CN102169133B - 一种电流测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明
公开了一种电流测量装置，用于对通电导线中的电流进行测量，其包括若干个测量单元，每个测量单元包括沿着平行于通电导线周围的磁场的切线方向设置的用于测量低量程范围内电流值的第一传感器、与通电导线周围的磁场的切线方向呈一角度设置的用于测量高量程范围内电流值的第二传感器，第一传感器与第二传感器位于同一个与通电导线所在直线相垂直的平面内、且二者分别连接至传感器专用ASIC芯片。本发明利用TMR传感器的灵敏度高及霍尔传感器的线性测量范围宽的优点，或者利用倾斜设置的TMR传感器来测量通电导线周围的磁场的分量，既具有高灵敏度，又具有宽线性测量范围，同时具备温度特性好，响应频率高，功耗低，体积小的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用隧道结磁阻效应（TMR）作为传感器的高灵敏度特性和霍尔传感器的高量程而制作的宽量程的电流测量装置。
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，目前常用的电流测量装置有霍尔传感器、各向异性磁阻（AMR）传感器、巨磁阻（GMR）传感器、罗氏线圈、磁光玻璃传感器或全光纤传感器。其中，霍尔传感器由于灵敏度低，往往采用铁磁材料通过聚磁效应来提高灵敏度及精度；采用磁光玻璃和全光纤作为传感器单元的电流传感器，虽然具有宽量程的优点，但是其测量精度、温度特性差，且功耗偏大；而单个的TMR传感器的线性测量范围比霍尔传感器的要低，不能够支持超大的电流的测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种宽量程的电流测量装置，其利用TMR传感器和霍尔传感器或者TMR传感器测量通电导线中的电流。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种电流测量装置，用于对通电导线中的电流进行测量，其包括若干个测量单元，每个所述的测量单元包括沿着平行于所述的通电导线周围的磁场的切线方向设置的用于测量低量程范围内电流值的第一传感器、与所述的通电导线周围的磁场的切线方向呈一角度设置的用于测量高量程范围内电流值的第二传感器，所述的第一传感器与所述的第二传感器位于同一个与所述的通电导线所在直线相垂直的平面内，所述的第一传感器与所述的第二传感器分别连接至与二者相适配的传感器专用ASIC芯片。
优选地，所述的第一传感器为TMR传感器，所述的第二传感器为霍尔传感器，所述的TMR传感器与所述的霍尔传感器相平行设置。
优选地，所述的第一传感器为TMR传感器，所述的第二传感器为霍尔传感器，所述的TMR传感器与所述的霍尔传感器相垂直设置。
优选地，所述的第一传感器与所述的第二传感器均为TMR传感器，且二者之间的夹角为θ，其中，0°＜θ＜90°或者90°＜θ＜180°。
进一步优选地，这些所述的测量单元等间距地周向设置在所述的通电导线的周围。
本发明的有益效果在于：本发明利用TMR传感器的灵敏度高及霍尔传感器的线性测量范围宽的优点，或者利用倾斜设置的TMR传感器来测量通电导线周围的磁场的分量，使其既具有高的灵敏度，又具有宽的线性测量范围，同时具备温度特性好，响应频率高，功耗低，体积小的优点。
附图说明
附图1为本发明的实施例一的电流测量装置的结构示意图；
附图2为附图1中的霍尔传感器芯片的电磁原理示意图；
附图3为本发明的实施例二的电流测量装置的结构示意图；
附图4为附图3中的霍尔传感器芯片的电磁原理示意图；
附图5为本发明的实施例三的电流测量装置的结构示意图；
附图6为附图5中的两个TMR传感器与通电导线周围的磁场的位置示意图；
附图7为本发明的实施例四的电流测量装置的结构示意图。
附图中：1、通电导线周围的磁场；2、测量单元；3、第一传感器；4、第二传感器；5、传感器专用ASIC芯片。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作以下详细描述：
本发明的电流测量装置，用于对通电导线中的电流进行测量，其包括若干个测量单元2，每个测量单元2包括沿着平行于通电导线周围的磁场1的切线方向设置的用于测量低量程范围内电流值的第一传感器3、与通电导线周围的磁场1的切线方向呈一角度设置的用于测量高量程范围内电流值的第二传感器4，第一传感器3与第二传感器4位于同一个与通电导线所在直线相垂直的平面内，第一传感器3与第二传感器4分别连接至与二者相适配的传感器专用ASIC芯片5。
