CN106556731A - 一种电流传感器及测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电流传感器及测量装置。电流传感器包括磁芯、磁感应元件和处理单元，其中，所述磁芯用于集聚流经所述被测导线的电流产生的磁场；所述磁感应元件用于感应流经所述被测导线的电流产生的磁场并获得与磁场大小对应的感应信号；所述处理单元用于根据所述感应信号得出流经所述被测导线的电流值；在所述磁芯上设有至少一对开口气隙，而且，至少有一对所述开口气隙设置于所述磁芯的长度方向，每一所述开口气隙对应一个所述磁感应元件，所述处理单元通过差分运算得出流经所述被测导线的电流值。该电流传感器测量精度高，抗干扰能力强，而且使用安装要求低。
Description
技术领域
本发明涉及测量技术,具体涉及一种电流传感器以及包含该电流传感器的测量装置。
背景技术
在智能电网、风力发电、冶金、化工等领域的电气设备，常需要利用电流传感器对工作中的电流进行不间断的测量。而且，随着近年来关联技术的不断改进，对电流传感器的精度要求也越来越高。
图1是目前使用的电流传感器的结构示意图。如图1所示，电流传感器包括磁芯1、磁感应元件2和处理单元3，其中，磁芯1用于集聚流经被测导线4的电流产生的磁场，在磁芯1上设有开口气隙3，磁感应元件2设于开口气隙3内。磁感应元件2用于感应流经被测导线4的电流产生的磁场并输出感应信号。处理单元3电连接磁感应元件2的信号输出端，其用于根据感应信号得出流经被测导线4的电流值。为了便于装配，通常将开口气隙3设于磁芯1的较短边，因此开口气隙3靠近磁芯1的拐角。然而，磁场在磁芯1的拐角比较早乱，均匀性差，导致电流传感器的精度难以提高。而且，使用时，被测导线4与磁感应元件2之间的距离会直接影响电流传感器的测量精度，因此，这种电流传感器对安装有较高要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题就是针对电流传感器中存在的上述缺陷，提供一种电流传感器及包含该电流传感器的测量装置，其测量精度高，抗干扰能力强，而且安装要求较低。
为此，本发明提供一种电流传感器，包括磁芯、磁感应元件和处理单元，其中，
在所述磁芯上设有磁芯通孔，所述被测导线穿过所述磁芯通孔设置，所述磁芯用于集聚流经所述被测导线的电流产生的磁场；
所述磁感应元件用于感应流经所述被测导线的电流产生的磁场并获得与磁场大小对应的感应信号；
所述处理单元的输入端电连接所述磁感应元件的信号输出端，其用于根据所述感应信号得出流经所述被测导线的电流值；
在所述磁芯上设有至少一对开口气隙，而且，至少有一对所述开口气隙设置于所述磁芯的长度方向，每一所述开口气隙对应一个所述磁感应元件，所述处理单元通过差分运算得出流经所述被测导线的电流值。
将其中一对所述开口气隙设置于所述磁芯的长度方向的对称中心。
其中，包括支撑件，所述支撑件包括第一支撑组件、第二支撑件组件、第三支撑组件和第四支撑组件，其中，所述第一支撑组件和所述第二支撑组件纵向叠置，所述第三支撑组件和所述第四支撑组件纵向叠置；所述第一支撑件组件与所述第三支撑件组件横向相对设置，所述第二支撑组件和所述第四支撑组件横向相对设置；
在所述第一支撑组件和所述第二支撑组件的叠置面分别设有第一支撑组件凹部和第二支撑组件凹部，所述第一支撑组件凹部和所述第二支撑组件凹部形成用于嵌置所述第一磁芯的第一磁芯空间；
在所述第三支撑组件和所述第四支撑组件的叠置面分别设有第三支撑组件凹部和第四支撑组件凹部，所述第三支撑组件凹部和第四支撑组件凹部形成用于嵌置所述第二磁芯的第二磁芯空间；
在所述第一支撑组件、所述第二支撑组件、所述第三支撑组件和所述第四支撑组件的中间区域分别设有纵向贯穿的凹槽，将所述第一支撑组件、所述第二支撑组件、所述第三支撑组件和所述第四支撑组件拼接在一起时，所述凹槽在所述支撑件的中间区域形成纵向贯穿的支撑件通孔，所述支撑件通孔与所述磁芯通孔同轴设置。
