ملف روغوفسكي

ملف روغوفسكي ، نسبةً إلى والتر روغوفسكي ، هو جهاز كهربائي لقياس التيار المتردد أو نبضات التيار عالية السرعة. يتكون أحيانًا من ملف سلكي حلزوني ، حيث يمر السلك من أحد طرفيه عبر مركز الملف إلى الطرف الآخر، بحيث يكون كلا الطرفين في نفس نهاية الملف. يُشار إلى هذا التصميم أحيانًا باسم ملف روغوفسكي ذي اللفات المعاكسة .

تستخدم طرق أخرى هندسة حلقية كاملة تتميز بميزة عدم توليد موجات مستقرة في الملف عن طريق الإثارة المركزية. ثم يُلفّ هذا التجميع بالكامل حول الموصل المستقيم المراد قياس تياره. ولا يوجد قلب معدني (حديدي). وتُعد كثافة اللف وقطر الملف وصلابته عوامل حاسمة للحفاظ على مناعة الملف ضد المجالات الخارجية وتقليل حساسيته لموضع الموصل المراد قياسه. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

بما أن الجهد المستحث في الملف يتناسب طرديًا مع معدل تغير التيار في الموصل المستقيم، فإن خرج ملف روغوفسكي يُوصل عادةً بدائرة تكامل كهربائية (أو إلكترونية) لتوفير إشارة خرج تتناسب مع التيار. تُستخدم معالجات الإشارات أحادية الشريحة المزودة بمحولات تناظرية إلى رقمية مدمجة لهذا الغرض. ^{[ 2 ]} إذا كانت نسبة محاثة الملف إلى مقاومته ( ثابت الزمن RL ) أكبر بكثير من طول نبضة التيار المقاسة، يُعتبر الملف "ذاتي التكامل". عند توصيل طرفي الملف معًا، يتناسب التيار في الملف طرديًا مع التيار المقاس. يسمح توصيل طرفي الملف معًا عبر مقاومة منخفضة القيمة بقياس التيار عن طريق قياس فرق الجهد عبر المقاومة. وبالتالي، يُنتج الجهاز جهد خرج يتناسب طرديًا مع التيار المقاس. ^{[ 1 ]}

يتميز هذا النوع من الملفات بمزايا تفوق الأنواع الأخرى من محولات التيار .

• لا تُعدّ هذه الحلقة مغلقة، إذ يمرّ الطرف الثاني عبر مركز قلب الملف الحلقي (عادةً ما يكون أنبوبًا بلاستيكيًا أو مطاطيًا) ويتصل بالطرف الأول. يسمح هذا للملف بأن يكون مفتوح الطرفين ومرنًا، ما يُمكّنه من اللفّ حول موصل حيّ دون التأثير عليه. مع ذلك، يُعدّ موضع الموصل المراد قياسه مهمًا في هذه الحالة: فقد تبيّن أنه مع المجسات المرنة، يتراوح تأثير الموضع على الدقة بين 1 و3%. تستخدم تقنية أخرى نصفي لفّ صلبين مع آلية قفل دقيقة. ^{[ 3 ]}
• بسبب انخفاض حثها ، يمكنها الاستجابة للتيارات سريعة التغير، وصولاً إلى عدة نانوثوانٍ. ^{[ 4 ]}
• ولأنها لا تحتوي على قلب حديدي قابل للتشبع، فإنها تتميز بخطية عالية حتى عند تعرضها لتيارات كبيرة، كتلك المستخدمة في نقل الطاقة الكهربائية ، أو اللحام ، أو تطبيقات الطاقة النبضية . ^{[ 4 ]} كما تُمكّن هذه الخطية من معايرة ملف روغوفسكي عالي التيار باستخدام تيارات مرجعية أصغر بكثير. ^{[ 2 ]}
• لا يوجد خطر من فتح الملف الثانوي. ^{[ 4 ]}
• انخفاض تكاليف البناء. ^{[ 4 ]}
• يُعدّ تعويض درجة الحرارة أمراً بسيطاً. ^{[ 2 ]}
• بالنسبة للتيارات العالية، تتطلب محولات التيار التقليدية زيادة عدد لفات الملف الثانوي للحفاظ على ثبات تيار الخرج. لذلك، يكون ملف روغوفسكي للتيارات العالية أصغر من ملف محول التيار المكافئ له. ^{[ 5 ]}

يتميز هذا النوع من الملفات أيضاً ببعض العيوب مقارنة بأنواع أخرى من محولات التيار .

• يجب تمرير خرج الملف عبر دائرة تكامل للحصول على شكل موجة التيار. تتطلب دائرة التكامل طاقة، عادةً3-24  فولت تيار مستمر ، وتحصل العديد من أجهزة الاستشعار التجارية على هذا الجهد من البطاريات. ^{[ 6 ]}
• لا تتطلب محولات التيار التقليدية ذات القلب المنفصل دوائر تكامل. ونظرًا لأن دائرة التكامل تعاني من فقد، فإن ملف روغوفسكي لا يستجيب للتيار المستمر؛ وكذلك الحال بالنسبة لمحولات التيار التقليدية (انظر ملفات تأثير نيل للتيار المستمر). ومع ذلك، يمكنها قياس التيارات بطيئة التغير للغاية ذات مكونات ترددية تصل إلى1  هرتز أو أقل. ^{[ 3 ]}
• لا يمكن قياس التيار المستمر الثابت. يقوم ملف روغوفسكي بأخذ عينات من المجال، مما يؤدي إلى توليد جهد كهربائي مع تغير المجال. ^{[ 7 ]}

تُستخدم ملفات روغوفسكي لمراقبة التيار في أنظمة اللحام الدقيقة، وأفران صهر القوس الكهربائي، وأجهزة الإطلاق الكهرومغناطيسي. كما تُستخدم في اختبارات قصر الدائرة للمولدات الكهربائية، وكأجهزة استشعار في أنظمة الحماية للمحطات الكهربائية. ومن مجالات استخدامها الأخرى قياس محتوى التيار التوافقي، نظرًا لخطيتها العالية. ^{[ 6 ]} وكذلك في أبحاث الصواعق.

