CN110297119B - 用于测量电流的装置 - Google Patents
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Abstract
一种由围绕载流导体所定位的多个磁场传感器元件所组成的用于测量电流的装置,其中每个传感器元件对由电流所生成的磁场的一个向量分量敏感,其中传感器元件沿环绕导体的一个或多个连续闭合路径来定位,其特征在于同一路径上的单独传感器元件具有不同敏感度,或者其输出信号在它们被结合以形成传感器信号之前被放大了不同增益因数,和/或传感器元件沿路径非均匀地分布,例如在某个传感器轴附近具有更高元件浓度,以及单独元件的输出信号电子地结合以生成电流传感器的输出信号,使得电流测量装置相对某些电流路径具有极大降低的串扰敏感度。
Description
技术领域
本发明关于一种用于测量电流的装置,该装置包括多个磁场传感器元件,其沿环绕载流导体的一个或多个连续闭合路径来定位,其中每个传感器元件对由电流所生成的磁场的一个向量分量敏感,其中每个传感器元件的敏感度的向量方向定向为在每个传感器位置与闭合路径相切,其中每个传感器元件生成输出信号,其中每个传感器元件的输出信号被放大了元件特定的增益因数,其中传感器元件的放大输出信号电子地结合以形成表示与载流导体中流动的电流成比例的值的测量信号。
背景技术
因此,本发明涉及流电隔离电流传感器,其基于集中在载流导体周围的若干磁场传感器元件的配置(阵列)。其输出信号电子地结合,以形成电流传感器的测量输出信号。
由于磁铁芯和二次铜线绕组的相对大的牵涉质量,基于磁芯的已知电流传感器(像电流变换器或者开环或闭环霍耳效应(Hall-effect)换能器)的特征在于大体积、重量和成本。此外,常规电流变换器不能够测量纯DC电流。
US 7164263 B2示出导体周围的闭合路径上的等距磁场传感器元件的配置,其具有相等敏感度,并且以与路径方向平行或反平行的两个编组来对齐。其输出信号在传感器电子器件中加有不同极性,因而确保电流传感器具有低偏移。
在“常规”传感器中,磁芯用于执行导体周围的闭环上的磁场的线积分,其将是封闭电流的良好表示。但是,这在某种程度上也能够通过使用小线性磁场传感器元件的阵列来实现,所述小线性磁场传感器元件位于导体周围的闭合路径上(例如在圆上),并且如果其输出信号电子地加到一起以形成实际电流传感器的输出信号,则使其敏感轴沿这个路径对齐。这样,能够避免磁芯材料和二次绕组,这产生对于相同尺寸要低得多的重量的传感器。
但是,传感器阵列的缺点在于,由于元件的分立位置并且由于其位置、取向和敏感度的单独偏差两者,导体周围的磁场的线积分将始终是不完美的。这将引起还对于在其外部通过环路的附近电流的某种敏感度。这能够尤其是导致多相布置或者存在附近电流(例如在金属柜的壁中生成的涡流)的其它情况中的磁串扰。
本发明的目的是提供一种具有来自外部电流的最小化磁串扰的用于测量电流的装置。
此目的通过一种具有如权利要求1所述的特征的用于测量电流的装置来实现。
按照本发明,闭合路径上的至少一个传感器元件具有与同一路径上的其它传感器元件的敏感度不同的敏感度,或者闭合路径上的至少一个传感器元件的输出信号在传感器信号被结合以形成测量信号之前采用与同一路径上的其它传感器元件的增益因数不同的增益因数来放大,和/或传感器元件沿每个闭合路径的长度不相等地隔开。用于测量电流的这种装置相对某些电流路径具有极大降低的串扰敏感度。在按照本发明的测量装置中,来自外部电流的磁串扰能够通过传感器元件阵列的特定设计以及这类传感器元件阵列中的传感器元件的特定配置来最小化。
按照本发明的电流传感器由若干磁场传感器元件来组成,所述磁场传感器元件布置在载流导体周围的一个或多个闭合路径上,并且使其敏感轴沿这些路径对齐。元件的输出信号电子地结合,以形成实际电流传感器的输出信号。
但是,与现有技术已知的传感器设计形成对照,单独传感器元件的任一位置选择成使得它们偏离相应路径上的均匀(即等距)分布,或者其输出信号被加到一起所利用的增益因数或其敏感度相互不同地选择。
在另外的设计中,两种类型的修改可同时适用。在有利实施例中,闭合路径上的至少一个传感器元件具有与同一路径上的其它传感器元件的敏感度不同的敏感度,或者闭合路径上的至少一个传感器元件的输出信号在传感器信号被结合以形成测量信号之前采用与同一路径上的其它传感器元件的增益因数不同的增益因数来放大,以及传感器元件沿每个闭合路径的长度不相等地隔开。
按照本发明的这些修改设计成使得电流传感器的串扰敏感度相对某些导体或导体编组中的电流(例如相对多相布置中的其它相导体)格外降低。
