JPS60196678A - Differential self-exciting bridge type current sensor - Google Patents

Differential self-exciting bridge type current sensor

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JPS60196678A
JPS60196678A JP59053862A JP5386284A JPS60196678A JP S60196678 A JPS60196678 A JP S60196678A JP 59053862 A JP59053862 A JP 59053862A JP 5386284 A JP5386284 A JP 5386284A JP S60196678 A JPS60196678 A JP S60196678A
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JP
Japan
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magnetic
voltage
current
flux density
magnetic core
Prior art date
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Application number
JP59053862A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinjiro Takeuchi
信次郎 竹内
Kosuke Harada
原田 耕介
Kimisuke Shirae
白江 公輔
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Mishima Kosan Co Ltd
Original Assignee
Mishima Kosan Co Ltd
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Publication date
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  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make it possible to detect an input current with high sensitivity, by negating uniform parallel magnetic field components applied to two magnetic cores by diffential connection and using the operation amplifier in a bridge as a voltage control switching element. CONSTITUTION:Magnetic cores 4a, 4b are inserted into the central space part of a glass tube around which exciting winding 2 is wound in reversed polarity. Now, when the output of an operation amplifier OP1 is changed over to positive saturation DC voltage, the magnetic flux density level in a united magnetic core is rapidly returned to the magnetic flux density level prescribed by input current to be measure inputted to terminals 50a, 50b. As said magnetic flux density level approaches positive max. magnetic flux density, the impedance Z2 of the exciting winding 2 is lowered and, when Z2<R10 is formed, negative saturation DC voltage is generated in the output of the operation amplifier OP1. By this mechanism, the saturation DC voltage of the operation amplifier OP1 is automatically changed over every time when the united magnetic core reaches positive and negative max. magnetic flux density and this output is integrated by an operation amplifier OP2 and the direction and intensity of the input current are displayed by an indicator 19.

Description

【発明の詳細な説明】 場成分を差動結線で打消し、被測定入力電流によって発
生する磁界を磁心に有効に印加させることによって入力
電流を高感度に検出しうるようにした電流センサに関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a current sensor that can detect an input current with high sensitivity by canceling field components using differential connections and effectively applying a magnetic field generated by an input current to be measured to a magnetic core.

従来からあるブリッジ回路は、交流ブリッジを構成する
4素子のうち、少なくとも1素子は、コイル中心部に磁
心を配置したインダクタンス素子で構成し、この磁心に
印加さ几る磁界によってインダクタンス素子のインピー
ダンスを変化させ、磁気情報をブリッジの不平衡電圧振
巾値の変化として取り出すようにしたものである。
In conventional bridge circuits, at least one of the four elements that make up the AC bridge is an inductance element with a magnetic core placed in the center of the coil, and the impedance of the inductance element is changed by the magnetic field applied to this magnetic core. The magnetic information is extracted as a change in the unbalanced voltage amplitude value of the bridge.

この種のブリッジ回路からは、印加磁界の強さを測定す
ることは、不平衡電圧振巾より実施できるが、電流磁界
を外部磁界と分離して測定することは、この1までは不
可能である。
From this type of bridge circuit, it is possible to measure the strength of the applied magnetic field by measuring the unbalanced voltage amplitude, but until now it has been impossible to measure the current magnetic field separately from the external magnetic field. be.

捷た、磁心として閉磁路環状磁心では、生産性が悪く、
環状磁心に巻線を施す巻線作業の困難さ、環状磁心の巻
線に起因する磁気特性のばらつき、巻線作業の前後のセ
ツティング作業のわずられしさ、巻線磁心のコスト高な
ど製造上に大きな問題点を含んでいた。
A closed magnetic circuit annular magnetic core, which has been twisted, has poor productivity.
Difficulties in winding the annular magnetic core, variations in magnetic properties due to the winding of the annular magnetic core, cumbersome setting work before and after winding, high manufacturing cost of the wound magnetic core, etc. The above contained major problems.

しかるに、本発明は、オペアンプの正負飽和電圧の出力
持続期間のデユーティ比によってこ几らの欠点を解決す
るとともに差動形磁心を用いて、電流測定用電流センサ
に構成した差動自励ブリッジ形電流センサに関するもの
である。
However, the present invention solves these drawbacks by changing the duty ratio of the output duration of the positive and negative saturation voltages of the operational amplifier, and also uses a differential magnetic core to construct a differential self-excited bridge type current sensor for current measurement. This relates to current sensors.

すなわち、高透磁率、低保磁力や特性を最大限に生かせ
る磁心の非線形磁気特注領域を動作領域とする自励ブリ
ッジ回路を磁気半導体結合方式によって構成し、オペア
ンプの出力端子の方形波出力電圧の正負半サイクル持続
期間を被測定電流によって発生する磁界によって制御し
うるようにし゛たものである。
In other words, a self-excited bridge circuit whose operating region is the nonlinear magnetic custom-made region of the magnetic core that makes the most of high magnetic permeability, low coercive force, and characteristics is constructed using a magnetic semiconductor coupling method, and the square wave output voltage of the output terminal of the operational amplifier is The duration of the positive and negative half cycles can be controlled by the magnetic field generated by the current to be measured.

本発明の第1の特徴は、第1磁心と第2磁心の巻線を、
外周外乱磁場が磁心に対して差動入力となって打消さ几
るように結線し、入力電流によって発生する磁界は、有
効に磁心に印加さ1.うるようにした点である。第2の
特徴(は、磁気半導体結合回路方式による自励ブリッジ
回路を構成し、ブリッジ内のオペアンプを電圧入力で動
作する電圧制御形スイッチング素子として使用し、その
正負飽和直流電圧を直接、ブリッジ回路に印加して電流
の強さと極性を知ることができるようにした点である。
The first feature of the present invention is that the windings of the first magnetic core and the second magnetic core are
The wires are connected so that the outer peripheral disturbance magnetic field becomes a differential input to the magnetic core and is canceled out, and the magnetic field generated by the input current is effectively applied to the magnetic core.1. This is the point I made to make it clearer. The second feature (constitutes a self-excited bridge circuit using a magnetic semiconductor coupling circuit system, uses an operational amplifier in the bridge as a voltage-controlled switching element that operates with voltage input, and directly applies the positive and negative saturated DC voltages to the bridge circuit. The point is that it is possible to know the strength and polarity of the current by applying it to the current.

