零磁通传感器 零磁通电流传感器工作原理
零磁通电流传感器工作原理
19世纪，英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦建立的一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程。麦克斯韦认为，变化的磁场之所以会使导体产生电流，是因为变化的磁场产生了涡旋电场。
霍尔传感器的基于霍尔效应原理，当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力，从而在导体的两端产生电压差。
传感器内有两个线圈，线圈1流过被测电流1，线圈2电流2由内部电路产生，两个线圈均产生磁场。磁场中放置一个与磁场方向垂直的通过恒定电流3的导体，控制电流2，使在通电导体的两端产生的电势差为零，此时，磁场完全抵消，即两个磁场大小相等，方向相反，而磁感应强度与线圈电流成正比，此时，线圈2的电流2即可反应被测电流1的大小。
零磁通电流传感器工作原理
零磁通电流传感器的工作原理基于磁-电转换，依赖于磁材料的强非线性。根据麦克斯韦方程组，直流电流产生的静磁场没有可测的电效应，如果是线性系统，则系统的输出与输入电流之间没有任何关系，即线性系统不可能通过磁通感应测量直流电流。非线性系统可以在输入的直流电流和输出之间建立联系。
AnyWay零磁通电流传感器原理图由于直流电流没有可测的电效应，为使系统能够“动”起来，首先需要构造一个交变电流Iac与直流输入电流Idc叠加，它们共同作用在非线性的磁材料上，即“磁调制”过程。
图1：电流互感器原理电路图 图2：二次等效电路图
穿芯式电流互感器的原理电路如图1所示，图2是其二次等效电路图。I1为电流互感器一次侧电流，I2为二次侧电流，I0为激磁电流。N1、N2分别为一、二次绕组匝数。因此，该电流互感器的磁势平衡方程为：
当激磁安匝I0N1为零时，I1N1=-I2N2即副边安匝变化能完全反应原边安匝变化，误差为零。一般称I0N1为绝对误差，I0N1/I1N1为相对误差。电流互感器的误差为复数误差，可用比值差f和角差δ表示。
式中：
δ为I2逆时针180°后与I1的夹角，如图3所示。
图3：电流互感器向量图
由此可见，由于I0N1的存在，使I2N2与I1N1存在角差δ和比差值f。若I0=0，则激磁磁势为0，误差为0。磁势的铁芯处于“零磁通”状态，它工作在磁化曲线的起始段（线性段）。这时，电流互感器输出波形就不会畸变，保持良好的线性段。此即为“零磁通原理”。因此，若能使互感器铁芯始终处于零磁通状态，就能从根本上消除电流互感器的误差。但是，由互感器的工作原理可知，靠互感器自身是不可能实现零磁通的，必须靠外界条件的补偿或调整。为此，采用动态平衡电子电路对其进行动态调整，使铁芯始终处于“动态零磁通状态”。
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打造磁场“火眼金睛”，9所研制MEMS磁通门传感器
近日，中国电科9所突破从器件设计到材料制备等多项关键技术，研制出高性能的MEMS磁通门传感器。
MEMS磁通门传感器作为一种高精度弱磁场传感器，能够感应到外界微弱的直流或低频磁场，被广泛应用于定位跟踪、航空航天、地磁探测和电流检测等领域，且长期以来依赖进口。
为填补该领域技术空白，9所技术团队瞄准微型化集成、薄膜磁心材料、MEMS制备工艺、测试优化方案等方面，持续创新突破，成功研制高性能MEMS磁通门传感器。未来，技术团队将进一步优化其结构、制作工艺、磁心材料、电路匹配，使MEMS磁通门传感器不仅能满足各种场合对小尺寸、高精度、低功耗、高鲁棒性等的要求，还可以满足高集成度、高匹配性、低成本的要求，为各领域的磁测量提供新的解决方案。
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