CN219039200U - 一种电流传感器 - Google Patents

Abstract

一种电流传感器，其包括长条状的导电板以及第一磁传感器，所述第一磁传感器为TMR传感器，所述第一磁传感器固定于一电路基板上，所述电路基板与所述导电板相对且平行配置，所述电路基板与导电板之间设置有隔热隔电的介质，所述电路基板与导电板之间设置有多个定位柱，所述电路基板设置有通信单元。通过采用TMR传感器以及多个定位柱和所述隔热隔电的介质的设置，减轻了导电板过大电流时所产生的热量对电流传感器检测结果的影响以及导电板的高电压击穿传感器的风险，避免了在制造电流传感器时磁传感器发生偏位而影响电流传感器的精度。

Description

一种电流传感器

技术领域

本实用新型涉及电流传感器，尤其是非接触式电流传感器。

背景技术

已知的一些非接触式电流传感器由长条状的导电板和霍尔传感器组成，通过霍尔传感器检测电流通过导电板时产生的磁场强度，从而获得通过导电板的电流强度。该类电流传感器存在以下缺陷：1、精度偏差较大，根据右手螺旋定则，直导线通电后产生的磁场是以该导线为中心的，所以如图1所示当电流沿箭头所示方向流过导电板1时，实线小框与虚线小框处的磁场强度是不同的，而霍尔传感器检测的是与该传感器的芯片正面垂直的磁场，且电流传感器的霍尔传感器固定在与导电板1平行配置的电路基板，电路基板通常采用胶或壳体与导电板1固定，导致将电路基板固定至导电板1时容易发生偏位，从而引起霍尔传感器偏位，例如从图1中的实线小框偏到虚线小框，导致电流传感器的精度出现较大偏差。2、在一些狭小空间以及超大电流检测应用中，当电流传感器的导电板发热严重时会影响电流传感器的检测结果，此外，当电流传感器测量高压的交流电时，高电压会对传感器芯片造成击穿的风险。3、现有电流传感器仅具有电流检测功能，功能单一。4、在接收到电流传感器的数据后，需要人为识别该数据的来源，不利于大规模的电流监测应用。

实用新型内容

本实用新型的第一目的是提供一种电流传感器，以至少在一定程度解决现有非接触式电流传感器存在的上述精度偏差大、高电压会对传感器芯片造成击穿的风险及导电板发热严重时影响检测结果的技术问题。

本实用新型的第二目的是使得电流传感器能够检测干扰磁场。

本实用新型的第三目的是解决现有非接触式电流传感器存在的在接收到电流传感器的数据后需要人为识别该数据的来源的技术问题。

为达上述第一目的，本实用新型提供的一种电流传感器包括长条状的导电板以及第一磁传感器，所述第一磁传感器为TMR(Tunneling Magneto Resistance，隧道磁电阻)传感器，所述第一磁传感器固定于一电路基板上，所述电路基板与所述导电板相对且平行配置，所述电路基板与导电板之间设置有隔热隔电的介质，所述电路基板与导电板之间设置有多个定位柱，所述电路基板设置有通信单元。

该电流传感器的第一磁传感器固定于一电路基板上，所述电路基板与所述导电板相对且平行配置，所述电路基板与导电板之间设置有隔热隔电的介质，减轻了导电板过大电流时所产生的热量对电流传感器检测结果的影响以及导电板的高电压击穿传感器的风险。该电流传感器的第一磁传感器采用的是TMR传感器，不同于霍尔传感器，TMR传感器检测的是与该传感器的芯片侧面垂直的磁场，因此第一磁传感器在导电板的宽度方向的偏位不会影响检测精度，而且电路基板与导电板之间设置的多个定位柱对电路基板与导电板在长、宽、高三个方向均形成定位作用，保证了第一磁传感器不会发生偏位，因而不会对电流传感器的精度产生影响。

为达上述第二目的，本实用新型提供的一种电流传感器进一步在所述电路基板设置有干扰磁场检测装置。

增加干扰磁场检测装置后，本电流传感器不但可以检测流过导电板的电流，而且可以检测干扰磁场。

作为一种方案，所述干扰磁场检测装置包括第二磁传感器及第一数据处理器，所述第二磁传感器与第一磁传感器的中心连线与所述导电板的电流方向平行，所述第一数据处理器用于接收第一磁传感器及第二磁传感器的输出信号以及识别是否有干扰磁场。

作为一种方案，本实用新型的电流传感器还包括一壳体，所述电路基板及所述导电板设置于所述壳体内，所述导电板的两个端部从所述壳体伸出，所述电路基板与导电板之间形成有间隙，所述壳体具有连通所述间隙与壳体外部的通孔。