第3の特徴は、磁心として、高透磁率、低保磁力である
アモルファス、パーマロイ、フェライト、純鉄などの磁
性材料を小量使用することにより小さな消費電力にて高
感度電流測定を可能にしたことである。
The third feature is that high-sensitivity current measurement is possible with low power consumption by using small amounts of magnetic materials such as amorphous, permalloy, ferrite, and pure iron, which have high magnetic permeability and low coercive force, as the magnetic core. That's true.

第4の特徴は、磁気変調器やブリッジ回路にみらnる交
流励磁電圧、倍周波信号の)ξワー・信号の送受方法は
、AO−AC伝送方式であったが、本発、明では減衰の
少ないI) C−D C方式(直流伝送方式)に改良す
ることにより、コード長が数100mに及んでも高感度
電流測定を可能にしたことである。
The fourth feature is that the method of transmitting and receiving AC excitation voltage and double frequency signals seen in magnetic modulators and bridge circuits is the AO-AC transmission method, but in the present invention, By improving the I) C-D C method (direct current transmission method) with less attenuation, it has become possible to perform highly sensitive current measurements even when the cord length is several hundred meters.

第5の特徴は、ブリッジ回路及び磁気変調器の回路構成
において必要とする交流励磁電源、逓倍器、同調増+l
J器、同期整流部などの主要基本構成回路を全く必要と
せず、簡素化さ几た磁気半導体結合回路によって電流の
強さと極性を測定しうるようにしたことである。
The fifth feature is the AC excitation power supply, multiplier, and tuning increase +l required in the circuit configuration of the bridge circuit and magnetic modulator.
It is possible to measure the strength and polarity of current using a simplified magnetic semiconductor coupling circuit without requiring any major basic circuits such as a J-equipment or synchronous rectifier.

第6の特徴は、オペアンプの正負両極性直流安定化電源
と表示回路部のアースをコモンアースにしたことにより
回路構成を単純化1したことである。
The sixth feature is that the circuit configuration is simplified by using a common ground for the bipolar DC stabilized power supply of the operational amplifier and the display circuit section.

以下、図面において詳細に説明する。A detailed explanation will be given below with reference to the drawings.

第1図は本発明における電流検出素子の基本構成を示す
。la、lbはガラス管で、その外側には端子2a 、
2bの励磁巻線2と、端子3a、3bの打消巻線3が巻
か九ている。この打消巻線は必要に応じて付加す几ばよ
い。コンデンサ5は磁心より発生する雑音成分を吸収さ
せるもので、端子・2a、2bの巻線端子に接続さ1し
、端子2b 、 3bハ結線さ几てアースGに落とさ几
ている。励磁巻線2の巻線極性は図示の通り第1磁心4
aと第2磁心4bにおいて、逆極性とする。ガラス管1
a。
FIG. 1 shows the basic configuration of a current detection element in the present invention. la and lb are glass tubes, and on the outside there are terminals 2a,
The excitation winding 2 at terminal 2b and the cancellation winding 3 at terminals 3a and 3b have nine turns. This canceling winding may be added as necessary. The capacitor 5 absorbs noise components generated from the magnetic core, and is connected to the winding terminals 2a and 2b, and the terminals 2b and 3b are connected to ground G. The winding polarity of the excitation winding 2 is the same as that of the first magnetic core 4 as shown in the figure.
a and the second magnetic core 4b have opposite polarities. glass tube 1
a.

1bの中心空間部には、磁性材料としてアモルファス磁
性細線などの磁心4 a + 4 bが挿入さnている
。磁心材料としては、高透磁率、低保磁力であるアモル
ファス磁性材料が最適であるが、その他、フェライト、
パーマロイ線材、純鉄などこれを限定するものではない
。また形状も、リボン状などその他こ几を限定するもの
ではない。第1磁心4aには、被測定電流を流がすため
に端子50a。
A magnetic core 4 a + 4 b, such as an amorphous magnetic wire, is inserted into the central space of 1 b as a magnetic material. Amorphous magnetic materials with high magnetic permeability and low coercive force are most suitable as magnetic core materials, but other materials such as ferrite,
It is not limited to permalloy wire, pure iron, etc. Further, the shape is not limited to other shapes such as a ribbon shape. The first magnetic core 4a is provided with a terminal 50a for passing the current to be measured.

50bを有する入力回路50が磁心近傍あるいは密着し
て付加さnている。
An input circuit 50 having 50b is added near or in close contact with the magnetic core.

