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Abstract

本发明涉及一种用于测量在电导体(1)中流动的电流的装置，该装置具有用于与电导体(1)耦合的磁路(2)，该磁路(2)具有气隙(3)。对磁场敏感的器件(4)位于磁路(2)的气隙(3)中，该对磁场敏感的器件(4)用于测量由电导体(1)产生的磁场，其中两个控制核心(5)被布置在磁路(2)的气隙(3)中，其中控制核心(5)分别具有用于使相应的控制核心(5)磁饱和的控制绕组(6)，该对磁场敏感的器件(4)被布置在控制核心(5)之间，并且一个或多个附加的元件(7)位于对磁场敏感的器件(4)附近，所述一个或多个附加的元件(7)与控制核心(5)无关地适合于在对磁场敏感的器件(4)周围引导干扰磁场。

Description

用于测量在电导体中流动的电流的装置
技术领域
本发明涉及一种用于测量在电导体中流动的电流的装置。
背景技术
在出版物DE 10 2005 024 075 B4中公开了一种用于测量在电导体中流动的电流的设备。
发明内容
要解决的任务在于提出一种用于测量在电导体中流动的电流的装置，该装置能够与外部磁影响无关地实现正确的测量。
该任务通过根据本发明的用于测量在电导体中流动的电流的装置来解决。
该装置具有设置有气隙的磁路，用于与电导体耦合。在磁路的气隙中布置有对磁场敏感的(magnetfeld-sensitive)器件，用于测量由电导体产生的磁场。两个控制核心(Steuerkern)位于磁路的气隙中，这两个控制核心分别具有用于使相应的控制核心饱和的控制绕组。
通过将对磁场敏感的器件布置在控制核心之间，对磁场敏感的器件优选地大约位于磁路的气隙的中部。
一个或多个附加的元件位于对磁场敏感的器件附近，所述一个或多个附加的元件与控制核心无关地适于在测量装置周围通过对磁场敏感的器件引导磁场。
在对磁场敏感的器件周围的不是由电导体或者控制绕组引起的磁场可以极大地使测量变糟。
在优选的实施形式中，附加的元件具有磁特性，以便将干扰的外部磁场聚集到对磁场敏感的器件上。
优选地，附加的元件具有大于1的相对磁导率。
特别是软磁材料适合于附加的元件，所述软磁材料具有大于或者等于控制核心的相对磁导率的相对磁导率。也用于控制核心的材料优选适合于此。
附加的元件优选地被布置在对磁场敏感的器件两侧，使得可能的磁干扰场可以有效地被聚集在对磁场敏感的器件附近并且可以穿过对磁场敏感的器件被引导。
在一种实施形式中也可能的是，该元件被构建为一体式控制核心的整体组成部分。在这种情况下，控制核心上的向外隆起(Auswoelbung)或者控制核心在对磁场敏感的器件较近的周围增厚是可能的，使得在附加的元件与对磁场敏感的器件之间实现尽可能小的气隙。即使在控制核心饱和的情况下，控制核心的增厚或者向外隆起的区域也还具有剩余导磁率(Restpermeabilitaet)。
在另一实施形式中，该元件包括多个零件，所述多个零件可以组合成元件。
优选地，附加的元件在控制核心通过控制绕组完全饱和的情况下具有剩余导磁率，使得干扰磁场即使在控制核心饱和的情况下此外也被附加元件聚集并且可以通过对磁场敏感的器件被引导。
在优选的实施形式中，附加的元件由铁磁材料构成，该铁磁材料例如铁氧体、纳米晶体金属合金或者透磁合金。然而，其它具有铁磁特性的材料也适合。
为了能够实现可靠地测量在电导体中流动的电流，磁路能够完全包围电导体的横截面。
在优选的实施形式中，控制核心被构建为铁氧体芯。在此，铁氧体芯特别优选地被构建为矩形框架，所述矩形框架在该框架的至少一侧上具有用于使铁氧体芯饱和的控制绕组。在特别有效的变形方案中，控制绕组被布置在框架的两个对置的侧上。通过构建这种形式的控制核心可以实现控制核心的有效饱和。
在另一实施形式中，铁氧体芯被构建为环，所述铁氧体芯在环的至少一个区域中具有用于使铁氧体芯饱和的控制绕组。在特别有效的变形方案中，控制绕组被布置在环的两个对置的区域中，以便实现了控制核心的有效饱和。
在优选的变形方案中，相应的控制核心的框架或者环被构建为使得相应的框架或者环所处的平面优选地在共同的平面中。通过其中两个控制核心在一个平面中的装置使控制核心的重叠面被优化到最大。由此最小化了其中布置有对磁场敏感的器件的气隙。
在另一实施形式中，也可能的是，控制核心并不在共同的平面中，而是彼此沿着穿过两个控制核心和对磁场敏感的器件的轴线扭转地被布置。
对磁场敏感的器件优选是霍尔传感器。如果电流流过霍尔传感器并且该霍尔传感器被引入与其垂直的磁场，则这提供了与磁场强度和电流之积成比例的输出电压。
为了确定在电导体中流动的电流，借助霍尔传感器执行不同的测量。第一测量在正饱和的控制核心的情况下进行，另一测量紧接着断开流经控制绕组的电流之后进行。另一测量在负饱和的控制核心的情况下进行，之后是紧接着断开流经控制绕组的电流之后的测量。根据这四个测量，在考虑通过霍尔传感器在控制核心饱和或不饱和时的灵敏度得到的一定的因素的情况下，通过公知的等式可计算流经电导体的电流的电流强度。
