يقيس مستشعر تيار تدفق التدفق التيار من خلال استخدام العلاقة غير الخطية بين شدة الحث المغناطيسي وكثافة المجال المغناطيسي للنواة المغناطيسية عالية النفاذية تحت إثارة التشبع للمجال المغناطيسي المتناوب الناتج عن التيار المقاس.
1. قانون فاراداي:
قانون فاراداي هو قانون يصف القوة الدافعة الكهربائية المستحثة في الموصل. أي أنه عندما يمر موصل عبر مجال مغناطيسي، تتولد قوة دافعة كهربائية عند طرفي الموصل. وفقًا لقانون فاراداي، إذا كان طول الموصل L، وسرعته v، ويتحرك بشكل عمودي على اتجاه المجال المغناطيسي، فيمكن التعبير عن القوة الدافعة الكهربائية المستحثة بالصيغة ε=B·L·v، حيث B هي قوة المجال المغناطيسي.
2. تأثير بوابة التدفق:
ويعني تأثير بوابة التدفق أنه عندما تتغير شدة الحث المغناطيسي في الموصل، يتغير التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر الموصل. وفقًا لتأثير بوابة التدفق، يمكن التعبير عن التدفق المغناطيسي Φ للموصل بالصيغة Φ=B·A، حيث Φ هو التدفق المغناطيسي، B هي قوة المجال المغناطيسي، و A هي مساحة المقطع العرضي لـ الموصل.
3. مبدأ مستشعر تيار التدفق:
تستخدم أجهزة استشعار تيار Fluxgate قانون فاراداي وتأثير بوابة التدفق لقياس التيار. وهو يتألف من زوج من النوى المغناطيسية والموصلات.
في مستشعر تيار بوابة التدفق، يمر التيار عبر سلك ملفوف حول حلقة مغناطيسية واحدة أو أكثر، مما يشكل بوابة تدفق حلقية. عندما يتغير التيار عبر السلك، تتغير أيضًا شدة الحث المغناطيسي لبوابة التدفق. يقوم القلب المغناطيسي للمستشعر بتوجيه المجال المغناطيسي الناتج عن التيار المقاس إلى بوابة التدفق، وبالتالي تغيير شدة الحث المغناطيسي في فجوة هواء التدفق.
يؤدي تغير شدة الحث المغناطيسي إلى حدوث تغيرات في التدفق المغناطيسي لبوابة التدفق، مما يسبب قوة دافعة كهربية مستحثة على بوابة التدفق. يمكن اكتشاف هذه القوة الدافعة الكهربائية المستحثة عن طريق قياس الجهد عبر بوابة التدفق.
من أجل تحسين حساسية ودقة المستشعر، غالبًا ما يتم لف لفات متعددة في القلب الحديدي لبوابة التدفق. الزيادة في عدد اللفات تعادل تضخيم المجال المغناطيسي الناتج عن تيار القياس، وبالتالي زيادة القوة الدافعة الكهربائية المستحثة لبوابة التدفق.
هناك علاقة خطية بين جهد خرج المستشعر والتيار المقاس، والتي يمكن تحديدها بدقة من خلال المعايرة. يمكن إجراء المعايرة باستخدام القيم الحالية المعروفة وقيم جهد الخرج المقابلة، ويمكن الحصول على منحنى معايرة دقيق من خلال التركيب.
باختصار، تستخدم مستشعرات تيار بوابة التدفق قانون فاراداي وتأثير بوابة التدفق لقياس التيار. إنه يوجه المجال المغناطيسي الناتج عن التيار المقاس إلى بوابة التدفق، مما يتسبب في تغيير شدة الحث المغناطيسي في فجوة هواء التدفق، وبالتالي يسبب القوة الدافعة الكهربائية المستحثة على بوابة التدفق. من خلال قياس الجهد عبر بوابة التدفق، يمكن تحديد حجم التيار الذي يتم قياسه. تتميز أجهزة استشعار Fluxgate الحالية بخصائص الدقة العالية والاستجابة السريعة والخطية الجيدة، وتستخدم على نطاق واسع في أنظمة الطاقة والأتمتة الصناعية والمركبات الكهربائية وغيرها من المجالات.
