سنسور جریان شار با استفاده از رابطه غیرخطی بین شدت القای مغناطیسی و شدت میدان مغناطیسی هسته مغناطیسی با نفوذپذیری بالا تحت تحریک اشباع میدان مغناطیسی متناوب تولید شده توسط جریان اندازهگیری شده، جریان را اندازهگیری میکند.
1. قانون فارادی:
قانون فارادی قانونی است که نیروی الکتروموتور القا شده در یک هادی را توصیف می کند. یعنی وقتی هادی از میدان مغناطیسی می گذرد، نیروی الکتروموتور در دو سر هادی القا می شود. طبق قانون فارادی، اگر رسانایی دارای طول L، سرعت v، و عمود بر جهت میدان مغناطیسی حرکت کند، نیروی الکتروموتور القایی را می توان به صورت ε=B·L·v بیان کرد، که در آن B قدرت میدان مغناطیسی است.
2. اثر فلاکس گیت:
اثر شار به این معنی است که وقتی شدت القای مغناطیسی در یک هادی تغییر می کند، شار مغناطیسی عبوری از هادی تغییر می کند. با توجه به اثر شار، شار مغناطیسی Φ یک هادی را می توان به صورت Φ=B·A بیان کرد، که در آن Φ شار مغناطیسی، B قدرت میدان مغناطیسی و A سطح مقطع است. هادی
3. اصل سنسور جریان fluxgate:
سنسورهای جریان فلاکس گیت از قانون فارادی و اثر فلاکس گیت برای اندازه گیری جریان استفاده می کنند. از یک جفت هسته و هادی مغناطیسی تشکیل شده است.
در حسگر جریان شار، جریان از سیمی می گذرد که به دور یک یا چند حلقه مغناطیسی پیچیده شده و یک فلاکس گیت حلقوی را تشکیل می دهد. هنگامی که جریان عبوری از سیم تغییر می کند، شدت القای مغناطیسی گیت شار نیز تغییر می کند. هسته مغناطیسی سنسور، میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریان اندازه گیری شده را به سمت دروازه شار هدایت می کند، در نتیجه شدت القای مغناطیسی در شکاف هوای شار را تغییر می دهد.
این تغییر شدت القای مغناطیسی باعث تغییراتی در شار مغناطیسی دریچه شار می شود و در نتیجه باعث ایجاد نیروی الکتروموتور القایی بر روی دروازه شار می شود. این نیروی الکتروموتور القا شده را می توان با اندازه گیری ولتاژ در سراسر دروازه شار تشخیص داد.
به منظور بهبود حساسیت و دقت سنسور، پیچ های متعدد سیم پیچ اغلب در هسته آهنی دروازه شار پیچ می شود. افزایش تعداد چرخش ها معادل تقویت میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریان اندازه گیری است و در نتیجه نیروی الکتروموتور القایی گیت شار را افزایش می دهد.
یک رابطه خطی بین ولتاژ خروجی سنسور و جریان اندازه گیری شده وجود دارد که با کالیبراسیون می توان آن را به دقت تعیین کرد. کالیبراسیون را می توان با استفاده از مقادیر جریان شناخته شده و مقادیر ولتاژ خروجی مربوطه انجام داد و منحنی کالیبراسیون دقیق را می توان از طریق اتصال به دست آورد.
به طور خلاصه، سنسورهای جریان شار از قانون فارادی و اثر شار گیت برای اندازه گیری جریان استفاده می کنند. این میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریان اندازه گیری شده را به سمت دروازه شار هدایت می کند، در نتیجه باعث می شود که شدت القای مغناطیسی در شکاف هوای شار تغییر کند، در نتیجه باعث ایجاد نیروی الکتروموتور القایی روی دروازه شار می شود. با اندازه گیری ولتاژ در گیت شار، می توان مقدار جریان اندازه گیری شده را تعیین کرد. سنسورهای جریان Fluxgate دارای ویژگی های دقت بالا، پاسخ سریع و خطی بودن خوب هستند و به طور گسترده در سیستم های قدرت، اتوماسیون صنعتی، وسایل نقلیه الکتریکی و سایر زمینه ها استفاده می شوند.
