DS系列電流傳感器是如何實現高精度精確測量的？
發布時間：
2024-10-10 15:30
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DS系列電流傳感器是如何實現高精度精確測量的？
高精度電流傳感器的應用
基于磁通門原理的高精度電流傳感器DS系列，具備“ppm級”測量精度，極其出色的線性度（典型1~3ppm），超高的穩定性（典型＜1ppm/年的時間偏移系數）和抗干擾能力。因此該系列傳感器在新能源汽車功率和效率測試、電池測試系統、風電系統、光伏逆變器、高能物理粒子加速器、MRI醫療核磁共振成像設備和計量校準等領域，需要精確測量和控制直流電流，或者高頻交流電流的場合，都有廣泛的應用。
基于雙磁通門原理的電流測量技術
電流測量技術有很多種，包括基本的并聯技術和霍爾技術。決定因素通常是所需的精度，光伏太陽能、新能源汽車和電網應用對精度的要求可高達100ppm，而醫療核磁共振成像設備和物理研究所的加速器則要求達到ppm級的性能。 基于磁通門技術的直流和交流電流傳感器DS系列，其測量精度可達1ppm。
圖1
DS系列電流傳感器專有的磁通門是一種閉環補償技術，具有固定激勵頻率和二次諧波零磁通檢測功能。 初級電流在環形線圈中產生的磁場被積分器產生的補償次級電流抵消。 磁通門可檢測磁環中從直流到低于 100 Hz 的亞 ppm 級磁場，并告訴積分器對其進行補償。 在較高頻率下，反饋繞組會檢測到環形磁場中的 ppm 級磁場，并再次告訴積分器對其進行補償。 圖1比較了電流在正常情況下（紅線）和通過磁通門元件時（藍線）的表現。 通過繞在標準磁性材料上的拾取線圈，電流是線性的，直至飽和。 但是，如果磁芯的磁性材料選擇了深飽和度和靈敏度高的材料，圖表就會發生變化，顯示出非常明確和可識別的階躍變化。
圖2
圖2是一幅簡化圖，顯示了施加方形電壓（左圖）產生尖銳正負信號的效果，然后如果引入通過導線導體的初級直流電流 Ip，就會產生直流磁場，使信號發生偏移（右圖）。 最后，采用先進的信號處理技術，利用二次諧波提取新信號的值，從而測量導體中的電流及其直流電流值。 這就是基本的 FluxGate（或零磁通）技術。 (這可以用一個額外的交流反饋繞組來補充，以擴大交流電流測量的頻率范圍）。
簡單的單磁通門結構和磁芯可提供精確的直流和低頻交流測量，但帶寬非常低，因此不適合全帶寬交流測量。
此外，溫度和其他環境條件的影響意味著磁場可能會漂移。 有些制造商使用電子補償電路，這不僅增加了成本和復雜性，還容易造成誤差。 相比之下，DS系列傳感器采用了雙磁通門技術，雙芯平衡磁通門消除勵磁耦合，同時消除外部噪聲。
圖3a
圖3b
圖3c
圖3d
磁通門結構采用兩個相對的磁芯，概念類似于惠斯通電橋。 這提供了自然補償，消除了任何漂移的影響。 原理圖見圖 3a和圖3b，簡化信號圖見圖3c和圖3d。 然而，為了使兩個 Fluxgate 元件相互平衡，它們必須完全匹配。
DS系列高精度電流傳感器從常用的50A量程的DT50ID、DS50ID、DS50UB，到200A量程的DT200ID、DS200ID、DS200UB，400A量程的DS400ID，600A量程的DS600ID，1000A量程的DS1000UB，1200A量程的DM1200ID，以及2000A大量程的DL2000ID，5000A量程的DR5000IM和10kA量程的DR10000IM等。都具備極高的線性度（ppm級），以及極高的溫度系數，和極低的噪音，從而保證各種測試條件下都具備極高的精度。
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