الجهد الناتج عن ملف روغوفسكي هو $${\displaystyle v(t)={\frac {-AN\mu _{0}}{l}}{\frac {dI(t)}{dt}},}$$

أين

• ${\displaystyle A=\pi r^{2}}$هي مساحة إحدى الحلقات الصغيرة،
• ${\displaystyle N}$هو عدد الأدوار،
• ${\displaystyle l=2\pi R}$هو طول اللفة (محيط الحلقة)،
• ${\displaystyle {\frac {dI(t)}{dt}}}$هو معدل تغير التيار المار في الحلقة،
• ${\displaystyle \mu _{0}=4\pi \times 10^{-7}}$V · s /( A · m ) هو الثابت المغناطيسي ،
• ${\displaystyle R}$يمثل نصف القطر الرئيسي للشكل الحلقي،
• ${\displaystyle r}$وهو نصف قطرها الأصغر.

تفترض هذه الصيغة أن اللفات متباعدة بالتساوي وأن هذه اللفات صغيرة بالنسبة لنصف قطر الملف نفسه.

يكون خرج ملف روغوفسكي متناسبًا مع مشتق تيار السلك. وغالبًا ما يتم تكامل الخرج بحيث يكون متناسبًا مع تيار السلك. $${\displaystyle V_{\text{out}}=\int v\,dt={\frac {-AN\mu _{0}}{l}}I(t)+C_{\text{integration}}.}$$ عمليًا، يستخدم الجهاز مُكاملًا مُخَفِّفًا ذو ثابت زمني أقل بكثير من أدنى تردد مطلوب. يعمل هذا المُكامل على تقليل تأثيرات جهد الإزاحة وضبط ثابت التكامل على الصفر.

عند الترددات العالية، سيؤدي حث ملف روغوفسكي إلى تقليل خرجه.

معامل الحث للملف الحلقي هو ^{[ 8 ]}$${\displaystyle L=\mu _{0}N^{2}\left(R-{\sqrt {R^{2}-r^{2}}}\right).}$$

وصف آرثر برينس تشاتوك من جامعة بريستول جهازًا مشابهًا لملف روغوفسكي عام 1887. ^{[ 9 ]} استخدم تشاتوك هذا الجهاز لقياس المجالات المغناطيسية بدلًا من التيارات. وقدّم والتر روغوفسكي و دبليو شتاينهاوس الوصف النهائي له عام 1912. ^{[ 10 ]}

في الآونة الأخيرة، تم تطوير مجسات تيار منخفضة التكلفة تعتمد على مبدأ ملف روغوفسكي. ^{[ 11 ]} تشترك هذه المجسات في مبادئ ملف روغوفسكي، حيث تقيس معدل تغير التيار باستخدام محول بدون قلب مغناطيسي . ويكمن الاختلاف عن ملف روغوفسكي التقليدي في إمكانية تصنيع المجس باستخدام ملف مستوٍ بدلاً من ملف حلقي. وللتخلص من تأثير الموصلات خارج منطقة قياس المجس، تستخدم مجسات التيار المستوية هذه هندسة ملف متحدة المركز بدلاً من الهندسة الحلقية للحد من الاستجابة للمجالات الخارجية. وتتمثل الميزة الرئيسية لمجس التيار المستوي في إمكانية تحقيق دقة لف الملف، وهي شرط أساسي للدقة، باستخدام تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة منخفضة التكلفة .

• باليسور ، وهو جهاز يستمد طاقته من المجال الكهربائي بدلاً من المجال المغناطيسي
• حاضِر
• محول التيار
• فهرس المقالات الإلكترونية
• طاقة نبضية
• المحاثات والمحولات الحلقية
• استشعار التيار

• ملفات روغوفسكي ( مؤرشفة بتاريخ 20 سبتمبر 2009 على موقع Wayback Machine) ، استخدام ملفات روغوفسكي لقياسات التيار العابر (مؤرشفة بتاريخ 4 مارس 2016 على موقع Wayback Machine) ، مبدأ تشغيل شركة Rocoil المحدودة ( مؤرشفة بتاريخ 4 مارس 2016 على موقع Wayback Machine).
• تصاميم ملفات روغوفسكي، مؤرشفة بتاريخ 15 ديسمبر 2018 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) ، مجلة PAC World، خريف 2007، تطبيقات حماية المرحلات
• مستشعر تيار مصغر واسع النطاق يستخدم هذا المبدأ
• نظرية محول التيار روغوفسكي في المملكة المتحدة PEM
• لمحة عامة عن تقنية استشعار التيار باستخدام ملف روغوفسكي