第2図は、理解を簡単にするために本発明の動作原理を
第1磁心と第2磁心の磁気特性を統合した統合磁心とし
てのB−i特性を用いて説明するための図である。第2
図(a)は、入力電流■が零か (1=0 )すなわち、磁心拍らみ几ば平行磁場内に、
2個の磁心が平行して配置さ几た時における統合磁心の
13−1特性を示したものである。磁性材料にはヒスプ
リシスが存在するため、励磁の1ザイクルでは、図示さ
九ているように■→■→■→■→■の経路をたどること
になる。ここで、I−0の状態の時に、正の直流電圧を
励磁巻線2に印加し、正の励磁界によって最大磁束密度
B mまで励磁させると、図示の通りその磁束密度変化
中はΔB+2 となる。そして、統合磁心としての磁束
密度がBrnに達すると同時に直流電圧を零にすれば、
磁心を励磁している磁界はなくなるので磁束密度レベル
は点■から点■のレベルに急速に戻る。今度は、負の直
流電圧を印加して、負の励磁界によって統合磁心を負の
最大磁束密度−Bm まで励磁させると、その磁束密度
変化中は△1334となり、1△B+21=lΔB54
1 が成立することになる。
FIG. 2 is a diagram for explaining the operating principle of the present invention using B-i characteristics as an integrated magnetic core that integrates the magnetic characteristics of the first magnetic core and the second magnetic core, for ease of understanding. Second
Figure (a) shows that if the input current ■ is zero (1=0), that is, if the magnetic heart is guided by a parallel magnetic field,
This figure shows the 13-1 characteristics of an integrated magnetic core when two magnetic cores are arranged in parallel. Since hysteresis exists in magnetic materials, one cycle of excitation follows a path of ■→■→■→■→■ as shown in the figure. Here, when a positive DC voltage is applied to the excitation winding 2 in the state of I-0 and the excitation winding 2 is excited to the maximum magnetic flux density B m by a positive excitation field, as shown in the figure, during the change in magnetic flux density, ΔB+2 Become. Then, if the DC voltage is made zero at the same time that the magnetic flux density as an integrated magnetic core reaches Brn,
Since the magnetic field exciting the magnetic core disappears, the magnetic flux density level quickly returns from point ■ to the level at point ■. Next, when a negative DC voltage is applied and the integrated magnetic core is excited by a negative excitation field to the negative maximum magnetic flux density -Bm, the magnetic flux density becomes △1334 during the change, and 1△B+21=lΔB54
1 will hold true.

ところが、第2図(b)に示すごとく、簡単にするため
に正の入力電流I’(>O)が、一方の第1磁心4aの
入力回路50に流れている状態から、前述の励磁サイク
ルをくりかえす場合を考えてみると、まず、正励磁界の
印加時における磁束密度変化d]はΔB′1□、負励磁
界の印加時では△I3′34となシ、△r3’12とΔ
B′34の間には、明らかにi△137.□1〈1△I
3′341が成立する。いいかえ几ば、励磁用の直流電
圧が零状態から、統合磁心を正あるいは負の最大磁束密
度レベルにまで励磁するに要する正励磁期間tJ−と負
励磁期間t′−の間に、t′+〈t′−の関係式が成立
することになる。
However, as shown in FIG. 2(b), for the sake of simplicity, the above-mentioned excitation cycle is Considering the case of repeating , first, the magnetic flux density change d] when applying a positive excitation field is ΔB'1□, and when applying a negative excitation field it becomes ΔI3'34, and Δr3'12 and Δ
Between B'34, there is clearly iΔ137. □1〈1△I
3'341 holds true. In other words, between the positive excitation period tJ- and the negative excitation period t'- required for the excitation DC voltage to excite the integrated magnetic core from zero to the positive or negative maximum magnetic flux density level, t'+ The relational expression <t'- holds true.

次に、第2図(c)に示すごとく、負の入力電流1″(
< 0 )が、第1磁心の入力回路50に流nている状
態から、前述の励磁サイクルをくり返えすと、正励磁時
にムB″12、負励磁時にΔB”34の磁束密度変化が
みら几、正励磁期間1・・穐励磁期間t“−の間に、t
“」−〉t“−が成立することになる。
Next, as shown in Fig. 2(c), the negative input current 1'' (
< 0) is flowing into the input circuit 50 of the first magnetic core, and when the above-mentioned excitation cycle is repeated, a magnetic flux density change of ΔB"12 during positive excitation and ΔB"34 during negative excitation is observed. During the positive excitation period 1... During the positive excitation period t''-, t
""->t"- holds true.

そこで、磁心に前述の励磁サイクル時に印加する励磁直
流電圧値が統合磁心の最大磁束密度レベルにおいても低
下あるいは変動しないように、第3図の電流検出回路に
示すごとく励磁巻線2と直列に可変抵抗6を接続し、こ
の可変抵抗によって共振回路のQの調整およびインピー
ダンス調整をする。そこで、統合磁心の磁束レベルが最
大磁束密度レベノヒ■あるいは■に達すると同時に自動
的に直流電圧Vc 、 −V(の極性が切り換えら几る
場合を考えると、端子7(または、端子8)Kおける電
圧波形eば、正負両極性を有する方形波電圧波形として
観測さノすることになる。第4図は、このような仮定の
もとに、I=’O,l’)O,I’<Oの各場合におけ
る端子7における電圧波形eを図示したものである。図
かられかるように、両極性方形波の正の半ザイクル持続
期間i +、t’十、t”十と、負の半ザイクル持続期
間1 、t/ 、(//−は、被測定入力電流1.、I
’、I”によって制御さ几ることかわかる。そ几故、e
を積分し、その電圧積廻直Eへ E’ o I E”o
 の符号と電圧値から入力電流1の極性と強さに対応さ
せて換算表示することにより、被測定電流測定を可能に
することができることがわかる。そこで、この原理を現
実の回路で実行させるときには、磁心に印加する直、流
磁界成分によって偏磁さ几た状態で磁心を交流励磁する
と、巻線に第2高調波成分が誘起するので、こ几を電圧
制御形スイッチング素子に入力してデユーティ比変・化
出力として使用するのである。
Therefore, in order to prevent the excitation DC voltage value applied to the magnetic core during the above-mentioned excitation cycle from decreasing or fluctuating even at the maximum magnetic flux density level of the integrated magnetic core, it is variable in series with the excitation winding 2 as shown in the current detection circuit in Figure 3. A resistor 6 is connected, and this variable resistor is used to adjust the Q and impedance of the resonant circuit. Therefore, considering the case where the polarity of the DC voltage Vc, -V is automatically switched as soon as the magnetic flux level of the integrated magnetic core reaches the maximum magnetic flux density level ■ or ■, terminal 7 (or terminal 8) If the voltage waveform e at The voltage waveform e at the terminal 7 in each case of <O is illustrated. As can be seen from the figure, the positive half-cycle durations i +, t', t'' and the negative half-cycle durations 1, t/, (//-) of the bipolar square wave are the inputs under test. Current 1., I
It can be seen that it is controlled by ', I''. Therefore, e
Integrate and convert its voltage product directly to E. E'o I E"o
It can be seen that by converting and displaying the sign and voltage value in correspondence with the polarity and strength of the input current 1, it is possible to measure the current to be measured. Therefore, when implementing this principle in an actual circuit, when a magnetic core is excited with alternating current in a state where it is polarized by direct and current magnetic field components applied to the magnetic core, a second harmonic component is induced in the winding. The voltage is input to a voltage controlled switching element and used as a duty ratio change/change output.

