一种低磁滞电流传感器制造技术

本实用新型专利技术实施例公开了一种低磁滞电流传感器。该低磁滞电流传感器包括磁芯和TMR元件，在所述磁芯上设置有气隙，所述TMR元件设置在所述气隙内，其特征在于，所述低磁滞电流传感器还包括磁平衡元件和平衡电源，所述平衡电源与所述磁平衡元件电连接，用于向所述磁平衡元件内提供电流；所述TMR元件设置在流经所述磁平衡元件的电流产生的磁场范围内，利用流经所述磁平衡元件的电流产生的磁场用以中和被测电流在所述气隙中产生的磁场。该低磁滞电流传感器具有磁滞小，一致性好，灵敏度高，体积小，不存在高压危险等优点。

A Low Hysteresis Current Sensor

【技术实现步骤摘要】
一种低磁滞电流传感器
本技术涉及电流测量
，具体涉及一种低磁滞电流传感器。
技术介绍
传统的非接触电流测量技术主要应用于电流互感器、以霍尔元器件为核心部件的开环低磁滞电流传感器以及闭环低磁滞电流传感器。霍尔低磁滞电流传感器可应用于开环和闭环中。当应用于开环时，称作开环式霍尔低磁滞电流传感器。开环式霍尔低磁滞电流传感器由磁芯、霍尔元件和放大电路构成。磁芯有一开口气隙，霍尔传感器置于该气隙处。开环式霍尔低磁滞电流传感器灵敏低，动态响应慢，线性度低，磁滞大，受温度影响大，目前主要应用于测量大电流且精度要求不高的场合。当应用于闭环时，称作闭环式霍尔低磁滞电流传感器。闭环式霍尔低磁滞电流传感器包括磁芯、霍尔元件、放大电路、电流驱动电路和次级绕组。由于次级绕组的存在，体积较大，加工工艺复杂，且次级易出现高压危险。虽然闭环低磁滞电流传感器的精度优于开环式低磁滞电流传感器，但由于霍尔器件灵敏度较低，闭环式霍尔低磁滞电流传感器灵敏度也受影响，测量小电流尤其是毫安级以下电流时精度较差。随着技术的进步，光纤低磁滞电流传感器和GMR(巨磁阻)低磁滞电流传感器等非接触电流测量技术逐渐得到业界认可。其中，光纤低磁滞电流传感器具有灵敏度高、绝缘度高以及易加工等优点而受到高度关注，然而其容易受温度、压力及其它环境因素影响，精度不易保证，导致目前尚未规模应用。GMR低磁滞电流传感器和霍尔低磁滞电流传感器的构成基本相同，只是GMR传感器代替霍尔传感器。由于GMR低磁滞电流传感器动态范围较小，在开环模式下应用范围受限。因此，GMR低磁滞电流传感器主要应用于闭环低磁滞电流传感器。但是，闭环GMR低磁滞电流传感器仍然是在磁芯上用导线缠绕形成绕组，传统的闭环霍尔低磁滞电流传感器的大部分缺点仍然存在，如体积较大，加工工艺复杂，次级易出现高压危险等。因此，现有闭环低磁滞电流传感器体积大，加工复杂，存在高压危险，而开环低磁滞电流传感器则磁滞高，一致性差。
技术实现思路
为此，本技术实施例提供一种低磁滞电流传感器，以解决现有技术中由于霍尔低磁滞电流传感器存在的磁滞高、一致性差、加工复杂以及高压危险的问题。为了实现上述目的，本技术的实施方式提供如下技术方案：在本技术的实施方式的第一方面中，提供了一种低磁滞电流传感器，包括：磁芯和TMR元件，在所述磁芯上设置有气隙，所述TMR元件设置在所述气隙内，其特征在于，所述低磁滞电流传感器还包括磁平衡元件和平衡电源，所述平衡电源与所述磁平衡元件电连接，用于向所述磁平衡元件内提供电流；所述TMR元件设置在流经所述磁平衡元件的电流产生的磁场范围内，利用流经所述磁平衡元件的电流产生的磁场用以中和被测电流在所述气隙中产生的磁场。在本技术的一个实施例中，磁平衡元件为直导线，所述直导线设置在所述TMR元件的敏感面一侧。在本技术的另一实施例中，所述磁平衡元件为用导线弯曲成的环形，所述TMR元件的敏感面垂直于环形所在的平面。所述环形为矩形环、圆环或有倒角的矩形环。在本技术的又一个实施例中，该述低磁滞电流传感器还包括非导磁材料制作的密封件，所述密封件包裹所述磁芯的外侧并保留所述气隙；或者，所述密封件包裹所述磁芯的外侧并在所述气隙处形成磁隙。在本技术的再一个实施例中，该低磁滞电流传感器还包括软磁材料制作的屏蔽层，所述屏蔽层包裹在所述密封件和所述气隙的外侧，并在所述气隙对应位置处设置引线孔，所述屏蔽层与信号地电连接。