home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #27 / NN_1992_27.iso / spool / sci / electron / 19421 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1992-11-24  |  4.6 KB  |  101 lines
  1. Newsgroups: sci.electronics
  2. Path: sparky!uunet!cs.utexas.edu!convex!seas.smu.edu!mustafa
  3. From: mustafa@seas.smu.edu (Mustafa Kocaturk)
  4. Subject: DC Clamp-on Ammeters, Hall Effect
  5. Message-ID: <1992Nov24.032547.17708@seas.smu.edu>
  6. Keywords: Hall effect galvanometer
  7. Sender: news@seas.smu.edu (USENET News System)
  8. Nntp-Posting-Host: turbo_f.seas.smu.edu
  9. Organization: SMU School Of Engineering and Applied Science
  10. References: <1eckcsINNb78@uwm.edu> <1992Nov23.035008.1@fnalo.fnal.gov>
  11. Date: Tue, 24 Nov 1992 03:25:47 GMT
  12. Lines: 87
  13.  
  14. In article <1992Nov23.035008.1@fnalo.fnal.gov> khartman@fnalo.fnal.gov writes:
  15. >
  16. >        I understand how the AC clamp-on ammeters (eg. Amprobe) work,
  17. >but could someone explain how some models can measure DC current as well.
  18. >This puzzles me, since the ammeter is basically a clamp-on transformer, with
  19. >the clamp being the core.  If the current in the wire under test doesn't 
  20. >alternate, the transformer won't work.  Am I missing something obvious here?
  21. > 
  22.  
  23. Hardly ever, I guess. A hint: Deflection in TV sets.
  24. You probably know that the force deflecting the CRT beam is
  25. called the "Lorentz force" in physics. It is the force
  26. that acts on charges moving in a magnetic field.
  27.  
  28. It works interestingly in semiconductors placed in a B-field.
  29. Charge carriers in motion in a semiconductor experience
  30. a force ~ q(v X B). They drift in the direction of this force,
  31. setting up a potential difference (the Hall potential) across the
  32. semiconductor slab. Measuring this potential, one can extrapolate
  33. the B field strength. ("X" stands for vector multiplication and
  34. "~" means "is proportional to"). A Hall effect sensor looks like
  35. the following:
  36.                        +-------------------------o
  37.                        |                         +'ve
  38.             +----------------------+
  39. Current     |  semiconductor slab  |             Hall voltage 
  40.    i ------>|      inside a        +------> i    ~ (i X B) for N type
  41.             |B-field towards reader|             ~ (-i X B) for P type
  42.             +----------------------+
  43.                        |                         -'ve
  44.                        +-------------------------o
  45.  
  46. The polarity of the Hall voltage depends on the
  47. type of the semiconductor material used, i. e. whether
  48. the majority carriers are electrons or holes.
  49.  
  50. The DC clamp-on ammeters probably incorporate a Hall-effect sensor
  51. embedded in an air gap somewhere in the magnetic clamp material.
  52. A mechanical design like that of a moving-coil galvanometer,
  53. using the magnetic field set up inside the magnetic clamp material
  54. by the current being measured for deflecting a coil carrying a
  55. predetermined current, is also possible. The mechanical
  56. constructions of the two types would possibly look like
  57.  
  58. Galvanometer style            Clamp-on DC ammeter
  59. clamp-on DC ammeter            using Hall effect
  60.  
  61.         v---- undesired air gaps ----v       O == cross-sectional
  62.      ___,___                      ___,___   view of the conductor
  63.     /       \    Clamps around   /       \
  64.     |   O   |  current carrying  |   O   |
  65.     |       |      conductor     |       | h == hinge   
  66.     |       |                    |       | (an undesired air gap) 
  67.  ...l.......h.........       ....l.......h.......
  68.  :   \     / known i :       :    \     /       :
  69.  :    \(O)/ in coil  :       :     \|H|/   Hall effect sensor
  70.  :     /             :       :       |     with proper orientation
  71.  :  ../......  meter :       :       |     and four terminals 
  72.  :  ./.......  dial  :       : connected to a current source
  73.  :                   :       : and a voltmeter  :
  74.  :...................:       :..................:
  75.  
  76. The semiconductor version would be more sensitive,
  77. versatile and robust, I presume.
  78.  
  79. The undesired (variable) air gaps cannot be eliminated owing to
  80. the openability of the clamp jaws. These air gaps are major
  81. potential sources of error in measurement. Another source
  82. of error is hysteresis, or residual magnetism in the
  83. magnetic material clamp jaws are made of.
  84.  
  85. These are just my guesses as to how they *might* be built,
  86. I wish my drawings could look as pretty as some peoples'
  87. signatures, but I hope most of the readers will get the idea :-)
  88.  
  89. In closing, may I ask the following question, the answer to which
  90. I think many readers and I already know, but some readers may like
  91. to think about:
  92.  
  93.    We know that like charges repel each other.
  94.    How do the electrons in an electron beam stay together despite the
  95.    repulsion, such that the beam produces a tiny spot on a CRT display ?
  96.  
  97. Kind regards,
  98. -- 
  99. Mustafa Kocaturk   mustafa@seas.smu.edu  EE Dept., Room 305A, Caruth Bldg.
  100. Home: 214-706-5954  Office: 214-768-1475  SMU Box 753190, Dallas, TX 75275
  101.