在长平行导体的二维布置(例如开关设备中的直多相汇流条系统,其中阵列的传感器元件将布置在与导体垂直的平面中)中,串扰敏感度能够设计为在一个或多个特定方向上(例如沿平面系统中的阵列的平面与导体的平面之间的相交线)格外低。这将再次产生来自其它相电流的降低串扰。
通过传感器元件的增益和角位置的适当选择,电流传感器能够进一步特定地设计成通过确保串扰幅度接近零并且具有接近其目标取向的最小或水平拐点来在围绕整个传感器的目标取向和位置/距离的扩展范围中实现低串扰敏感度。这也是有利的,因为实际导体具有有限截面,并且电流分布可由于涡流和接近效应而根据频率来改变。
按照本发明的解决方案的优点在于,通过应用本发明的概念,有可能设计将具有完全磁场积分(即,低磁串扰)的传感器的优点与传感器阵列的那些优点(即,低体积和重量)相结合的电流传感器。此外,串扰幅度将保持在低水平,即使电流传感器相对携带干扰电流的导体少许未对齐。
按照本发明的电流传感器由多个磁场传感器元件来组成,磁场传感器元件布置在携带待测量电流I的导体周围的一个或多个闭合路径上。
按照有利实施例,场传感器元件可基于霍耳效应、磁阻效应或者基于感应原理。
按照另一个有利实施例,单轴元件的敏感方向可与本地路径方向平行或者反平行地定向,以及同一路径上的单独元件具有不同敏感度,或者其输出信号在它们被结合以形成传感器信号之前被放大了不同增益因数。
按照有利实施例,单独元件沿路径非均匀地分布。在有利实施例中,传感器元件配置在某个传感器轴的附近具有更高元件浓度。这种传感器轴例如是笛卡尔坐标系的x轴或y轴,其中x轴和y轴定义其中定位传感器元件的闭合路径的平面,以及载流导体相交这个平面,并且在相交点,导体的方向定义坐标系的z轴。
单独传感器元件的输出信号电子地结合,以生成电流传感器的输出信号。
作为按照本发明的电流传感器所操作的测量装置相对某些电流路径具有极大降低的串扰敏感度。
按照本发明的有利实施例,传感器元件具有不同敏感度(增益因数)两者并且沿(一个或多个)路径非均匀地分布。例如,按照有利实施例,传感器元件在某个传感器轴附近(这意味着元件离这个传感器轴的更低距离)具有更高元件浓度。
按照优选实施例,其上布置传感器元件的路径优选地通常与待测量磁流场平行。这意味着路径循环方向接近主磁场方向。
在有利实施例中,路径具有圆形、椭圆形或接近矩形形状。
在有利实施例中,传感器元件的配置(位置、敏感度和增益因数)相对其X轴是镜像对称的。
在有利实施例中,传感器元件的配置(位置、敏感度和增益因数)相对其Y轴是镜像对称的。
按照本发明的装置的优点在于,串扰相对某些电流路径(例如,在相对针对传感器阵列的某个角位置的导体的2维配置中)格外降低。
具体来说,串扰敏感度通过确保串扰幅度接近零并且具有接近其目标取向的最小或水平拐点来在围绕整个传感器的目标取向(可能还有位置/距离)的扩展范围中降低。
用于实现这个目标的适当参数(例如传感器元件的单独增益和角位置)能够基于试错法或者通过优化计算(例如通过使根据与适合边界条件的常规阵列配置(具有相等增益和等距元件)的偏差的串扰及其衍生物的适合成本函数最小化)来确定。
不同路径包含具有不同敏感度的元件(例如不同类型的传感器)。
在有利实施例中,外路径上的传感器元件具有比内路径上的元件更低的敏感度。
为了使传感器的动态范围最大化,内和外元件的输出按照如下方式被结合:使得在低电流下,传感器输出信号主要通过内元件的信号来确定,在高于某个电流幅度时,到外元件的切换将发生。这样,将始终保持大SNR和线性传感器特性。当增加电流幅度时,切换可以是突然或逐渐的。
在另一个有利实施例中,载流导体周围的不同路径上的传感器元件的放置按照如下方式进行:使得线性阵列在径向方向上形成,其由偶数个元件来组成,并且相对导体的轴是对称的,假定后者具有对称截面。
在这种情况下,进行分配给线性阵列的不同元件的增益因数和极性的选择,使得其中全部元件将传递充分大和线性输出信号的电流范围中,空间坐标中的低阶磁场分量的影响在电流传感器的输出信号中将会降低。这还导致来自磁场的远程源的磁串扰的降低。
对元件的敏感度和偏移的单独校准采取措施,以便降低传感器容差对电流传感器的串扰敏感度的影响。
按照有利实施例,传感器具有每种类型的偶数个元件。
按照有利实施例,每种类型的元件的一半使其敏感轴平行地定向,另一半与路径循环反平行,而只有第二半的输出信号在它们被结合以形成电流传感器的输出之前被反转。这样,相同类型的元件的类似偏移(其还可以是温度相关的)将通过元件输出信号的逐对或逐组减法来基本上消除或者至少降低。
