[发明专利]用于非接触式电流测量的电流传感器

说明书

本发明描述了一种用于非接触式电流测量的方法。根据一个实施例，所述方法包括通过控制与磁芯磁性耦合的至少一个次级导体，将所述磁芯向正向和负向上交替地磁化至最大值；生成振荡信号，所述振荡信号在第一状态与第二状态之间往复改变，由此显示出交替磁化过程；以及基于所述振荡信号在所述第一状态和所述第二状态中停留的时间来确定流过与所述磁芯磁性耦合的至少一个初级导体的有效初级电流的第一测量值。

技术领域

本发明涉及传感器设备以及用于非接触式电流测量的方法，尤其涉及根据磁通门原理的设备和方法。

背景技术

已知所谓的开环式(direktabbildende)电流传感器来进行无接触且由此无电势的电流测量。开环式电流传感器测量由于待测量的电流造成的磁通量，所述磁通量取决于待测量电流的强度。所测量的磁通量值还是对待测量电流的强度的度量。导通待测量电流的导体在此大多被引导磁场的磁芯(例如环芯)包围。例如可以将霍尔传感器用作用于磁通量的传感元件。如此构造的电流传感器是成本低廉的，但是具有相对较低的准确度。

另一组电流传感器形成所谓的补偿电流传感器，其中借助于布置在磁芯上的产生反向磁场的补偿绕组来补偿由磁芯中待测量的电流造成的磁场。借助于闭合的控制回路用补偿电流来控制补偿绕组，使得磁芯中的整个磁场接近零。可以借助于磁场传感元件来检测磁场的零点。

一组特殊的补偿电流传感器形成所谓的磁通门电流传感器。这些电流传感器同样具有大多为环形的磁芯，所述磁芯带有导通待测量电流的(至少一个)初级绕组以及为振荡电路一部分的(至少一个)次级绕组。在振荡电路工作时，磁芯被周期性地再磁化。为此，当在磁芯中出现磁饱和时，流过次级绕组的电流总是可以被转换极性。通过次级绕组的电流以及到达磁饱和之前的时间取决于初级绕组中待测量的电流。通过适合的后续的信号处理可以消除磁芯滞回的影响并且由此实现非常准确的电流测量。

出于这个原因，磁通门电流传感器还适合于差值电流测量。差值电流测量形成总和电流测量的特殊情况。在总和电流测量时，两个或更多个初级导体与环芯磁性耦合，使得流入初级导体中的电流的磁场与磁芯中的磁场相长叠加，因此电流传感器测量流入初级导体中的电流的总和。如果现在如此缠绕两个初级绕组，使得由流入其中的(初级)电流造成的磁场在磁芯中相消叠加，于是电流传感器测量这两个初级电流的差值。适合用于差值电流测量的电流传感器通常用在故障电流断路器中。

根据磁通门原理工作的差值电流传感器的例子在公开文件US 2016/0033555 A1(等人)中有所描述。本发明人以尤其在待测量电流或电流差值非常小的应用方面改进根据磁通门原理的现有电流传感器为目的。

发明内容

上述目的通过根据权利要求所述的电路并且通过根据权利要求所述的方法来实现。不同的实施例和改进方案是所附权利要求书的主题。

根据一个实施例，电流传感电路包括带有磁芯的振荡电路，与所述磁芯磁性耦合的至少一个初级导体和与所述磁芯磁性耦合的至少一个次级导体。所述振荡电路设置为用于通过控制所述至少一个次级导体使所述磁芯周期性地在相反的方向上被磁化直至最大值。所述振荡电路还设置为用于产生振荡信号，当到达所述最大值时所述振荡信号从第一状态改变为第二状态或者从第二状态改变为第一状态。所述振荡信号在所述第一状态和所述第二状态中停留的时间取决于流过所述至少一个初级导体的有效初级电流。所述电流传感器还包括时间测量电路，所述时间测量电路设置为用于周期性地测定第一时长和第二时长，所述振荡信号在振荡周期中在所述第一状态中停留所述第一时长并且所述第二状态中停留所述第二时长。分析单元设置为用于测定所述第一时长与所述第二时长之间的差值并且基于所述差值来确定有效初级电流的测量值。在一个特殊的实施例中，所述有效初级电流可以是差值电流。