[发明专利]一种电流传感装置

说明书

技术领域

本发明涉及电流传感器技术领域，特别涉及一种磁性电流传感器。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明为实现上述目的，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。

本发明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是本发明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发明的发明内容作进一步的描述。

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。