基于霍尔效应的脉冲电流传感器研究与实现

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精确的电流测量技术是从事电气学科研究和应用的基础。在脉冲强磁场装置中如何精确测量上万安培脉冲大电流对于装置安全稳定运行、脉冲磁场波形的控制和脉冲磁体等核心装置的运行故障状态的诊断都有非常重要的意义。传统的分流器和电流互感器等各种电流测量手段,由于各种限制不适用于脉冲大电流的测量。本文引入稳态磁体中的helix线圈技术,提出了一种基于霍尔效应的电流传感器。  文中介绍了基于霍尔效应的脉冲电流传感器的研究过程。首先,介绍了霍尔电流传感器的工作原理和目前的发展状况,通过分析当前霍尔电流传感器的已有结构的优缺点,提出利用螺线管线圈技术改进电流传感器的测量性能。其次,研究了螺线管线圈中电流与磁场的关系以及螺线管线圈的结构和尺寸对于线圈中心磁场分布的影响。然后,依据国家脉冲强磁场科学中心高稳定度平顶长脉冲磁场系统中的电流测量需求,设计了一款基于霍尔效应和螺线管线圈技术的霍尔电流传感器,其中螺线管线圈采用稳态磁体中的helix线圈技术实现,这一部分包括了:helix线圈的设计和制作;霍尔器件的辅助电路的设计与搭建;以及传感系数的标定。最后,将研制好的电流传感器应用于具有高稳定度平顶的长脉冲磁场系统中,实现了对电流的精确测量和实时磁场波形控制,实现了200ppm/25.6T/200ms的高稳定平顶长脉冲磁场,电流传感器在实际使用中,测量精度高,信号实时输送,工作性能稳定。
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