以下、本発明の詳細について磁心から説明する。Hereinafter, details of the present invention will be explained from a magnetic core.

第5図は第1磁心と第2磁心の配列関係を説明するため
の図である。本発明では、平行磁界に対して差動的に動
作する2個の磁心の巻線、形状、配置は、その目的を達
成するすべての場合を含むものである。尚、図では打消
巻線を省略した。
FIG. 5 is a diagram for explaining the arrangement relationship between the first magnetic core and the second magnetic core. In the present invention, the windings, shapes, and arrangements of the two magnetic cores operating differentially with respect to parallel magnetic fields include all cases that accomplish the purpose. Note that the cancellation winding is omitted in the figure.

第5図(a)は、直線状の1個の磁心あるいは2個の磁
心による構成例であって、1個の磁心の場合には、その
磁心の長さの半分の位置を境に2個の磁心に分割さ几る
と考える。いず几の構成でも、平行な外部磁界による影
響は、差動結線のためほとんど影響を受けなくなる。
Figure 5(a) shows an example of a configuration with one linear magnetic core or two linear magnetic cores. In the case of one magnetic core, two Consider it divided into two magnetic cores. Even in the simple configuration, the influence of parallel external magnetic fields becomes almost unaffected by the differential connection.

第1磁心4aは、周辺に存在する入力回路5゜を流れる
入力電流■によって偏磁さ几るので、共振回路の端子間
2a 、2bには第2高調波成分が出現する。このため
、高僧中度で動作するオペアンプの出力はデユーティ比
の変化する方形波となる。実際には、スルーレートの悪
いオペアンプでは、当然のことながら萱形波か三角波に
変形する。
Since the first magnetic core 4a is unbalanced by the input current flowing through the input circuit 5° located around it, a second harmonic component appears between the terminals 2a and 2b of the resonant circuit. For this reason, the output of an operational amplifier operating at high-level mode becomes a square wave with a varying duty ratio. In reality, an operational amplifier with a poor slew rate naturally transforms into a katana wave or a triangular wave.

分流導体500は、強い入力電流■を測定するために、
磁心に印加する入力電流値を抑制する目的さ磁心から入
力回路への交流誘導成分を抑制する目的のために挿入さ
nるもので、必要に応じて挿入すn、ばよい。尚、入力
回路50の中間部分、分流導体500の中間部分に抵抗
などを挿入して入力端子の分流比および交流誘導成分の
削減割合を変えることは可能で−ある。
The shunt conductor 500 is used to measure the strong input current ■.
It is inserted for the purpose of suppressing the input current value applied to the magnetic core and for the purpose of suppressing the AC induced component from the magnetic core to the input circuit, and may be inserted as necessary. Note that it is possible to change the shunt ratio of the input terminal and the reduction rate of the AC induced component by inserting a resistor or the like in the middle part of the input circuit 50 and the middle part of the shunt conductor 500.

第5図(b)は、ガラスエポキシ基板、セラミック基板
などのプリント基板Pの上に、入力回路50゜500の
ノミターンを形成し、その上に、磁心4aを接着固定し
て配置した図で、この構成は、量竜時のコスト低減に大
きなメリットを生じる点に特徴がある。
FIG. 5(b) is a diagram in which an input circuit 50° 500 mm turn is formed on a printed circuit board P such as a glass epoxy board or a ceramic board, and a magnetic core 4a is adhesively fixed thereon. This configuration is characterized by a great advantage in cost reduction during the time of battle.

第5図(c)およr): (A)I叶、外部磁界による
影響を除去し、入力回路50を流nる電流によって生じ
る入力電流磁界を2個の磁心4aと4bに有効に印加し
うるようにした構成例を示す。
Figures 5(c) and r): (A) Remove the influence of external magnetic fields and effectively apply the input current magnetic field generated by the current flowing through the input circuit 50 to the two magnetic cores 4a and 4b. An example of a configuration that makes it possible is shown below.

当然のことながら、磁心4a、4bあるいはオペアンプ
をも含めてノS−マロイなどからなる磁気・、ソールビ
ケース内に納めて外乱磁気ノイズによる°影響を除去す
ることも可能である。寸た、磁心形状に関しては、第5
図(C)の点線にて図示したものの変形タイプとして、
1本の磁心で半円の4;I。
Naturally, it is also possible to eliminate the influence of disturbance magnetic noise by housing the magnetic cores 4a, 4b or the operational amplifiers in a magnetic Sorbi case made of S-Malloy or the like. Regarding the size and shape of the magnetic core, please refer to Part 5.
As a modified type of the one shown by the dotted line in Figure (C),
4; I of a semicircle with one magnetic core.

4bを構成し、その端面をつきあわせて極小ギャップを
有する開磁路の環状磁心にすることも可能である。
It is also possible to construct an annular magnetic core with an open magnetic path having an extremely small gap by configuring 4b and bringing the end faces together.

