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Danisense 磁通门 Flux-Gate高精度电流传感器技术原理介绍

来源:探头之家 2024-01-03 浏览次数:291

Danisense专有的磁通门是一种闭环补偿技术,具有固定的激励频率和二次谐波零磁通检测。初级电流产生的环形线圈中的磁场被积分器产生的补偿次级电流抵消。磁通门检测环形线圈中从直流到小于 100 Hz 的亚 ppm 级磁场,并告诉积分器对其进行补偿。在较高频率下,反馈绕组以ppm级检测环形线圈中的磁场,并再次告诉积分器对其进行补偿。

磁通门 Flux-Gate

Danisense磁通门电流传感器技术基于闭环系统,由磁通门作为磁场检测器供电。

所有Danisense电流传感器产品均基于磁通门原理。我们的参数如下:

  • 磁通门原理

  • 出色的线性度:1 至 3ppm

  • 超稳定性:偏移与时间的关系 < 1 ppm/年

  • “ppm 级”精度

  • 电流或电压输出类型

  • 非常大且平坦的带宽

  • 推荐用作功率计的电流探头

  • 适用于MRI、加速器

  • 扩展级工作温度范围:-40ºC至+85ºC

  • 推荐用于可再生能源或汽车中的电流测量

 

由初级电流 (Ip) 产生的环形线圈中的磁场被积分器产生的补偿次级电流 (Is) 抵消。

磁通门在亚ppm级的范围内检测环形线圈中从直流到小于100 Hz的磁场,并告诉积分器对其进行补偿。

在较高频率下,反馈绕组 (Nfb) 以 ppm 级检测环形线圈中的磁场,并告诉积分器也对其进行补偿。

因此,次级电流 (Is) 与初级电流 (Ip) 成正比,其比值为 Np:Ns

实现非常精确的测量

有许多不同类型的电流测量技术,包括基本分流器和霍尔测量。

将设备影响到更复杂的系统。决定因素通常是所需的精度,新兴的 eV、太阳能、牵引和电网应用要求精度水平达到 100 ppm,而医疗 MRI 设备和物理研究所加速器可能需要个位数 ppm 的性能。在这些更高的水平上,简单的设备无法提供,Danisense正在提供基于其磁通门技术的直流和交流电流传感器,该技术可提供低至1ppm的测量值。

传统拾取线圈与磁通门的比较图

Danisense专有的磁通门是一种闭环补偿技术,具有固定的激励频率和二次谐波零磁通检测。初级电流产生的环形线圈中的磁场被积分器产生的补偿次级电流抵消。磁通门检测环形线圈中从直流到小于 100 Hz 的亚 ppm 级磁场,并告诉积分器对其进行补偿。在较高频率下,反馈绕组以ppm级检测环形线圈中的磁场,并再次告诉积分器对其进行补偿。图 1 比较了电流的正常行为(红线)和通过磁通门元件(蓝线)的情况。通过缠绕在标准磁性材料上的拾取线圈,电流呈线性,直到饱和。但是,如果选择磁芯的磁性材料,则其深度饱和度和灵敏度会发生变化,以显示非常明确且可识别的阶跃变化。

显示两个磁通门元件比较的图表

图 2 是一个简化图,显示了施加方电压(左)产生尖锐正负信号的效果,然后如果通过导线引入初级直流电流 Ip,则添加直流磁场,使信号发生偏移(右)。最后,应用先进的信号处理,通过使用二次谐波,可以提取新信号的值,以提供导体电流及其直流电流值的测量值。这是基本的 FluxGate(或零通量)技术。(这可以通过额外的交流反馈绕组来补充,以扩展交流电流测量的频率范围。

简单的单磁通门结构和磁芯将提供精确的直流和低频交流测量,但带宽非常低,因此不适合全带宽交流测量。

此外,温度和其他环境条件的影响意味着磁场可能会漂移。一些制造商使用电子补偿电路,这增加了成本和复杂性,并且还容易出现不准确的情况。相比之下,Danisense 采用双平衡

图3a

磁通门框图

图3b

磁通门简化信号图示意图

磁通门结构,采用两个相对的磁芯,在概念上类似于惠斯通电桥。这提供了自然补偿,消除了任何漂移的影响。框图如图3a所示,简化信号图如图3b所示。但是,为了使两个磁通门元件相互平衡,它们必须完美匹配。

磁通门频率特性图

Danisense 的主要产品线是 DS 系列单元,产品范围为 200-10,000A (DS200 – DR10000)。这些器件具有出色的线性度(0 至 FS),并具有偏移稳定性,时间小于 0.1ppm/月,带宽平坦(DC 至 ~ 几百 kHz)。交流测量的相移是业界领先的(见图4),并且提供电流输出和电压输出型号。铝制外壳具有抗电磁和共模噪声 (dv/dt) 的抗扰度。

新的PCB安装电流传感器版本

最近,Danisense 推出了超稳定、高精度的 DP 系列 PCB 安装电流传感器,用于高达 72A 的隔离式直流和交流电流测量。这款紧凑型器件的基底面为 64.9 x 60mm,高度为 32mm,重量仅为 250g,适用于 1U 电源和其他空间受限的应用。

得益于 Danisense 的闭环补偿磁通门技术,该技术提供固定激励频率和二次谐波零磁通检测,可实现一流的精度和稳定性,DP 系列 PCB 安装电流传感器的最大线性误差为 10 ppm,满量程时的测量电阻高达 100Ω。器件可通过 PCB 布局编程为 12.5A、25A 或 50A 使用电流。应用包括用于粒子加速器的MPS、稳定电源、精密驱动器、电池测试和评估系统、功率测量和功率分析。


总结

通过将复杂的磁性能与先进的电子设备相结合,Danisense提供高效、精确的解决方案,以满足全球客户在苛刻行业中的要求。对于任何电流检测传感器来说,最苛刻的应用可能是粒子加速器的电源,因此该公司特别自豪的是,它与欧洲核子研究中心(CERN)合作开展了一项积极的计划。


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