一种电流传感装置制造方法及图纸

本发明专利技术公布了一种电流传感装置，用于检测导线电流，其特征在于：该装置包括至少两个固定间距的传感器和一个控制单元；所述每个传感器包括至少一个传感单元，所述传感单元由磁性传感元件组成；所述传感器沿待测导线直径辐射方向位于不同物理位置；所述控制单元用于供电和数据处理。本发明专利技术引入了多个间距固定的传感器来检测导线电流产生的磁场，并根据检测到的不同磁场强度值来计算导线电流的大小，与现有的电流检测方法相比具有灵敏度高、测量精度高，温度特性好、体积小、抗干扰能力强和使用便捷的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种电流传感装置
本专利技术涉及电流传感器
，特别涉及一种磁性电流传感器。
技术介绍
电流测量装置一般是通过被测电流产生的磁场大小来实现对电流的测量的，以霍尔元件和磁电阻元件为敏感元件的磁性电流传感器较之于光纤和线圈式电流传感器具有更高的精度和灵敏度，且在油污和极端的温度环境下可以使用。霍尔电流传感器是目前使用最为广泛的电流传感装置，其利用霍尔效应原理测量通电导线的场强进而得到电流的大小，霍尔元件测量范围宽，但是灵敏度和精度非常低，因此以霍尔元件为敏感元件的电流传感器需要设置额外的聚磁环结构，体积非常大，而以高精度和高灵敏度的磁电阻元件（各向异性磁电阻、巨磁电阻以及磁性隧道结元件）为敏感元件的电流传感器越来越成为主流。通常电流传感器的工作机理为导入式测量或非接触式测量。导入式测量是电流传感器内有一跟导线，待测电流引入这根导线，然后位于其附近的传感单元测出导线周围磁场的大小进而得到电流大小，但是采用这种测量方法使用上并不便捷。非接触式传感器是将传感器接近待测导体，然后测出导线周围磁场的大小进而得到电流大小，目前常用的非接触式电流传感器都是采用一个霍尔元件为敏感元件的测量单元，但是磁场的分布是和导线的距离相关的，因此仅仅依靠一个传感单元很难准确的测量电流的大小。随着现代工业的发展，对于电流测量的精度、灵敏度、高低温特性、抗干扰能力以及使用便捷度要求越来越高，我们不难看出，现有的电流传感器无法满足要求。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对现有技术的缺陷提供一种灵敏度高、测量精确和使用便捷的磁性电流传感器。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：一种电流传感装置，用于检测导线电流，其特征在于：该装置包括至少两个固定间距的传感器和一个控制单元；所述每个传感器包括至少一个传感单元，所述传感单元由磁性传感元件组成；所述传感器沿待测导线直径辐射方向位于不同物理位置；所述控制单元用于供电和计算传感器所在位置的磁场强度。其进一步的特征在于：所述传感器包括三个传感单元，三个传感单元的磁场敏感方向两两垂直。上述传感装置沿直径辐射方向在原有的传感器基础上设置有额外的多个传感器用以检测干扰场强度，额外的传感器个数与干扰场数量相同，每个传感器之间的距离固定。进一步的：所述传感单元为单电阻、半桥或全桥结构，所述单电阻、半桥或全桥的桥臂由一个或多个磁性传感元件并联和/或串联组成。上述传感元件为电感线圈、霍尔元件、各项异性磁电阻元件、巨磁电阻元件以及磁性隧道结元件。所述巨磁电阻元件以及磁性隧道结元件至少包含自由层、非磁性层以及钉扎层三个纳米级薄膜层。所述巨磁电阻元件以及磁性隧道结元件可通过以下方式使其输出曲线线性化：在自由层上方或下方沉积反铁磁层；在元件附近沉积永磁体层；将传感元件设置为狭长形状，如矩形、椭圆形或长菱形；在自由层上方或下方沉积电流线。本专利技术引入了多个间距固定的传感器来检测导线电流产生的磁场，并根据检测到的不同磁场强度值来计算导线电流的大小，与现有的电流检测方法相比具有灵敏度高、测量精度高，温度特性好、体积小、抗干扰能力强和使用便捷的优点。附图说明图1是本专利技术提供的电流传感装置的结构示意图。图2是采用三单元的磁性电流传感器的结构示意简图。图3是巨磁电阻元件和磁性隧道结元件的结构示意简图。图4是磁电阻元件的输出曲线示意图。图5是半桥式传感单元的电连接示意图。图6是半桥式传感单元的输出曲线示意图。图7是全桥式传感单元的电连接示意图。图8是全桥式传感单元的输出曲线示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术的
技术实现思路
