专利名称：电流测量系统及其组装方法
技术领域：
一般地，本公开的领域涉及电流测量系统及其组装方法，且更具体地，涉及一种包括多个磁场传感器的电流测量系统。
背景技术：
当前，用来保护，例如，住宅或商业环境的断路器一般检测存在过电流情形并释放操作机构以隔离断路器触头。电流可以通过在电流路径中放置分路电阻和测量跨该分路电阻的电压降而被监测。然而，在用这种方式监测电流时，分路电阻生成了不期望的热量。传感变压器(sense transformer)可以用于在电流路径中不放置分路电阻的情况下检测导体中的交流(AC)水平。固态磁场传感器，例如，霍尔效应装置或者巨磁阻(GMR)装置，可以用于在电流路径中不放置分路电阻的情况下测量流过导体的AC或者直流电流(DC)。霍尔效应装置测量磁通量以及输出与测得的磁通量的水平相对应的电压。然而，如果这种传感器暴露于来自周围环境的杂散磁场，则它们易于发生故障。霍尔效应装置不能区分由导体中的电流产生的磁场和杂散磁场。该霍尔效应装置仅仅测量磁通量的水平。来自邻近装置的磁场产生噪声并妨碍对流过该导体的电流的准确测量。对于断路器而言，这一点当它们被用在它们紧挨着能够观察到高突入或短路电流的多个装置的应用时可能是严重的问题。虽然这些高电流通常是瞬时的，但是这些高电流产生大的磁场。例如，多相电路可以包括多个断路器，每个断路器配置成如果相位中的电流超过过电流水平则断开该相位。在该多相电路中，一个相位中过电流的出现能够生成足够的磁通量，以引起在紧邻相位中的断路器提供在该邻近相位中的过电流的出现的错误指示。通常，距离和磁屏蔽已经用于减少为测量导体中的电流水平而放置的霍尔效应装置上的杂散磁场的效应。如果没有被屏蔽，邻近电极中的电流可引起与比该导体内的实际电流大的电流水平相对应的霍尔效应装置的输出(即，该霍尔效应装置不提供该导体内的实际电流的准确测量)。这种错误信号可能比该断路器的标称设定大，这将导致断路器的跳闸。在该导体内的实际电流低于过电流水平时，该断路器的跳闸在本文被称为妨害性跳闸。 例如，磁芯可以用于聚集该导体的磁场并将该传感器从杂散磁场屏蔽。磁场屏蔽材料吸引磁通量以使之远离该传感器。进一步地，增加该传感器和杂散磁场源之间的距离减小了杂散磁场将在该传感器上具有的效应。对于具有获得大磁场的势能的系统，可能不能提供足够的屏蔽或者距离来确保良好的信噪比(即，来自邻近装置的低噪声)。由于断路器的封闭空间，在一些断路器应用(例如，模制盒式断路器)中的尺寸约束限制了屏蔽和距离的有效性。即使在尺寸不是约束的时候，用于屏蔽的材料也增加了断路器的成本。
发明内容
在一个方面，提供了一种用于测量通过导体的电流的电流测量系统。该系统包括第一传感器，配置成测量第一磁通及生成与该第一磁通成比例的第一信号。该系统还包括第二传感器，配置成测量第二磁通及提供与该第二磁通成比例的第二信号，该第二传感器比该第一传感器具有更高的对杂散磁场的灵敏性。该系统还包括与该第一传感器和该第二传感器耦合的处理器，并配置成接收该第一信号和该第二信号。该处理器进一步配置成通过比较该第一信号和该第二信号确定杂散磁场的存在。在另一个方面，提供了一种放置在电源和负载之间的电路保护装置。至少一个导体使该电源耦合到该负载。该装置包括第一传感器，配置成测量第一磁通及提供与该第一磁通成比例的第一信号。该装置还包括第二传感器，配置成测量第二磁通及提供与该第二磁通成比例的第二信号。该第二传感器比该第一传感器具有更高的对杂散磁场的灵敏性。 该装置还包括与该第一传感器和该第二传感器耦合的处理器，并配置成接收该第一信号和该第二信号。该处理器进一步配置成比较该第一信号和该第二信号以确定杂散磁场的存在。该处理器进一步配置成生成跳闸信号。该装置还包括与该处理器耦合的跳闸装置，并配置成响应于该跳闸信号断开电源和负载的连接。在又另一方面，提供了一种用于组装放置在电源和负载之间的电路保护装置的方法。至少一个导体使该电源耦合到该负载。该方法包括提供用于测量第一磁通的第一磁场传感器，并提供用于测量第二磁通的第二磁场传感器。该第二磁场传感器比该第一磁场传感器具有更高的对杂散磁场的灵敏性。该方法还包括配置处理器以至少部分地基于该第一磁通和该第二磁通的比较来生成跳闸信号。