第6図は、本発明の動作原理を自動的に遂行するための
全体回路図である。機能的には、電流感応部100、表
示回路部200、直流安定化電源部300から成立する
FIG. 6 is an overall circuit diagram for automatically implementing the operating principle of the present invention. Functionally, it consists of a current sensing section 100, a display circuit section 200, and a DC stabilized power supply section 300.

まず、電流感応部100のブリッジ回路を構成する素子
として、−辺には可変抵抗6、励磁巻線2とコンデンサ
5が存在し、他辺には可変抵抗11と可変抵抗10が存
在する。また、ブリッジ各辺の両端の一端はオペアンプ
OP、の出力端子7に、他端はアースGK接続さ九てい
る。打消巻線3は、第1磁心4aに印加する被測定電流
磁界を打消す方向に磁界を発生させるもので、これは表
示回路部200から出力さ几る打消し電流が端子3aに
入力されることにより実行さ九る。このフィードバック
系は、電流感応部の回路系を安定化させるためと、被測
定磁場勾配に対する出力電圧の関係を表わす入出力特性
の直線性改善をねらうことを目的としたもので実用的に
は非常に有用である。
First, as elements constituting the bridge circuit of the current sensing section 100, the variable resistor 6, the excitation winding 2, and the capacitor 5 are present on the negative side, and the variable resistor 11 and the variable resistor 10 are present on the other side. Further, one end of each side of the bridge is connected to the output terminal 7 of the operational amplifier OP, and the other end is connected to the ground GK. The cancellation winding 3 generates a magnetic field in a direction that cancels the magnetic field of the current to be measured applied to the first magnetic core 4a, and the cancellation current output from the display circuit section 200 is input to the terminal 3a. It is executed by nine. This feedback system is aimed at stabilizing the circuit system of the current sensing section and improving the linearity of the input/output characteristics, which represents the relationship between the output voltage and the magnetic field gradient being measured, and is extremely difficult to implement in practice. It is useful for

ただし、打消巻線3を省略しても本発明の目的は変わる
ものではない。また、端子0.端子Aの間にある素子を
端子A、端子7の間の素子と入几かえ、端子O,端子人
の間にはコンデンサを挿入し、オペアンプ01)1の非
反転端子Pを結点Bに接続し、反転端子Nを結点Aに接
続する変形回路構成なども本発明の範囲に属するもので
ある。
However, even if the cancellation winding 3 is omitted, the object of the present invention does not change. Also, terminal 0. Replace the element between terminals A and 7 with the element between terminals A and 7, insert a capacitor between terminals O and 1, and connect non-inverting terminal P of operational amplifier 01)1 to node B. Modified circuit configurations in which the inverting terminal N is connected to the node A also belong to the scope of the present invention.

オペアンプ01)1の各入力端子への入力は、非反転端
子PKは一次巻線2の端子2aが結点Aを介して入力さ
ル、反転端子Nには可変抵抗10.11の結点Bを介し
て入力さ几ている。オペアンプOP】の動作は、P、N
端子間における入力電圧差CA−CB を増巾する増d
コ器として動作しているのではなく、入力電圧差ez 
eB が正かあるいは負であるかを識別し、そ几ぞ几に
対応して正あるい′は負の飽和直流電圧を出力する電圧
制御形スイン“チング素子として機能させているのであ
る。コンデンサ5は、磁心で発生する雑音成分を吸収さ
せるとともに、急速な磁束変化による影響全抑制するこ
とによって自励動作を安定化させる機能を有しているの
で、巻線間容量だけでは不足するので挿入することが望
ましい。
The inputs to each input terminal of the operational amplifier 01)1 are as follows: Non-inverting terminal PK is input to terminal 2a of primary winding 2 via node A, and inverting terminal N is input to node B of variable resistor 10.11. It is input via 几. Operation of operational amplifier OP is P, N
An increase d that amplifies the input voltage difference CA-CB between the terminals.
It is not operating as a controller, but the input voltage difference ez
The capacitor functions as a voltage-controlled switching element that identifies whether eB is positive or negative and outputs a positive or negative saturated DC voltage accordingly. 5 has the function of stabilizing self-excitation operation by absorbing noise components generated in the magnetic core and completely suppressing the effects of rapid changes in magnetic flux, so it is inserted because the interwinding capacitance alone is insufficient. It is desirable to do so.

次に、自励動作について説明する。Next, the self-excitation operation will be explained.

