Flux-Gate
Die Danisense Flux-Gate-Stromsensor-Technologie basiert auf einem geschlossenen Regelkreis, der von einem Flux-Gate als Magnetfelddetektor gespeist wird.
Alle Danisense Stromwandlerprodukte basieren auf dem Fluxgate-Prinzip. Unsere Parameter sind die folgenden:
- Fluxgate-Prinzip
- Ausgezeichnete Linearität: 1 bis 3 ppm
- Ultra-Stabilität: Offset vs. Zeit < 1 ppm/Jahr
- „ppm-Level“ Genauigkeit
- Strom- oder Spannungsausgangstypen
- Sehr große und flache Bandbreite
- Empfohlen als Stromsonden für Leistungsmesser
- Geeignet für die Verwendung in MRI, Beschleunigern
- Erweiterter Betriebstemperaturbereich von -40ºC bis +85ºC
- Empfohlen für Strommessungen in den Bereichen erneuerbare Energien oder Automotive
Das durch den Primärstrom (Ip) erzeugte Magnetfeld im Ringkern wird durch den vom Integrator erzeugten kompensierenden Sekundärstrom (Is) kompensiert.
Das Fluxgate erkennt Magnetfelder im Toroid von DC bis weniger als 100 Hz bei Sub-ppm-Werten und weist den Integrator an, diese zu kompensieren.
Bei höheren Frequenzen erkennt die Rückkopplungswicklung (Nfb) Magnetfelder im Ringkern bei ppm-Werten und weist den Integrator an, diese ebenfalls zu kompensieren.
Der Sekundärstrom (Is) ist also proportional zum Primärstrom (Ip) mit dem Verhältnis Np:Ns
Erreichen einer sehr präzisen Messung
Es gibt viele verschiedene Arten von Strommesstechniken, von einfachen Shunt- und Hall-Messungen.
Effektgeräte zu komplexeren Systemen. Der ausschlaggebende Faktor ist in der Regel die erforderliche Genauigkeit, wobei die aufkommenden eV-, Solar-, Traktions- und Stromnetzanwendungen Genauigkeiten im Bereich von 100 ppm erfordern, während medizinische MRT-Geräte und Beschleuniger in physikalischen Instituten eine Leistung im einstelligen ppm-Bereich erfordern können. Bei diesen höheren Werten können einfache Geräte nicht mithalten. Danisense bietet Gleich- und Wechselstromsensoren an, die auf seiner Fluxgate-Technologie basieren und Messungen bis zu 1 ppm ermöglichen.
Das von Danisense entwickelte Fluxgate ist eine kompensierte Technologie mit geschlossenem Regelkreis, fester Erregungsfrequenz und Erkennung der zweiten Harmonischen des Nullflusses. Das durch den Primärstrom erzeugte Magnetfeld im Ringkern wird durch den vom Integrator erzeugten kompensierenden Sekundärstrom kompensiert. Das Fluxgate erkennt Magnetfelder im Ringkern von DC bis weniger als 100 Hz im Sub-ppm-Bereich und weist den Integrator an, diese zu kompensieren. Bei höheren Frequenzen erkennt die Rückkopplungswicklung Magnetfelder im Ringkern bei ppm-Pegeln und weist den Integrator erneut an, diese zu kompensieren. In Abbildung 1 sehen Sie, wie sich der Strom normal verhält (rote Linie) und dann durch das Fluxgate-Element (blaue Linie). Durch eine Pickup-Spule, die auf magnetische Standardmaterialien gewickelt ist, fließt ein linearer Strom bis zur Sättigung. Wenn jedoch magnetische Materialien für den Kern wegen ihrer tiefen Sättigung und Empfindlichkeit gewählt werden, ändert sich die Kurve und zeigt einen sehr eindeutigen und identifizierbaren Sprung.