单独元件的输出在编组的输出信号被结合以形成电流传感器的输出信号之前按照单独元件的输出相应极性被结合。
按照有利实施例,电流传感器包括用于例如通过使用具有温度相关电阻器的电子电路或者通过基于采用其它传感器的温度测量执行补偿的元件的敏感度-和偏移-漂移的电子补偿的其它测量。
单独元件的敏感度的校准、电流传感器的输出信号的生成、偏移和敏感度的温度漂移以及偏移的补偿、权重因数的应用和输出信号的形成通过模拟修整装置和模拟电子电路(其可基于使用运算放大器的放大器和加法器)来执行。
单独元件的敏感度的校准、电流传感器的输出信号的生成、偏移和敏感度的温度漂移以及偏移的补偿、权重因数的应用和输出信号的形成通过单独元件的输出信号的同时A/D转换并且通过采用计算单元(例如微控制器等)对适合数字存储偏移和增益校正、权重因数、温度校正和数字域的求和的应用来执行,这形成电流传感器的校正输出信号。
在多导体应用中,导体中的电流可通过组合属于不同导体的传感器阵列的输出来测量,以便消除不同电流的影响,并且改进串扰抑制和测量精度。
按照有利实施例,传感器安装成使得例如通过传感器轴(X、Y、Z)与三相导体系统的那些轴(X'、Y'、Z')的对齐(其中X'是在Z'方向上延伸的直导体之间的最短连接的方向上),该传感器降低串扰敏感度的轴/方向指向磁干扰场的(一个或多个)源的方向。
附图说明
现在将参照附图来解释本发明、本发明的另外的实施例以及本发明的另外的优点。
图1 示出按照本发明的第一实施例的用于测量电流的装置;
图2 示出采用线性3相导体配置的按照本发明的传感器阵列;
图3 示出垂直线电流的圆形阵列的串扰敏感度的极坐标图。
具体实施方式
图1示出用于测量载流导体5中的电流I的装置1。装置1包括多个磁场传感器元件。磁场传感器元件通过点表示。在图1的示范实施例中,示出16个这样的场传感器元件。为了清楚起见,它们中只有8个采用附图标记2、2.1、2.2、…、2.n;2'、2.1'、2.2'、…、2.n'来指定。这些沿环绕载流导体5的两个连续闭合路径3、4来定位。路径之一(路径4)定位成比另一路径3(其定位成更远离导体5)更靠近载流导体5。场传感器元件中的8个定位在内路径4上,以及场传感器元件中的8个定位在外路径3上。
磁场传感器元件能够基于任何已知磁传感器原理,例如基于霍耳效应或磁阻效应或者感应原理。
每个传感器元件2、2.1、2.2、…、2.n;2'、2.1'、2.2'、…、2.n'对由导体5中流动的电流I所生成的磁场的一个向量分量敏感。每个传感器元件2、2.1、2.2、…、2.n;2'、2.1'、2.2'、…、2.n'的敏感度的向量方向通过箭头指示,并且定向为在每个传感器位置与闭合路径3、4相切。为了清楚起见,箭头中只有2个采用附图标记来指定,以及这些是传感器元件2的箭头11以及传感器元件2'的箭头11'。箭头11在逆时针方向上指向,而箭头11'在顺时针方向上指向。这示出传感器元件能够在类型和/或敏感度上有所不同,特别是与定位在其它路径上的传感器元件相比。具体来说,磁场传感器元件的敏感方向可与路径3、4的本地路径方向平行或者反平行。
在这里所示的示范实施例中,每种类型的传感器元件的一半使其敏感轴平行地定向,另一半与由载流导体5所生成的磁场的方向反平行地定向。
每个传感器元件生成输出信号。图中仅示出示范的4个输出信号线6、6.n、6'、6n',由此要理解,每个传感器元件连接到输出信号线,即使这里在图中未示出。每个传感器元件的输出信号由放大器采用元件特定增益因数来放大。在这里,在示范实施例中,每个输出信号线6、6.n、6'、6.n'与其自己的放大器7、7.n、7'、7.n'关联。传感器元件的放大输出信号电子地结合以形成表示与载流导体5中流动的电流I成比例的值的测量信号10。电子组合通过电子电路9来实现,该电子电路9具有作为输入的携带放大输出信号的信号线以及具有作为输出的携带测量信号10的信号线。为了清楚起见,输出信号线8、8.n、8'、8.n'中只有4个采用附图标记来指定,并且图中仅示出6个这样的输出信号线,而要理解,对于传感器元件的每个存在表示其输出的输出信号线,即使它们在图中并非全部示出。
在这里所示的示范示例中,反平行定向传感器元件的输出信号可在传感器元件的输出信号被结合以形成测量信号10之前被反转。
至少一个传感器元件(例如外路径3上的传感器元件2)具有与同一路径3上的其它传感器元件的敏感度不同的敏感度。例如外路径3上的至少一个传感器元件2的输出信号6在传感器信号被结合以形成测量信号10之前采用与同一路径3上的其它传感器元件不同的增益因数来放大。这就是说,磁场传感器元件可具有不同增益或敏感度。需要不同增益以实现方向敏感串扰降低,其是按照本发明的装置的期望的优点。