作为一种方案，所述壳体内对应所述第一磁传感器设置有导磁件。

作为一种方案，所述导磁件为相对的两个导磁板，所述导磁板沿所述导电板的电流方向延伸且与所述导电板所在平面垂直。

作为一种方案，所述导磁件为U形导磁板，所述U形导磁板包括相对的第一板部和第二板部、以及连接所述第一板部和第二板部的第三板部，所述导电板从所述U形导磁板的第一板部和第二板部之间穿过。

作为一种方案，所述导电板的两个端部设置有连接孔。

作为一种方案，所述第一磁传感器设置于电路基板的与所述导电板相背的表面。

作为一种方案，所述通信单元包括电连接件和无线通信模块。

为达上述第三目的，本实用新型提供的一种电流传感器进一步在所述电路基板设置有第二数据处理器，所述第二数据处理器用于接收第一磁传感器的输出信号以及输出包含所述输出信号和所述电流传感器的标志码的数据。

设置上述第二数据处理器后，能够将电流数据与电流传感器的标志码绑定，使得在接收到来自该电流传感器的数据后，通过该标志码即可识别出电流数据的来源。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

该电流传感器的第一磁传感器固定于一电路基板上，所述电路基板与所述导电板相对且平行配置，所述电路基板与导电板之间设置有隔热隔电的介质，减轻了导电板过大电流时所产生的热量对电流传感器检测结果的影响以及导电板的高电压击穿传感器的风险。该电流传感器的第一磁传感器采用的是TMR传感器，不同于霍尔传感器，TMR传感器检测的是与该传感器的芯片侧面垂直的磁场，因此第一磁传感器在导电板的宽度方向的偏位不会影响检测精度，而且电路基板与导电板之间设置的多个定位柱对电路基板与导电板在长、宽、高三个方向均形成定位作用，保证了第一磁传感器不会发生偏位，因而不会对电流传感器的精度产生影响。

该电流传感器增加了干扰磁场检测装置，使得本电流传感器不但可以检测流过导电板的电流，而且可以检测干扰磁场。

该电流传感器增加了第二数据处理器，能够将电流数据与电流传感器的标志码绑定，使得在接收到来自该电流传感器的数据后，通过该标志码即可识别出电流数据的来源。

附图说明

图1为电流传感器的磁传感器发生偏位的示意图；

图2为第一实施例电流传感器的结构示意图；

图3为定位柱的结构示意图；

图4为第二实施例电流传感器的结构示意图；

图5为第三实施例电流传感器的结构示意图；

图6为第四实施例电流传感器的电路框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

第一实施例：

参照图2，本电流传感器包括导电板1以及第一磁传感器4。

导电板1为长条状，导电板1选用导电率高的金属板，例如铜板。

第一磁传感器为TMR传感器，TMR传感器是第四代磁传感器，TMR传感器除了比霍尔传感器的精度更高外，检测的磁场的方向也不同。具体而言，霍尔传感器检测的是与该传感器的芯片正面垂直的磁场，而TMR传感器检测的是与该传感器的芯片侧面垂直的磁场。

下面说明相比霍尔传感器，TMR传感器对电流传感器精度的影响。参照图1，导电板1的宽度方向为上下方向，导电板1的长度方向为左右方向，第一磁传感器4的正面为前面，在直流电从导电板1的右端流入，经过导电板1从左端流出的过程中，根据右手螺旋定则，会产生以导电板1为中心的磁场，当第一磁传感器4采用霍尔传感器时，霍尔传感器检测的是图1中从前向后方向的磁场，图1中实线小框处于该从前向后的磁场的中心位置，而虚线小框处于该从前向后的磁场的中心偏上的位置，所以磁场强度是不同的，因此当第一磁传感器4采用霍尔传感器时，如果在该电流传感器的制造过程中，霍尔传感器发生偏位，从图1中实线小框处偏到虚线小框处时，霍尔传感器的检测结果就会发生大的偏差，导致电流传感器的精度发生较大偏差。而当第一磁传感器4采用TMR传感器时，TMR传感器检测的是图1中从下向上的方向或者从上向下的方向的磁场，而在图1中的俯视方向虚线小框和实线小框的投影是相同的，因此TMR传感器从实线小框到虚线小框的位置偏移不会导致TMR传感器的检测值发生变化，所以不会导致电流传感器的精度发生较大偏差。

参照图2，第一磁传感器4固定在电路基板3的上表面。第一磁传感器4为芯片，其内部除了集成有磁传感元件外，还可以集成放大电路，用于将磁传感元件输出的电信号放大后输出。

可选地，第一磁传感器4可以直接焊接在电路基板3，实现第一磁传感器4与电路基板3的固定和电路连接。也可以在电路基板3焊接芯片插座，第一磁传感器4与该芯片插座插接配合，以此实现第一磁传感器4与电路基板3的固定，以及实现第一磁传感器4与电路基板3的电路连接。