优选地，所述低磁滞电流传感器包括多层所述屏蔽层，多层屏蔽层叠置在一起。优选地，所述屏蔽层包括公屏蔽层和母屏蔽层，所述公屏蔽层与所述母屏蔽层相配合；在所述密封件的外表面分散设置有多个固定柱，在所述屏蔽层上对应位置处设置有固定孔，所述固定柱卡接在所述固定孔内，以将所述屏蔽层与密封件固定。在本技术的又一个实施例中，该述低磁滞电流传感器还包括放大电路，所述放大电路与所述TMR元件的输出端电连接；所述放大电路包括运放U1A，运放U1A的同相输入端与放大电路的输入端sig_inp之间串接电阻R2，运放U1A的反相输入端与放大电路的输入端sig_inn之间串接电阻R3，在运放U1A的同相输入端与反向输入端之间串接电容C1；放大电路的输入端sig_inp与地之间串接电阻R6，放大电路的输入端sig_inn与地之间串接电阻R5；运放U1A的反相输入端与放大电路的输出端vtr_out之间依次串接电阻R8和电容C2，运放U1A的输出端为放大电路的输出端vo_ctl；或者，所述放大电路包括运放U3A、运放U3B和运放U4A，运放U3A的同相输入端为放大电路的输入端sig_inp，运放U3A的反相输入端与运放U3A的输出端电连接；运放U3A的输出端与运放U4A的同相输入端之间串接电阻R10；运放U3B的同相输入端为放大电路的输入端sig_inn，运放U3B的反相输入端电连接运放U3B的输出端；U3B的输出端与运放U4A的反相输入端之间串接电阻R11；运放U4A的同相输入端与反向输入端之间串接电容C3，运放U4A的同相输入端与地之间串接电阻R9，运放U4A的反相输入端与地之间串接电阻R12，运放U4A的反向输入端与放大电路的输出端vtr_out之间依次串接电阻R13和电容C4，运放U4A的输出端为放大电路的输出端vo_ctl。在本技术的再一个实施例中，该述低磁滞电流传感器还包括驱动电路，所述驱动电路包括三极管对管U2，三极管对管U2的第七引脚和第八引脚与电阻R1电连接，三极管对管U2的第五引脚和第六引脚与电阻R7电连接，三极管对管U2的第二引脚和第四引脚与所述放大电路的输出端vo-ctl电连接，三极管对管U2的第一引脚和第三引脚与所述放大电路的输出端vtr_out电连接。在本技术的另一个实施例中，该述低磁滞电流传感器还包括测量电路，所述测量电路包括金属膜电阻E1和电阻R4，所述金属膜电阻E1与磁平衡元件串联，金属膜电阻E1的两输出端分别电连接放大电路的输出端vo_ctl和电阻R4，电阻R4的另一端接地。优选地，所述磁芯采用磁流体材料制作。根据本技术的实施方式，低磁滞电流传感器具有如下优点：该低磁滞电流传感器采用非接触电流测量技术，将TMR元件设置在磁芯的气隙中，将磁平衡元件与平衡电源电连接，利用流经磁平衡元件内的电流产生的磁场中和被测电流在气隙中产生的磁场，使TMR元件处于零磁场状态，降低低磁滞电流传感器的磁滞，与普通的霍尔开环低磁滞电流传感器相比磁滞可降低两个数量级；提高了灵敏度，可测电流可达微安级，动态范围可达120dB；同时提高一致性，线性度可达0.1％以下，响应时间可达几个纳秒。另外，该低磁滞电流传感器采用开环设置，体积小，加工简单，便于安装和更换；绝缘度高，完全隔离，不存在高压危险；而且加工简单，工艺要求低。此外，该低磁滞电流传感器可同时测量直流、交变电流，频带宽，从直流到百兆赫兹，温度适应范围宽，-40～+85℃，基本不受环境磁场的影响。附图说明为了更清楚地说明本技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低磁滞电流传感器，所述低磁滞电流传感器包括磁芯和TMR元件，在所述磁芯上设置有气隙，所述TMR元件设置在所述气隙内，其特征在于，所述低磁滞电流传感器还包括磁平衡元件和平衡电源，所述平衡电源与所述磁平衡元件电连接，用于向所述磁平衡元件内提供电流；所述TMR元件设置在流经所述磁平衡元件的电流产生的磁场范围内，利用流经所述磁平衡元件的电流产生的磁场用以中和被测电流在所述气隙中产生的磁场。