作进一步的描述。如图1所示，本实施例提供的电流测量装置包括磁性传感器11、磁性传感器12以及控制单元13。两个传感单元11和12用于测量位于其位置处的场强大小，控制单元13的作用是供电和数据处理。两个磁性传感器11和12由磁性传感单元构成，其磁场敏感方向7相同，并沿着导线直径辐射方向位于不同的位置，两个传感器之间的距离恒定且为D，两个传感器分别测出其所在位置的磁场强度H1和H2，然后计算出待测导线21的电流I的大小。由毕奥-萨伐尔定律我们可以计算得知电流为I的长直导线的磁场分布与电流大小I和测量位置到导线横截面圆心的距离R相关，且与电流大小I以及距离的倒数（1/R）成正比，为:由于实际测量中导线并不是理想长直导线，我们会对公式做一定调整，公式中的K即为校正系数，可根据实际应用调整。其中B为磁感应强度，有H=μB，其中μ是介质磁导率，一般指空气磁导率，为常数，μ0为真空磁导率，为常数，I为待测电流，R为传感器到导线横截面中心的距离，其中未知的条件为I和R。通常接近式测量导线电流大小由于并不能准确的获知测量位置到导体横截面圆心之间的距离R因此不能够准确的得到电流大小I。通过设置两个传感器我们可以测量出位于位置1处的场强H1以及位于位置2处的场强H2，传感器11距离导线21横截面圆心的距离为R1，传感器12距离导线21横截面圆心的距离为R2，其距离差（R1-R2）=D是已知且固定的。由三个已知条件H1、H2、D可以求解三个未知参数I、R1、R2，则最终可以得到电流I的精确大小。控制单元13主要作用就是给整个传感装置供电，同时通过内置的微处理系统对输出信号处理从而得到导线电流I的大小。对于采用磁电阻式传感元件的单个传感单元的传感器测量的时候仅能测得所在位置的磁场沿其磁场敏感方向7上分量的大小，因此该电流传感装置在使用的时候要求其敏感面平行于所在位置磁场32的切线方向，即传感器的磁场敏感方向7与导线垂直，即可准确测得该位置磁场的大小。但是在实际测量中，要使传感器的敏感面和导线完全垂直是很难办到的，如果不固定的话，多少会有倾角，带来测量误差。因此，可以进一步地将两个传感器11和12设置为含有三单元的结构分别测量磁场矢量在X、Y以及Z轴的分量大小，其结构示意图如图2所示。传感单元41、42、43的磁场敏感方向分别为1、2、3，三个传感单元的磁场敏感方向1、2、3两两垂直，可测得空间内任一矢量磁场沿1、2、3方向上分量的大小，然后可以准确地计算出空间矢量磁场的强度大小。在实际应用中，还会遇到的一个问题是测量环境的复杂导致存在干扰场。对于存在干扰场的测试环境，我们可以根据需求沿待测导线直径辐射方向再适当增加传感器测得该位置的磁场强度H3、H4……，如果有一个干扰场，则增加一个传感器，如果有两个干扰场，则增加两个传感器，以此类推，解决干扰场问题，增加的未知条件干扰场Hx1、Hx2……以及距离R3、R4……可通过增加的测量数据H3、H4……以及已知的传感器之间的距离D2、D3……求解方程得到。磁性传感单元的敏感元件为磁性传感元件，常用的磁性传感元件有电感线圈、霍尔元件、各向异性磁电阻元件、巨磁电阻元件以及磁性隧道结元件。其中电感线圈是通过电磁感应测量磁场，其灵敏度和精度都非常低；霍尔元件是通过霍尔效应的原理测量磁场，其饱和场很大，测量范围宽，但是灵敏度低，精度也低，通常需要额外的聚磁环结构增加其灵敏度，从而体积也很大。面对现代工业和自动化设备对电流测量的高精度要求，具有高精度、高灵敏度、低功耗、体积小、温度特性高等优势的以巨磁电阻元件和磁性隧道结元件为代表的磁电阻元件成为电流传感器的最优选择。图3是巨磁电阻元件和磁性隧道结元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流传感装置，用于检测导线电流，其特征在于：该装置包括至少两个固定间距的传感器和一个控制单元；所述每个传感器包括至少一个传感单元，所述传感单元由磁性传感元件组成；所述传感器沿待测导线直径辐射方向位于不同物理位置；所述控制单元用于供电和计算传感器所在位置的磁场强度。

【技术特征摘要】
1.一种电流传感装置，用于检测导线电流，其特征在于：该装置包括至少两个固定间距的传感器和一个控制单元；每个传感器包括至少一个传感单元，所述传感单元由磁性传感元件组成；所述传感单元为单电阻、半桥或全桥结构，所述单电阻、半桥或全桥的桥臂由一个或多个磁性传感元件并联和/或串联组成；所述磁性传感元件为电感线圈、霍尔元件、各项异性磁电阻元件、巨磁电阻元件或磁性隧道结元件；所述传感器沿待测导线直径辐射方向位于不同物理位置；所述控制单元用于供电和计算传感器所在位置的磁场强度；所述电流传感装置通过传感器所在位置的磁场强度和传感器之间的间距检测电流。2.根据权利要求1所述的电流传感装置，其特征在于：所述传感器包括三个传感单元，三个传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：白建民，王建国，黎伟，
申请(专利权)人：无锡乐尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：