Der Fluxgate-Stromsensor misst den Strom, indem er die nichtlineare Beziehung zwischen der magnetischen Induktionsintensität und der Magnetfeldintensität des hochpermeablen Magnetkerns unter Sättigungsanregung des durch den gemessenen Strom erzeugten magnetischen Wechselfelds nutzt.
1. Faradaysches Gesetz:
Das Faradaysche Gesetz beschreibt die in einem Leiter induzierte elektromotorische Kraft. Das heißt, wenn ein Leiter ein Magnetfeld durchquert, wird an beiden Enden des Leiters eine elektromotorische Kraft induziert. Nach dem Gesetz von Faraday kann die induzierte elektromotorische Kraft ausgedrückt werden als ε=B·L·v, wenn ein Leiter eine Länge von L und eine Geschwindigkeit von v hat und sich senkrecht zur Richtung des Magnetfelds bewegt. Dabei ist B die Stärke des Magnetfeldes.
2. Fluxgate-Effekt:
Der Fluxgate-Effekt bedeutet, dass sich der magnetische Fluss, der durch den Leiter fließt, ändert, wenn sich die Intensität der magnetischen Induktion in einem Leiter ändert. Gemäß dem Fluxgate-Effekt kann der magnetische Fluss Φ eines Leiters als Φ=B·A ausgedrückt werden, wobei Φ der magnetische Fluss, B die magnetische Feldstärke und A die Querschnittsfläche von ist der Schaffner.
3. Prinzip des Fluxgate-Stromsensors:
Fluxgate-Stromsensoren nutzen das Faradaysche Gesetz und den Fluxgate-Effekt zur Strommessung. Es besteht aus einem Paar magnetischer Kerne und Leiter.
Bei einem Fluxgate-Stromsensor fließt Strom durch einen Draht, der um einen oder mehrere Magnetringe gewickelt ist und so ein torusförmiges Fluxgate bildet. Wenn sich der Strom durch den Draht ändert, ändert sich auch die magnetische Induktionsintensität des Fluxgates. Der magnetische Kern des Sensors leitet das durch den gemessenen Strom erzeugte Magnetfeld zum Flux Gate und verändert dadurch die magnetische Induktionsintensität im Flux-Luftspalt.
Diese sich ändernde Intensität der magnetischen Induktion verursacht Änderungen im magnetischen Fluss des Fluxgates und verursacht dadurch eine induzierte elektromotorische Kraft auf das Fluxgate. Diese induzierte elektromotorische Kraft kann durch Messen der Spannung am Fluxgate erfasst werden.
Um die Empfindlichkeit und Genauigkeit des Sensors zu verbessern, werden häufig mehrere Wicklungswindungen in den Eisenkern des Fluxgates gewickelt. Die Erhöhung der Windungszahl ist gleichbedeutend mit einer Verstärkung des durch den Messstrom erzeugten Magnetfelds und damit einer Erhöhung der induzierten elektromotorischen Kraft des Fluxgates.
Zwischen der Ausgangsspannung des Sensors und dem gemessenen Strom besteht ein linearer Zusammenhang, der durch Kalibrierung genau bestimmt werden kann. Die Kalibrierung kann unter Verwendung bekannter Stromwerte und entsprechender Ausgangsspannungswerte durchgeführt werden, und durch Anpassen kann eine genaue Kalibrierungskurve erhalten werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Fluxgate-Stromsensoren das Faradaysche Gesetz und den Fluxgate-Effekt zur Strommessung nutzen. Es leitet das durch den gemessenen Strom erzeugte Magnetfeld zum Flux Gate und bewirkt dadurch eine Änderung der magnetischen Induktionsintensität im Flux-Luftspalt, wodurch die induzierte elektromotorische Kraft am Flux Gate entsteht. Durch Messen der Spannung am Fluxgate kann die Größe des gemessenen Stroms bestimmt werden. Fluxgate-Stromsensoren zeichnen sich durch hohe Genauigkeit, schnelle Reaktion und gute Linearität aus und werden häufig in Energiesystemen, industrieller Automatisierung, Elektrofahrzeugen und anderen Bereichen eingesetzt.
