ITRM20120253A1 - Sonda transducercard x-icca-m0-1000 per corrente continua e alternata ad effetto hall con controllo termico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

[001] Questa invenzione rientra nel campo dei dispositivi elettronici di misura delle correnti continue, alternate, pulsate o miste in particolare à ̈ diretto a migliorare le prestazioni e modalità di utilizzo dei dispositivi a pinza amperometrica che per loro natura richiedono un certo grado di invasività in sistemi cablati come ad esempio quadri elettrici e linee elettriche di impianti industriali in generale.

[001.1] Ha la capacità con apposito chip (distribuito come al punto [011]) di rilevare quindi controllare i valori di criticità termica che si possono verificare all'interno dei dispositivi soggetti al sensing da parte della TransducerCard che ne controlla il corretto funzionamento quando questi sono sottoposti a carico elettrico in fase di esercizio o riposo.

[002] In un dispositivo di misura a pinza amperometrica, si notano le limitazioni che lo stesso dispositivo impone in termini di concepimento dello strumento come anche l'ingombro volumetrico che esso pone. Tali strumentazioni sono dotate di ingombranti nuclei di ferrite che catturano il campo magnetico ( Beta) misurandone l'intensità ed esprimendola in Ampere. I dispositivi di misura delle correnti possono quindi essere concepiti in modo migliore e meno Invasivo pur mantenendo i principi teorici di funzionamento sopra detti oppure applicandone di nuovi tramite i quali ottenere lo stesso risultato.

[003] L'invenzione à ̈ un miglioramento concettuale della classica pinza amperometrica di fatto la sonda TransducerCard X-ICCA-M0-1000 riportata in "prospetto modulo A" non à ̈ altro che una estensione sensoriale complessa non invasiva e molto versatile, che può essere unita facilmente ad interfacce custom di gestione e controllo dei segnali oppure semplicemente utilizzata in coppia con un millivolmetro, tramite il quale effettuare le misurazioni come anche il monitoraggio dei carichi di corrente applicati.

[004] Figura 1, Ã ̈ una vista schematica in proiezione assonometrica non in scala della TransducerCard comprensiva di componenti sensoriali ad effetto Hall .

[005] Figura 2, Ã ̈ una vista dello schema elettrico relativo alla matrice di sensori ad effetto Hall, interconnessi fra loro presenti all'Interno della TransducerCard.

[006] Si descrivono per chiarezza le realizzazioni dell'invenzione illustrate nei disegni e si farà ricorso a specifiche terminologie per motivi di chiarezza.

[007] L' invenzione complessivamente à ̈ rappresentata dalla proiezione assonometrica riportata in Figura 1, essa à ̈ costituita principalmente da una TransducerCard 1 di materiale flessibile (tutti i materiali compatibili compresi quelli sperimentali) sagomato nella parte estrema 6 per consentire una più agevole inserzione fra tutti i modelli di interruttori automatici modulari magnetotermici e/o differenziali, interruttori automatici scatolati e non automatici, dispositivi di corrente residua e ogni altra sorta di dispositivo in cui circola una corrente elettrica che genera un campo magnetico, elettromagnetico o circuitazione di Ampere sul filamenti interni/esterni ad esso, istallati su quadri elettrici a guida DIN o pannello di qualsiasi genere e forma. Il dispositivo nasce come sensore di corrente non invasivo capace di sostituire le classiche pinze amperometriche le quali non permettono di effettuare misurazioni non intrusive sui quadri elettrici in generale. La versatilità di questo nuovo dispositivo TransducerCard permette la lettura ciclica e/o continua dei carichi a cui sono sottoposti gli interruttori automatici, magnetotermid e differenziali in fase di esercizio o comunque qualunque altra sorta di dispositivo in cui circola una corrente elettrica che genera un campo magnetico, elettromagnetico o circuitazione di Ampere sui filamenti interni/esterni ad esso.

[008] Dimensionalmente la TransducerCard 1, 2 à ̈ alta 7 cm larga 4,6 cm e il suo spessore à ̈ di 0,15 cm come valori standard che possono essere modificati secondo un preciso schema quindi adattati al contesto di applicazione.

[009] Internamente la TransducerCard à ̈ costituita da due vettori 4, 5 sensori di corrente ad effetto Hall e/o Termico. Il singolo sensore Hall à ̈ un dispositivo molto semplice da usare e fornisce una tensione di uscita analogica proporzionale al campo magnetico generato dalla corrente che fluisce attraverso un conduttore in prossimità del IC e/o un riferimento di tensione proporzionale al fattore termico rilevato. Il circuito integrato à ̈ in grado di percepire correnti continue e correnti alternate con valori di frequenza pressoché illimitata.