其中，包括外屏蔽壳，所述支撑件嵌置于所述外屏蔽壳内，在所述外屏蔽壳上设有屏蔽壳通孔，且所述外屏蔽壳通孔与所述支撑件通孔同轴设置。
其中，所述外屏蔽壳通孔与所述支撑件通孔的尺寸相同。
其中，在所述磁芯通孔内设有内屏蔽壳，所述内屏蔽壳在纵向方向的两端部设置有开口，所述被测导线穿过所述开口。
其中，所述外屏蔽壳和内屏蔽壳采用坡莫合金或硅钢片制作。
其中，包括保护壳，所述磁芯、磁感应元件、所述支撑件、所述处理单元、所述外屏蔽壳和所述内屏蔽壳嵌置于所述保护壳内。
其中，在所述第一支撑组件的叠置面且沿所述第一支撑组件凹部的周缘设有定位槽，在所述第二支撑组件的叠置面且沿所述第二支撑组件凹部的周缘设有定位凸缘，所述定位槽和所述定位凸缘相配合；
在所述第三支撑组件的叠置面且沿所述第三支撑组件凹部的周缘设有定位槽，在所述第四支撑组件的叠置面且沿所述第四支撑组件凹部的周缘设有定位凸缘，所述定位槽和所述定位凸缘相配合。
本发明还提供一种测量装置，包括电流传感器、处理器和显示单元，所述电流传感器的信号输出端与所述处理器的输入端电连接，所述处理器的输出端与所述显示单元的输入端电连接，所述电流传感器采用本发明提供的所述电流传感器。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的电流传感器，将第一磁芯和第二磁芯的延伸部设于所述磁芯的长度方向，即，将开口气隙设置于磁芯的长边位置，由于相对于设置在磁芯短边的开口气隙，设置在磁芯长边的开口气隙的磁场更均匀，而且受磁芯拐角的影响更小，磁感应元件获得的感应信号更准确，从而可提高电流传感器的均匀性。
而且，在两个开口气隙处各设置一个磁感应元件，由于开口气隙处的磁场方向相反，大小基本相同，因此两个磁感应元件获得的感应信号的方向相反，处理单元通过差分运算可消除感应信号的偏差，校准感应信号，从而可提高电流传感器的精度。另外，即使被测导线在磁芯通孔的位置存在偏差，也可在两个磁感应元件的基础上通过差分运算消除磁场的偏差，因此，该电流传感器使用安装要求低，更具有实用性。
优选地，第一磁芯的延伸部与第二磁芯的延伸部的长度相同，即将开口气隙设置在磁芯长度方向的对称中心，对于磁芯而言，磁场在磁芯的长度方向的对称中心的均匀性最优，电流传感器的精度更高。
优选地，支撑件由四个支撑组件拼接而成，从而使支撑件和磁芯、磁感应元件的组装以及电流传感器在使用现场的安装更加灵活，方便用户使用。
优选地，在支撑件的外侧设置外屏蔽壳，屏蔽壳可屏蔽外磁场，降低外磁场对磁感应元件的影响，从而提高电流传感器的精度。
更优选地，在支撑件通孔的内壁设有内屏蔽壳，内屏蔽壳不仅可以减少外磁场对磁感应元件的影响，还可以校准流经被测导线的电流产生的磁场方向，从而提高电流传感器的精度。
优选地，通过对称设置在第一支撑组件和第二支撑组件的叠置面的定位槽和定位凸缘可将第一支撑组件和第二支撑组件快速准确地拼接在一起，通过对称设置在第三支撑组件和第四支撑组件的叠置面的定位槽和定位凸缘可将第三支撑组件和第四支撑组件快速准确地拼接在一起。
附图说明
图1为目前使用的电流传感器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的电流传感器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的磁芯的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的支撑件的结构示意图；
图5本发明实施例提供的磁芯和支撑件的装配示意图；
图6为本发明实施例提供的外屏蔽壳的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的电流传感器及测量装置进行详细描述。
