一种基于磁阻器件的电流传感器及其设计方法与流程

本发明涉及传感器设计领域，特别是涉及一种基于磁阻器件的电流传感器及其设计方法。

背景技术：

1、电流传感器是利用物理原理将电流信号转化为其他信号以间接实现对电流的测量一种有效的电流检测装置，在电力系统的监测和控制中起着重要的作用。随着大规模电力电子设备接入电力系统，传统的电磁感应式的电流互感器因其体积大和复杂的接线，以及难以测量直流电流和谐波电流，为新型电力系统下实现电流的测量带来极大的不便。磁场传感器因其测量准确度高、测量范围宽、线性度好得到的广泛的应用。

2、磁场传感器的工作原理是将待测导体感应产生的磁场信号使用电磁原理转换为可以反应电流信号的电压、电阻等电气信号。由于磁阻传感器只能测量安装位置处的磁感应强度，采用阵列结构能够抑制干扰电流及导体偏心对测量结果的影响，但是在测量过程中不可避免会引起待测导体的偏心和偏角，也会影响到测量结果，导致测量精度不佳。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于磁阻器件的电流传感器及其设计方法，以解决现有的电流传感器在测量过程中引起待测导体的偏心和偏角导致测量精度不佳的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种基于磁阻器件的电流传感器，包括印制电路板、绝缘封壳、磁阻传感器芯片、导电连接排、支撑部和导线安装结构，所述印制电路板设置于所述绝缘封壳内，所述印制电路板和所述绝缘封壳均为环状结构，所述磁阻传感器芯片设有多个，多个所述磁阻传感器芯片呈环形阵列分布设置在所述印制电路板上，所述导电连接排穿设于所述绝缘封壳，所述支撑部用于固定所述导电连接排和所述绝缘封壳的相对位置，所述导线安装结构设有两个，两个所述导线安装结构分别设置于所述导电连接排的两端，所述导线安装结构用于连接所述导电连接排和待测导体。

3、可选地，所述支撑部包括基座和绝缘支撑结构，所述绝缘封壳设置在所述基座上，所述绝缘支撑结构的一端和所述基座连接，另一端和所述导电连接排连接。

4、可选地，所述导电连接排的中部设有第一安装孔，通过所述第一安装孔连接所述绝缘支撑结构，所述导电连接排的两端分别设有第二安装孔，通过所述第二安装孔安装所述导线安装结构。

5、可选地，所述导线安装结构的一端和所述导电连接排螺栓连接，另一端设有紧固环，通过所述紧固环固定所述待测导体。

6、可选地，所述印制电路板上还印制有供电回路和输出回路，所述供电回路用于连接所述磁阻传感器芯片的供电引脚和工作电源，所述输出回路用于连接所述磁阻传感器芯片的输出引脚和数据处理设备。

7、第二方面，本发明提供了一种基于磁阻器件的电流传感器的设计方法，应用于上述第一方面或其对应的任一实施方式的基于磁阻器件的电流传感器，包括：

8、根据磁阻传感器芯片的工作磁场的限值和待测导体的电流幅值确定所述磁阻传感器芯片的环形阵列分布半径。

9、可选地，所述根据磁阻传感器芯片的工作磁场的限值和待测导体的电流幅值确定所述磁阻传感器芯片的环形阵列分布半径，包括：基于第一预设公式确定所述磁阻传感器芯片的环形阵列分布半径，所述第一预设公式为：

10、

11、式中，r为磁阻传感器芯片的环形阵列分布半径，k为磁阻传感器芯片测量灵敏度的裕量系数，μ0为真空磁导率，i为待测导体的电流幅值，bsm磁阻传感器芯片的工作磁场的限值。

12、可选地，基于磁阻器件的电流传感器的设计方法还包括：基于第二预设公式确定导电连接排的尺寸，所述第二预设公式为：

13、

14、式中，a为导电连接排的宽度，b为导电连接排的厚度，c为导电连接排的长度，δ为安全系数，δ1为导电连接排的宽厚之比，δ2为导电连接排的长宽之比，i为待测导体的电流幅值，j为导电连接排的载流密度。

