Отечественные датчики тока и напряжения

«ИДМ-ПЛЮС» — российский производитель микросхем

Из всех замещающих импорт товаров наибольший скептицизм широкой общественности, пожалуй, вызывают микросхемы. Тем не менее с радостью отмечаем, что выпускающие их предприятия у нас есть. Компания «ИДМ-ПЛЮС» из Зеленограда, которая была создана в 2004 году при поддержке института высоких технологий НИУ МИЭТ, специализируется на их разработке и производстве, а также на создании датчиков и других электронных устройств, в состав которых эти микросхемы входят.

Например, разработанная микросхема датчика магнитного поля К5331НХ011 (полный аналог Honeywell SS495A) входит в состав датчиков тока серий ДТК и ДМПК, микросхема К5331НН015 — в состав датчиков тока серии ДТМ. В настоящее время разрабатывается микросхема трехосевого датчика магнитного поля К5331ЧП01 (аналог Infineon TLV493D-A1B6), предназначенная для интеллектуальных приборов учета электроэнергии, а также ряд микросхем с интегрированными чувствительными элементами для использования в малогабаритных датчиках тока.

Производство перечисленных датчиков тока и напряжения — одно из ключевых направлений деятельности компании «ИДМ-ПЛЮС». Рассмотрим их особенности и технические характеристики.

Датчики компании «ИДМ-ПЛЮС»

Компания «ИДМ-ПЛЮС» предлагает своим заказчикам самые востребованные типы датчиков тока и напряжения, которые могут применяться в военной технике, железнодорожном транспорте, авиации и производстве, а также способны заменить многие аналогичные изделия зарубежных производителей. Основу линейки составляют датчики тока компенсационного типа (close loop) с гальванической развязкой от токоведущей цепи серии ДТК, позволяющие измерять силу постоянного и переменного (до 50 кГц) тока в обоих направлениях без разрыва цепи до 700 А. Датчики изготавливаются в металлических корпусах, в которых предусмотрена возможность жесткого крепления на посадочное место винтами либо фиксации на DIN-рейке. Доступные типономиналы датчиков: ±50 А (аналог LEM LA 55-P/SP43), ±100, ±125 (аналог LEM LA 125-P/SP15), ±150, ±400 и ±700 А. Напряжение питания датчиков — двухполярное ±15 В, выходной интерфейс — аналоговый токовый со значениями от ±25 до ±100 мА в зависимости от типа датчика. Значение основной, приведенной к верхней границе диапазона погрешности — не более ±1 % в нормальных климатических условиях. Аналогичный принцип компенсации (close loop) реализован в датчике напряжения ДНК, аналоге LEM LV25-P/SP5, рассчитанном на работу с входным резистором для достижения номинального входного тока 10 мА при максимальном измеряемом напряжении. ДНК позволяет измерять постоянное и переменное (до 25 кГц) напряжение обеих полярностей с максимальным значением 600 В. Выходной интерфейс — аналоговый токовый с максимальным значением 25 мА. Значение основной, приведенной к верхней границе диапазона погрешности — не более ±1,5 % в нормальных климатических условиях.

Датчики тока прямого усиления с концентратором (open loop) серии ДМПК позволяют измерять силу постоянного и переменного тока в обоих направлениях без разрыва цепи до 300 А. Датчики изготавливаются в металлических либо пластиковых корпусах, в которых предусмотрена возможность жесткого крепления на посадочное место винтами. Доступные типономиналы датчиков: ±100, ±200, ±300 А. Напряжение питания составляет 5,0 ± 0,5 В, выходной интерфейс — аналоговый ратиометрический. Значение основной, приведенной к верхней границе диапазона погрешности — не более ±2 % в нормальных климатических условиях.

Приборы серии ДТМ, которые устанавливаются в разрыв цепи и позволяют измерять силу постоянного и переменного тока обоих направлений величиной до 200 А, в свое время стали первым типом датчиков, выпущенных компанией. Они имеют встроенную токовую шину с сопротивлением менее 3 мОм, изготавливаются в пластиковых корпусах и устанавливаются на плату с последующей распайкой выводов. Типономиналы: ±5, ±10, ±35, ±50, ±70, ±200 А; напряжение питания — 5 ± 0,5 В; выходной интерфейс — аналоговый ратиометрический. Значение основной, приведенной к верхней границе диапазона погрешности — не более ±4 % в нормальных климатических условиях.

