一種電流測量裝置的製作方法
2023-10-27 10:45:07 1
專利名稱：一種電流測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種利用隧道結磁阻效應(TMR)作為傳感器的高靈敏度特性和霍爾傳感器的高量程而製作的寬量程的電流測量裝置。
背景技術：
電流測量裝置一般是通過被測電流產生的磁場大小來實現對電流的測量的，目前常用的電流測量裝置有霍爾傳感器、各向異性磁阻(AMR)傳感器、巨磁阻(GMR)傳感器、羅氏線圈、磁光玻璃傳感器或全光纖傳感器。其中，霍爾傳感器由於靈敏度低，往往採用鐵磁材料通過聚磁效應來提高靈敏度及精度；採用磁光玻璃和全光纖作為傳感器單元的電流傳感器，雖然具有寬量程的優點，但是其測量精度、溫度特性差，且功耗偏大；而單個的TMR傳感器的線性測量範圍比霍爾傳感器的要低，不能夠支持超大的電流的測量。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種寬量程的電流測量裝置，其利用TMR傳感器和霍爾傳感器或者TMR傳感器測量通電導線中的電流。為解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案一種電流測量裝置，用於對通電導線中的電流進行測量，其包括若干個測量單元， 每個所述的測量單元包括沿著平行於所述的通電導線周圍的磁場的切線方向設置的用於測量低量程範圍內電流值的第一傳感器、與所述的通電導線周圍的磁場的切線方向呈一角度設置的用於測量高量程範圍內電流值的第二傳感器，所述的第一傳感器與所述的第二傳感器位於同一個與所述的通電導線所在直線相垂直的平面內，所述的第一傳感器與所述的第二傳感器分別連接至與二者相適配的傳感器專用ASIC晶片。優選地，所述的第一傳感器為TMR傳感器，所述的第二傳感器為霍爾傳感器，所述的TMR傳感器與所述的霍爾傳感器相平行設置。優選地，所述的第一傳感器為TMR傳感器，所述的第二傳感器為霍爾傳感器，所述的TMR傳感器與所述的霍爾傳感器相垂直設置。優選地，所述的第一傳感器與所述的第二傳感器均為TMR傳感器，且二者之間的夾角為 Θ，其中，0° < θ <90° 或者 90° < θ <180°。進一步優選地，這些所述的測量單元等間距地周向設置在所述的通電導線的周圍。本實用新型的有益效果在於本實用新型利用TMR傳感器的靈敏度高及霍爾傳感器的線性測量範圍寬的優點，或者利用傾斜設置的TMR傳感器來測量通電導線周圍的磁場的分量，使其既具有高的靈敏度，又具有寬的線性測量範圍，同時具備溫度特性好，響應頻率高，功耗低，體積小的優點。
[0011]附圖1為本實用新型的實施例一的電流測量裝置的結構示意圖；附圖2為附圖1中的霍爾傳感器晶片的電磁原理示意圖；附圖3為本實用新型的實施例二的電流測量裝置的結構示意圖；附圖4為附圖3中的霍爾傳感器晶片的電磁原理示意圖；附圖5為本實用新型的實施例三的電流測量裝置的結構示意圖；附圖6為附圖5中的兩個TMR傳感器與通電導線周圍的磁場的位置示意圖；附圖7為本實用新型的實施例四的電流測量裝置的結構示意圖。附圖中1、通電導線周圍的磁場；2、測量單元；3、第一傳感器；4、第二傳感器；5、 傳感器專用ASIC晶片。
具體實施方式
