CN1171157A - 电流传感器 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测低量级电流的装置,包含一通常为圆形的设有气隙(14)的磁性材料元件(10)和一配置在该气隙(14)中的按电桥构成的磁阻检测装置,用于检测一贯穿通过元件(10)的导体(12)中流过的电流。为了避免由于过电流引起的损害,元件(10)的一部分(A)降低截面积,使元件(10)饱和。该检测装置优先应用在剩余电流装置中。

Description

电流传感器
本发明涉及一种电流检测装置，更具体地说涉及一种检测低量级电流的装置。
在很多情况下需要检测电流以便可以对其进行监控并已有为了实现这一目的很多的不同的方案。在剩余(不平衡)(residual)电流装置领域，通常将导体贯穿通过由磁性材料构成的环形元件以及围绕部分环形元件设有检测绕组来检测通过带电工作线路和中性线导体中的电流的不平衡。这种装置使得如果出现接地漏电故障，导致在带电工作线路导体中流过的电流与在中性线导体中流过的电流彼此之间产生不平衡，这种不平衡导致在检测绕组中产生感应电流。然后，这一绕组连接到适当的电路，指示存在故障状态。
剩余电流(检测)装置已经愈来愈普及，因而不断要求能够按照尽可能高效、低成本的方式制造这种装置。因而已经对传感器线圈绕到环形元件的方案引起注意，因为这是一个相对花费较高的操作。
本发明提出使用一种磁阻装置来替代例如在RCD装置中的检测线圈。然而，磁阻装置的采用并不是没有问题的，因而本发明还提供一种通常呈环形的元件，设计该元件使得其在预定量值的磁通下处于饱和。
为了更便于理解本发明，下面参照附图通过举例的方式介绍一实施例，其中：
图1是表示根据本发明的总的配置的示意透视图；
图2表示为本发明所采用的环形元件的一种构成方式；
图3表示为本发明所采用的环形元件的另一种构成方式。
磁阻型检测器是公知的，特别是磁阻桥式检测装置已经生产出，该检测器的电阻作为施加的磁场的函数而变化。已有装置的特征是，它们仅在其工作范围中的很小的部分是线性的，另外需要利用永磁覆盖层来偏置电桥的每一电阻。过去，这意味着磁阻型检测装置使用场合受到限制，即受检测的磁通量值要很小以便保证永磁覆盖层不致无效，因为如果将强磁场施加到该装置上则可能引起这种情况。当针对剩余电流装置时，这就特别会产生问题，因为在试图监测30毫安量级的故障电流的情况下，还可能有几安培量级的电流正好通过导体，使之又将一十分强的磁场施加到磁阻型检测装置上。
下面参阅图1，该图表示一用于剩余电流装置的传感器的总体配置，可以看出其包含一以环形元件10的结构形式的磁场增强装置，二个分别连接到提供剩余电流装置的带电工作线路和中性线上的导体12贯穿通过该环形元件。环形元件10形成有用标号14表示的气隙，一按照磁阻电桥16形式构成的磁阻式检测装置放置在该气隙处，以便受到在环形元件的端面14a、14b之间通过的磁通的作用。这是一个必要的特征，因为MR元件为了以最佳方式检测磁场，需要处在施加的磁场的平面内。在传感器中采用的MR按照螺旋形结构来制造，以便增加单位面积的总电阻。利用RF溅射和常规的光刻加工制造该传感器，使传感器的迹线(track)宽度为110微米，内部元件的间隙为2微米。设计该迹线宽度以便降低在薄膜迹线的边沿处的去磁磁场的影响，因此增加传感器(2)的灵敏度。灵敏度的增加导致传感器的饱和值磁场降低。这一特征最终是用于通过采用各种不同的迹线宽度来适应不同的灵敏度和饱和值的范围。
随着电流流经电力线导体，一平面状磁场施加到传感器。磁场强度与线中电流的幅值和方向与由导体产生的磁场相耦合的磁路相关。电桥上的4个元件的特性是互补的，使热漂移降低。MR电桥总电阻的变化是所施加的磁场的函数。自电桥输出的信号可以是AC的，提供到仪表型放大器，以便降低零点漂移误差。利用低噪声的作为电流源工作的电池向传感器供电。
二个导体12最好至少在环形元件10的区域内是绞在一起的，以便保证二导体电流作用均衡，这种配置在未发生故障状态下，在气隙14没有磁通。然而，在存在接地漏电故障时，通过二导体12的电流不再平衡、这又引起在环形元件内产生磁通不平衡。磁阻电桥16检测在气隙处存在的磁场，产生一信号，然后可以按通常方式进行处理。环形元件10是由高导磁率材料制成的，以便保证所需的灵敏度，这是考虑到用于产生感应磁场的故障电流仅为30毫安数量级或者更小。另外，环形元件10的形状会引起元件饱和，通过形成与端面14a和14b的截面积相比降低了截面积的部分(如在图2和3中用字母A代表)可非常简便地实现。应当注意，降低截面积的区域远离该气隙。通过仔细地设计降低截面积的区域，能够将在气隙中的磁通限制到一定数值，这样就能在所有电流状态下避免损坏该磁阻电桥式检测装置。
希望将整个装置容纳在一金属箱内，以防护环形元件和磁阻电桥不受杂散电磁场的影响。

Claims (5)

1、一种用于检测低量级电流的装置，其包含一通常为环形的且设有气隙(14)的由磁性材料制成的元件(10)和一配置在该气隙内的磁阻式检测装置(16)，用于检测在一贯通穿过该环形元件的导体中流过的电流。
2、如权利要求1所述的装置，其中的元件(10)有一部分(A)截面积减少，借此使元件饱和。
3、如权利要求2所述的装置，其中该截面积减少的部分(A)仅在该环形元件的一部分范围内延伸。
4、如权利要求1所述的装置，其中的磁阻检测装置(16)按电桥形式构成。
5、一种包括根据前述任一权利要求所述的用于检测低量级电流的检测装置的剩余电流装置。
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