图I是电流测量系统的示例性实施例的框图。图2是包括图I中所示的电流测量系统的示例性电路保护装置的框图。图3是图I中所示的传感装置的示例性实施例的透视图。图4是图I中所示的传感装置的第一备选实施例的透视图。图5是图I中所示的传感装置的第二备选实施例的透视图。图6是用于确定通过导体的电流的示例性方法的流程图。图7是用于组装图2中所示的电路保护装置的示例性方法的流程图。
具体实施例方式本文所描述的方法、系统和设备有助于测量导体中的电流，并且例如，有助于使用该电流测量以操作电路保护装置。电路保护装置的实例是断路器。虽然本文关于电路保护装置进行了描述，但是，本文所描述的方法、系统和设备还可以被包括在其他类型的系统中，或者与其一起使用，其他类型的系统例如有，但不限于，电动机和控制系统、以及电动车辆。本文所描述的方法、系统和设备包括多个磁场传感器和配置成识别杂散磁场的存在的处理器。而且，该处理器可以区分由流过该导体的电流生成的测得的磁通的部分和与杂散磁场关联的测得的磁通的部分。本文所描述的方法、系统和设备的技术效果包括以下项的至少其中之一 (a)测量第一磁通；(b)测量第二磁通；以及(C)通过比较该第一磁通和该第二磁通确定杂散磁场的存在。图I是电流测量系统10的示例性实施例的框图。电流测量系统10配置成测量流过导体的电流水平(示于图2)。在示例性实施例中，电流测量系统10包括磁通传感装置 12和处理单兀14。在不例性实施例中，磁场传感装置12包括第一传感器16和第二传感器
18。在备选实施例中，传感装置12包括允许电流测量系统10如本文所描述的这样起作用的任意数量的传感器。传感装置12被耦合于处理单元14并向处理单元14提供至少一个磁通信号，例如，第一磁通信号20和第二磁通信号22。处理单元14处理第一磁通信号20 和第二磁通信号22并输出电流水平信号24。电流水平信号24可以被显示装置26接收，该显示装置26配置成向用户提供电流流过该导体的电流的指示。例如，显示装置26可以包括显示屏，该显示屏配置成把电流水平信号24转换成可以被用户读取的数字。显示装置26 还可以包括警报。处理单元14可以配置成仅当相应的电流水平在预定阈值之上时输出电流水平信号24。接收到电流水平信号24时，警报指示用户测得的电流在该预定阈值之上。 电流水平信号24还可以被提供给电路保护装置(示于图2)的跳闸装置(示于图2)。图2是电路保护装置30的示例性实施例的框图。电路保护装置的非限定性实例是断路器。然而，电路保护装置30可以是任何配置成保护电路免受如本文所描述的过电流情形的影响的装置。在示例性实施例中，电路保护装置30包括电流测量系统10和跳闸装置34。在示例性实施例中，处理单元14还可以被称为电子跳闸控制单元。而且，虽然被描述为被包括在电路保护装置30中，但是电流测量系统10可被包括在任何使用磁通的测量来测量流过导体的电流的系统和/或装置中。这种系统和/或装置可以包括，但不限于，电动机、电动机控制系统，以及电动车辆。电路保护装置30还可以包括电源36。电路保护装置30被包括在电路40中，该电路40也包括由至少一个导体46耦合的电源42和负载44。 电路保护装置30通过在传感到过电流情形时开路(S卩，断开电路40)来保护电路40。过电流情形在本文定义成在导体中存在超过预定阈值电流水平的电流水平。例如，处理单元14 可以配置成确定瞬时的、短时的、和/或长时的过电流情形，其可以依赖于预定的断路器跳闸曲线。在该示例性实施例中，处理单元14包括信号调节电路50和处理器52。术语处理器，如本文使用的那样，指中央处理单元、微处理器、微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路，以及任何其他能够执行本文所描述的功能的电路或者处理器。在该示例性实施例中，传感装置12包括多个磁通传感器，例如，但不限于，霍尔效应传感器、巨磁阻场传感器、各向异性磁阻(AMR)传感器、磁通闸门/微磁通闸门传感器、巨磁阻抗(GMI)传感器、和/或隧道磁阻效应(TMR)传感器。传感装置12测量磁通并提供指示该测得的磁通的信号54。流过导体46的电流生成从导体46放射的磁场。当杂散磁场不存在时，传感装置12测得的磁通与流过导体46的电流的量成比例。因此，通过测量导体46 周围的磁场，能够确定流过导体46的电流的量。例如，信号54可以包括具有与测得的磁通成比例的电压水平的电压。信号调节电路50接收信号54、调节信号54并输出信号56到处理器52。例如，信号调节电路50可以包括接收模拟信号54并转换模拟信号54到数字信号 56的模数转换器。处理器52接收并处理信号56以确定流过导体46的电流的水平。在该示例性实施例中，如果流过导体46的电流的水平被确定为比预定阈值电流水平高，则处理器52生成电流水平信号60并传送电流水平信号60到跳闸装置34。电流水平信号60在本文还可以称为跳闸信号。该预定阈值电流是与导体46中的过电流情形关联的电流水平。