Abbildung 2 ist ein vereinfachtes Diagramm, das die Wirkung des Anlegens einer Rechteckspannung (links) zeigt, die zu scharfen positiven und negativen Signalen führt. Wenn dann ein primärer Gleichstrom Ip durch einen Drahtleiter fließt, wird ein magnetisches Gleichfeld hinzugefügt, das das Signal verschiebt (rechts). Schließlich wird eine fortschrittliche Signalverarbeitung angewandt und durch die Verwendung der zweiten Harmonischen können die Werte für die neuen Signale extrahiert werden, um eine Messung des Stroms in den Leitern und dessen Gleichstromwert zu erhalten. Dies ist die grundlegende FluxGate- (oder Null-Fluss-) Technologie. (Dies kann durch eine zusätzliche AC-Rückkopplungswicklung ergänzt werden, um den Frequenzbereich der Wechselstrommessungen zu erweitern).
Eine einfache Fluxgate-Struktur mit einem Magnetkern liefert genaue Gleichstrom- und niederfrequente Wechselstrommessungen, hat aber eine sehr geringe Bandbreite und ist daher nicht für Wechselstrommessungen mit voller Bandbreite geeignet.
Außerdem kann das Magnetfeld aufgrund von Temperaturschwankungen und anderen Umweltbedingungen driften. Einige Hersteller verwenden elektronische Kompensationsschaltungen, die zusätzliche Kosten und Komplexität mit sich bringen und zudem anfällig für Ungenauigkeiten sind. Im Gegensatz dazu verwendet Danisense ein duales ausgeglichenes
Abbildung 3a
Abbildung 3b
Fluxgate-Struktur, die zwei gegenläufige Magnetkerne verwendet, ähnlich dem Konzept einer Wheatstone-Brücke. Dies sorgt für einen natürlichen Ausgleich und eliminiert den Effekt der Drift. Das Blockdiagramm finden Sie in Abbildung 3a und die vereinfachte Darstellung des Signals in Abbildung 3b. Damit sich die beiden Fluxgate-Elemente gegenseitig ausgleichen, müssen sie jedoch perfekt aufeinander abgestimmt sein.
Die wichtigste Produktlinie von Danisense sind die Geräte der DS-Serie. Die Produkte umfassen 200-10.000A (DS200 – DR10000). Die Geräte zeichnen sich durch eine hervorragende Linearität (0 bis FS) aus und haben eine zeitliche Offset-Stabilität von weniger als 0,1ppm/Monat sowie eine flache Bandbreite (DC bis ~ mehrere hundert kHz). Die Phasenverschiebung für AC-Messungen ist branchenführend – siehe Abbildung 4 – und es sind sowohl Modelle mit Strom- als auch mit Spannungsausgang erhältlich. Das Aluminiumgehäuse bietet Immunität gegen elektromagnetisches und Gleichtaktrauschen (dv/dt).
Neue PCB-montierte Stromwandler-Versionen
Vor kurzem hat Danisense seine ultrastabile, hochpräzise DP-Serie von Stromwandlern für die Leiterplattenmontage zur isolierten DC- und AC-Strommessung bis zu 72A auf den Markt gebracht. Mit einer Grundfläche von 64,9 x 60 mm, einer Höhe von 32 mm und einem Gewicht von 250 g eignet sich dieses kompakte Gerät für 1U-Netzteile und andere Anwendungen mit begrenztem Platzangebot.
Dank der kompensierten Fluxgate-Technologie von Danisense mit geschlossenem Regelkreis, die eine feste Erregungsfrequenz und die Erkennung der zweiten Harmonischen des Nullflusses für eine erstklassige Genauigkeit und Stabilität bietet, weisen die PCB-montierten Stromwandler der DP-Serie einen maximalen Linearitätsfehler von 10 ppm und einen Messwiderstand von bis zu 100Ω bei Vollausschlag auf. Die Geräte sind über das PCB-Layout für 12,5A, 25A oder 50A programmierbar. Zu den Anwendungen gehören MPS für Teilchenbeschleuniger, stabile Stromversorgungen, Präzisionsantriebe, Batterietest- und -bewertungssysteme, Leistungsmessung und Leistungsanalyse.
Zusammenfassung
Durch die Kombination von komplexer magnetischer Leistung mit fortschrittlicher Elektronik bietet Danisense effiziente und präzise Lösungen, die den Anforderungen weltweiter Kunden in anspruchsvollen Branchen entsprechen. Die vielleicht anspruchsvollste Anwendung für einen Strommesswandler ist die Stromversorgung von Teilchenbeschleunigern. Daher ist das Unternehmen besonders stolz darauf, dass es ein aktives Programm mit dem CERN hat.