15、可选地，基于磁阻器件的电流传感器的设计方法还包括：基于第三预设公式确定磁阻传感器芯片的数量，所述第三预设公式为：

16、

17、式中，n为磁阻传感器芯片的数量，bt(xi)为第i个磁阻传感器芯片位置处的切向磁感应强度值，ε为测量精度要求。

18、可选地，基于磁阻器件的电流传感器的设计方法还包括：基于第四预设公式确定印制电路板的内径和外径，所述第四预设公式为：

19、

20、式中，k1为印制电路板设计的裕量系数，l为磁阻传感器芯片的长度，d1为印制电路板的宽度，r1为印制电路板的内径，r2为印制电路板的外径。

21、可选地，基于磁阻器件的电流传感器的设计方法还包括：基于第五预设公式确定绝缘封壳的内径和外径，所述第五预设公式为：

22、

23、式中，k2为绝缘封壳设计的裕量系数，d2为绝缘封壳的宽度，r1为绝缘封壳的内径，r2为绝缘封壳的外径。

24、可选地，基于磁阻器件的电流传感器的设计方法还包括，根据磁阻传感器芯片的环形阵列分布半径和安装裕度确定绝缘支撑结构的长度。

25、从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

26、本发明提供的一种基于磁阻器件的电流传感器及其设计方法，包括印制电路板、绝缘封壳、磁阻传感器芯片、导电连接排、支撑部和导线安装结构，导电连接排穿设于所述绝缘封壳，并通过支撑部固定所述导电连接排和所述绝缘封壳的相对位置，在测试时，通过导线安装结构连接所述导电连接排和待测导体，使得测试过程导电连接排保持固定，减少了待测导体因为偏心和偏角引起的测量误差，从结构设计上提高了测量精度。

技术特征：

1.一种基于磁阻器件的电流传感器，其特征在于，包括印制电路板、绝缘封壳、磁阻传感器芯片、导电连接排、支撑部和导线安装结构，所述印制电路板设置于所述绝缘封壳内，所述印制电路板和所述绝缘封壳均为环状结构，所述磁阻传感器芯片设有多个，多个所述磁阻传感器芯片呈环形阵列分布设置在所述印制电路板上，所述导电连接排穿设于所述绝缘封壳，所述支撑部用于固定所述导电连接排和所述绝缘封壳的相对位置，所述导线安装结构设有两个，两个所述导线安装结构分别设置于所述导电连接排的两端，所述导线安装结构用于连接所述导电连接排和待测导体。

2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述支撑部包括基座和绝缘支撑结构，所述绝缘封壳设置在所述基座上，所述绝缘支撑结构的一端和所述基座连接，另一端和所述导电连接排连接。

3.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，所述导电连接排的中部设有第一安装孔，通过所述第一安装孔连接所述绝缘支撑结构，所述导电连接排的两端分别设有第二安装孔，通过所述第二安装孔安装所述导线安装结构。

4.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述导线安装结构的一端和所述导电连接排螺栓连接，另一端设有紧固环，通过所述紧固环固定所述待测导体。

5.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述印制电路板上还印制有供电回路和输出回路，所述供电回路用于连接所述磁阻传感器芯片的供电引脚和工作电源，所述输出回路用于连接所述磁阻传感器芯片的输出引脚和数据处理设备。

6.一种基于磁阻器件的电流传感器的设计方法，其特征在于，应用于如权利要求1至5任一项所述的电流传感器，包括：

7.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，所述根据磁阻传感器芯片的工作磁场的限值和待测导体的电流幅值确定所述磁阻传感器芯片的环形阵列分布半径，包括：基于第一预设公式确定所述磁阻传感器芯片的环形阵列分布半径，所述第一预设公式为：

8.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，还包括：基于第二预设公式确定导电连接排的尺寸，所述第二预设公式为：

9.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，还包括：基于第三预设公式确定磁阻传感器芯片的数量，所述第三预设公式为：

10.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，还包括：基于第四预设公式确定印制电路板的内径和外径，所述第四预设公式为：

11.根据权利要求10所述的设计方法，其特征在于，还包括：基于第五预设公式确定绝缘封壳的内径和外径，所述第五预设公式为：

12.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，还包括：根据磁阻传感器芯片的环形阵列分布半径和安装裕度确定绝缘支撑结构的长度。

技术总结
本发明涉及传感器设计技术领域，公开了一种基于磁阻器件的电流传感器及其设计方法，该电流传感器包括印制电路板、绝缘封壳、磁阻传感器芯片、导电连接排、支撑部和导线安装结构，印制电路板设置于绝缘封壳内，印制电路板和绝缘封壳均为环状结构，磁阻传感器芯片设有多个，多个磁阻传感器芯片呈环形阵列分布设置在印制电路板上，导电连接排穿设于绝缘封壳，支撑部用于固定导电连接排和绝缘封壳的相对位置，导线安装结构设有两个，两个导线安装结构分别设置于导电连接排的两端，导线安装结构用于连接导电连接排和待测导体，本发明可以减少了待测导体因为偏心和偏角引起的测量误差，从结构设计上提高了测量精度。

技术研发人员：牛晓晨,肖春,陈硕,刘占元,梁云,魏建国,石智珩,任宇路,高晋峰,姚俊峰,张俊伟,朱志瑾,刘婷婷,杨晓霞
受保护的技术使用者：国网智能电网研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19