Далее рассмотрены ключевые области применения указанных типов датчиков, их принципы работы и технические характеристики.

Датчики тока серии ДМПК

При подаче напряжения питания Ucc и отсутствии тока в проводнике выходное напряжение ДМПК устанавливается равным Ucc/2. Если направление тока в проводнике совпадает с положительной полярностью датчика, то выходное напряжение будет пропорционально увеличиваться с крутизной 22, 11 и 7,3 мВ/А в зависимости от типа датчика, при Ucc = 5 В. Поскольку датчик имеет потенциальный выход, ток потребления составляет не более 15 мА. При эксплуатации датчика в температурном диапазоне нужно учитывать дополнительную, приведенную к верхнему значению диапазона погрешность датчика ±2,5 %.

Датчики тока и напряжения
серии ДТК и ДНК

При подаче двухполярного напряжения питания ±15 В и отсутствии измеряемого тока в проводнике через нагрузочный резистор протекает начальный выходной ток в пределах ±0,25 мА. Потребление датчика в режиме покоя — не более 25 мА. С увеличением измеряемого тока положительной полярности пропорционально увеличивается и выходной ток (напряжение на нагрузочном резисторе). Номинал нагрузочного резистора выбирается потребителем с учетом входного размаха схемы обработки. Поскольку датчик имеет токовый выход, максимальный ток потребления зависит от исполнения ДТК. Также от исполнения зависит и основная, приведенная к верхнему значению диапазона погрешность датчика, которая не превышает ±1 %. При эксплуатации датчика в температурном диапазоне нужно учитывать величину температурного дрейфа начального выходного тока, которая составляет не более ±1 мА.

При работе с датчиком напряжения ДНК необходимо рассчитать значение внешнего ограничивающего резистора как отношение максимального измеряемого напряжения к номинальному входному току 10 мА. По электрическим параметрам имеются отличия в основной, приведенной к верхнему значению диапазона погрешности датчика, которая не превышает ±1,5 %, начальном выходном токе ±0,37 мА и его температурном дрейфе, который составляет не более ±1,5 мА. Остальные аспекты применения ДНК аналогичны ДТК.

Датчики тока серии ДТМ

При подаче напряжения питания Ucc и отсутствии тока в проводнике выходное напряжение ДТМ устанавливается равным Ucc/2 или 2048 е.мр для цифрового выхода. Если направление тока в проводнике совпадает с положительной полярностью датчика, то выходное напряжение будет пропорционально увеличиваться с крутизной 45 мВ/А или 35 е.мр/А для ДТМ-50 при Ucc = 5 В. Поскольку датчик имеет потенциальный выход, ток потребления составляет не более 25 мА. При эксплуатации датчика нужно учитывать влияние внешних магнитных полей, напряженность которых не должна превышать значения 0,37 кА/м.

Заключение

Продукция компании «ИДМ-ПЛЮС» подходит для большинства типовых применений. Компания постоянно расширяет номенклатуру датчиков, ее инженеры работают над улучшением характеристик и расширением сфер возможных применений датчиков, а также осуществляют техническую поддержку поставляемой продукции. При отсутствии в ассортименте датчиков с необходимыми техническими параметрами специалисты компании могут разработать и изготовить прибор по техническому заданию.

Вместо послесловия

Интервью с Евгением Стахиным, исполнительным директором компании «ИДМ-ПЛЮС».

ИСУП: Евгений Вениаминович! Давайте поговорим о такой вашей продукции, как микросхемы. Расскажите, что сейчас у вас есть в серии и что планируется?

Е.В. Стахин: В нашей компании имеется собственный дизайн-центр проектирования специализированных интегральных микросхем, которые мы внедряем в серийную продукцию. Как уже упоминалось в статье, микросхема магнитного поля К5331НХ011 входит в состав датчиков тока серий ДТК и ДМПК, а микросхема К5331НН015 — в состав датчиков тока серии ДТМ. В настоящее время специалисты нашего дизайн-центра ведут активные работы по созданию отечественной микросхемы 3-осевого датчика магнитного поля. Наличие данной микросхемы в РФ особенно важно при переходе на интеллектуальные приборы учета электроэнергии. Эта микросхема станет полным аналогом микросхем TLV493D-A1B6 (Infineon, Германия) и TMAG5170-Q1 (Texas Instruments, США). Наше предприятие находится в постоянном контакте с производителями приборов учета электроэнергии. Так, с компанией «Милур» проводится согласование технических вопросов в процессе проектирования микросхемы. Основная задача — добиться удобства применения нашей микросхемы для разработчика и производителя приборов учета электроэнергии.