如图2所示，本实施例提供的电流传感器包括磁芯11、支撑件12、磁感应元件13和处理单元18。在磁芯11上设有磁芯通孔16，被测导线19穿过磁芯通孔16设置，磁芯11用于集聚流经被测导线19的电流产生的磁场。在磁芯11上磁芯通孔16的周边设有至少一对开口气隙15，磁感应元件13嵌置于开口气隙15内。磁感应元件13用于感应被测导线19内电流产生的磁场，并输出感应信号(电压信号或电流信号)，该感应信号与磁感应强度成正比。处理单元18用于处理感应信号，并依据感应信号得出被测导线19内的电流值。支撑件12用于支撑固定磁芯11。
下面以在磁芯上设置一对开口气隙为例介绍本发明电流传感器的具体结构。结合参考图2和图3，磁芯11包括第一磁芯11a和第二磁芯11b，第一磁芯11a的两相对端各设有一朝向相同方向弯折延伸的延伸部11c，形成“U”形结构的第一磁芯11a呈。类似地，第二磁芯11b的两相对端各设有一朝向相同方向弯折延伸的延伸部11c，形成“U”形结构的第二磁芯11b。第一磁芯11a和第二磁芯11b的延伸部相对设置，并在第一磁芯11a的两个延伸部和第二磁芯11b的两个延伸部的相对区域各形成一开口气隙15，以及在第一磁芯11a和第二磁芯11b的中间区域形成纵向(上下方向)贯穿所述磁芯的磁芯通孔16。使用时，被测导线19穿过该磁芯通孔16设置，磁感应元件13设置于开口气隙15，而且，每个开口气隙15各设置一个磁感应元件13。磁芯采用磁导率大于5000的高导磁材料制成，磁芯11将电流产生的磁场的磁力线集聚在开口气隙15处，以利于提高电流传感器的精度。
需要指出，第一磁芯11a的两个延伸部11c的长度和第二磁芯11b的两个延伸部11c的长度可以相同，也可以不同。优选地，第一磁芯11a的两个延伸部11c的长度相同，第二磁芯11b的两个延伸部11c的长度相同，这样可将两个开口气隙15设置于磁芯11的对称位置，使两个开口气隙15处磁场对称，磁场大小相同或基本相同。
更优选地，第一磁芯11a的两个延伸部和第二磁芯11b的两个延伸部的长度相同，即，将开口气隙15设置于磁芯11的横向(左右方向或称长度方向)对称中心，这样可以提高电流传感器的测量精度。
由于本实施例电流传感器设有两个磁感应元件13，这两个磁感应元件13对称地设于磁芯11的开口气隙15处，由于这两个开口气隙15处磁场大小相等以及方向相反，因此，两个磁感应元件13感应到的电压信号大小相同，但电压信号一正一负，例如，两个电压信号为VS1和-VS2，且∣VS1∣＝∣-VS2∣＝V0。处理单元将两个电压信号相减，即VS1-(-VS2)＝2V0，在由此可得出被测导线内的电流值。
当电流传感器受外界环境影响，两个开口气隙15处磁场出现偏差，导致两个磁感应元件13感应到的电压信号出现偏差ΔV，例如，两个电压信号为VS1+ΔV和-VS2+ΔV，处理单元将两个电压信号相减，即(VS1+ΔV)-(-VS2+ΔV)＝2V0，这表明差分运算可抵消外界环境对电流传感器的影响，从而提高电流传感器的测量精度。而且，即使被测导线在磁芯通孔16内放置存在偏差，也可通过差分运算将其消除，从而降低了电流传感器的安装要求，方便使用。
在本实施例中，支撑件12用于支撑固定磁芯11。为了便于组装和使用，支撑件12可以采用两个支撑组件拼接，也可以采用更多个支撑组件拼接。下文介绍的支撑件是由四个支撑组件拼接而成。具体地，结合参考图2、图4和图5，支撑件12包括第一支撑组件121、第二支撑件组件122、第三支撑组件123和第四支撑组件124，其中，第一支撑组件121和第二支撑组件122纵向(上下)叠置，第三支撑组件123和第四支撑组件124纵向(上下)叠置；第一支撑件组件121与第三支撑件组件123横向相对设置，第二支撑组件122和第四支撑组件124横向相对设置。
在第一支撑组件121和第二支撑组件122的叠置面分别设有第一支撑组件凹部125和第二支撑组件凹部126，第一支撑组件凹部125和第二支撑组件凹部126形成用于嵌置第一磁芯11a的第一磁芯空间129。在第三支撑组件123和第四支撑组件124的叠置面分别设有第三支撑组件凹部127和第四支撑组件凹部128，第三支撑组件凹部127和第四支撑组件凹部128形成用于嵌置第二磁芯11b的第二磁芯空间130。