另外,至少一个传感器元件能够具有不同敏感方向。敏感方向的差能够用来补偿偏移。
另外,或作为备选,如在图中能够看到,磁场传感器元件能够沿每个闭合路径3、4的长度不相等地隔开。
如图中所示和所述的传感器元件布置的有利效果在于,电流测量装置1能够设计成相对某些电流路径具有极大降低的串扰敏感度。
在图1中能够看到,传感器元件和两个路径3、4布置在第一平面中,其中靠近导体5与这个平面的相交点,导体5的方向与绘图平面垂直。第一平面通过笛卡尔坐标系的第一和第二轴x、y来定义,所述笛卡尔坐标系具有在相交点在导体5的方向上示出的定义第三轴(z轴)的向量。在图2中还能够看到,在第一平面中,如与y轴相比,在x轴附近存在更高传感器元件浓度。另外,在图1所示的示范实施例中,传感器元件的配置相对x轴或者相对y轴是镜像对称的。
载流导体周围的不同路径上的传感器元件的放置按照如下方式进行:使得传感器元件的线性阵列或编组在从导体径向延伸的方向上形成。在图1所示的示范实施例中能够看到通过附图标记12、13所指定的两个这类阵列。所述阵列12、13由偶数个元件来组成,在这里所示的示范实施例中,在每个阵列中存在四个传感器元件,并且它们相对导体5的轴z对称地定位。
在这里所示的示范示例中,定位在更靠近载流导体5的内路径4上的传感器元件2'、2.1'、2.2'、…、2.n'具有与定位在更远离导体5所定位的外路径3上的传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n)相比更高的敏感度。
电子电路9中的传感器输出信号的组合可以在这里所示的示范示例中采用如下方式来配置:使得在流经导体、具有低于可预定阈值的幅度的电流下,测量输出信号10主要通过定位在内路径4上的传感器元件2'、2.1'、2.2'、…、2.n'的信号来确定,而在流经导体5、具有高于可预定阈值的幅度的电流下,测量输出信号10主要通过定位在外路径3上的传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n)的信号来确定。
图3示出与图1所示和所解释测量装置相似的测量装置中的导体5周围的传感器元件的圆形阵列的串扰敏感度的极坐标图。它具有带有不同增益的非等距元件。沿z方向在离阵列中心的固定距离对垂直线电流示出串扰敏感度。能够看到,对于敏感度或增益以及传感器位置的适当选择,串扰敏感度在围绕x轴的某个角范围20中极低,而在其它角范围22、23中较高。本发明允许设计一种测量装置,其中传感器元件有意定位成使得能够实现低串扰敏感度的特定角范围。
图2示出用于测量包括三个载流导体30、31、32的多导体配置中的电流的装置100。导体30、31、32的每个能够提供有用于测量电流的装置,如图1所示和所解释的。当然,也只有一个导体(例如在图2所示的示范实施例中的导体31)能够提供有如图1所述的磁场传感器元件阵列。导体中的电流然后通过组合与不同导体相关的传感器元件阵列的信号输出来测量,以便消除不同电流的影响,并且改进串扰抑制和测量精度。
图2示出线性3相导体配置,其具有导体30、31、32和进一步具有应测量的导体31中的电流I的磁场33以及可能在传感器输出信号中生成串扰的靠近定位导体30中的电流的干扰场线34两者。在这个示例中,通过点所示的16个传感器元件布置在两个圆35、36中,其与由中心导体31中的电流I所生成的场线重合。传感器元件定位成使得它们还形成4个线性阵列37、38、39、40,其中每个阵列中具有4个元件。
通过采用受控方式修改传感器元件的一些的位置或增益(敏感度),有可能实现低磁串扰,其具有对相对阵列中心在所选方向上的小角偏差的平坦响应。这以在其它方向上的更高串扰为代价,对于其必须确保附近不存在高电流。
给定示例不是详尽的,并且存在通过改变阵列中的元件的角位置和敏感度来降低在某些方向上的串扰的更多可能性。如果导体不是笔直的或者在其它方向上对齐,则也能够找到解决方案。
附图标记列表
。
Claims (14)
