Op het gebied van uiterst nauwkeurige gelijkstroomdistributie, zoals de opslag van fotovoltaïsche energie, oplaadpalen voor elektrische voertuigen en datacenters, zijn gelijkstroommeters onmisbare 'stroomwachters'. De nauwkeurigheid en stabiliteit van deze meters zijn volledig afhankelijk van één kernindicator-hoe nauwkeurig ze de stroom registreren en meten die door het circuit vloeit.
Voor veel ervaren elektrotechnici is de "shunt" een zeer bekende stroombemonsteringsmethode. Met de snelle ontwikkeling van de technologie duiken echter de een na de ander nieuwe termen op, zoals Hall-effectsensoren, fluxgate-sensoren en zelfs TMR (tunnelmagnetoresistief).
Hall-effect sensoren
Deze sensoren maken gebruik van Hall-halfgeleiderelementen om de stroom te meten door het magnetische veld te meten dat rond een primaire geleider wordt gegenereerd. Dit is een zeer populaire contactloze meetmethode, waarvan het grootste voordeel de inherente elektrische isolatie is, waardoor u zich geen zorgen meer hoeft te maken dat hoge spanning rechtstreeks van invloed is op de stroomafwaartse meetchip, wat resulteert in een extreem hoge veiligheid.
Fluxgate-stroomsensor
Dit is een techniek die de verzadigingskarakteristieken van een ijzeren kern met hoge-permeabiliteit in een wisselend magnetisch veld gebruikt om indirect zwakke magnetische velden te meten.
De kenmerken zijn zeer verschillend: extreem hoge nauwkeurigheid en minimaal temperatuurverschil, waardoor het vaak wordt gebruikt bij uiterst nauwkeurige DC-detectie, elektrische isolatiebewaking en metrologische kalibratie. De nadelen zijn echter de hoge kosten en de relatief lage reactiesnelheid.
TMR-sensoren, enz.
TMR staat voor Tunnel Magnetoweerstand. Simpel gezegd is het een magnetische sensor met hoge-precisie, gebaseerd op magneto-elektronica. De kern ervan is het gebruik van een sandwichstructuur op nanoschaal van "ferromagnetische laag/niet-magnetische isolatielaag/ferromagnetische laag" om een nauwkeurige omzetting van magnetische signalen in elektrische signalen te bereiken door middel van elektronenspin.
De ‘gracht’ van shunts: waarom kunnen deze technologieën zijn dominantie niet afschudden?
Waarom is de shunt, die eruitziet als een koperen staaf of weerstand,, gezien de high{0}} en krachtige mogelijkheden van Hall-effectsensoren en fluxgate-magneten, nog steeds de meest voorkomende en vertrouwde shunt op de markt? Het antwoord ligt in de vier kernvoordelen:
Ongeëvenaarde meetnauwkeurigheid en lineariteit
Ongeacht hoe perifere technologieën zich ontwikkelen, de wetten van de natuurkunde blijven de meest eerlijke. Het werkingsprincipe van een shunt is uiterst zuiver-de wet van Ohm. Omdat het in wezen een nauwkeurige mangaan-koperweerstand is met een extreem lage temperatuurcoëfficiënt, is de weerstand-stroomveranderingscurve bijna een perfecte rechte lijn, met uitzonderlijke lineariteit en zeer kleine niet-lineaire fouten.
Hall-elementen worden daarentegen beïnvloed door het magnetische circuit, wat resulteert in kleine niet-lineaire offsets, terwijl fluxgate-magneten responshysteresis vertonen. Zoals experts uit de industrie hebben opgemerkt: als de nauwkeurigheid van de stroommeting het belangrijkste criterium is, dan is een shuntweerstandsoplossing gecombineerd met een nauwkeurige millivoltzender altijd de beste keuze.
Ultieme kosten-Effectiviteit en hoge betrouwbaarheid
Hoewel Hall-effect- en fluxgate-sensoren een schat aan functionaliteit bieden, vereisen ze complexe ijzeren kernen en spoelen, evenals secundaire voedingen en ingewikkelde compensatiecircuits. Vooral op de markt voor DC-energiemeters kunnen sommige zeer{1}}precieze Hall-effectsensoren met gesloten-lus vijf tot tien keer duurder zijn dan gewone shuntweerstanden.
Shunts zijn daarentegen uiterst eenvoudig van structuur, puur passieve apparaten, en werken betrouwbaar zonder extra stroom, waardoor ze uitzonderlijk robuust en duurzaam zijn. Op de kostengevoelige markt voor civiele DC-energiemeters en laadstations vertegenwoordigt de kosteneffectiviteit van shunts een aanzienlijk voordeel dat zelfs complexe sensoren moeilijk kunnen overwinnen.
Krachtige capaciteit over-bereik en ultra-aanpassingsvermogen bij grote temperaturen
In industriële omgevingen in de echte-wereld overschrijden momentane stromen vaak de nominale waarden ruimschoots. Shunteenheden tonen in dit opzicht een opmerkelijke veerkracht. Een shunteenheid met hoge-precisie op de markt kan bijvoorbeeld gemakkelijk ogenblikkelijke stootstromen verwerken die tien keer hoger zijn dan de nominale waarde over een volledig temperatuurbereik van -40 graden tot +105 graden, zonder de nauwkeurigheid van de bemonstering in gevaar te brengen.
Sensoren op basis van magnetische principes zijn daarentegen zeer gevoelig voor kernverzadiging of demagnetisatie bij hoge -temperaturen wanneer de stroom te hoog is, wat leidt tot meetvervorming of zelfs permanente schade aan de apparatuur.
Extreem sterke weerstand tegen elektromagnetische interferentie
Hoewel Hall-effect- en fluxgate-magnetometersensoren elegante contactloze metingen mogelijk maken, kunnen verdwaalde magnetische velden in omgevingen met sterke magnetische velden en hoogfrequente interferentie (zoals in de buurt van hoog-stroomomvormers of hoge- stroomrails gemakkelijk in het detectiesignaal infiltreren, waardoor onvoorspelbare meetfouten ontstaan.
Shuntconverters zijn daarentegen apparaten voor directe seriebemonstering met pure circuits. Ze zijn alleen loyaal aan de spanningsval over hun eigen weerstand en worden vrijwel niet beïnvloed door externe elektromagnetische velden. Dit maakt ze bijzonder betrouwbaar in complexe elektromagnetische compatibiliteitskasten (EMC).