در زمینه‌های توزیع برق DC با دقت بالا، مانند ذخیره‌سازی انرژی فتوولتائیک، شمع‌های شارژ خودروهای الکتریکی، و مراکز داده، کنتورهای برق DC «نگهبان‌های قدرت» ضروری هستند. دقت و پایداری این کنتورها کاملاً به یک نشانگر اصلی بستگی دارد-که با چه دقتی جریان عبوری از مدار را می‌گیرند و اندازه‌گیری می‌کنند.
برای بسیاری از مهندسان برق کهنه کار، "شنت" یک روش نمونه گیری جریان بسیار آشنا است. با این حال، با پیشرفت سریع فناوری، اصطلاحات جدیدی مانند سنسورهای اثر هال، سنسورهای fluxgate و حتی TMR (تونل مغناطیسی مقاومتی) یکی پس از دیگری در حال ظهور هستند.
سنسورهای جلوه هال
این حسگرها از عناصر نیمه هادی هال برای اندازه گیری جریان با سنجش میدان مغناطیسی ایجاد شده در اطراف یک هادی اولیه استفاده می کنند. این یک روش اندازه‌گیری غیرتماسی بسیار محبوب است، بزرگترین مزیت آن جداسازی الکتریکی ذاتی آن است که نگرانی‌ها در مورد تأثیر مستقیم ولتاژ بالا بر تراشه اندازه‌گیری پایین‌دست را از بین می‌برد و در نتیجه ایمنی بسیار بالایی دارد.
سنسور جریان فلاکس گیت
این تکنیکی است که از ویژگی‌های اشباع هسته آهنی-با نفوذپذیری بالا در یک میدان مغناطیسی متناوب برای اندازه‌گیری غیرمستقیم میدان‌های مغناطیسی ضعیف استفاده می‌کند.
ویژگی‌های آن بسیار متمایز است: دقت بسیار بالا و کمترین جابجایی دما، که باعث می‌شود اغلب در تشخیص DC با دقت بالا، نظارت بر عایق الکتریکی و کالیبراسیون اندازه‌شناسی استفاده شود. با این حال، از معایب آن می توان به هزینه بالا و سرعت پاسخ نسبتا پایین اشاره کرد.
سنسورهای TMR و غیره
TMR مخفف Tunnel Magnetoresistance است. به زبان ساده، این یک حسگر مغناطیسی-با دقت بالا مبتنی بر مغناطیسی الکترونیک است. هسته آن استفاده از یک ساختار ساندویچی در مقیاس نانو از "لایه فرومغناطیسی/غیر{3}}لایه عایق مغناطیسی/لایه فرومغناطیسی" برای دستیابی به تبدیل دقیق سیگنال های مغناطیسی به سیگنال های الکتریکی از طریق اسپین الکترون است.
"خندق" شانت ها: چرا این فناوری ها نمی توانند سلطه آن را متزلزل کنند؟
با توجه به{0}}فناوری بالا و قابلیت‌های قدرتمند حسگرهای اثر هال و آهن‌رباهای شار، چرا شنت، که شبیه میله یا مقاومت مسی است، همچنان رایج‌ترین و قابل اعتمادترین شنت در بازار است؟ پاسخ در چهار مزیت اصلی آن نهفته است:
دقت و خطی بودن بی نظیر اندازه گیری
صرف نظر از اینکه فناوری‌های جانبی چگونه تکامل می‌یابند، قوانین فیزیک صادقانه‌ترین قوانین هستند. اصل کار یک شنت بسیار ناب است-قانون اهم. از آنجایی که اساساً یک مقاومت مسی دقیق-منگنزی با ضریب دمایی بسیار پایین است، منحنی تغییر جریان مقاومت- آن تقریباً یک خط مستقیم کامل است، خطی بودن استثنایی و خطاهای غیرخطی بسیار کوچک را نشان می‌دهد.
در مقابل، عناصر هال تحت تأثیر مدار مغناطیسی قرار می‌گیرند که منجر به انحراف‌های غیرخطی جزئی می‌شود، در حالی که آهن‌رباهای فلاکس گیت هیسترزیس پاسخ را نشان می‌دهند. همانطور که کارشناسان صنعت اشاره کرده اند: اگر دقت اندازه گیری جریان معیار اصلی باشد، محلول مقاومت شنت جفت شده با یک فرستنده میلی ولت دقیق همیشه بهترین انتخاب است.
هزینه نهایی-اثربخشی و قابلیت اطمینان بالا
در حالی که سنسورهای اثر هال و فلاکس گیت عملکردهای فراوانی را ارائه می دهند، به هسته ها و سیم پیچ های آهنی پیچیده و همچنین منابع تغذیه ثانویه و مدارهای جبران پیچیده نیاز دارند. به خصوص در بازار کنتورهای انرژی DC، برخی از حسگرهای اثر هال با دقت بالا-بسته-می توانند پنج تا ده برابر بیشتر از مقاومت های شانت معمولی قیمت داشته باشند.
در مقابل، شنت‌ها از نظر ساختار بسیار ساده هستند، دستگاه‌های کاملاً غیرفعال هستند و به طور قابل اعتماد و بدون نیروی اضافی کار می‌کنند و آنها را فوق‌العاده قوی و بادوام می‌کند. در بازار حساس به هزینه-سنجش متر انرژی DC غیرنظامی غیرنظامی و ایستگاه شارژ، مقرون به صرفه بودن{2}}شنت ها نشان دهنده مزیت قابل توجهی است که حتی حسگرهای پیچیده نیز برای غلبه بر آن تلاش می کنند.
قابلیت قدرتمند بیش از-محدوده و سازگاری فوق العاده{1}}در دما
در محیط‌های صنعتی{0}در دنیای واقعی، جریان‌های لحظه‌ای اغلب بسیار بیشتر از مقادیر نامی هستند. واحدهای شنت در این زمینه انعطاف پذیری قابل توجهی از خود نشان می دهند. برای مثال، یک واحد شنت با دقت بالا در بازار می‌تواند به راحتی جریان‌های موجی آنی را ده‌ها برابر بیشتر از مقدار نامی خود در محدوده دمایی کامل از -40 درجه تا +105 درجه تحمل کند، بدون اینکه دقت نمونه‌برداری به خطر بیفتد.
در مقابل، حسگرهای مبتنی بر اصول مغناطیسی به شدت در برابر اشباع هسته یا مغناطیس زدایی با دمای بالا زمانی که جریان بسیار زیاد است، حساس هستند، که منجر به اعوجاج اندازه‌گیری یا حتی آسیب دائمی تجهیزات می‌شود.
مقاومت بسیار قوی در برابر تداخل الکترومغناطیسی
در حالی که سنسورهای اثر هال و مغناطیس‌سنج دروازه شار به اندازه‌گیری غیر تماسی ظریفی می‌رسند، در محیط‌هایی با میدان‌های مغناطیسی قوی و تداخل فرکانس بالا (مانند اینورترهای نزدیک-قدرت بالا یا گذرگاه‌های جریان بالا{3})، میدان‌های مغناطیسی سرگردان می‌توانند به راحتی به علائم تشخیص غیرقابل اندازه‌گیری نفوذ کنند.
در مقابل، مبدل‌های شنت دستگاه‌های نمونه‌برداری سری مستقیم مدار خالص هستند. آنها فقط به افت ولتاژ در مقاومت خود وفادار هستند و عملاً تحت تأثیر میدان های الکترومغناطیسی سرگردان خارجی قرار نمی گیرند. این باعث می شود که آنها در کابینت های پیچیده سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) قابل اعتماد باشند.