自动调零的电流检测元件制造技术

一个检测载流导体中交变电流的电流传感器，包括第一和第二端和之间的Ｃ形磁芯。电流检测元件包括微型共振元件，其紧贴近磁芯的第一和第二端之间的缝隙，当该元件暴露在交变磁场时共振。偏置线圈附到微型共振元件。当偏置线圈没有电流时，微型共振元件以标准频率共振或振动，当偏置线圈和载流导体有电流时微型共振元件以修正振荡频率振荡。比率ｆ／ｆ↓［０］和偏置电流的乘积确定载流导体的电流幅度。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一般说来，本专利技术涉及导体中的检测电路，更特别涉及在电流传感器中使用的检测元件。许多电气和电子设备包括检测半导体中电流的电流传感器。例如在至少一个已经公开的电压表中，为了检测一个流动着一个输入电流Iin的线性导体中的电流，提供了一个电流传感器。一个分流器将输入电流Iin分为两个电流I1和I2，这两个电流分别流过电阻R1和R2。一个电流比较器检测输入电流I2，并且提供一个与输入电流Iin成正比的成比例的出电流Iout，但是大部分幅度都低于输入电流Iin的幅度。一个已经公开的电流比较器包括变流器，这个变流器具有一个磁性材料的芯、一个单匝初级绕组和第一个和第二个次级绕组，这两个次级绕组有时被称作检测绕组和反馈绕组。每一个绕组都有许多匝直径微小的线，这些线均匀环绕着磁芯。磁芯围绕着传送电流I2的电阻R2。在工作时，电流比较器的变压器磁芯中，感应出一个来自电阻R2并且由电流I2产生的交变的磁通量。因此在变压器的第一个次级绕组或检测绕组中感应出一个电压。来自检测绕组的信号被提供给一个高增益差分放大器，并且将放大器的输出提供给反馈绕组。在反馈绕组中的电流是一个成比例的电流输出Iout。为了在磁芯中感应出一个补偿磁通量，配置了反馈绕组，这样降低了磁芯中的交变磁通量，使它趋于零。电流变换器和放大器动态地工作，以便于磁芯中的交变磁通量保持在接近于零十分低的值。因此，通过从在反馈绕组中的电流Iout得出的磁化安培匝数，平衡从在单匝初级绕组(由电阻R2形成的)所测量的或者所检测的电流I2中得出的磁化安培匝数。这种形式的电流传感器有时被称作自动调零的环形电流传感器。特别的是电流比较器磁芯的形状是环形的，次级绕组是环形绕组，并且磁芯中的交变磁通量保持接近于零值。尽管这种公开的传感器提供了可接受的结果，但它是相当复杂和昂贵的。根据本专利技术，提供一个电流传感器，这个传感器在一个实施例中包括一个C形磁芯和一个电流检测元件。一个载流导体例如一个导体穿过磁芯，并且基本上和磁芯中心轴线同轴。磁芯末端被一条缝隙分开。电流检测元件包括一个在电路板上形成的偏置线圈导体，粘在C形磁芯的一条腿上，因此它在相应C形磁芯的末端间穿过。相对于缝隙安排检测元件的位置，使载流导体产生的磁场被放大，并且如下所说明的使它适应影响检测元件。在一种形式中，检测元件进一步包括一个微型共振元件，该元件具有一个标准的振动模式和一个经过偏置线圈导体传送偏置电流的偏置电流源。为了控制偏置电流源，耦合一个控制处理器，这个控制处理器耦合到微型共振元件，例如通过容性耦合。控制处理器控制偏置电流源的状态并接收表示微型共振元件共振频率的信号。当在偏置线圈导体中不存在偏置电流时，载流导体中的电流导致微型共振元件在标准振荡频率f0上振荡。偏置线圈导体中的偏置电流产生一个偏置磁场，该磁场和载流导体的磁场相互作用，产生一个作用在微型共振元件上的强制力。因此，元件的振荡频率从频率f0改变到频率f。通过控制偏置电流源状态的方法，控制处理器确定频率f和f0。然后，控制处理器使用这些频率的比率如f/f0确定载流导体中的电流幅度。准确的说，载流载体中的电流和偏置线圈导体中的偏置电流间的比率直接和标准化的频率比f/f0成比例。既然已知偏置电流幅度，那么可以确定载流导体中的电流幅度。本专利技术的电流传感器自动调零，其中利用频率比f/f0，基本上自动消除了外部条件如温度的影响。准确的说，当微型共振元件在频率f上振荡时，外部条件如温度象这样的元件在频率f0上振荡时一样对传感器具有同样的影响。因此标准化的频率比基本上相互抵消了这样的影响，也就是说影响大约具有一比一的比率，这样有利于精确的电流检测。通过控制偏置电流幅度的方法，控制上述电流传感器的范围。