ИСУП: Сейчас в связи с уходом крупных иностранных игроков с рынка опустеет направление датчиков углового положения. Способны ли вы вывести на рынок подобное решение самостоятельно или вместе с каким-либо производителем?

Е.В. Стахин: Несомненно! Специалисты нашего предприятия постоянно разрабатывают и выводят в серийное производство новые датчики углового положения. В линейке у нас имеются датчики положения (энкодеры) как торцевого типа, так и с полым валом. Наличие отечественной электронной компонентной базы (ЭКБ) позволяет нам быть независимыми от поставок зарубежных компонентов. Из основных характеристик хотелось бы отметить высокую разрешающую способность датчиков — от 12 до 18 бит, большой набор выходных интерфейсов и, конечно, отечественную ЭКБ. Мы являемся предприятием замкнутого производственного цикла с полностью отечественной ЭКБ. Выделю несколько наших продуктов: ИДМ20, ИДМ20.2 и ИДМ30. Эти датчики положения были разработаны в качестве замены всем известным потенциометрическим датчикам СП4-8 и СП5-21. Однако благодаря применяемым современным схемотехническим решениям наши датчики обладают повышенной надежностью из-за бесконтактного принципа преобразования и большим набором выходных интерфейсов — не только аналоговым, но и различными цифровыми. Конечно, они взаимозаменяемы с вышеперечисленными потенциометрическими датчиками, что позволяет предприятиям оперативно проводить замену датчиков старого образца на новые.

ИСУП: Вы выпускаете линейку датчиков тока и напряжения, сделанных на отечественных компонентах и в России, которые являются аналогами изделий ведущих производителей. Планируете ли добавить еще больше аналогов в вашу номенклатуру или, может быть, добавить что-то свое, новое?

Е.В. Стахин: Наше предприятие постоянно проводит работы по разработке новых изделий. Особенно хотел бы отметить несколько датчиков тока, которые находятся в финальной стадии разработки, а именно: аналог датчиков тока производства LEM серии LTC600-SF/SP3 и аналог датчика тока производства 3E Sensor SC145R-1000. Они будут взаимозаменяемы с зарубежными изделиями, что позволит нашим потенциальным потребителям безболезненно перейти на наши, отечественные датчики. Важная особенность нашего предприятия заключается в том, что в наших продуктах применяются интегральные микросхемы обработки сигналов разработки дизайн-центра нашего предприятия, что особенно важно при текущей политической обстановке. Кроме того, мы выпускаем датчики тока в качестве замены датчиков LEM LA 55-P/SP5, а также LEM LA 125. Также хотелось бы подчеркнуть, что мы заинтересованы в освоении новых датчиков и ждем предложений от предприятий, заинтересованных в получении новых отечественных датчиков.

ИСУП: По каким еще направлениям ваша компания ведет активную работу? Например, хотелось бы узнать о вашей продукции для диагностики машин и оборудования.

Е.В. Стахин: В настоящее время мировая промышленность вышла на новый этап развития, называемый эпохой цифровизации, или Индустрией 4.0. На этом этапе, в частности, мы видим переход от регламентного контроля состояния агрегатов к мониторингу их текущего состояния и формированию на основе полученных данных прогноза по износу и выходу из строя — то есть выполнение так называемой предиктивной диагностики. Сейчас наше предприятие ведет активную работу по созданию базовых решений для предиктивной диагностики состояния машин и оборудования. Разработанные нами решения позволяют путем измерения параметров вибрации, температуры, скорости вращения и тока получить важнейшую информацию о состоянии агрегата, которая может использоваться в качестве входных данных для выполнения анализа. Для прогнозирования состояния узлов роторного оборудования специалистами нашего предприятия разработана система мониторинга и диагностики (СМД), а также соответствующее ПО для реализации анализа данных и отображения результатов.