1.一种用于测量电流(I)的装置(1),所述装置包括多个磁场传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n;2'、2.1'、2.2'、…、2.n'),所述多个磁场传感器元件沿环绕载流导体(5)的一个或多个连续闭合路径(3、4)所定位,其中每个磁场传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n;2'、2.1'、2.2'、…、2.n')对由所述电流(I)所生成的磁场的一个向量分量敏感,其中每个磁场传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n;2'、2.1'、2.2'、…、2.n')的敏感度向量方向被定向为在每个传感器位置与所述闭合路径(3、4)相切,其中每个磁场传感器元件(2、2.n;2'、2n')生成输出信号(6、6.n、6'、6n'),其中每个磁场传感器元件(2、2.n;2'、2n')的所述输出信号(6、6.n、6'、6n')被放大了元件特定增益因数,其中所述磁场传感器元件(2、2.n、2'、2n')的所放大输出信号(8、8.n、8'、8.n')电子地结合以形成表示与所述载流导体(5)中流动的所述电流(I)成比例的值的测量信号(10),
其中,闭合路径(3)上的至少一个磁场传感器元件(2)具有与同一路径(3)上的其它磁场传感器元件(2.1、2.2、…、2.n)的敏感度不同的敏感度,或者闭合路径(3)上的至少一个磁场传感器元件(2)的所述输出信号(6)在所述磁场传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n;2'、2.1'、2.2'、…、2.n')的输出信号被结合以形成所述测量信号(10)之前采用与同一路径(3)上的其它磁场传感器元件(2.1、2.2、…、2.n)不同的增益因数来放大,和/或所述磁场传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n;2'、2.1'、2.2'、…、2.n')沿每个闭合路径(3、4)的长度不相等地隔开,使得所述用于测量电流的装置(1)相对某些电流路径具有极大降低的串扰敏感度,
其中,存在其上定位磁场传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n、2'、2.1'、2.2'、…、2.n')的多于一个连续闭合路径,所述路径的至少一个包括内路径,所述内路径定位成比更远离所述载流导体所定位的外路径更靠近所述载流导体,以及所述内路径和外路径上的所述磁场传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n、2'、2.1'、2.2'、…、2.n')的输出按照如下方式被结合:使得在流经所述载流导体、具有低于可预定阈值的幅度的电流下,测量输出信号主要通过定位在所述内路径上的所述磁场传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n)的所述输出信号来确定,而在流经所述载流导体、具有高于可预定阈值的幅度的电流下,所述测量输出信号主要通过定位在所述外路径上的所述磁场传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n)的所述输出信号来确定。
2.根据权利要求1所述的装置(1),其特征在于,闭合路径(3)上的至少一个磁场传感器元件(2)具有与同一路径(3)上的其它磁场传感器元件(2.1、2.2、...、2.n)的敏感度不同的敏感度,或者闭合路径(3)上的至少一个磁场传感器元件(2)的所述输出信号(6)在输出信号(6、6n、6'、6n')被结合以形成所述测量信号(10)之前采用与同一路径(3)上的其它磁场传感器元件(2.1、2.2、...、2.n)不同的增益因数来放大。
3.根据权利要求1或2所述的装置(1),其特征在于,所述磁场传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n)和所述一个或多个连续闭合路径(3、4)布置在第一平面中,其中在靠近所述载流导体(5)与所述第一平面的相交点的区域中,所述载流导体(5)的所述方向与所述第一平面垂直。
4.根据权利要求3所述的装置(1),其特征在于,所述第一平面通过笛卡尔坐标系的第一和第二轴(x、y)来定义,所述笛卡尔坐标系具有在所述相交点在所述载流导体(5)的所述方向上示出的定义第三轴(z)的向量,以及在所述第一平面中,在所述第一(x)或第二轴之一附近存在与所述第一或第二(y)轴的另一个相比更高的磁场传感器元件浓度。