例如，如果检测到一个低幅度电流，那么选择的偏置电流应该高。偏置电流幅度增加导致电流传感器灵敏度或者范围增加。因此，通过简单的控制偏置电流幅度的方法，控制处理器控制传感器的范围。这样的结构有利于自动调整范围，也就是说基于被检测电流幅度自动调整电流传感器范围，因为根据被检测到的电流幅度可以容易地调整偏置电流幅度。就对被检测电流幅度提供一个精确测量来看，本专利技术的电路传感器也可以是非常专门的。详细的讲，通过比率f/f0基本上抵消了外部磁场的影响，因为如上所述它们对频率f和f0影响基本上相同。因此，基本上消除了不仅仅涉及载流导体中的电流产生的磁场的影响。本专利技术的电流传感器不需要分流装置并不使用环行绕组，因此相信制造这种传感器将比已经公开的电流传感器更容易。附图说明图1是已知的电流传感器的简化电路图。图2根据本专利技术的一个实施例的电流传感器的简化电路图。图3在图2中所示的电流传感器的分解的部分透视图。图4根据本专利技术另一个实施例的一个光缆和一个电流传感器的部分透视图。图1说明一个已经公开电流传感器10，这个传感器包括一个分流器，一般如12所示。分流器12包括第一个载流元件14，表示为一个具有一个欧姆值R1的分流电阻，和第二个载流元件16，表示为一个具有一个欧姆值R2的测量电阻。电阻14和16并联连接到节点18和20。传感器10还包括一个电流比较器22，表示为环形电流变换器，这种变换器包括一个磁性材料的芯24和分别包括第一个和第二个绕组26和28。绕组26和28都有许多匝N直径微小的线，这些线均匀环绕磁芯24。磁芯24围绕着电阻16，并且电阻16作为电流比较器22的一个单匝初级绕组。一个被测量的交变电流Iin被分为分流电阻14中的电流I1和测量电阻16中的电流I2。这提供了第一级别的输入电流Iin，并且通过I2＝Iin/K (1)给出电流I2，其中K＝R2/R1+1电流比较器22通过检测电阻16中的电流I2提供与输入电流Iin成比例的第二级别，并且提供一个幅度与输入电流Iin成比例但是平均幅度小于输入电流Iin的输出电流或信号Iout，更详细地讲，在环行电流变换器22中，在磁芯24中感应出一个来自电阻16的一个交变磁通量。磁芯24中的次级绕组26检测到磁芯24中的这个交变磁通量，导致在绕组26中一个感应电压，这个感应电压构成一个输入信号，该信号通过导体30和32到达一个高增益差分放大器34的负(-)和正(+)输入端。放大器34的一个输出端36被耦合到补偿或反馈绕组28的一端。放大器34的输出信号提供一个输出电流Iout，该电流通过线圈28提供给一个输出端40。通过绕组28的电流的方向导致一个从线圈28进入磁芯24的补偿磁通量，用来降低磁芯24中的交变磁通量，使之趋于零，也就是说传感器10自动调零。为了将磁芯24中的交变磁通量保持在一个接近于零的十分低的值上，环行电流变换器22和放大器34自动工作。因此，通过N匝次级绕组中电流Iout造成的磁化安培匝数平衡磁芯24的单匝初级绕组(由16形成)中电流I2造成的磁化安培匝数。既然变换器安培匝数相等的或者是平衡的，那么N*Iout＝Iin*1，和 (2a)Iout＝I2/N根据方程式(1)Iout＝Iin/K*N。电流传感器10的这样的输出电流Iout是输入电流Iin的一个成比例的变形，其中最终比例因数是两个独立比例因数的产物，通过电阻(K)的比例和输出或次级线圈28中的匝数N确定这两个独立比例因数。典型设置电流传感器10，使之接收来自本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于产生表示载流导体中的交变电流的信号的电流传感器，上述传感器包括： 一个具有第一个和第二个端并且在两个端之间具有一个缝隙的磁芯；和 一个电流检测元件，这个元件具有一个用于传送一个偏置交变电流的偏置线圈，在上述磁芯的第一个和第二个端间的缝隙中设置上述检测元件的位置以使它暴露在载流导体和偏置线圈的交变磁场时，该检测元件移动。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：E贝尔坎，JJ蒂曼，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]