实施例一：如附图1所示，该电流测量装置包括一个测量单元2，该测量单元2包括与通电导线周围产生的磁场的切线方向相平行设置的第一传感器3及于该第一传感器3相平行设置的第二传感器4，第一传感器3选用TMR传感器，第二传感器4选用霍尔传感器，二者分别连接至与二者均相匹配的传感器专用ASIC芯片5，并且，第一传感器3、第二传感器4及传感器专用ASIC芯片5封装在一起，该霍尔传感器工作是的电磁原理如附图2所示，其中Iin+与Iin-为电流输入端、从膜片的相对的两端输入，Vout+与Vout-为输出电压端、并分别从垂直于膜片表面的方向引出，使得通电导线周围的磁场1的方向与输入电路和输出电压的方向均垂直，根据霍尔传感器的工作特性，当膜片两端有恒定的电流通过时，膜片上的输出电压就会随着通电导线的周围的磁场的大小和方向的变化而变化，从而达到测量通电导线中的电流的目的。由于TMR传感器的高灵敏度和霍尔传感器的高量程的特性，通过传感器专用ASIC芯片5的控制作用，实现TMR传感器测量低量程范围内的电流、而霍尔传感器测量高量程范围内的电流，二者通过传感器专用ASIC芯片5来控制而实现分时复用。
实施例二：如附图3所示，该电流测量装置包括一个测量单元2，该测量单元2包括一个与通电导线周围的磁场1的切线方向相平行的第一传感器3和与该第一传感器3相垂直设置的第二传感器4，该第一传感器3为TMR传感器，该第二传感器4为霍尔传感器，二者分别连接至与二者均相匹配的传感器专用ASIC芯片5，并且，第一传感器3、第二传感器4及传感器专用ASIC芯片5封装在一起，该霍尔传感器工作时的电磁原理如附图4所示，其中Iin+与Iin-为电流输入端、从膜片的相对的两端输入，Vout+与Vout-为输出电压端、并分别从膜片的另一对相对的两端引出，使得通电导线周围的磁场1的方向与输入电路和输出电压的方向均垂直，即通电导线周围的磁场1垂直于膜片表面，根据霍尔传感器的工作特性，当膜片两端有恒定的电流通过时，膜片上的输出电压就会随着通电导线的周围的磁场的大小和方向的变化而变化，从而达到测量通电导线中的电流的目的。由于TMR传感器的高灵敏度和霍尔传感器的高量程的特性，通过传感器专用ASIC芯片5的控制作用，实现TMR传感器测量低量程范围内的电流、而霍尔传感器测量高量程范围内的电流，二者通过传感器专用ASIC芯片5来控制而实现分时复用。
实施例三：如附图5所示，该电流测量装置包括一个测量单元2，该测量单元2包括一个与通电导线周围的磁场1的切线方向相平行的第一传感器3和与该第一传感器3呈θ角设置的第二传感器4，其中，0°＜θ＜90°或者90°＜θ＜180°，该第一传感器3与第二传感器4均为TMR传感器，二者分别连接至与二者均相匹配的传感器专用ASIC芯片5，并且，第一传感器3、第二传感器4及传感器专用ASIC芯片5封装在一起，第一传感器3与第二传感器4的摆放位置与通电导线周围的磁场1之间的关系如附图6所示，定义通电导线周围的磁场1在垂直于第二传感器4的方向上产生的分量为H’，则第二传感器4测量到的H’=H×cos（π-θ），这样H’小于H，这样利用量程较低的TMR传感器来测量通电导线周围的磁场1的一个分量，再通过相关的公式计算而得到该通电导线周围的磁场1的大小，从而实现测量对通电导线中的电流的测量，在本实施例中，不需要较高量程的霍尔传感器，并且TMR传感器的灵敏度好于霍尔传感器，通过传感器专用ASIC芯片5的控制，分时复用，使第一传感器3来测量低量程范围内的电流、第二传感器4来测量高量程范围内的电流。
实施例四：如附图7所示，该电流测量装置包括若干个测量单元2（附图7中示出包括8个测量单元2的情况），其中的每个测量单元2可以是实施例一、实施例二或者实施例三中的所述的测量单元2，但为了输出数据好处理，最好是这些测量单元2的结构一样，以提高电磁抗干扰特性，适合在精度要求较高的场合应用。
本发明中利用TMR传感器的高灵敏度和霍尔传感器的宽量程的特性，或者利用倾斜设置的TMR传感器来测量通电导线周围的磁场的分量，从而实现高量程范围内的电流的测量，这样，该电流测量装置既具有高的灵敏度，又具有宽的线性测量范围，同时具备温度特性好，响应频率高，功耗低，体积小的优点。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种电流测量装置，用于对通电导线中的电流进行测量，其包括若干个测量单元，其特征在于：每个所述的测量单元包括沿着平行于所述的通电导线周围的磁场的切线方向设置的用于测量低量程范围内电流值的第一传感器、与所述的通电导线周围的磁场的切线方向呈一角度设置的用于测量高量程范围内电流值的第二传感器，所述的第一传感器与所述的第二传感器位于同一个与所述的通电导线所在直线相垂直的平面内，所述的第一传感器与所述的第二传感器分别连接至与二者相适配的传感器专用ASIC芯片。
2.根据权利要求1所述的一种电流测量装置，其特征在于：所述的第一传感器为TMR传感器，所述的第二传感器为霍尔传感器，所述的TMR传感器与所述的霍尔传感器相平行设置。
3.根据权利要求1所述的一种电流测量装置，其特征在于：所述的第一传感器为TMR传感器，所述的第二传感器为霍尔传感器，所述的TMR传感器与所述的霍尔传感器相垂直设置。
4.根据权利要求1所述的一种电流测量装置，其特征在于：所述的第一传感器与所述的第二传感器均为TMR传感器，且二者之间的夹角为θ，其中，0°＜θ＜90°或者90°＜θ＜180°。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种电流测量装置，其特征在于：这些所述的测量单元等间距地周向设置在所述的通电导线的周围。
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