参照图2，电路基板3与所述导电板1相对且平行配置，所述电路基板3与导电板1之间设置有隔热隔电的介质。本实施例中，电路基板3与所述导电板1相对且平行配置，二者间形成有间隙5，间隙5内的空气构成了隔热及隔电的介质。作为另一种实施方式，隔热隔电的介质还可以为绝缘隔热片，可采用的绝缘隔热片包括但不限于玻璃、陶瓷、橡胶等材质的片体。

一方面由于空气的热导率小于电路基板的热导率，所以相比电路基板直接与导电板接触的方式，该间隙5的设置使得导电板1向电路基板3传递热量的速率减小，另一方面该间隙5使得导电板1产生的热量可以通过空气对流传递到外界环境中，从而进一步减轻了导电板1发热对该电流传感器检测结果的影响。

参照图2，电路基板3与导电板1之间设置有多个定位柱2。

可选地，如图3所示，定位柱2包括柱本体21，在柱本体21的两端形成有沿柱本体21的轴线方向延伸的连接柱22，连接柱22的直径小于柱本体21的直径，使得在连接柱22与柱本体21之间形成定位台阶23，连接柱22靠近末端的位置设有螺纹24。

结合图2和图3，在导电板1和电路基板3对应开设有通孔，定位柱2位于导电板1和电路基板3之间，定位柱2的连接柱22穿过该通孔，用螺母连接在螺纹21，将导电板1与电路基板3固定为一体。其中，定位柱2的柱本体21处于间隙5中，柱本体21两端的定位台阶23与导电板1和电路基板3上的该通孔的孔沿配合，对电路基板3与导电板1在高度方向(图2中的上下方向)形成定位作用，同时连接柱22与该通孔配合，在长度方向(图2中的左右方向)和宽度方向(图2中的前后方向)对电路基板3与导电板1形成定位作用。多个定位柱2对电路基板3与导电板1在长、宽、高三个方向的定位作用，保证了第一磁传感器4不会发生偏位，因而不会出现因第一磁传感器4偏位而引起电流传感器精度发生偏差的现象。

在电路基板3还设置有通信单元。通信单元用于将第一磁传感器4输出的电信号，也即本电流传感器的输出信号向外输出。

可选地，通信单元为电连接件。可选用的电连接件包括但不限于USB接口，航空接头等。

可选地，通信单元为无线通信模块。可选用的无线通信模块包括但不限于5G通信模块、4G通信模块、433MHz通信模块等。

可选地，导电板1的两个端部设置有连接孔。需要指出，本申请中导电板1为长条状，如无特别说明，本申请中所说的导电板1的端部是指导电板1的长度方向的端部，即图1中的导电板1的左端和/或右端。通过该连接孔将本电流传感器接入电路中。

可选地，第一磁传感器4设置于电路基板3的与所述导电板1相背的表面。

第二实施例：

参照图4，本电流传感器包括导电板1、电路基板3及第一磁传感器4。

导电板1的实施方式，第一磁传感器4的实施方式，第一磁传感器4与电路基板3的结合方式、以及导电板1与电路基板3的结合方式与第一实施例相同，这里不再赘述。

本实施例中，在电路基板3还设置有干扰磁场检测装置。

干扰磁场是指除了电流经过导电板1产生的磁场的其他磁场。

参照图4，在一种实施方式中，干扰磁场检测装置包括第二磁传感器7及第一数据处理器6，所述第二磁传感器7与第一磁传感器4的中心连线与所述导电板1的电流方向平行，所述第一数据处理器6用于接收第一磁传感器4及第二磁传感器7的输出信号以及识别是否有干扰磁场。

该实施方式利用了干扰磁场距离第一磁传感器4和第二磁传感器7的距离不等的特点来实现干扰磁场的检测。当第一数据处理器6检测到第一磁传感器4输出的数值与第二磁传感器7输出的数值不等时，判断有干扰磁场存在。

在该实施方式中，第二磁传感器7也采用TMR传感器。

该实施例中，电流传感器增加了干扰磁场检测装置，使得本电流传感器不但可以检测流过导电板的电流，而且可以检测干扰磁场。

可选地，干扰磁场检测装置也可以是一个独立的磁传感器，该磁传感器配置为检测不到导电板1的磁场，例如通过隔磁材料相隔开，而能够检测到其他磁场。

第三实施例：

第三实施例是在第一实施例的基础上增加了导磁件。

图5中，导电板1的宽度方向为左右方向，导电板1的长度方向为前后方向。图5中，导磁件为U形导磁板，所述U形导磁板包括相对的第一板部8和第二板部11、以及连接所述第一板部8和第二板部11的第三板部9，所述导电板1从所述U形导磁板的第一板部8和第二板部11之间穿过。导磁件由铁氧体等磁性材料制成，用于形成磁通路径。