ここで、理解を容易にするために、可変抵抗6.10.
11の抵抗値をR6、RIO1I’11 とし、−次巻
線2のインピーダンスをZ2とし、統合磁心の最大磁束
密度十Bmに達する直前のインピーダンスをZ2m−と
し、±Bm に達した時のインピーダンスをZ2 mと
して、こ几らの間にはaa>Z2及びR11〉RIO、
かつR6= it、1およびZ2 m > RIO> 
Z2 mが成立しているひとつの場合に限定して考える
ことにする。仮りに、今の瞬間において、オペアンプO
P1の出力端子7の出力電圧が正の飽和直流電圧+■5
に切換わったとす几ば、統合磁已・における磁束密度レ
ベルは被測定入力電流で規定さnる磁束密度レベルにま
で急速に戻ることになる(■の状態)。そして反転端子
Nには抵抗11と10によって分圧さfLり正の電圧e
B (>O)が入力さ几ることKなり、非反転端子PK
は抵抗6とコンデンサ5を含む励磁巻線2のインピーダ
ンスとの分圧によって定まる正の電圧eA (〉0)が
入力さ几る。ここで、励磁巻線のインピーダンスZ2は
統合磁心が磁束不飽和状態に入っているため、非常に大
きく、抵抗10との間にはZ2 :) a、、が成立す
るので、オペアンプ入力電圧差の符号は正(eA−cn
、’) 0 )となり、オペアンプOP1の出力電圧は
そのまま正の飽和直流電圧+V≦ を維持する。ところ
が、統合磁心における磁束密度レベルが次第だ上昇し、
徐々に正の最大磁束密度Bmに近づくにつ11、透磁率
の減少にともない、励磁巻線2のインピーダンスz2 
は低下し、磁心が正の最大磁束密度Bm に達する直前
でZ2 = Z2 m−となシ、この時点ではZ2 m
 >几1゜が成立しているが次の瞬間には統合磁心は最
大磁束密度Bmに達するので(■の状態)、今度はZ2
−Z2 rn < Rho となる。そ・の結果eA<
 e13の関係が成立しオペアンプ0P10入力端子間
入力電圧差の符号は正(cAeB ) 0 )の状態か
ら負(eA −eB<O)の状態へ変化するため、オペ
アンプOP、の出力端子7には負の飽和直流電圧−V5
 が発生する。そしてこの電圧は、ブリッジの端子7と
アースGの間に印加さ几ると同時に、統合磁心の磁束密
度レベルは再び被測定入力電流で規定さ几るレベルにま
で急速に戻る(■の状態)。この負の励磁サイクルに突
入するとZ2> IL+o : eA<o : cB(
0; cA、−eB(Oの関係が成立し、統合磁心に卦
ける磁束変化は、逆方向に向からで進む。そして時間の
経過とともに、統合磁心の磁束密度レベルが、負の最大
磁束密度−B m に達すると(■の状態) ’Z2 
= Z2 rn<RroseA〉eB が成立し、オペ
アンプOP、の入力電圧差の符号は正(eAeB ) 
0 )となって、OP、の出力端子7には正の飽和直流
電圧+Vs が出現することになるのである。
Here, for ease of understanding, variable resistor 6.10.
The resistance value of 11 is R6, RIO1I'11, the impedance of the negative winding 2 is Z2, the impedance just before the maximum magnetic flux density of the integrated core reaches 10 Bm is Z2m-, and the impedance when it reaches ±Bm is As Z2 m, aa>Z2 and R11>RIO,
and R6= it, 1 and Z2 m >RIO>
Let us consider only one case where Z2 m holds true. Suppose, at this moment, the operational amplifier O
The output voltage of output terminal 7 of P1 is positive saturated DC voltage +■5
Once switched to , the magnetic flux density level at the integrated magnetic flux rapidly returns to the magnetic flux density level n defined by the input current to be measured (state ■). And the inverting terminal N is divided by resistors 11 and 10 to a positive voltage e
When B (>O) is input, it becomes K, and the non-inverting terminal PK
A positive voltage eA (>0) determined by the voltage division between the resistor 6 and the impedance of the excitation winding 2 including the capacitor 5 is input. Here, the impedance Z2 of the excitation winding is very large because the integrated magnetic core is in a magnetic flux unsaturated state, and Z2:) a is established between it and the resistor 10, so the operational amplifier input voltage difference The sign is positive (eA-cn
,')0), and the output voltage of the operational amplifier OP1 maintains the positive saturated DC voltage +V≦. However, as the magnetic flux density level in the integrated magnetic core gradually increases,
As the maximum positive magnetic flux density Bm gradually approaches 11, the impedance z2 of the excitation winding 2 decreases as the magnetic permeability decreases.
decreases, and just before the magnetic core reaches the maximum positive magnetic flux density Bm, Z2 = Z2 m-, and at this point Z2 m
>几1° has been established, but in the next moment the integrated magnetic core reaches the maximum magnetic flux density Bm (state of ■), and now Z2
-Z2 rn < Rho. The result eA<
Since the relationship e13 is established and the sign of the input voltage difference between the input terminals of the operational amplifier 0P10 changes from a positive (cAeB) 0 ) state to a negative (eA −eB<O) state, the output terminal 7 of the operational amplifier OP Negative saturated DC voltage -V5
occurs. This voltage is applied between terminal 7 of the bridge and ground G, and at the same time, the magnetic flux density level of the integrated magnetic core quickly returns to the level specified by the input current to be measured (state ■). . When entering this negative excitation cycle, Z2>IL+o: eA<o: cB(
0; The relationship cA, -eB(O holds true, and the magnetic flux change in the integrated magnetic core proceeds in the opposite direction.As time passes, the magnetic flux density level of the integrated magnetic core increases to the negative maximum magnetic flux density. -B When reaching m (state of ■) 'Z2
= Z2rn<RroseA>eB is established, and the sign of the input voltage difference of the operational amplifier OP is positive (eAeB)
0 ), and a positive saturated DC voltage +Vs appears at the output terminal 7 of OP.

以」二の回路動作説明より、統合磁心が最大磁束密度十
Bm 捷たは一13mに達するごとにオペアンプOP1
の飽和直流電圧士VSが交互に自動的に切り換えられる
ことが明らかとなった。
From the explanation of the circuit operation in ``2'' below, operational amplifier OP1 is activated every time the integrated magnetic core reaches a maximum magnetic flux density of 10Bm or 13m.
It has become clear that the saturated DC voltmeter VS is automatically switched alternately.

また、磁心4aK入力電流I 、 I’、()O)、I
″(く0)が印加さルた状態で前述の動作をさせると、
オペアンプOPlの出力端子では第4図に示さ几ている
ような方形波電圧波形が観測さ几ることも容易に理解で
きるわけである。ただし、正確を期するならば、第4図
の士Vc を±Vs に置き換えて読み取几ば十分であ
る。
In addition, the magnetic core 4aK input current I, I', ()O), I
If the above operation is performed with ``(ku0) applied,
It is easy to understand that a square wave voltage waveform as shown in FIG. 4 is observed at the output terminal of the operational amplifier OPl. However, for accuracy, it is sufficient to read the value by replacing Vc in FIG. 4 with ±Vs.