在这些等式中，通过新添加的由优选为软磁材料构成的元件不仅在控制核心饱和时而且在控制核心不饱和时都可以消除由于外部磁场引起的干扰影响，因为通过附加的元件可以相互抵消这些贡献(Beitrage)。
在霍尔传感器附近的附加的优选为软磁的元件能够实现抵消外部干扰磁场在等式中的贡献，以便计算电流强度，使得可以消除这些贡献。由干扰的外部磁场引起的贡献因此在利用不饱和控制核心进行计算以及在利用饱和控制核心进行计算时都被抵消并且因此由这些等式来消除。由此，线性方程组可以简单的方式和方法来求解，并且电导体的电流强度可被确定。
在此提出以下两个等式：
RL＝n+sl*I+sBl*Bstatic*sin(α)
RH＝n+sh*I+sBh*Bstatic*sin(α)
在测量中，物理量常被转换成模拟电学量。在量化时，模拟量的测量范围被划分成有限数量的彼此相邻的部分区域(间隔)，并且给每个部分区域分配有限符号系统(symbolisches System)的值(例如整数)。模拟量的所使用的部分区域的数目被称为分辨率，在二元符号系统中，其二次幂也被称为分辨率(以比特为单位的分辨率)，可是在间隔大小相等的情况下，也是间隔本身的大小被称为分辨率。
量化步长反映了离散形式的测量信号的值。
在上面所提及的等式中，RL说明了用于在灵敏度小时的测量的量化步长的数目，而RH说明了高灵敏度时的数目。变量n以量化步长说明了对磁场敏感的器件的零点。变量sl和sh说明对磁场敏感的元件在控制核心饱和时的灵敏度(sl)或在控制核心不饱和时的灵敏度(sh)。变量Bstatic表示外部磁场的磁通密度，而变量α说明如下角度：外部磁场从该角度射到对磁场敏感的器件上。变量I说明了电流流经的导体的电流强度，该电流强度应在测量中被确定。
在对磁场敏感的器件附近的附加的优选为软磁的元件现在能够实现抵消变量sBl和sBh。由此，线性方程组能以简单的方式和方法被求解，以确定电流强度I。
附图说明
以下参照实施例和附图更为详细地阐述了该装置。
以下所描述的附图并不应被理解为合乎比例的。更确切地说，为了更好地表示而夸大、缩小或者也变形地示出各个尺寸。
彼此相同的或者承担相同功能的要素用相同的附图标记表示。
图1示出了示例性的用于测量在电导体中流动的电流的装置。
图2示出了示例性的用于测量在电导体中流动的电流的装置的部分。
图3示出了另一示例性的用于测量在电导体中流动的电流的装置的部分。
具体实施方式
在图1中示出了示例性的用于测量在电导体中流动的电流的装置的可能的变形方案，其中可由铁氧体构成的磁路2包围电导体1。磁路2在一侧具有气隙3，两个控制核心5位于该气隙3中。对磁场敏感的器件4位于控制核心5之间，该对磁场敏感的器件4用于测量在电导体1中流动的电流。控制核心5分别具有用于使控制核心5饱和的控制绕组6。这些控制绕组6优选地位于控制核心5的框架的一个或多个、优选为对置的侧上。
在另一实施形式中，控制核心5也可以是环，其在此并未示出。这些环在一个或多个区域中具有优选地被布置在对置的区域中的控制绕组6。
为了排除在测量流经电导体1的电流时的干扰或扣除在确定必需的测量值时的干扰，其它元件7位于对磁场敏感的器件4的附近，所述其它元件7聚集干扰磁场并且通过对磁场敏感的器件4引导干扰磁场。
在优选的实施形式中，软磁材料优选地适于这些元件7。这些元件7不仅可以单独地被构建，而且可以被构建为控制核心的部分区域。也可能的是：元件7由多个零件组合。在优选的实施形式中，元件7构成控制核心5的部分。在这种情况下，特别合适的是控制核心5在对磁场敏感的器件4附近的凸出部或者增厚部。
如在优选的实施形式中那样，元件7由与控制核心5相同的材料构成。可是，在其它的实施形式中，元件7也被构成为任何任意具有软磁特性的材料。元件7的形状在这种情况下对元件7对干扰磁场施加的影响没有影响。
元件7例如可以以正方形的形式、以环的形式、以八面体的形式、以十二面体的形式或者以任何任意其它形式来构建。
在图2和图3中示出了图1的部分，该部分应详细地示出元件7在对磁场敏感的器件4的区域中的定位。元件7的精确位置并不重要，仅仅要保证的是元件7被布置在对磁场敏感的器件4的附近，以便干扰磁场可以被聚集在测量装置周围并且可以通过对磁场敏感的器件4而被引导。
尽管在这些实施例中仅描述了本发明的有限数目的可能的改进方案，然而本发明并不限于此。原则上可能的是，将其它数目的控制绕组、其它形式的磁路用于该装置或者将这些元件彼此错移地布置。本发明并不限于示意性示出的元件的数目。
在此所说明的主题和方法的描述并不限于各个特定的实施形式。更确切地说，各个实施形式的特征(只要在技术上有意义)可以任意相互组合。
附图标记列表
1    电导体
2    磁路
3    气隙
4    对磁场敏感的器件
5    控制核心
6    控制绕组
7    附加的元件