可选地，本电流传感器还包括一壳体，所述电路基板3及所述导电板1设置于所述壳体内，所述导电板1的两个端部从所述壳体伸出，所述壳体具有连通所述间隙5与壳体外部的通孔。可选地，导电板和导磁件分别与壳体形成固定，可选地导电板1通过壳体端部的孔与壳体形成固定，导磁板镶嵌固定于壳体内。

可选地，将本电流传感器的电路基板3、导电板1和导磁件用绝缘胶体封装组合为一体。

作为另一种实施方式，导磁件采用相对的两个导磁板，例如图5中的第一板部8和第二板部11，所述导磁板沿所述导电板1的电流方向延伸且与所述导电板1所在平面10垂直。图5中导电板1的电流方向为从前向后，或者从后向前。

第四实施例：

第四实施例是在第二实施例的基础上增加了第二数据处理器，第二数据处理器用于接收第一磁传感器的输出信号以及输出包含所述输出信号和所述电流传感器的标志码的数据。第二数据处理器设置在电路基板上。

可选地，第二数据处理器与第一数据处理器采用同一个微处理器。可选地，微处理器可以为单片机、MCU、DSP、CPU等。

可选地，第二数据处理器采用一个微处理器，第二数据处理器采用另一个微处理器。可选地，微处理器可以为单片机、MCU、DSP、CPU等。

图6中示出了电路的一种实施方式，其中，第二数据处理器与第一数据处理器采用了同一个微处理器，第一磁传感器和第二磁传感器分别与该微处理器相连，该微处理器还连接有无线通信模块和电连接件。

第一磁传感器、第二磁传感器的实施方式与第二实施例相同，无线通信模块和电连接件的实施方式与第一实施例相同，此处不再赘述。

当导电板有电流流过时，在导电板周围产生磁场，该磁场被第一磁传感器感应，第一磁传感器输出相应的电信号，该微处理器接收到该电信号后，将该电信号与该电流传感器的标志码绑定，然后输出给无线通信模块及电连接件，通过无线通信模块或电连接件传输给接收设备。

该微处理器将接收到的第一磁传感器的电信号与第二磁传感器的电信号比较，当两个电信号的数值不等时，判定为有干扰磁场，将该判断结果与该电流传感器的标志码绑定，然后输出给无线通信模块及电连接件，通过无线通信模块或电连接件传输给接收设备。

设置上述第二数据处理器后，能够将电流数据与电流传感器的标志码绑定，使得在接收到来自该电流传感器的数据后，通过该标志码即可识别出电流数据的来源。

上述通过具体实施例对本实用新型进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本实用新型的内容，并不能理解为对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员在本实用新型构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电流传感器，包括长条状的导电板以及第一磁传感器，其特征在于，所述第一磁传感器为TMR传感器，所述第一磁传感器固定于一电路基板上，所述电路基板与所述导电板相对且平行配置，所述电路基板与导电板之间设置有隔热隔电的介质，所述电路基板与导电板之间设置有多个定位柱，所述电路基板设置有通信单元。

2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述电路基板设置有干扰磁场检测装置。

3.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，所述干扰磁场检测装置包括第二磁传感器及第一数据处理器，所述第二磁传感器与第一磁传感器的中心连线与所述导电板的电流方向平行，所述第一数据处理器用于接收第一磁传感器及第二磁传感器的输出信号以及识别是否有干扰磁场。

4.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，还包括一壳体，所述电路基板及所述导电板设置于所述壳体内，所述导电板的两个端部从所述壳体伸出，所述电路基板与导电板之间形成有间隙，所述壳体具有连通所述间隙与壳体外部的孔。

5.根据权利要求4所述的电流传感器，其特征在于，所述壳体内对应所述第一磁传感器设置有导磁件。

6.根据权利要求5所述的电流传感器，其特征在于，

所述导磁件为相对的两个导磁板，所述导磁板沿所述导电板的电流方向延伸且与所述导电板所在平面垂直；或者

所述导磁件为U形导磁板，所述U形导磁板包括相对的第一板部和第二板部、以及连接所述第一板部和第二板部的第三板部，所述导电板从所述U形导磁板的第一板部和第二板部之间穿过。

7.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述导电板的两个端部设置有连接孔。

8.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述第一磁传感器设置于电路基板的与所述导电板相背的表面。

9.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述通信单元包括电连接件和无线通信模块。

10.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述电路基板设置有第二数据处理器，所述第二数据处理器用于接收第一磁传感器的输出信号以及输出包含所述输出信号和所述电流传感器的标志码的数据。

Images