5.根据权利要求3所述的装置(1),其特征在于,所述第一平面通过笛卡尔坐标系的第一轴(x)和第二轴(y)来定义,所述笛卡尔坐标系具有在所述相交点在所述载流导体(5)的所述方向上示出的定义第三轴(z)的向量,以及所述磁场传感器元件(2、2.1、2.2、...、2.n)在位置和/或敏感度和/或增益因数方面的配置相对所述第一轴(x)或者相对所述第二轴(y)是镜像对称的。
6.根据权利要求1或2所述的装置(1),其特征在于,其上定位所述磁场传感器元件(2、2.1、2.2、...、2.n)的所述闭合路径(3)定向成与由所述载流导体(5)所生成的所述磁场的所述方向基本上平行。
7.根据权利要求1或2所述的装置(1),其特征在于,存在其上定位磁场传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n;2'、2.1'、2.2'、…、2.n')的多于一个连续闭合路径(3、4),其中每个路径包含在类型和/或敏感度方面与定位在其它路径上的所述磁场传感器元件相比不同的磁场传感器元件。
8.根据权利要求1或2所述的装置(1),其特征在于,每种类型的所述磁场传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n)的一半使其敏感轴平行地定向,另一半与由所述载流导体所生成的所述磁场的所述方向反平行地定向,而所反平行定向的磁场传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n)的所述输出信号(6、6.1、6.2、…、6.n)在所述磁场传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n)的所述输出信号(6、6.1、6.2、…、6.n)被结合以形成所述测量信号之前被反转。
9.根据权利要求7所述的装置(1),其特征在于,所述路径的至少一个定位成比更远离所述载流导体所定位的第二路径更靠近所述载流导体,以及定位在更靠近所述载流导体的所述路径上的所述磁场传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n)具有与定位在更远离所述载流导体所定位的所述路径上的所述磁场传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n)更高的敏感度。
10.根据权利要求3所述的装置(1),其特征在于,存在其上定位磁场传感器元件(2、2.1、2.2、...、2.n)的多于一个连续闭合路径,其中所述载流导体周围的不同路径上的所述磁场传感器元件(2、2.1、2.2、...、2.n)的放置按照如下方式进行:使得线性阵列在从所述载流导体径向延伸的方向上来形成,所述阵列由偶数个磁场传感器元件(2、2.1、2.2、...、2.n)来组成,并且所述阵列相对所述载流导体的轴对称地定位。
11.根据权利要求1或2所述的装置(1),其特征在于,所述磁场传感器元件(2、2.1、2.2、...、2.n)基于霍耳效应或磁阻效应或者感应原理。
12.根据权利要求1或2所述的装置(1),其特征在于,所述磁场传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n)的所述敏感度的校准、所述装置(1)的所述测量输出信号的生成、偏移和敏感度的温度漂移以及偏移的补偿、权重因数的应用和所述测量输出信号的形成的任一个通过所述磁场传感器元件(2、2.1、2.2、…、2.n)的所述输出信号(6、6.1、6.2、…6.n)的同时A/D转换并且通过采用计算单元对适当数字存储偏移和增益校正、权重因数、温度校正以及数字域中的求和的应用来执行,这形成所述装置(1)的所校正测量输出信号。
13.根据权利要求1或2所述的装置(1),其特征在于,所述载流导体(5;31)周围的不同路径上的所述磁场传感器元件的放置按照如下方式进行:使得磁场传感器元件的线性阵列(12、13;37、38、39、40)或编组在从所述载流导体(5;31)径向延伸的方向上形成。
14.一种用于测量包括多于一个载流导体的多导体配置中的电流的装置(1),其中每个载流导体提供有根据以上权利要求中的一项所述的装置(1),其中载流导体中的所述电流通过组合与不同载流导体相关的所述磁场传感器元件阵列的所述输出信号来测量,以便消除不同电流的影响,并且改进串扰抑制和测量精度。
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---|---|---|---|---|
