超高精度電流傳感器是如何實(shí)現(xiàn)的?
電流傳感器可分為接觸式和非接觸式,接觸式的比如分流器,缺點(diǎn)是不隔離,現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用,不隔離意味著不可測量。而非接觸的電流傳感器,通常采用磁敏元件測量由電流產(chǎn)生的磁場,進(jìn)而導(dǎo)出被測電流大小來。
在測量磁場的各種元器件中,霍爾元件不夠敏感(Sensitivity),而且由于霍爾器件的安裝位置是在磁芯氣隙中,需要斷開磁芯,因而靈敏度和解析度更大大降低。磁阻效應(yīng)比較敏感,但通常也需要破壞磁芯的原有結(jié)構(gòu),導(dǎo)致和霍爾電流傳感器類似的狀況,比如漏磁、抗干擾性差,精度較低等問題。
在眾多磁敏元件中,磁通門原理由于其完整的磁芯結(jié)構(gòu),不存在磁芯的切口,無氣隙,因而抗干擾能力強(qiáng),其敏感性也遠(yuǎn)高于霍爾效應(yīng)。應(yīng)用磁通門原理,可以制作成兩種結(jié)構(gòu)形式的電流傳感器,一種是開環(huán)原理的磁通門電流傳感器(比如柏艾斯的FDIB-C16-H系列電池充放電專用電流傳感器),一種是閉環(huán)原理的磁通門電流傳感器。兩種結(jié)構(gòu)的傳感器,由于采用了磁通門原理,其敏感性都很高,可以測量微小的電流。所不同的是,閉環(huán)磁通門電流傳感器具有反饋結(jié)構(gòu),使磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度始終為零,因此具有很快的反應(yīng)時間,這一點(diǎn)與閉環(huán)霍爾電流傳感器類似。
(霍爾閉環(huán)電流傳感器原理圖,磁芯有氣隙,位置誤差大,抗干擾能力差,精度低)
(閉環(huán)磁通門電流傳感器原理,完整磁芯,無漏磁,抗干擾能力強(qiáng),敏感性高,精度高)
為了實(shí)現(xiàn)更高的精度,柏艾斯的HPIT系列更是采用了多磁芯的嵌套結(jié)構(gòu),消除磁芯間的耦合干擾,并采用了閉環(huán)零磁通反饋原理,使得電流傳感器的零點(diǎn)失調(diào)值在1uA左右,甚至更低,而精度也達(dá)到了前所未有的PPM級超高精度。值得一提的是,柏艾斯的HPIT系列高精度電流傳感器,其精度不僅僅是額定值的精度,在很小的電流的情況下(比如1/10,1/100額定值),依然保持著很高的精度。且由于磁芯材料以及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,以及閉環(huán)零磁通反饋結(jié)構(gòu)的采用,使得HPIT系列電流傳感器的溫漂和時漂極低,近乎為零。
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