在该示例性实施例中，跳闸装置34包括跳闸模块64、致动器66，以及操作机构68。 在该示例性实施例中，电源36提供操作电压78到处理器52以及提供致动电压80到跳闸模块64。跳闸模块64从处理器52接收电流水平信号60，并响应于电流水平信号60提供致动电压80到致动器66。致动器66生成并提供致动信号82到操作机构68，例如，使操作机构68跳闸的螺线管。操作机构68进而打开断路器触头88。断路器触头88的打开切断了在闭合时由触头88提供的电源42和负载44之间的电连接。如上面所描述的那样，传感装置12测量磁通并生成指示该测得的磁通的信号54。 传感装置12放置在电路40中，以便于由传感装置12测得的磁通被流过该至少一个导体46 的电流生成。通过以这种方式放置传感装置12，由传感装置12测得的磁通的水平与流过该至少一个导体46的电流的量成比例。然而，传感装置12还可能暴露于来自周围环境的杂散磁场。在特定的实例中，霍尔效应传感器不区分由导体46中的电流产生的磁场和杂散磁场。因此，杂散磁场产生噪声，该噪声可能妨碍包括磁场传感器的电流测量系统提供准确的电流测量。例如，电路保护装置30可以被包括在这样的应用中，其中它紧邻经受高突入电流和/或短路电流的多个装置。虽然这些高电流通常是瞬时的，但是这些高电流生成可以干扰电路保护装置30的操作的大磁场。更具体地，由传感装置12测得的磁通可以包括由其他源(即，杂散磁场)生成的磁场。例如，可以配置断路器装置30用于检测多相电路的第一相位中的过电流情形。多相电路包括多个断路器装置30，每个配置成当在那个相位中检测到过电流情形时使负载从电源42去耦合。然而，在该第一相位中的过电流情形可能在紧邻的相位中生成大量的磁通， 导致在该邻近相位中的过电流情形的错误指示。因此，由传感装置12测得的磁通可以包括由流过该至少一个导体46的电流生成的磁场和杂散磁场。图3是传感装置12 (示于图I)的示例性实施例98的透视图。在该示例性实施例中，传感装置98包括第一磁场传感器16和第二磁场传感器18。虽然本文描述成包括两个磁场传感器，但是传感装置98可以包括允许传感装置98起到如本文所描述的作用的任意数目的传感器。在该示例性实施例中，传感装置98还包括磁屏蔽104。在该示例性实施例中，磁屏蔽104放置为至少部分地围绕第一传感器16。更具体地，磁屏蔽104放置在第一传感器16和杂散磁场源之间，并因此，至少部分地使第一传感器 16从杂散磁场屏蔽开。在该示例性实施例中，第二传感器18不从杂散磁场屏蔽开，并因此， 比第一传感器16对于杂散磁场更灵敏。可选择地，可以提供不同的磁屏蔽强度来屏蔽第一传感器16和/或第二传感器18。该所选择的屏蔽强度有助于产生期望的传感器灵敏度。 磁屏蔽104可以在厚度、定位、和/或材料类型上变化。在该示例性实施例中，信号54(示于图2)包括来自第一传感器16的第一输出信号20和来自第二传感器18的第二输出信号 22。例如，第一输出信号20是与由第一传感器16检测到的磁通成比例的电压水平，且第二输出信号22是与由第二传感器18检测到的磁通成比例的电压水平。而且，磁屏蔽104可以把由流过该至少一个导体46的电流生成的磁场聚集在第一传感器16上。在该示例性实施例中，第一传感器16配置成具有对由流过导体46的电流生成的磁场的第一灵敏度，且第二传感器18配置成具有对由流过导体46的电流生成的磁场的第二灵敏度。在该示例性实施例中，该第一灵敏度大于或者等于该第二灵敏度。例如，第一传感器16放置于离导体46径向向外第一距离130，且第二传感器18放置于离导体46径向向外第二距离132。在该示例性实施例中，第一距离130小于或者等于第二距离132。因为磁通随着离导体46的距离的增加而消失，所以第一传感器16至少如第二传感器18 —样对于由流过导体46的电流生成的磁通灵敏。