200fl−i表示回路部で、電流感応部100の出力
電圧を積分増巾するオペアンプOP2と、こ几に接続さ
九た積分用のコンデンサ12と、抵抗13.14.16
.18およびチョークコイル17、指示針19から構成
さルている。
In the 200fl-i display circuit section, there is an operational amplifier OP2 that integrates and amplifies the output voltage of the current sensing section 100, a capacitor 12 for integration connected to this, and resistors 13, 14, and 16.
.. 18, a choke coil 17, and an indicator needle 19.

オペアンプOP 2の出力端子15では、入力電流の方
向とその強さにそルぞ几対応する正あるいは負の直流電
圧値が観測さj−る。
At the output terminal 15 of the operational amplifier OP2, a positive or negative DC voltage value is observed, which corresponds to the direction and strength of the input current.

チョークコイル17は、磁心4に印加している被測定入
力電流磁界を打消す方向に電流を流す時に、電流感応部
100がらの交流成分が表示回路蔀元影響を与えないよ
うにする目的と、打消巻線に誘導する誘起電圧によって
流几る誘導電流を阻止して、自励動作を安定化さぜるた
めに挿入さnている。このチョークコイル17を抵抗に
よって代行させることも可能である。300は直流安定
化電源部であシ、オペアンプop、 、 0I)2を駆
動するためのものである。電流感応部100と表示回路
部との伝送は直流分だけで目的が達成さ几る本発明では
、電流感応部100と直流安定化電源部300との伝送
も直流分であることがら、ノξワーの送受、信号の送受
1l−1:児全なり C−D C方式になっている。そ
几故、たとえば測定室には直流安定化電源部300と表
示回路部200を設置し、数LO’Ontはなnたとこ
ろの取り付けら几た電流感応部100が感応する電流変
化を測定室においてモニターすることが可能になるので
ある。
The purpose of the choke coil 17 is to prevent the alternating current component from the current sensing section 100 from affecting the display circuit when a current flows in a direction that cancels the magnetic field of the input current to be measured that is applied to the magnetic core 4. It is inserted to stabilize the self-excited operation by blocking the induced current flowing due to the induced voltage induced in the canceling winding. It is also possible to substitute this choke coil 17 with a resistor. Reference numeral 300 is a DC stabilized power supply unit for driving the operational amplifiers op, , 0I)2. In the present invention, the purpose of the transmission between the current sensing section 100 and the display circuit section is achieved with only a DC component.Since the transmission between the current sensing section 100 and the DC stabilized power supply section 300 is also a DC component, The power transmission and reception, signal transmission and reception 1l-1: All data are in the C-DC system. Therefore, for example, a DC stabilized power supply section 300 and a display circuit section 200 are installed in the measurement room, and the current change sensitive to the current sensing section 100, which is not installed in several LO'Ons, can be detected in the measurement room. This makes it possible to monitor the

第7図は電流感応部100の変形回路であって、第6図
に示した抵抗110代りに打消巻線3を挿入し、打消電
流回路を省略した場合の実施例を示している。
FIG. 7 shows a modified circuit of the current sensing section 100, in which a cancellation winding 3 is inserted in place of the resistor 110 shown in FIG. 6, and the cancellation current circuit is omitted.

最後に、本発明の応用についてのべると、第6−図にお
いてオペアンプOP2の後に電圧Eo を入力信号とす
るコンパレータを接続し、あらかじめ設定さ几た基準電
圧値に対して入力信号レベルをチェックシ、こf’Li
ハイレベルあるいはローレベルの信号電圧に変換して出
力することもてきる。ここで使用・トるコンパレータは
、公知のコンパレータ(ウィンドコンパレータを含む)
で十分でそノ1゜それの用途に応じその特性を生かして
使用するだけで十分である。コンパレータの出力に応じ
て、たとえば警報音を発生させるリレーを動作させたり
、LEDi表示させることもできる。
Finally, referring to the application of the present invention, in Fig. 6, a comparator having the voltage Eo as an input signal is connected after the operational amplifier OP2, and the input signal level is checked against a preset reference voltage value. ko f'Li
It can also be converted to a high level or low level signal voltage and output. The comparators used and used here are known comparators (including window comparators)
It is enough to use it according to its purpose and take advantage of its characteristics. Depending on the output of the comparator, for example, a relay that generates an alarm can be operated, or an LED display can be displayed.

第8図はその応用例である。まず第8図(a)は電磁リ
レーにおけるメイク状態(ON)で、確実ニ電流が流れ
ていることを検出するために使用する例を示す。電流セ
ンサ全体1000 を電磁リレーの各接点に用いること
により、動作の異常を検知する自己診断型電磁リレーの
構格が可能になる。
Figure 8 shows an example of its application. First, FIG. 8(a) shows an example in which an electromagnetic relay is in a make state (ON) and is used to detect that a current is definitely flowing. By using the entire current sensor 1000 at each contact point of an electromagnetic relay, it becomes possible to construct a self-diagnostic electromagnetic relay that detects abnormalities in operation.

この場合、単電源(たとえば24V)での使用も可能で
、第6図、第7図などにおけるアースOを、・単電源の
2分の1の電圧レベルに引き上げるように、抵抗による
分圧回路を用いて中間電位点を作几ば簡単に実現できる
ことは自明である。第8図(1))はランプなどの断線
状況を知るための応用例である。自動車における各種ラ
ンプLの点灯状況は、運転席から直接チェックできない
ところもある。
In this case, it can also be used with a single power supply (for example, 24V), and a voltage divider circuit using a resistor can be used to raise the ground O in Figures 6 and 7 to a voltage level that is half that of a single power supply. It is obvious that this can be easily achieved by creating an intermediate potential point using . FIG. 8 (1)) is an example of application for determining the disconnection status of a lamp or the like. In some automobiles, the lighting status of various lamps L cannot be checked directly from the driver's seat.