以下結合附圖所示的實施例對本實用新型作以下詳細描述本實用新型的電流測量裝置，用於對通電導線中的電流進行測量，其包括若干個測量單元2，每個測量單元2包括沿著平行於通電導線周圍的磁場1的切線方向設置的用於測量低量程範圍內電流值的第一傳感器3、與通電導線周圍的磁場1的切線方向呈一角度設置的用於測量高量程範圍內電流值的第二傳感器4，第一傳感器3與第二傳感器4位於同一個與通電導線所在直線相垂直的平面內，第一傳感器3與第二傳感器4分別連接至與二者相適配的傳感器專用ASIC晶片5。實施例一如附圖1所示，該電流測量裝置包括一個測量單元2，該測量單元2 包括與通電導線周圍產生的磁場的切線方向相平行設置的第一傳感器3及於該第一傳感器3相平行設置的第二傳感器4，第一傳感器3選用TMR傳感器，第二傳感器4選用霍爾傳感器，二者分別連接至與二者均相匹配的傳感器專用ASIC晶片5，並且，第一傳感器3、第二傳感器4及傳感器專用ASIC晶片5封裝在一起，該霍爾傳感器工作是的電磁原理如附圖2 所示，其中Iin+與Iin-為電流輸入端、從膜片的相對的兩端輸入，Vout+與Vout-為輸出電壓端、並分別從垂直於膜片表面的方向引出，使得通電導線周圍的磁場1的方向與輸入電路和輸出電壓的方向均垂直，根據霍爾傳感器的工作特性，當膜片兩端有恆定的電流通過時，膜片上的輸出電壓就會隨著通電導線的周圍的磁場的大小和方向的變化而變化，從而達到測量通電導線中的電流的目的。由於TMR傳感器的高靈敏度和霍爾傳感器的高量程的特性，通過傳感器專用ASIC晶片5的控制作用，實現TMR傳感器測量低量程範圍內的電流、而霍爾傳感器測量高量程範圍內的電流，二者通過傳感器專用ASIC晶片5來控制而實現分時復用。實施例二 如附圖3所示，該電流測量裝置包括一個測量單元2，該測量單元2包括一個與通電導線周圍的磁場1的切線方向相平行的第一傳感器3和與該第一傳感器3相垂直設置的第二傳感器4，該第一傳感器3為TMR傳感器，該第二傳感器4為霍爾傳感器，二者分別連接至與二者均相匹配的傳感器專用ASIC晶片5，並且，第一傳感器3、第二傳感器4 及傳感器專用ASIC晶片5封裝在一起，該霍爾傳感器工作時的電磁原理如附圖4所示，其中Iin+與Iin-為電流輸入端、從膜片的相對的兩端輸入，Vout+與Vout-為輸出電壓端、並分別從膜片的另一對相對的兩端引出，使得通電導線周圍的磁場1的方向與輸入電路和輸出電壓的方向均垂直，即通電導線周圍的磁場1垂直於膜片表面，根據霍爾傳感器的工作特性，當膜片兩端有恆定的電流通過時，膜片上的輸出電壓就會隨著通電導線的周圍的磁場的大小和方向的變化而變化，從而達到測量通電導線中的電流的目的。由於TMR傳感器的高靈敏度和霍爾傳感器的高量程的特性，通過傳感器專用ASIC晶片5的控制作用，實現 TMR傳感器測量低量程範圍內的電流、而霍爾傳感器測量高量程範圍內的電流，二者通過傳感器專用ASIC晶片5來控制而實現分時復用。實施例三如附圖5所示，該電流測量裝置包括一個測量單元2，該測量單元2包括一個與通電導線周圍的磁場1的切線方向相平行的第一傳感器3和與該第一傳感器3呈 θ角設置的第二傳感器4，其中，0° < θ <90°或者90° < θ <180°，該第一傳感器3 與第二傳感器4均為TMR傳感器，二者分別連接至與二者均相匹配的傳感器專用ASIC晶片 5，並且，第一傳感器3、第二傳感器4及傳感器專用ASIC晶片5封裝在一起，第一傳感器3 與第二傳感器4的擺放位置與通電導線周圍的磁場1之間的關係如附圖6所示，定義通電導線周圍的磁場1在垂直於第二傳感器4的方向上產生的分量為H』，則第二傳感器4測量到的H』=HXcoS ( π-θ )，這樣H』小於H，這樣利用量程較低的TMR傳感器來測量通電導線周圍的磁場1的一個分量，再通過相關的公式計算而得到該通電導線周圍的磁場1的大小， 從而實現測量對通電導線中的電流的測量，在本實施例中，不需要較高量程的霍爾傳感器， 並且TMR傳感器的靈敏度好於霍爾傳感器，通過傳感器專用ASIC晶片5的控制，分時復用， 使第一傳感器3來測量低量程範圍內的電流、第二傳感器4來測量高量程範圍內的電流。