CN1062792A - 一种电流传感装置 - Google Patents

Abstract

一种用于测量原导体中电流并反映其形态的电 流传感器，包括至少一个磁路。该磁路可以和原导体 耦合并和至少一个测量线圈耦合，在其两个分支之间 至少有一个中断点，以及一个设置在上述磁路中断点 位置的磁场检测器，至少一个第一磁路分支的形成中 断点的端部的表面有一个容纳磁场检测器的凹槽，表 面的其余部分连同磁路另一分支的端部的相对表面 形成一个气隙，其高度比上述凹槽的深度要低。

Description

本发明是关于一种用于测量流过一个原始导体电流和/或反映该电流形态的电流传感装置，包括至少一个磁路，该磁路可以和上述原始导体连接并且和至少一个测量线圈连接，该磁路在其两个分支之间至少有一个中断点，还包括一个磁场检测器，它被设置在上述磁路中断点的位置。

本发明特别是关于根据补偿原理进行工作的电流传感装置，正如美国专利4.939，449所描述的。这些装置包括一个由磁场检测器控制的电补偿电路，它向测量线圈提供一个电流，该电流将在磁路中产生磁场，该磁场补偿对应于待测原始电流的安匝产生的磁场。

在公知的这种类型的装置中，磁路包括一个气隙，其高度能允许在其中安放磁场检测器，例如霍尔效应检测器。只要补偿电路的输出电压足以向测量线圈提供必要的补偿电流，这样一个比较重要的气隙就没有多大妨碍。然而，当待测电流为幅值较高的交流或脉冲电流时，由于用在该电路中的电源放大器的特性，可以发现补偿电路的输出电压是有限的，从而不再确保其补偿。于是产生一个测量误差，气隙越大，误差就越大。

限制输出电压，即补偿电路的电饱和的危险主要与具有若干气隙的大电流传感器有关，其中测量线圈的阻抗较高，而这些线圈与原导体的耦合较差。然后，由于在考虑了唯一的欧姆电压降后，将施加在测量线圈以产生补偿的电压是计算值的两倍多，因而在相对较低的频率上，如50Hz，将出现电饱和。

本发明主要旨在防止这种不便，即使出现交变电流或高强度脉冲电流的情况，也能提供高精度的电流传感装置，而这种情况主要在原始电路短路时会发生。

为达到这一效果，在根据本发明的电流传感装置中，形成上述中断点的磁路的上述至少一个第一分支的端部在其表面的一部分上包括有一用于安置磁场检测器的凹槽，上述表面的其余部分，连同另一分支的端部表面，形成一个气隙，其高度比上述凹槽的深度低。

更可取的是，该凹槽是一个在磁路的上述分支端部的槽口。

根据一个实施例，磁路的上述分支的各个端部的每一个都包括一个凹槽，选择两个凹槽的总深度从而允许上述磁场检测器安放在由这些凹槽形成的空间中。

凹槽可以在磁路的上述分支的端部表面中心部分，或者在该表面的周边部分形成，最好是处于磁路的内部。

在凹槽附近形成上述气隙的分支的端部各表面部分可以由一片低导磁率材料分开。在磁路是由金属片叠加而形成时，形成上述气隙的表面部分实际上可以是物理接触。

根据本发明一个特殊实施例，其中磁路大体上呈矩形，中断点在拐角处，有关的分支端部表面与这些分支的总体方向例如成一个角度。一个矩形磁路最好由两个L形部分或L形金属叠片形成。

以下不同的实施例以举例的方式在附图中给予说明，通过对它们的描述，本发明的其它特点、目的和优点将变得更加明显。

图1是根据本发明的传感装置的侧面示意图，该传感装置具有带两个中断点的磁路;

图2是根据本发明另一个实施例的一个中断点的放大图;

图3是根据本发明再一个实施例的一个中断点的放大图;

图4是在矩形磁路的一个拐角区域中的一个中断点的放大图;

图5是一个传感装置侧面示意图，它具有位于根据本发明另一个实施例的一个矩形磁路拐角区域的磁场检测器，以及传感装置电路图的示意图。

图1表示一个电流传感装置，包括一个围绕一个原导体10的磁路1，以横截面表示，其中流过待测电流。两对测量线圈13，14和15，16与磁路1耦合，在本例中该磁路由两个U形部分2，3组成，这两个U形部分的分支端部相对设置，从而在磁路1中形成两个断点4和5。

磁路的断点由高度很小的气隙6和7构成，在U形部分的两个分支的端部凹槽8和9附近。在所示的实施例中，这些凹槽是槽口，其深度这样选择，以使各磁场检测器11和12安置在其中。根据上述已知的测量原则，这些检测器控制一个补偿电路（图1未示），以这种方式，补偿电路向与该磁路相耦合的线圈13-16提供一个补偿电流。