Claims (15)

1.一种用于测量在电导体(1)中流动的电流的装置，其具有：
-具有气隙(3)的磁路(2)，用于与电导体(1)耦合，
-被布置在磁路(2)的气隙(3)中的对磁场敏感的器件(4)，用于测量由电导体(1)产生的磁场，
-两个控制核心(5)，用于控制气隙(3)，所述两个控制核心(5)被布置在气隙(3)中，
-其中，控制核心(5)分别具有用于使相应的控制核心(5)磁饱和的控制绕组(6)，
-其中，对磁场敏感的器件(4)被布置在控制核心(5)之间，并且一个或多个附加的元件(7)位于对磁场敏感的器件(4)的附近，所述一个或多个附加的元件(7)与控制核心(5)无关地适合于在对磁场敏感的器件(4)周围引导磁场。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，元件(7)能够被磁化。
3.根据上述权利要求之一所述的装置，其中，元件(7)由软磁材料构成。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，元件(7)具有大于或者等于控制核心(5)的相对磁导率的相对磁导率。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，元件(7)被布置在对磁场敏感的器件(4)的两侧。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其中，当控制核心(5)饱和时，元件(7)具有剩余导磁率。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其中，元件(7)包含铁磁金属。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其中，磁路(2)包围电导体(1)。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其中，控制核心(5)被构建为铁氧体芯。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，控制核心(5)具有矩形框架并且在框架的至少一侧上具有用于使控制核心(5)饱和的控制绕组(6)。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，控制核心(5)以环的形式被构建并且在环的部分区域中具有用于使控制核心(5)饱和的控制绕组(6)。
12.根据权利要求1或2所述的装置，其中，控制核心(5)在两个对置的侧上具有控制绕组(6)。
13.根据权利要求1或2所述的装置，其中，控制核心(5)在共同的平面中。
14.根据权利要求1或2所述的装置，其中，控制核心(5)彼此扭转地被布置。
15.根据权利要求1或2所述的装置，其中，对磁场敏感的器件(4)是霍尔传感器。
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