[010] I sensori di corrente chip connessi in parallelo convertono il campo magnetico generato dalla corrente che fluisce attraverso un conduttore per una tensione che à ̈ proporzionale a tale campo. Il campo magnetico a distanza r da un ideale sottile, dritto e infinitamente lungo conduttore di corrente I sarà data da

H(r) = 1

2Ï€ r

nel vuoto o aria l'induzione magnetica o densità del flusso B può essere calcolata da H dalla moltiplicazione con la permeabilità

Î’ = Î1⁄4οΗ con Î1⁄40= 4Ï€10<7>^ Am~

Esempio di densità di flusso ad una distanza r=2 mm da un conduttore attraversato da una corrente di 20 Ampere:

_ Vs 20A

B = 4π10~<7>————— 2.0 milliTesla

Am 2π0.0027η

[011] I sensori di corrente chip sono distribuiti all'interno della TransducerCard Figura 1 in modo regolare a formare due vettori 4, 5 paralleli, ogni vettore à ̈ costituito da tre sensori chip che distano fra loro 0,15 cm nel senso dell'altezza, con il primo chip che dista dal suo centro all'estremo inferiore 2,3 cm e nel senso della larghezza ogni chip del vettore dista dai rispettivi centri all’estremo laterale più vicino 0,95 cm e allo stesso modo simmetricamente il secondo vettore dista dal lato opposto 0,95 cm e 2,3 cm dall'estremo inferiore nel senso dell'altezza. I sensori possono variare in numero, distribuzione sulla scheda, tipologia, modello e marca. Il connettore 3 à ̈ situato nella parte superiore estrema in posizione centrale nel senso della larghezza.

