Terug naar de toekomst: Het verhaal gaat verder...
Mijn idee had echter één addertje onder het gras: ik ben opgegroeid met de Duitse nagesynchroniseerde versie van de film. In het Engelse origineel heet het magische onderdeel dat tijdreizen überhaupt mogelijk maakt „flux capacitor“ – wat letterlijk eerder „flux-condensator“ betekent. Buiten het Duitstalige gebied is het verband tussen een van de films uit mijn jeugd en de stroomsensoren van HIOKI dus niet direct duidelijk.
Ondanks dit kleine vertaalprobleem ben ik bij het idee gebleven – en zo siert de DeLorean ook het eerste deel van dit blogartikel als titelafbeelding. Daarin gaat het om de eigenlijke technische uitleg waarom een zero-flux-stroomsensor überhaupt zo heet.
HIOKI heeft drie verschillende soorten zero-flux-stroomsensoren in zijn assortiment. Ter illustratie heb ik in het eerste deel juist de variant gekozen die in de praktijk het minst van belang is: een sensor waarbij lage frequenties via een extra spoel – de zogenaamde „meetspoel“ – worden gedetecteerd. Sensoren met deze techniek kunnen echter alleen wisselstroom meten.
Veel relevanter – zowel technisch als in de praktijk – zijn de twee zero-flux-technologieën waarmee zowel gelijkstroom als wisselstroom kan worden gemeten. Daarbij worden lage frequenties en gelijkstroom geregistreerd met behulp van ofwel een fluxgate ofwel een Hall-element.
Zero-flux-stroomsensoren met Hall-element
Afbeelding 1: De Zero-Flux-stroomtang CT6711 van HIOKI maakt gebruik van een Hall-element
Zero-Flux-stroomsensoren met een Hall-element hebben doorgaans een hoge bandbreedte en zijn voorzien van een BNC-uitgang – ideaal voor het weergeven van stroomverloop op een oscilloscoop. Bij de HIOKI-stroomtang CT6711, het vlaggenschipmodel van deze productfamilie, bedraagt de bandbreedte bijvoorbeeld 120 MHz. Deze bestrijkt drie selecteerbare meetbereiken, met maximale AC-/DC-ingangsstromen van 500 mA, 5 A en 30 A.
Waarom de bandbreedte bij een stroomtang zelfs dan een rol speelt als u gelijkstroom wilt meten, leest u overigens in dit artikel.
Afbeelding 2: Werkingsprincipe van een Zero-Flux-stroomsensor met Hall-element
Net als bij alle Zero-Flux-stroomsensoren van HIOKI worden ook bij de variant met Hall-element twee meetmethoden toegepast: Het Hall-element registreert daarbij gelijkstroom en lage frequenties, terwijl een klassieke terugkoppelingsspoel – zoals bij een stroomtransformator – verantwoordelijk is voor de hogere frequentiecomponenten.
Aangezien Hall-elementen slechts een zeer lage spanning genereren, is een versterker nodig om hun signaal bruikbaar te maken. Dit versterkte signaal dient vervolgens – onafhankelijk van de terugkoppelingsspoel – voor de actieve regeling van de compensatiestroom, die de magnetische flux in de kern op nul houdt.
Afbeelding 3: Twee meetmethoden voor een breed, vlak frequentieverloop
Zero-Flux-stroomsensoren met fluxgate
Afbeelding 4: De Zero-Flux-stroomsensor CT6904 van HIOKI met Fluxgate
Wanneer de hoogste meetnauwkeurigheid vereist is, zijn Zero-Flux-stroomsensoren met Fluxgate de beste keuze voor het meten van lage frequenties. Stroomtangen bereiken daarbij een afleesnauwkeurigheid van 0,2 %, terwijl doorvoertasters – zoals de hierboven afgebeelde CT6904 – een nauwkeurigheid van slechts 0,025 % bieden. De reden voor dit verschil ligt in de opbouw van de magnetische kern: bij de stroomtang is deze gesplitst, wat een negatief effect heeft op de nauwkeurigheid.
Afbeelding 5: HIOKI CT6844A Zero-Flux-stroomtang met Fluxgate
Vermogensanalyse is een van de belangrijkste toepassingen waarbij dergelijke hoge nauwkeurigheden vereist zijn. Zero-Flux-stroomsensoren met Fluxgate-technologie van HIOKI zijn hiervoor bij uitstek geschikt – ze onderscheiden zich door een zeer hoge amplitude- en fasenauwkeurigheid over een breed frequentiebereik. Bovendien bieden deze sensoren een uitstekende temperatuurstabiliteit – een belangrijke factor, aangezien vermogensanalyses vaak gedurende langere perioden worden uitgevoerd. Meer informatie over temperatuurafwijkingen bij stroomtangen vindt u overigens in dit artikel.
Afbeelding 6: Werkingsprincipe van een zero-flux-stroomsensor met fluxgate
Ook hier zijn weer de twee verschillende meetsystemen te zien: een fluxgate voor gelijkstroom en laagfrequente wisselstromen, en een klassiek stroomtransformatorprincipe voor hoogfrequente wisselstromen. Net als bij de stroomsensoren met Hall-element worden beide signalen gecombineerd, zodat een vlakke frequentierespons over een breed frequentiebereik wordt bereikt.
Afbeelding 7: Zero-Flux-sensor met fluxgate: ook hier twee meetmethoden
Conclusie: Zero-Flux-stroomsensoren met Hall-element zijn bijzonder geschikt voor het weergeven van stroomverloop op een oscilloscoop, omdat ze zijn ontworpen voor zeer hoge bandbreedtes. Sensoren met fluxgate-technologie bereiken weliswaar niet dezelfde bandbreedte, maar bieden daarentegen een uitzonderlijk hoge nauwkeurigheid – zowel wat betreft amplitude als fase. Bovendien onderscheiden ze zich door een uitstekende temperatuurstabiliteit.