在第一支撑组件121、第二支撑组件122、第三支撑组件123和第四支撑组件124的中间区域分别设有纵向贯穿的凹槽131，将第一支撑组件121、第二支撑组件122、第三支撑组件123和第四支撑组件124拼接在一起时，凹槽131在支撑件12的中间区域形成纵向贯穿的支撑件通孔132，支撑件通孔132与磁芯通孔16同轴设置。
在第一支撑组件121的叠置面且沿第一支撑组件凹部125的周缘设有定位槽(图中未示出)，在第二支撑组件122的叠置面且沿第二支撑组件凹部126的周缘设有定位凸缘134，定位槽和定位凸缘134相配合，第一支撑组件121和第二支撑组件122借助定位槽和定位凸缘134既能定位，又易于拼接。
在第三支撑组件123的叠置面且沿第三支撑组件凹部127的周缘设有定位槽，在第四支撑组件124的叠置面且沿第四支撑组件凹部128的周缘设有定位凸缘134，定位槽和定位凸缘134相配合，第三支撑组件123和第四支撑组件124借助定位槽和定位凸缘134定位既定位，又易于拼接。
在本发明的另一实施例中，电流传感器还包括外屏蔽壳。参考图2，外屏蔽壳14可以通过多种方式设置于支撑件12的外侧，例如利用外屏蔽壳14包裹支撑件1裹，或者支撑件12嵌置于外屏蔽壳14内。这里介绍利用外屏蔽壳14包裹支撑件12的方式。具体地，外屏蔽壳14包括上屏蔽板141、下屏蔽板142和侧屏蔽板143，上屏蔽板141和下屏蔽板142分别将设于支撑件12的上表面和下表面，在上屏蔽板141和下屏蔽板142上设有外屏蔽壳通孔144，外屏蔽壳通孔144的设置位置与支撑件通孔132的位置相对，且外屏蔽壳通孔144与支撑件通孔132同轴设置。而且，外屏蔽壳通孔144的内经尺寸略大于或等于支撑件通孔的内径尺寸。优选地，外屏蔽壳通孔144的内经尺寸等于支撑件通孔的内径尺寸，以减少外界磁场影响磁感应元件13，从而提高电流传感器的精度。侧屏蔽板143是由两片弯折的板材拼接而成。为了将外屏蔽壳14能够快速准确地设置在支撑件12的外侧，在外屏蔽壳14上设有多个定位孔(图中未示出)，对应地，在支撑件12上设置定位柱135，定位孔和定位柱135相配合。为了进一步提高外屏蔽壳14的屏蔽效果，电流传感器包括多层外屏蔽壳，多层外屏蔽壳依次嵌套在一起。另外，上屏蔽板141可以是一体结构板材，也可以采用多块板材拼接而成。类似地，下屏蔽板142和侧屏蔽板143同样可以分别是一体结构板材，或由多块板材拼接而成。
电流传感器还包括内屏蔽壳，内屏蔽壳设于磁芯通孔内，内屏蔽壳在纵向方向(上下方向)的两端部设置有开口，被测导线穿过开口。内屏蔽壳可以使一体结构，也可以是由多块屏蔽板拼接而成。内屏蔽壳不仅可以减少外磁场对磁感应元件的影响，还可以校准流经被测导线的电流产生的磁场方向，从而提高电流传感器的精度。
在本实施例中，外屏蔽壳和内屏蔽壳采用坡莫合金或硅钢片等高导磁材料制作。
需说明的是，外屏蔽壳14和内屏蔽壳可以采用坡莫合金或硅钢片制作。磁感应元件13采用霍尔磁感应单元、巨磁电阻效应元件、隧穿磁电阻效应元件、各向异性磁电阻元件或巨磁阻抗效应元件等。而且，相对于霍尔磁感应元件，巨磁电阻效应元件、隧穿磁电阻效应元件、各向异性磁电阻元件或巨磁阻抗效应元件的灵敏度更好，抗噪声能力更强。
在本发明的再一实施例中，电流传感器还包括外壳，磁芯11、支撑件12、磁感应元件13、外屏蔽壳14、内屏蔽壳和处理单元18嵌置于保护壳内。保护壳不仅可用于保护磁芯11、支撑件12、磁感应元件13、外屏蔽壳14、内屏蔽壳和处理单元18，还可提高电流传感器的美观度。
另外，本发明还提供一种测量装置，包括电流传感器、处理器和显示单元，电流传感器用于获得被测导线内的电流值，处理单元用于处理电流值，显示单元用于显示电流值。电流传感器的输出端与处理器的输入端电连接，处理器的输出端与显示单元的输入端电连接。电流传感器采用上述实施例提供的任意一种电流传感器。