實施例四如附圖7所示，該電流測量裝置包括若干個測量單元2 (附圖7中示出包括8個測量單元2的情況)，其中的每個測量單元2可以是實施例一、實施例二或者實施例三中的所述的測量單元2，但為了輸出數據好處理，最好是這些測量單元2的結構一樣， 以提高電磁抗幹擾特性，適合在精度要求較高的場合應用。本實用新型中利用TMR傳感器的高靈敏度和霍爾傳感器的寬量程的特性，或者利用傾斜設置的TMR傳感器來測量通電導線周圍的磁場的分量，從而實現高量程範圍內的電流的測量，這樣，該電流測量裝置既具有高的靈敏度，又具有寬的線性測量範圍，同時具備溫度特性好，響應頻率高，功耗低，體積小的優點。上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容並據以實施，並不能以此限制本實用新型的保護範圍。 凡根據本實用新型精神所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種電流測量裝置，用於對通電導線中的電流進行測量，其包括若干個測量單元，其特徵在於每個所述的測量單元包括沿著平行於所述的通電導線周圍的磁場的切線方向設置的用於測量低量程範圍內電流值的第一傳感器、與所述的通電導線周圍的磁場的切線方向呈一角度設置的用於測量高量程範圍內電流值的第二傳感器，所述的第一傳感器與所述的第二傳感器位於同一個與所述的通電導線所在直線相垂直的平面內，所述的第一傳感器與所述的第二傳感器分別連接至與二者相適配的傳感器專用ASIC晶片。
2.根據權利要求1所述的一種電流測量裝置，其特徵在於所述的第一傳感器為TMR 傳感器，所述的第二傳感器為霍爾傳感器，所述的TMR傳感器與所述的霍爾傳感器相平行設置。
3.根據權利要求1所述的一種電流測量裝置，其特徵在於所述的第一傳感器為TMR 傳感器，所述的第二傳感器為霍爾傳感器，所述的TMR傳感器與所述的霍爾傳感器相垂直設置。
4.根據權利要求1所述的一種電流測量裝置，其特徵在於所述的第一傳感器與所述的第二傳感器均為TMR傳感器，且二者之間的夾角為Θ，其中，0° < θ <90°或者90° < θ < 180°。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的一種電流測量裝置，其特徵在於這些所述的測量單元等間距地周向設置在所述的通電導線的周圍。
專利摘要本實用新型公開了一種電流測量裝置，用於對通電導線中的電流進行測量，其包括若干個測量單元，每個測量單元包括沿著平行於通電導線周圍的磁場的切線方向設置的用於測量低量程範圍內電流值的第一傳感器、與通電導線周圍的磁場的切線方向呈一角度設置的用於測量高量程範圍內電流值的第二傳感器，第一傳感器與第二傳感器位於同一個與通電導線所在直線相垂直的平面內、且二者分別連接至傳感器專用ASIC晶片。本實用新型利用TMR傳感器的靈敏度高及霍爾傳感器的線性測量範圍寬的優點，或者利用傾斜設置的TMR傳感器來測量通電導線周圍的磁場的分量，既具有高靈敏度，又具有寬線性測量範圍，同時具備溫度特性好，響應頻率高，功耗低，體積小的優點。
文檔編號G01R19/00GK202033405SQ20112012062
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月22日 優先權日2011年4月22日
發明者王建國, 薛松生, 詹姆斯·G·迪克, 雷嘯鋒, 黎偉 申請人:江蘇多維科技有限公司