[012] Lo schema di SCH Figura 2 mostra l'interconnessione 9, 14 tra i vari dispositivi interni alla TransducerCard, il connettore 6, riferimento di massa 7, il riferimento di tensione 8 e l'insieme dei condensatori 10, 11 ,12. Le linee di interconnessione possono variare a seconda della tipologia del dispositivo chip 13 utilizzato.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI [1] Il dispositivo di prossimità SONDA TransducerCard (1),(2) à ̈ capace di misurare una corrente elettrica (lp ) continua, alternata, pulsata o mista sfruttando il principio dell'effetto Hall. In particolare la SONDA TransducerCard (1),(2) à ̈ stata ideata per essere poggiata lateralmente oppure inserita fra interruttori automatici magnetotermici e/o differenziali, interruttori automatici scatolati e non automatici, dispositivi di corrente residua e in generale su ogni dispositivo percorso da corrente elettrica di ogni tipo, modello e marca installati nei quadri dì potenza elettrici standard a guida DIN e non standard di ogni forma e dimensione presso utenze di civile abitazione o di tipo industriale cioà ̈ la dove si necessita di misurare una intensità di corrente. La SONDA TransducerCard (1),(2) rappresenta l'innovazione in termini ergonomici e di facilità nell'utilizzo, essa sostituisce le classiche pinze amperometriche che per la loro natura, forma e dimensione risultano essere invasive e di non facile impiego in moltissime applicazioni elettriche/elettroniche. Nell'aspetto e nelle dimensioni la SONDA TransducerCard (1),(2) si presenta come una semplice smart-card dotata di un connettore smd, sia l'aspetto le dimensioni e la facilità di utilizzo la rendono unica nel suo genere. <â– >li circuito elettronico (14) che rappresenta lo schema SCH dell'equivalente PCB componenti chip e passivi (4), (5) di Figura 1, connette in parallelo al connettore bus datl/segnale (6), sei sensori chip ad effetto Hall (13) e ventiquattro componenti elettronici passivi, condensatori (10), (11), (12). Il circuito elettronico (14) i sei sensori chip (13) i ventiquattro componenti elettronici passivi (10), (11), (12) e il connettore bus dati/segnale (6) sono contenuti all'Interno del dispositivo SONDA TransducerCard (1) Il dispositivo di prossimità SONDA TransducerCard (1),(2) à ̈ Isolato elettricamente e non genera interferenze con altri dispositivi elettrici o elettronici, il circuito elettronico (14) che costituisce il nucleo centrale del dispositivo di prossimità SONDA TransducerCard (1),(2) misura il campo magnetico β (Beta) generato dalia corrente (lP) che scorre in un conduttore oppure in una traccia PCB di un circuito elettronico generico, oppure lateralmente ad un interruttore differenziale e non differenziale generico, in risposta a tale evento la tensione di uscita V0UTsulle linee (16) dei sei chip connesse in parallelo sulla linea comune (15) del connettore bus dati/segnale (6) del circuito elettronico (14) sarà proporzionale al campo magnetico β (Beta) percepito. I vettori (4), (5) dello schema PCB componenti chip e passivi, più schema involucro della SONDA TransducerCard (1),(2) di Figura 1, costituiti ognuno da tre sensori chip (13) relativi al corrispondente schema circuito elettrico SCH (14), sono tutti fra loro collegati in parallelo tramite le linee di collegamento (7), (8), (9) e (15) del connettore bus datl/segnale (6) collegato a sua volta al connettore esterno (3) collegato sull'involucro della SONDA TransducerCard (1),(2). <â– >Alimentazione elettrica separata per l'intero circuito elettronico SCH (14), con un voltaggio di alimentazione Vccdi 5 Volt fornita dalla linea di segnale (8) e relativa linea di segnale riferimento massa GND (7), fòmite dal connettore bus dati/segnale (6), (3) mediante alimentazione esterna. Un filtro capacitatio (12) e corrente elettrica (le) garantisce una adeguata alimentazione per il corretto funzionamento del sensori chip (4), (5), (13). Si definisce un valore massimo espresso in nano Farad per 1 condensatori (10) e (11) pari rispettivamente a 47nF e 4,7 nF che permettono un adeguato valore sulle linee di VOUT(15) e VouTfast(16) di ognuno dei sei sensori chip (13). Una tensione di uscita Vstra la linea (15) e (17) à ̈ ottenuta con un valore di corrente (lP). Sarà VSstnegativo tra la linea (16) e (17) quando Vsà ̈ positivo. Una tensione di riferimento generata internamente ai sensori chip (13) con una resistenza di sorgente à ̈ disponibile sulla linea VRef(17) su ognuno dei sei sensori chip (13). La tensione su questa linea può essere forzata esternamente con una tensione d'intervallo determinata. La tensione Vsviene limitata a circa il valore di V in entrambe le polarità positiva e negativa. [2] Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il dispositivo (1) à ̈ costituito da una matrice di sei sensori chip (4), (5) collegati mediante circuito elettronico in parallelo (14) e isolati elettricamente à ̈ capace di percepire Il campo magnetico β (Beta) generato dalla corrente misurata (lP) e la trasforma in una tensione di uscita Vs. Se la corrente à ̈ bidirezionale, il sensore percepisce la polarità del campo magnetico e genera una tensione positiva o negativa in uscita rispetto alla tensione di riferimento (17) su ognuno dei sei sensori chip (13). Le linee (9), (8) e (7) derivanti dalle interconnessioni della matrice di sensori chip sono fisicamente collegati al connettore (6) bus dati/segnale quindi al connettore (3). [3] Il sensore chip (13) à ̈ capace di misurare una corrente elettrica (lP) che scorre in un circuito primario utilizzatore, isolato elettricamente, comprende un micro-circuito interno costituito da quattro elementi sensoriali ad effetto Hall distribuiti in modalità di array e interconnessi fra di loro fisicamente da un modulo concentratore e una interfaccia di front end elettronica ad esso collegata dalla quale viene fornito il valore di tensione elaborato, Vout sulla linea (15) e Voutfast sulla linea (16) durante il funzionamento dei sensori chips (13) . [4] Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che II dispositivo sensore di prossimità SONDA TransducerCard (1),(2) à ̈ costituito da un supporto plastico (1), (2) di dimensioni L=40,6 mm x H=70 mm x P=l,5 mm, che funge anche da isolamento elettrico denominato SONDA TransducerCard che contiene al suo interno un connettore bus dati/segnale (6), (3) più un circuito elettronico (14) che interconnette una matrice di sei sensori chip di corrente (lP) ad effetto Hall (4), (5), (13). I sensori chip (4),(5) sono equidistanti fra loro in larghezza e diversamente in altezza, considerando i loro centri la serie di sensori chip (4),(5) distano dai loro rispettivi bordi più vicini della sonda TrasducerCard (1) 0,95 mm nel verso della larghezza e 20,3 mm nel verso dell'altezza. La SONDA TransducerCard (1), (2) à ̈ sagomata (6) in modo da realizzare una migliore inserzione per esplicare il sensing di prossimità del campo magnetico da misurare generato dai dispositivi di comando e controllo (interruttori) presenti nei quadri di potenza elettrici standard a guida DIN e non standard di ogni forma e dimensione.