本发明提供的测量装置可用于漏电流监测、输电线路电流监测、家用电器电流检测、雷击电流监测、汽车电路、物联网或智能宽带等领域，其具有测量精度高、抗干扰能力强以及频带宽等优点。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电流传感器，包括磁芯、磁感应元件和处理单元，其中，
在所述磁芯上设有磁芯通孔，所述被测导线穿过所述磁芯通孔设置，所述磁芯用于集聚流经所述被测导线的电流产生的磁场；
所述磁感应元件用于感应流经所述被测导线的电流产生的磁场并获得与磁场大小对应的感应信号；
所述处理单元的输入端电连接所述磁感应元件的信号输出端，其用于根据所述感应信号得出流经所述被测导线的电流值；
其特征在于，
在所述磁芯上设有至少一对开口气隙，而且，至少有一对所述开口气隙设置于所述磁芯的长度方向，每一所述开口气隙对应一个所述磁感应元件，所述处理单元通过差分运算得出流经所述被测导线的电流值。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，一对所述开口气隙设置于所述磁芯的长度方向的对称中心。
3.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，包括支撑件，所述支撑件包括第一支撑组件、第二支撑件组件、第三支撑组件和第四支撑组件，其中，所述第一支撑组件和所述第二支撑组件纵向叠置，所述第三支撑组件和所述第四支撑组件纵向叠置；所述第一支撑件组件与所述第三支撑件组件横向相对设置，所述第二支撑组件和所述第四支撑组件横向相对设置；
在所述第一支撑组件和所述第二支撑组件的叠置面分别设有第一支撑组件凹部和第二支撑组件凹部，所述第一支撑组件凹部和所述第二支撑组件凹部形成用于嵌置所述第一磁芯的第一磁芯空间；
在所述第三支撑组件和所述第四支撑组件的叠置面分别设有第三支撑组件凹部和第四支撑组件凹部，所述第三支撑组件凹部和第四支撑组件凹部形成用于嵌置所述第二磁芯的第二磁芯空间；
在所述第一支撑组件、所述第二支撑组件、所述第三支撑组件和所述第四支撑组件的中间区域分别设有纵向贯穿的凹槽，将所述第一支撑组件、所述第二支撑组件、所述第三支撑组件和所述第四支撑组件拼接在一起时，所述凹槽在所述支撑件的中间区域形成纵向贯穿的支撑件通孔，所述支撑件通孔与所述磁芯通孔同轴设置。
4.根据权利要求3所述的电流传感器，其特征在于，包括外屏蔽壳，所述支撑件嵌置于所述外屏蔽壳内，在所述外屏蔽壳上设有屏蔽壳通孔，且所述外屏蔽壳通孔与所述支撑件通孔同轴设置。
5.根据权利要求4所述的电流传感器，其特征在于，所述外屏蔽壳通孔与所述支撑件通孔的尺寸相同。
6.根据权利要求4所述的电流传感器，其特征在于，在所述磁芯通孔内设有内屏蔽壳，所述内屏蔽壳在纵向方向的两端部设置有开口，所述被测导线穿过所述开口。
7.根据权利要求6所述的电流传感器，其特征在于，所述外屏蔽壳和内屏蔽壳采用坡莫合金或硅钢片制作。
8.根据权利要求6所述的电流传感器，其特征在于，包括保护壳，所述磁芯、磁感应元件、所述支撑件、所述处理单元、所述外屏蔽壳和所述内屏蔽壳嵌置于所述保护壳内。
9.根据权利要求3所述的电流传感器，其特征在于，在所述第一支撑组件的叠置面且沿所述第一支撑组件凹部的周缘设有定位槽，在所述第二支撑组件的叠置面且沿所述第二支撑组件凹部的周缘设有定位凸缘，所述定位槽和所述定位凸缘相配合；
在所述第三支撑组件的叠置面且沿所述第三支撑组件凹部的周缘设有定位槽，在所述第四支撑组件的叠置面且沿所述第四支撑组件凹部的周缘设有定位凸缘，所述定位槽和所述定位凸缘相配合。
10.一种测量装置，包括电流传感器、处理器和显示单元，所述电流传感器的信号输出端与所述处理器的输入端电连接，所述处理器的输出端与所述显示单元的输入端电连接，其特征在于，所述电流传感器采用权利要求1-9任意一项所述电流传感器。
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