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DE102020206527A1 (de) | 2020-05-26 | 2021-12-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Projektionsverteilung von Magnetfeldsensoren zur Messung eines magnetischen Feldes eines Leiters eines elektrischen Stroms |
DE102020206528A1 (de) | 2020-05-26 | 2021-12-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Umfangsgleichverteilte Magnetfeldsensoranordnung zur Messung eines magnetischen Feldes eines Leiters eines elektrischen Stroms |
CN112327202A (zh) * | 2020-07-07 | 2021-02-05 | 长沙理工大学 | 非侵入式漏电检测传感器设计方法 |
CN111999543B (zh) * | 2020-07-21 | 2023-05-12 | 云南电网有限责任公司临沧供电局 | 一种适用于平行三相线故障选线的磁感式电流计算方法 |
US11782101B2 (en) | 2020-08-06 | 2023-10-10 | Cirrus Logic, Inc. | Hall sensor-based data acquisition system |
US11290120B2 (en) * | 2020-08-06 | 2022-03-29 | Cirrus Logic, Inc. | Resistive sensor based data acquisition system using low distortion analog front-end and digital gain error correction |
CN112305301A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-02-02 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种基于“广场效应”的非接入式电流智能传感测量方法及装置 |
CN112213679B (zh) * | 2020-10-22 | 2022-11-08 | 国网福建省电力有限公司 | 基于位置信息的磁敏电流互感器估值方法 |
CN113391116B (zh) * | 2021-03-17 | 2022-11-25 | 清华大学 | 一种用于测量母线电流的传感器阵列 |
WO2023077900A1 (zh) * | 2021-11-04 | 2023-05-11 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种铁芯-环形阵列多环磁敏电流传感器及电流测量方法 |
CN114200248B (zh) * | 2021-12-10 | 2023-08-01 | 国网福建省电力有限公司 | 一种测量雷电流的无磁芯电流传感器 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008030334A1 (de) * | 2008-06-30 | 2010-01-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur störarmen berührungslosen Messung hoher Ströme und zugehöriger Hochstromsensor |
CN102411079A (zh) * | 2010-09-19 | 2012-04-11 | 西门子公司 | 一种用于测量交直流电流的器件和包括该器件的断路器 |
WO2016116315A1 (de) * | 2015-01-22 | 2016-07-28 | Sensitec Gmbh | Magnetfeldsensorvorrichtung zur messung des stromes durch einen stromführenden leiter |
