[发明专利]用于电流测量的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过检测环绕带电导体的磁场来间接测量导体中的电流的设备。

背景技术

这种类型的设备在现有技术中是已知的。例如，DE4300605描述了一种设备，其中在梯度仪设备中配备了传感器芯片并将该芯片安装在U形导体元件上。其利用了所述梯度仪设备对传感器元件所在位置处的均匀干扰场在很大程度上不敏感的事实。为了使流过U形导体的腿部之间的连接桥的电流或者馈送至该U形导体的电流在传感器所处位置处产生尽可能小的非均匀干扰场，通常将U形导体的腿部的长度选择得相对于传感器芯片上的对磁场敏感的元件的大小而言比较大。

此外，在这种类型的设备中，特别是对利用各向异性磁阻效应(AMR效应)的这样的传感器来说，辅助磁体被设置为靠近磁场敏感层，并且负责传感器芯片上的磁场敏感层的稳定化或基本磁化。随着这种类型的传感器设备越来越小型化，干扰场分量(例如由U形导体的腿部之间的连接桥中的电流产生的干扰场分量)可能得到大幅度的提升，从而导致磁场敏感层的磁化程度的改变或“颠覆”。这会导致在电流测量时出现严重误差，因此必须予以避免。

基于上述现有技术，本发明的目的是减少已知设备和方法的缺点。

上述缺点是由根据权利要求1所述的设备克服的。从属权利要求的主题进一步反映了本发明的有利实施方式。

发明内容

在第一方面，本发明提出了一种在有角度的尤其是U形的导体元件中通过至少一个磁场敏感传感器元件来基于磁场测量电流的设备，所述导体元件包括至少一个对电流测量有用的导体区段以及至少一个寄生于电流测量的导体区段。所述传感器元件被布置在所述对电流测量有用的导体区段的区域中，以使得：所述对电流测量有用的导体区段的磁场使传感器数值产生主要变化——尤其是电阻方面的主要变化；并且，由于所述传感器元件相对于所述寄生于电流测量的导体区段的空间朝向和/或由于另外的带电元件的磁场补偿效应，所述寄生于电流测量的导体区段的磁场使所述传感器数值产生较小变化甚至大体上没有变化。因此，本发明涉及一种基于磁场测量的电流测量设备，其中传感器元件在电流导体的导体区段处在空间上被布置为使得由不对应于要测量的导体区段的那些导体区段导致的寄生磁场不穿过所述传感器元件，或者沿着不使传感器数值产生任何变化的方向穿过所述传感器元件。所述设备是通过下述方式实现的：通过使所述传感器元件的敏感方向相对于所述寄生于电流测量的导体区段(供电导体区段)的电流传导方向倾斜，通过使对磁场敏感的传感器结构的层的竖直高度相对于穿过所述寄生导体区段的集中线电流转向及/或偏移。所述角度倾斜、相对于电流流动方向转向、竖直偏移和磁场补偿的措施可以单独应用或者组合应用。通过这些措施确保了寄生磁场分量首先消极地影响传感器结构的电阻元件的内部磁化状态，其次不对传感器数值变化/电阻数值变化施加影响，以便实现所述传感器数值的线性和可分配的表现。

根据本发明，所述传感器元件具有至少一个敏感方向，在该方向上磁场分量导致传感器数值发生主要变化，其中所述传感器元件在所述对电流测量有用的导体区段的区域中以下述方式设定朝向：特别地相对于所述寄生于电流测量的导体区段转动、倾斜和/或垂直移动，使得所述对电流测量有用的导体区段的磁场大体上沿着所述敏感方向设定朝向，并且所述寄生于电流测量的导体区段的磁场大体上不沿着所述敏感方向设定朝向——尤其是与所述敏感方向成直角。因此考虑使用磁阻传感器元件，所述磁阻传感器元件具有至少一个磁场敏感朝向平面，敏感方向与所述至少一个磁场敏感朝向平面相垂直，当被磁通量沿着敏感方向穿过时所述至少一个磁场敏感朝向平面导致传感器数值的变化——通常是所述传感器元件的电阻的变化。所述传感器元件的至少另一个磁场中性朝向平面对磁场的变化不敏感，所述至少另一个磁场中性朝向平面的法线通常与所述敏感方向成直角地设定朝向。垂直穿过所述磁场中性朝向平面的磁场不改变传感器数值——尤其是不改变所述传感器元件的电阻值。

本发明提出了所述敏感方向被以下述方式设定朝向：通过所述传感器元件相对于所述寄生于电流测量的导体区段的空间位置，使得所有寄生磁场的叠加都被精确地设置成朝向不沿着所述敏感方向——即它们垂直穿过磁场中性朝向平面并因此只能导致传感器数值的很小变化或者不导致传感器数值的变化。因此，只有由所述对电流测量有用的导体区段——尤其是由U形导体元件的两个腿部中的一个或两个腿部产生的磁场才导致传感器数值的变化。