【技术特征摘要】
1.一种低磁滞电流传感器，所述低磁滞电流传感器包括磁芯和TMR元件，在所述磁芯上设置有气隙，所述TMR元件设置在所述气隙内，其特征在于，所述低磁滞电流传感器还包括磁平衡元件和平衡电源，所述平衡电源与所述磁平衡元件电连接，用于向所述磁平衡元件内提供电流；所述TMR元件设置在流经所述磁平衡元件的电流产生的磁场范围内，利用流经所述磁平衡元件的电流产生的磁场用以中和被测电流在所述气隙中产生的磁场。2.根据权利要求1所述的低磁滞电流传感器，其特征在于，所述磁平衡元件为直导线，所述直导线设置在所述TMR元件的敏感面一侧。3.根据权利要求1所述的低磁滞电流传感器，其特征在于，所述磁平衡元件为用导线弯曲成的环形，所述TMR元件的敏感面垂直于环形所在的平面，所述环形为矩形环、圆环或有倒角的矩形环。4.根据权利要求1所述的低磁滞电流传感器，其特征在于，所述低磁滞电流传感器还包括非导磁材料制作的密封件，所述密封件包裹所述磁芯的外侧并保留所述气隙；或者，所述密封件包裹所述磁芯的外侧并在气隙位置处形成磁隙。5.根据权利要求4所述的低磁滞电流传感器，其特征在于，所述低磁滞电流传感器还包括软磁材料制作的屏蔽层，所述屏蔽层包裹在所述密封件和所述气隙的外侧，并在所述气隙对应位置处设置引线孔，所述屏蔽层与信号地电连接。6.根据权利要求5所述的低磁滞电流传感器，其特征在于，所述低磁滞电流传感器包括多层所述屏蔽层，多层屏蔽层叠置在一起；所述屏蔽层包括公屏蔽层和母屏蔽层，所述公屏蔽层与所述母屏蔽层相配合；在所述密封件的外表面分散设置有多个固定柱，在所述屏蔽层上对应位置处设置有固定孔，所述固定柱卡接在所述固定孔内，以将所述屏蔽层与密封件固定。7.根据权利要求1所述的低磁滞电流传感器，其特征在于，所述低磁滞电流传感器包括放大电路，所述放大电路与所述TMR元件的输出端电连接；所述放大电路包括运放U1A，运放U1A的同相输入端与放大电路的输入端sig_inp之间串接电阻R2，运放U1A的反相输入端与放大电路的输入端sig_inn之间串...

【专利技术属性】
技术研发人员：时启猛，郭颖，
申请(专利权)人：北京麦格智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11