[发明专利]用于电流测量的磁阻传感器布置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对导体中的电流进行测量的、包括至少一个磁阻传感器的传感器单元，还涉及这样的传感器单元的用法，以及涉及使用这样的传感器单元测量电流的方法。

背景技术

对高电流峰值之上或之后的小电流信号进行测量是有挑战性的实验任务。通常使用以下三种不同类型的测量技术来解决该问题：

1)第一测量原理是基于将附加电阻(所谓的分流电阻器)集成到电路中，以使得待测量的电流(主电流)流经该附加电阻。然后，从该附加电阻两端的压降直接获得电流。

然而，存在与该测量技术相关联的难点。一方面，必须选择不影响电路的电阻，因此该电阻必须比所有的其他电阻小得多。此外，在峰值电流期间不允许该电阻变热，这是因为这通常会改变其特性。在该情况下，对于峰值之后的小电流，压降变得非常小，并且测量的精确度降低。紧接着大电流的小变化也因为相同的原因而不能分辨，这是因为它们只引起压降的小变化。

2)第二测量技术依赖于对由电流的变化而产生的磁场的变化所进行的检测。为此可以应用不同的技术。最广泛使用的技术基于围绕载流线缆放置的线圈。磁场的变化在线圈中感应出可以直接测量的电压。必须对该信号进行积分以便获得电流信号本身。

积分累加了每次单独测量的误差，从而导致了电流信号的偏移。因此，归因于信号的偏移，在大电流峰值之后不能精确地测量小电流。紧接着大电流，可以采用这种技术来测量小而快的变化。然而，不能精确地测量慢的变化，例如峰值电压的漂移或变化。为了采用该技术达到高的精确度，必须采用高带宽来检测磁场的非常小的变化。这可以仅通过使用将带宽限制到低值的线圈的大量绕组来实现，或者通过给线圈增加铁磁芯以增强磁场从而增强信号来实现。采用铁磁芯的难点在于高磁场将使材料磁化，并将因而导致被测信号的失真以及归因于滞后效应的额外偏移。

3)非常好的方式是直接测量磁场而不是测量它的变化。在该情况下，避免了关于积分偏移的问题。然而，由于小电流产生的磁场较小，因此通常通过使用磁性材料来增加灵敏度。因此，归因于这些材料的滞后效应，仍将存在偏移。

用于测量电流的另一种方法是通过使用具有高灵敏度的磁场传感器，例如磁阻传感器元件。如例如在US 5708407中所公开的，可以使用基于磁阻材料的圆形电流传感器，其中待测量的电流的导体被引导通过该圆形电流传感器。WO 2006/042839公开了这样的装置的改进，其中，据说通过在实际测量处理之前在传感器区域中施加脉冲附加磁场来克服滞后或偏移问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于电流测量的传感器单元，特别地，用于在存在待测量电流的大的最大峰值的情况下的小变化的高灵敏电流测量。本发明将适合于在这种状况下的AC电流以及DC电流的测量。

本发明通过提供一种传感器单元来解决以上问题，该传感器单元用于对导体中的电流进行测量，其包括至少一个位于距该导体的外表面一定的径向距离处的磁阻传感器。在该设置(set up)中，可以是传感器单元的一部分、然而同样也可以仅被传感器单元围绕的导体具有圆形横截面，该圆形横截面提供待测量的旋转对称的磁场。该圆形横截面应该尽可能精确地为圆形。半径的变化应小于5％，优选地小于2％，最优选地小于1％以及理想地小于0.1％。该传感器单元还包括至少一个用于产生偏置磁场H_bias的辅助线圈。辅助线圈被定位成使得以下述方式向磁阻传感器施加该偏置磁场：偏置磁场在传感器位置处强到足以引起磁阻传感器中的磁饱和。所施加的偏置场在磁阻传感器的传感区域中应该尽可能地均匀，并且辅助线圈具有一定尺寸，并被设计成适合于不仅在测量处理之前以脉冲方式施加该偏置磁场，而且在整个电流测量处理期间连续地施加该偏置磁场，因此通常在至少30ms的时间跨度期间，优选地在至少100ms的时间跨度期间施加该偏置磁场，并且通常只要装置开启就一直施加该偏置磁场，因此达到超过一分钟或一个小时或几个小时。