需要注意的是在磁路断点的这种构造中，如果中断点是均匀的气隙，其高度和凹槽深度相同，那么由检测器检测到的磁通量基本上和那些检测器将检测的磁通量相同。假设在两种情况下原始电流和补偿电流之间的安匝之差相同，上述差构成该装置的测量误差。这个结论从下述事实得出：根据安培理论，沿着长度l的任何闭合回路C的磁场H的环路由cHdl＝I给出，I是流过由通路C限定的表面的电流，用于制造磁路铁芯的材料具有极高的导磁率，这将允许把在该铁芯内磁通循环所必需的磁场视为等于零，而仅考虑中断处的磁场。因此，对于一个给定的电流I，H×L之积为常数，其中L为中断处沿磁场H的磁力线方向的长度。结果是，在高度很小的气隙位置，磁场H将很强。相反地，在槽口位置，磁场将很弱，但是这与一个均匀气隙，其高度与凹槽深度相同的情况基本一致。

图2表示位于形成气隙24的两个磁路分支22，23的相对端的中间部分的凹槽的构造，根据该结构，每个端部具有一个凹槽，两个相互对置的凹槽27和28的总深度使一个磁场检测器，例如一个霍尔效应装置29可以设置在其中。

图3表示在和图1类似的两个相应磁路分支32，33的端部另一种凹槽的构造。根据该实施例，凹槽例如37在中断处34的周边部分形成。当考虑如图1的回路时，在由一个金属叠片形成磁路的情况下，凹槽最好是位于分支的内部。当磁路由带有一个中断处的环形铁芯构成时，从制造凹槽的观点来看，这种凹槽也具有特殊的好处。

图4表示特别是用于矩形磁路的一种结构，其中中断处设置在形成回路的斜角区域处，根据图4，大致形状均为L型的两个磁路分支42，43在与这两个磁路分支总体方向成一角度的平面处形成一个中断点44。一个或两个磁路分支的相对表面包括一个类似于前述实施例的凹槽。这种结构的优点之一就是中断面大于磁路分支的横截面，从而增加了凹槽之外铁芯的断面并扩大了磁路的磁饱和极限。

图5表示另一种结构，其中，包括两个L型部件52，53的一个磁路同样显示位于对角处的两个中断点，但其方式是在中断处的两个相对表面中，一个与某一分支的方向平行而另一个则与另一个分支的方向垂直。可以看到，用L型金属片制做叠片磁路，有可能从一个金属带材上切割金属片，而基本上不浪费材料。

在图5中，由部件52、53形成的磁路以类似于图1所示方式围绕原导体50，并且与两个测量线圈54，55相耦合，霍尔效应装置56，57被固定在磁路的凹槽58，59内并且每一个都通过电阻与电源的正负极相连。该装置56，57的输出端与相应放大器60，61的输入端相连，而这些放大器的输出端则与相应的测量线圈54，55的第一端相连。这些线圈的第二端连在一起并与一个测量电阻62相连接，电阻62两端将出现一个电压降，它与流经测量线圈的补偿电流成比例，以补偿流过导体50的初始电流产生的磁通量。

在本装置的所有实施例中，在凹槽附近形成的气隙，其高度大大低于凹槽的深度。该气隙有助于避免在磁路中出现过高的剩磁通密度。气隙的高度可由位于磁路相应的分支的两个端面之间具有低导磁率的带状材料任意确定。在叠片结构的磁路的情况下，由于一层一层地叠加金属片而导致的不规则性表面可能足以形成气隙而无需附加的装置来限定之，气隙的高度大大低于在该气隙中容纳磁场检测器所需的高度，这极大地改善了原导体与测量线圈之间的耦合。这样，就有可能大大降低电流传感器的测量误差。另外，用以容纳磁场检测器的凹槽也为之提供了实际的保护，从而防止检测器被压坏，而这又是本结构的另一长处。

Claims (10)

1、一种用于测量流过一个原导体的电流和/或反映该电流形态的电流传感器，其特征在于它包括至少一个磁路，该磁路可以和上述原导体耦合并且和至少一个测量线圈耦合，该磁路在其两个分支之间至少有一个中断点，以及一个设置在上述磁路中断点位置的磁场检测器，上述至少一个第一磁路分支的形成上述中断点的端部在其表面一部分上形成一个容纳上述磁场检测器的凹槽；其表面其余部分，连同上述磁路另一分支的端部的相对表面，形成一个气隙，其高度比上述凹槽的深度要低。

2、根据权利要求1的一个传感器装置，其中上述凹槽是一个位于上述磁路分支的端部中的槽口。

3、根据权利要求1的一个传感器装置，其中上述磁路分支每一个相应的端部都包括一个凹槽，两个凹槽的总深度的选定应当能在该凹槽形成的空间内允许容纳上述磁场检测器。

4、根据权利要求1的一个传感器装置，其中上述凹槽在磁路分支端部表面的中央位置形成。

5、根据权利要求1的一个传感器装置，其中上述凹槽在磁路分支端部表面的周围位置形成。

6、根据权利要求1的一个传感器装置，其中，每一个在上述凹槽附近形成气隙的分支端部的表面，由低导磁率的片状物分隔。

7、根据权利要求1的一种传感器装置，其中，上述磁路包括一叠金属片，分支端部在上述凹槽附近形成上述气隙，并且呈现不规则表面，它们相互物理接触。

8、根据权利要求1的一种传感器装置，其中上述磁路大致为矩形并且在磁路至少一个拐角处提供上述中断点。

9、根据权利要求8的一种传感器装置，其中，磁路由两个L型部件或L型金属叠片构成。

10、根据权利要求8的一种传感器装置，其中，磁路分支端部的表面与这些分支的总体方向形成一个角度。

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