל עם חדירות- גבוהה בשדה מגנטי מתחלף כדי למדוד באופן עקיף שדות מגנטיים חלשים.
המאפיינים שלו מאוד ברורים: דיוק גבוה במיוחד וסחיפה מינימלית של טמפרטורה, מה שהופך אותו לשימוש תכוף בזיהוי- DC דיוק גבוה, ניטור בידוד חשמלי וכיול מטרולוגי. עם זאת, החסרונות שלו כוללים עלות גבוהה ומהירות תגובה איטית יחסית.
חיישני TMR וכו'.
TMR ראשי תיבות של Tunnel Magnetorresistance. במילים פשוטות, זהו חיישן מגנטי-בדיוק גבוה המבוסס על מגנטואלקטרוניקה. הליבה שלו היא השימוש במבנה סנדוויץ' ננומטרי של "שכבה פרומגנטית/שכבה מבודדת לא-מגנטית/שכבה פרומגנטית" כדי להשיג המרה מדויקת של אותות מגנטיים לאותות חשמליים באמצעות ספין אלקטרונים.
ה"מואט" של השאנטים: מדוע הטכנולוגיות הללו לא יכולות לזעזע את הדומיננטיות שלה?
בהתחשב ב-הטכנולוגיה הגבוהה והיכולות החזקות של חיישני אפקט הול ומגנטי Fluxgate, מדוע ה-shunt, שנראה כמו מוט נחושת או נגד, עדיין ה-shunt הנפוץ והאמין ביותר בשוק? התשובה טמונה בארבעת היתרונות המרכזיים שלה:
דיוק ולינאריות ללא תחרות
ללא קשר לאופן שבו טכנולוגיות היקפיות מתפתחות, חוקי הפיזיקה נשארים הכנים ביותר. עקרון העבודה של shunt הוא -חוק אוהם טהור ביותר. מכיוון שהוא בעצם נגד מנגן-נחושת מדויק עם מקדם טמפרטורה נמוך במיוחד, עקומת שינוי הזרם של ההתנגדות- שלו היא כמעט קו ישר מושלם, המציג ליניאריות יוצאת דופן ושגיאות לא ליניאריות קטנות מאוד.
לעומת זאת, אלמנטים של הול מושפעים מהמעגל המגנטי, וכתוצאה מכך לקיזוזים לא ליניאריים קלים, בעוד שמגנטים של Fluxgate מציגים היסטרזיס של תגובה. כפי שציינו מומחים בתעשייה: אם הדיוק של מדידת הזרם הוא הקריטריון העיקרי, אז פתרון נגד shunt בשילוב עם משדר מיליווולט מדויק הוא תמיד הבחירה הטובה ביותר.
עלות אולטימטיבית-יעילות ואמינות גבוהה
בעוד שחיישני אפקט הול וחיישני Fluxgate מציעים שפע של פונקציונליות, הם דורשים ליבות ברזל וסלילים מורכבים, כמו גם ספקי כוח משניים ומעגלי פיצוי מורכבים. במיוחד בשוק מדי האנרגיה DC, כמה חיישני אפקט Hall-בדיוק סגור- גבוה יכולים לעלות פי חמישה עד עשרה מאשר נגדי shunt רגילים.
לעומת זאת, shunts הם פשוטים ביותר במבנה, מכשירים פסיביים גרידא, ופועלים בצורה אמינה ללא כוח נוסף, מה שהופך אותם חזקים ועמידים במיוחד. בשוק מדי אנרגיה DC ותחנות טעינה אזרחיות-העלות-רגישות, העלות-יעילות של shunts מייצגת יתרון משמעותי שאפילו חיישנים מורכבים מתקשים להתגבר עליו.
יכולת חזקה לטווח- ויכולת הסתגלות לטמפרטורה רחבה במיוחד{{1}
בסביבות תעשייתיות-ממשיות, זרמים מיידיים לרוב עולים בהרבה על ערכים מדורגים. יחידות השונט מפגינות חוסן יוצא דופן בהקשר זה. לדוגמה, יחידת shunt גבוהה-בדיוק בשוק יכולה להתמודד בקלות עם זרמי נחשול מיידי גבוהים פי עשרות מונים מהערך המדורג שלה בטווח טמפרטורות מלא של -40 מעלות עד +105 מעלות, מבלי לפגוע בדיוק הדגימה.
לעומת זאת, חיישנים המבוססים על עקרונות מגנטיים רגישים מאוד לרווית ליבה או לדה-מגנטיזציה בטמפרטורה- גבוהה כאשר הזרם גבוה מדי, מה שמוביל לעיוות מדידה או אפילו נזק קבוע לציוד.
עמידות חזקה במיוחד בפני הפרעות אלקטרומגנטיות
בעוד שחיישני מגנומטר הול ו-Fluxgate משיגים מדידה אלגנטית ללא-מגע, בסביבות עם שדות מגנטיים חזקים והפרעות בתדר-גבוהים (כגון ממירי הספק קרובים- או פסי זרם- גבוהים, שדות מגנטיים תועים יכולים לחדור בקלות לאות הזיהוי, ולגרום לשגיאות מדידה בלתי צפויות.
לעומת זאת, ממירי shunt הם מכשירי דגימה ישירים במעגל טהור. הם נאמנים רק לירידת המתח על פני ההתנגדות שלהם, ולמעשה אינם מושפעים משדות אלקטרומגנטיים תועים חיצוניים. זה הופך אותם לאמינים במיוחד בארונות תאימות אלקטרומגנטית מורכבת (EMC).