CN107407698A (zh) * | 2015-12-28 | 2017-11-28 | 艾沃思宾技术公司 | 用于感测通过导体的电流的感测装置及其方法 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD255214A1 (de) * | 1986-12-18 | 1988-03-23 | Inst Prueffeld Elekt | Verfahren zur beruehrungslosen messung von hochstroemen, insbesondere in elektroenergieanlagen |
FR2789763B1 (fr) * | 1999-02-17 | 2001-04-27 | Abb Control Sa | Capteur de courant |
US7164263B2 (en) | 2004-01-16 | 2007-01-16 | Fieldmetrics, Inc. | Current sensor |
US20110121827A1 (en) * | 2007-08-06 | 2011-05-26 | Christopher Paul Yakymyshyn | Slotted current transducer using magnetic field point sensors |
US8390297B2 (en) * | 2009-10-02 | 2013-03-05 | Semiconductor Components Industries, Llc | Ground fault circuit interrupter and method |
JP5834292B2 (ja) * | 2011-05-09 | 2015-12-16 | アルプス・グリーンデバイス株式会社 | 電流センサ |
WO2013051566A1 (ja) * | 2011-10-03 | 2013-04-11 | アルプス・グリーンデバイス株式会社 | 電流センサ |
EP2821798B1 (en) * | 2012-02-28 | 2016-12-07 | Alps Green Devices Co., Ltd. | Current sensor |
US9915552B2 (en) * | 2013-11-19 | 2018-03-13 | Infineon Technologies Ag | Perpendicular gradiometric angle sensors, systems and methods |
DE102015205794A1 (de) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Strommessvorrichtung und Verfahren zur Bestimmung eines elektrischen Stroms |
JP6618618B2 (ja) * | 2016-06-06 | 2019-12-11 | アルプスアルパイン株式会社 | 磁気検出装置 |
-
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008030334A1 (de) * | 2008-06-30 | 2010-01-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur störarmen berührungslosen Messung hoher Ströme und zugehöriger Hochstromsensor |
CN102411079A (zh) * | 2010-09-19 | 2012-04-11 | 西门子公司 | 一种用于测量交直流电流的器件和包括该器件的断路器 |
WO2016116315A1 (de) * | 2015-01-22 | 2016-07-28 | Sensitec Gmbh | Magnetfeldsensorvorrichtung zur messung des stromes durch einen stromführenden leiter |
CN107407698A (zh) * | 2015-12-28 | 2017-11-28 | 艾沃思宾技术公司 | 用于感测通过导体的电流的感测装置及其方法 |
Also Published As
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