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【アコン技術情報】開発その17;高感度DC電流計

2015.04.14 Tuesday カテゴリ:アコン技術情報
以前、高感度DC電流計を開発したことがありました。高感度DC電流計というと、通常はフラックスゲート方式が使用されます。フラックスゲート方式は非常に高感度な磁気検出方式なので、図1のような地磁気検出に利用されています。




図1:地磁気センサ (フラックスゲート方式)



●フラックスゲート方式の原理

フラックスゲート方式では、パーマロイのような可飽和コア(少しの起磁力で容易に飽和するコア)を使用します。回路は簡単で、図2のようにコア1個、あるいは2個使用します。
図3に、DC電流を流したときの出力波形を示します。±100mAの違いがはっきりと判ります。
図4は、2個使用したときの出力波形です。±10mAの違いが判ります。
図5は出力電圧特性です。DC入力電流1μA〜100mAまで問題なく検知できています。
図6に、ある仕事で試作した回路を紹介します。

・入力電流;±400mA
・出力電圧;1〜8V

の仕様で作りました。
残念ながら、この仕事は客先担当者の先走りということで実際には発注が行なわれませんでした。




図2:フラックスゲート方式DC電流センサの構成
 




図3:パーマロイコア1個の特性
 




図4:パーマロイ2個の特性
 




図5:入力電流-出力電圧特性 (コア2個のとき)
 




図6:回路図



●コアは十分飽和させないとたいへんなことになります

この方式でよく間違いやすいのが、コアを中途半端に飽和させることです。
図7にそのときの出力波形を示します。一見大きな出力が得られているため、誰でもが「これは良い!」と錯覚してしまいます。
たしかに出力電圧は大きくなります。しかし、いったん大きなDC電流が流れてしまうと、コアはそのときの飽和磁束密度に固定されます。DC電流が取り除かれるとコアはリセットされる必要がありますが、コアを中途半端に飽和させているため、リセットが完璧に行われないのです。
そのため、大きなオフセット電圧が残ってしまいます。ご注意ください。




図7:ドライブ電圧を小さくすると出力電圧は大きくなるが…
(オフセット電圧特性が劣化する)


なお、図8と図9参考にフラックスゲート方式のいろんな構造を紹介しておきます。
私の経験上ですが、アナログ方式のみでは1μA分解能がやっとですが、デジタル処理技術を使用することでnAレベルまで検出分解能を改善できると思っています。




図8:コアのいろいろな構造
 




図9:コア中にドライブ電流を流す
 

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