Non-Invasive Current Measurement: Hall Effect, Rogowski, CTs, and Magnetic Sensors
Misurare la corrente senza interrompere il circuito è pratica standard nei sistemi di potenza, azionamenti motore e gestione batterie. Il principio chiave: la corrente crea un campo magnetico proporzionale alla sua grandezza. Rileva il campo, deduce la corrente.
Quattro tecnologie principali
1. Sensori Effetto Hall
Principio: Il conduttore percorrente corrente passa attraverso un nucleo magnetico con un elemento Hall nel gap d'aria. Campo → tensione Hall ∝ corrente.
| Pro | Contro |
|---|---|
| CC e CA capaci | Deriva di offset con temperatura |
| Isolato (nessun contatto) | Sensibilità a campi esterni |
| Montaggio su PCB (correnti piccole) | Banda passante limitata (~100–500 kHz) |
| Basso costo (IC: ACS712, TMCS1100, INA240) | Non linearità ad alta corrente |
Ideale per: CA/CC a bassa frequenza, livello scheda, <100 A, sensibile al costo.
2. Bobine di Rogowski
Principio: Toroide ad aria attorno al conduttore. vout = M·di/dt. Integratore (analogico o digitale) recupera i(t).
| Pro | Contro |
|---|---|
| Inerentemente lineare (nessuna saturazione) | Richiede integrazione (deriva, offset) |
| Ampia gamma dinamica (A a kA) | Solo CA (nessuna CC) |
| Flessibile, facile da installare | Sensibilità alla posizione (centratura) |
| Alta banda passante (MHz) | Sensibilità inferiore alla TA |
Ideale per: CA ad alta corrente, potenza pulsata, retrofit, ampia banda passante.
3. Trasformatori di corrente (CT)
Principio: Nucleo magnetico con primario (conduttore) e secondario (molte spire). Isec = Ipri / N. Resistenza di carico converte in tensione.
| Pro | Contro |
|---|---|
| Alta precisione (classe 0.1–1%) | Solo CA (nessuna CC) |
| Passivo, nessun alimentazione necessaria | Saturazione ad alta corrente/offset CC |
| Rapporti standard (secondario 5 A, 1 A) | Pesante, rigido (nucleo pieno) |
| Basso costo ad alta corrente | Deve aprire il circuito per installare (nucleo diviso aiuta) |
Ideale per: Misura energia, relè di protezione, monitoraggio rete, >50 A CA.
4. Sensori Fluxgate / Magnetoresistive / AMR / GMR
Principio: Misurazione diretta del campo B con sensori allo stato solido ad alta sensibilità. Usati in trasduttori di corrente di precisione (es. LEM, VAC, Melexis).
| Pro | Contro |
|---|---|
| CC + CA, alta precisione (ppm) | Costo più alto ($20–200+) |
| Ampia banda passante (CC–MHz) | Richiede alimentazione |
| Bassa deriva, alta linearità | Gamma di corrente limitata (tipicamente ≤50 A diretto) |
Ideale per: Misura di precisione, medicale, apparecchiature di test, BMS.
Guida alla selezione
| Applicazione | Consigliato |
|---|---|
| Corrente fase motore (FOC) | Hall (in linea) o shunt + amplificatore di isolamento |
| Corrente stringa solare | Hall (CC) o shunt |
| Uscita CA inverter grid-tied | CT o Rogowski |
| Corrente pacco batterie EV | Fluxgate/AMR (precisione) o Hall |
| Forno ad arco / potenza pulsata | Rogowski (nessuna saturazione) |
| Monitoraggio circuiti derivazione | CT a nucleo diviso |
| Livello PCB <5 A | Hall integrato (ACS37800, INA240) |
Note pratiche critiche
- Calibrazione: Tutti i sensori non invasivi necessitano calibrazione (guadagno/offset) all'installazione.
- Posizionamento: Centra il conduttore nell'apertura. Fuori centro = errore.
- Campi esterni: Cavo doppino intrecciato / schermato per i cavi del sensore. Rilevamento differenziale aiuta.
- Isolamento di sicurezza: La tensione di isolamento del sensore deve superare la tensione di lavoro del sistema + nominale transitorio.
La misura non invasiva della corrente è una tecnologia matura. Abbinare la fisica del sensore al tipo, grandezza, banda passante e precisione della corrente — non sovra- o sottospecificare.