通量门

达尼森磁通门电流传感器技术基于闭环系统,由磁通门作为磁场探测器提供动力。

所有达尼森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
  • 建议用作功率计的电流探头
  • 适用于核磁共振成像、加速器
  • 工作温度范围扩展至 -40ºC 至 +85ºC
  • 建议用于可再生能源或汽车领域的电流测量

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

磁通门可检测磁环中从直流到低于 100 Hz 的亚 ppm 级磁场,并指示积分器对其进行补偿。

在较高频率下,反馈绕组(Nfb)会检测到环形磁场中的 ppm 级磁场,并告诉积分器将其补偿掉。

因此,次级电流 (Is) 与初级电流 (Ip) 成正比,比例为 Np:Ns

实现非常精确的测量

电流测量技术有很多种,包括基本的并联技术和霍尔技术。

从效应装置到更复杂的系统。 决定因素通常是所需的精度,新兴的电子伏特、太阳能、牵引和电网应用对精度的要求可高达 100 ppm,而医疗核磁共振成像设备和物理研究所的加速器则要求达到单位数字 ppm 的性能。 达尼森公司正在提供基于磁通门技术的直流和交流电流传感器,其测量精度可达 1ppm。

diagram comparing conventional pick-up coil to flux gate

达尼森专有的磁通门是一种闭环补偿技术,具有固定激励频率和二次谐波零磁通检测功能。 初级电流在环形线圈中产生的磁场被积分器产生的补偿次级电流抵消。 磁通门可检测磁环中从直流到低于 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,反馈绕组会检测到环形磁场中的 ppm 级磁场,并再次告诉积分器对其进行补偿。 图 1 比较了电流在正常情况下(红线)和通过磁通门元件时(蓝线)的表现。 通过绕在标准磁性材料上的拾取线圈,电流是线性的,直至饱和。 但是,如果磁芯的磁性材料选择了深饱和度和灵敏度高的材料,图表就会发生变化,显示出非常明确和可识别的阶跃变化。

diagram showing two fluxgate elements compared

图 2 是一幅简化图,显示了施加方形电压(左图)产生尖锐正负信号的效果,然后如果引入通过导线导体的初级直流电流 Ip,就会产生直流磁场,使信号发生偏移(右图)。 最后,采用先进的信号处理技术,利用二次谐波提取新信号的值,从而测量导体中的电流及其直流电流值。 这就是基本的 FluxGate(或零流量)技术。 (这可以用一个额外的交流反馈绕组来补充,以扩大交流电流测量的频率范围)。

简单的单磁通门结构和磁芯可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。 有些制造商使用电子补偿电路,这不仅增加了成本和复杂性,还容易造成误差。 相比之下,达尼森公司采用了双平衡

图 3a

fluxgate block diagram

图 3b

fluxgate simplified signal plot diagram

磁通门结构采用两个相对的磁芯,概念类似于惠斯通电桥。 这提供了自然补偿,消除了任何漂移的影响。 方框图见图 3a,简化信号图见图 3b。 然而,为了使两个 Fluxgate 元件相互平衡,它们必须完全匹配。

flux gate frequency characteristics diagram

达尼森的主要产品系列是 DS 系列装置,产品电流范围为 200-10,000A (DS200 – DR10000)。 设备具有出色的线性度(0 至 FS),偏移稳定性小于 0.1ppm/月,带宽平坦(DC 至 ~ 数百 kHz)。 交流测量的相移处于行业领先水平(见图 4),同时提供电流输出和电压输出型号。 铝制外壳可抵御电磁和共模噪声(dv/dt)。

新型 PCB 安装式电流传感器

最近,达尼森公司推出了超稳定、高精度的DP 系列 PCB 安装式电流传感器,用于高达 72A 的隔离直流和交流电流测量。 这款紧凑型设备的占地面积为 64.9 x 60 毫米,高度为 32 毫米,重量仅为 250 克,适用于 1U 电源和其他空间有限的应用。

DP 系列 PCB 安装式电流传感器采用达尼森闭环补偿磁通门技术,提供固定激励频率和二次谐波零磁通量检测,具有同类最佳的精度和稳定性。 通过 PCB 布局,器件可编程为 12.5A、25A 或 50A 电流。 其应用包括用于粒子加速器、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的 MPS。

摘要

通过将复杂的磁性能与先进的电子技术相结合,达尼森公司可提供高效、精确的解决方案,满足全球高要求行业客户的需求。 对任何电流感应传感器来说,要求最高的应用可能就是粒子加速器的电源,因此公司与欧洲核子研究中心(CERN)开展了一项积极的合作计划,并为此感到特别自豪。

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