高精度磁通門電流傳感器在大電流精密測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)

發(fā)布時(shí)間：

2023-03-21

所謂大電流，范圍比較模糊。一般是說不太常見、難于找到接測(cè)量?jī)x器、也難于產(chǎn)生的較大的電流（范圍）。有一說，>=30A就算大電流，此時(shí)絕大多數(shù)萬(wàn)用表都不能直接測(cè)量了，而常見的電源也少有能輸出30A的。另一說，要>=100A才算真正的大電流。沒有標(biāo)準(zhǔn)，眾說紛紜，那么就具體情況具體分析。

大電流在工業(yè)、電力等行業(yè)廣泛存在，如何測(cè)試、計(jì)量大電流因此是個(gè)必須討論的問題。

大電流由于載流的關(guān)系，要比較粗的引線和相關(guān)接頭、電源，也涉及較大的發(fā)熱功率，因此無(wú)論是體積、重量、價(jià)格都很壯觀；簡(jiǎn)單而精密大電流測(cè)量，往往一下子就想到用分流器，比如Fluke A40B，不過這個(gè)的體積、價(jià)格和附加裝備往往大到難以讓人接受。

精密大電流的產(chǎn)生不僅需要精密的電流測(cè)量裝置，而且需要大功率、綜合電源技術(shù)。各種鉗表，測(cè)量大電流盡管很容易，但多為線性霍爾原理，與高精度無(wú)緣；羅氏線圈也不行。

一、分流器

分流器是最常見的測(cè)量電流的方法，不過一旦涉及大電流和高精度，就變得復(fù)雜起來。首先50mV-75mV太小，而高精度要求較高的滿度電壓輸出，這樣才能減少熱電動(dòng)勢(shì)的影響并給后續(xù)測(cè)量電路提供方便，但大電流情況下的高電壓輸出勢(shì)必產(chǎn)生很大的功率和熱量，這樣不僅對(duì)被測(cè)電路可能有影響，更主要是發(fā)熱引起熱電動(dòng)勢(shì)和非常大的溫漂，當(dāng)然還有應(yīng)力和加速老化問題。例如100A電流要是輸出1V電壓，那功率就是100W了，這種發(fā)熱功率必須及時(shí)盡量散發(fā)出去，才能保證因溫度系數(shù)而引起的漂移減到最低。分流器還有一個(gè)問題是偏差、溫漂都不小，不適合作為高精度使用。

二、互感器

盡管具有精度較高的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，可達(dá)0.01級(jí)，但只能測(cè)量交流。

三、磁平衡電流傳感器

結(jié)構(gòu)與互感器有點(diǎn)類似，也有環(huán)形鐵心、原邊1匝穿線、副邊多匝，但鐵心有開口，縫隙中放入檢零霍爾器件，副邊通以安匝大小相等方向相反的電流，與原邊不平衡則會(huì)被檢測(cè)出來，放大后驅(qū)動(dòng)副邊線圈達(dá)到平衡。同時(shí)這個(gè)副邊電流流過測(cè)量電阻Rm，達(dá)到測(cè)量電流的目的。由于此時(shí)霍爾器件主要是檢測(cè)是否存在磁場(chǎng)，因此對(duì)其線性、溫漂等要求很低，所以精度較高，取決于線圈的平衡程度、導(dǎo)磁率、漏磁等。

四、磁通門電流傳感器

與上述磁平衡方式比，磁通門電流傳感器也是閉環(huán)零磁通檢測(cè)，只不過磁路是閉合的，去掉了線性霍爾零磁通檢測(cè)器，代之以額外的檢測(cè)線圈，利用高導(dǎo)磁率鐵心在方波激勵(lì)下可以飽和的非線性特性來探測(cè)微弱磁場(chǎng)。磁通門電流傳感器是利用被測(cè)磁場(chǎng)中高導(dǎo)磁率磁芯在交變磁場(chǎng)的飽和激勵(lì)下，其磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的非線性關(guān)系來測(cè)量弱磁場(chǎng)，這種物理現(xiàn)象對(duì)被測(cè)環(huán)境磁場(chǎng)來說好像是一道“門”，通過這道“門”，相應(yīng)的磁通量即被調(diào)制，并產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。利用這種現(xiàn)象來測(cè)量電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，從而間接的達(dá)到測(cè)量電流的目的。從本質(zhì)上看，磁通門現(xiàn)象實(shí)際是變壓器效應(yīng)的伴生現(xiàn)象，也服從電磁感應(yīng)定律。

磁通門電流傳感是通過經(jīng)典控制理論來實(shí)現(xiàn)對(duì)電流檢測(cè)，而不是通過常規(guī)的芯片感應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，對(duì)外部環(huán)境不敏感，基本沒有溫漂和零漂；其磁芯無(wú)需開口切割，磁阻小，磁通穩(wěn)定度高，傳感器檢測(cè)精度高，靈敏度高，響應(yīng)速度快。因此，精度高達(dá)10ppm的磁通門電流傳感器最適合高精度大電流測(cè)試、計(jì)量。

高精度電流傳感器應(yīng)用領(lǐng)域

1、電流測(cè)量?jī)x

2、高精度穩(wěn)流源

3、核磁共振中的（梯度）放大器：MRI核磁共振需要精確、快速可控的大電流

4、粒子加速器、約束：這些場(chǎng)合都需要強(qiáng)大、精確而穩(wěn)定的磁場(chǎng)，這就需要穩(wěn)定的大電流，。此種場(chǎng)合需要用多個(gè)大電流發(fā)生器進(jìn)行并聯(lián)，而每個(gè)電流發(fā)生器均采用高精度的AIT系列電流傳感器。

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