そこで、運転席に舒報うンゾ付の電流センサ1000を
配置しておけばランプの点灯状態を確認することができ
る。
Therefore, if a current sensor 1000 with a sensor is placed in the driver's seat, it is possible to check the lighting state of the lamp.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明における電流検出素子の基本構成を示す
説明図、 第2図は本発明の動作原理を統合磁心のB−i%性を用
いて説明する説明図、 第3図は本発明の電流検出回路図、 第4図は第3図に於てI=0.1′〉0、l”(0の各
場合の端子における電圧波形eの図、第5図は磁心の具
体的配列図、 第6図は磁心全励磁する直流電圧を自動的に切り換える
ようにした電流感応部、直流安定化電源部、電流感応部
の出力を積分増巾する表示回路部から成る全体回路の1
例を示す図、 第一7図は第6図の電流感応部の変形回路の1例を示す
図、 第8図は応用例を示す図である。 図中、la、、1bijガラス管、2は励磁巻線、3は
打消巻線、2 a 、 21) 、 3 a 、 3 
bは端子、4a、4bは磁心、5はコンデンサ、17は
チョークコイル、19は指示計、100は電流感応部、
200は表示回路部、300は直流安定化電源部、10
00は電流センサ、A、、 I3は結点* OPI 、
Oll、、はオペアンプ、Pは非反転端子、Nは反転端
子、Gはアースである。 代理人 弁理士 秋 沢 政 光 他2名 第51 ゞ−−−−― (6) 500 (C) (d) 汁6図 +Vc 片7図
Fig. 1 is an explanatory diagram showing the basic configuration of the current detection element according to the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram illustrating the operating principle of the present invention using the B-i% property of the integrated magnetic core, and Fig. 3 is an explanatory diagram showing the basic configuration of the current detection element according to the present invention. Figure 4 is a diagram of the voltage waveform e at the terminal in each case of I=0.1'>0, l'' (0 in Figure 3), Figure 5 is a diagram of the specific arrangement of the magnetic core Figure 6 shows one part of the overall circuit consisting of a current sensing section that automatically switches the DC voltage that fully excites the magnetic core, a DC stabilized power supply section, and a display circuit that integrally amplifies the output of the current sensing section.
FIG. 17 is a diagram showing an example of a modified circuit of the current sensing section of FIG. 6, and FIG. 8 is a diagram showing an applied example. In the figure, la, 1bij glass tube, 2 is excitation winding, 3 is cancellation winding, 2a, 21), 3a, 3
b is a terminal, 4a and 4b are magnetic cores, 5 is a capacitor, 17 is a choke coil, 19 is an indicator, 100 is a current sensing part,
200 is a display circuit section, 300 is a DC stabilized power supply section, 10
00 is the current sensor, A,, I3 is the node *OPI,
Oll, , is an operational amplifier, P is a non-inverting terminal, N is an inverting terminal, and G is a ground. Agent Patent attorney Masamitsu Akizawa and 2 others No. 51 ゞ------ (6) 500 (C) (d) Soup 6 figure + Vc piece 7 figure

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)平行な外周磁界に対して差動入力の機能をはたす
2個の磁心と、 聞 被測定電流によって発生する磁界を深磁路形の磁性材料
の磁路方向に沿って集磁させ−るように被測定電流を入
力巻線に流ルるようにした入力回路と、 第1素子を該両磁石に巻装さ几た差動結線形の励磁巻線
とし、第2素子、第3素子、第4素−子を抵抗およびコ
ンデンサによって構成したブリッジ回路と、 前記ブリッジ回路の中間点におけるブリッジ不平衡電圧
の符号に対応する正あるいは負の飽和直流電圧を該ブリ
ッジ回路の端子間に印加する電圧制御形スイッチング素
子としてのオペアンプと によって構成したことを特徴とする差動自励ブリッジ形
電流センサ。
(1) Two magnetic cores function as a differential input for parallel outer magnetic fields, and the magnetic field generated by the current to be measured is concentrated along the magnetic path direction of the magnetic material in the form of a deep magnetic path. an input circuit that allows the current to be measured to flow through the input winding so that the current to be measured flows through the input winding; a first element is a differentially connected excitation winding wound around both of the magnets; a bridge circuit in which the element and the fourth element are constituted by a resistor and a capacitor, and a positive or negative saturated DC voltage corresponding to the sign of the bridge unbalanced voltage at the midpoint of the bridge circuit is applied between the terminals of the bridge circuit. A differential self-excited bridge type current sensor comprising an operational amplifier as a voltage controlled switching element.
(2)励磁巻線間にコンデンサを並列接続して、自励発
振動作を安定化させた特許請求の範囲第1項記載の差動
自励ブリッジ形電流センサ。
(2) The differential self-excited bridge type current sensor according to claim 1, wherein a capacitor is connected in parallel between the excitation windings to stabilize the self-excited oscillation operation.
(3)被測定電流の全体が入力回路を流九るようにした
特許請求の範囲第1項または第2項記載の差動自励ブリ
ッジ形電流センサ。
(3) A differential self-excited bridge type current sensor according to claim 1 or 2, wherein the entire current to be measured flows through the input circuit.
(4)被測定電流の一部が入力回路を流nるように分流
導体を付加した特許請求の範囲第1項 ′または第2項
記載の差動自、励ブリッジ形電流センサ。
(4) The differential automatic excitation bridge type current sensor according to claim 1' or 2, wherein a shunt conductor is added so that a part of the current to be measured flows through the input circuit.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998036283A1 (en) * 1997-02-14 1998-08-20 Vacuumschmelze Gmbh Current sensor with self-oscillating generator circuit
CN106443120A (en) * 2016-10-10 2017-02-22 华北电力大学(保定) Differential direct current transformer control method and direct current transformer
JP2018025569A (en) * 2017-11-17 2018-02-15 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Sensor device

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