因此，对于由流过导体46的电流生成的通量，第一传感器16的第一输出信号20等于或者大于第二传感器18的第二输出信号22。处理器52配置成通过比较第一输出信号20和第二输出信号22确定杂散磁场何时存在。在通常的操作情形期间(例如，没有杂散磁场或者低水平的杂散磁场)，第一输出信号20等于或者大于第二输出信号22,因为第一传感器16至少如第二传感器18 —样对于由流过导体46的电流生成的磁场灵敏。因此，当第一输出信号20大于或者等于第二输出信号22时,这是第一传感器16和第二传感器18没有经受杂散磁场的指不。如果第一输出信号20等于或者大于第二输出信号22,且第一输出信号20指不过电流情形的存在,则处理器52配置成输出电流水平信号60到跳闸装置34。例如，如果第一输出信号20大于或者等于第二输出信号22,或者如果第一传感器16饱和,贝U第一输出信号20被确定为是真实的且是累加的，并且如果第一输出信号20与大于预定过电流阈值的电流水平相对应，则处理器 52生成电流水平信号60且跳闸装置34被跳闸。然而，当第二输出信号22大于第一输出信号20时,这是第一传感器16和第二传感器18经受杂散磁场的指示。这是由于相比于第一传感器16，第二传感器18具有对于杂散磁场更高的灵敏度。在该示例性实施例中，如果第二输出信号22大于第一输出信号20， 处理器52确定杂散磁场存在。在该示例性实施例中，处理器52配置成当杂散磁场存在时忽略第一输出信号20。例如，如果第二输出信号22大于第一输出信号20,即使第一输出信号20指示过电流情形，处理器52也忽略第一输出信号20且不向跳闸装置34提供电流水平信号60。通过当杂散磁场被确定存在时忽略第一输出信号20，避免了跳闸装置34的妨害性跳闸，因为第一输出信号20高是由于杂散磁场的缘故而非由于导体46内的过电流情形的缘故。在第一备选实施例中，如果第二输出信号22大于第一输出信号20 (即，杂散磁场存在)，处理器52确定可归因于该杂散磁场的由第一传感器16测得的磁通的部分。如果流过导体46的实际电流高于预定过电流阈值，则处理器52则确定流过导体46的实际电流并输出电流水平信号60。处理器52可以基于由杂散磁场引起的这部分磁通来调整第一输出信号20。可以按基于例如第二输出信号22和第一输出信号20之间的差异、距离130和距离132之间的差异、和/或由磁屏蔽104提供的屏蔽水平而确定的量来减少第一输出信号 20。第二传感器18的理想输出可以基于第一输出信号20而确定,例如,通过使用已存储的查找表或者已存储的计算结果。在特定的实施例中，被调整的第一输出信号可以这样确定被调整的第一的传感器值=第一输出信号20-(第二传感器18的理想输出-第二输出信号22) *(比例因子)，其中该比例因子可以用于适应第一传感器16和第二传感器18的不同方向。为抵偿杂散磁场而对第一输出信号20的调整,不仅有助于抵偿瞬时杂散磁场, 也有助于非瞬时杂散磁场。在另一个实例中，对第一输出信号20和第二输出信号22求平均，且该平均输出信号用于识别过电流情形。在长时间的过电流情形和短时间的过电流情形计算中由持续的杂散磁场引起的误差，通过连续调整该第一输出信号而避免。在第二备选实施例中，如果第二输出信号22大于第一输出信号20,则处理器52确定可归因于该杂散磁场的由第一传感器16测得的磁通的部分，并调整预定阈值过电流值， 以抵偿可归因于该杂散磁场的该部分磁通。例如，当检测到杂散磁场时，处理器52可以增加阈值过电流值。在第三备选实施例中，如果第二输出信号22大于第一输出信号20,处理器52限制第一传感器16的累加，以使得电路保护装置30不会在第二输出信号22识别强杂散磁场时跳闸。例如，处理器52被允许接收和处理来自第一传感器16的数据，但是累加器不被允许超过跳闸阈值。更具体地，当该第二输出信号22对应于杂散磁场的存在时，该累加器可以被限制到，例如，该跳闸阈值的80%到90%。通过限制该累加器，电路保护装置30将不会跳闸，但是上升累加器(rising accumulator)没有被完全忽略。一旦该杂散磁场消失，如果该故障电流在该电流阈值之上，则该累加器将靠近该跳闸阈值，导致对于该情形的更快速的响应。一旦该杂散磁场消失，如果该故障电流在该电流阈值以下，则该累加器将由于该低电流水平而减量。累加器被限制到的跳闸阈值的百分比可以是预定的固定值。该百分比还可以与由第二传感器18测得的磁场的强度成反比，以便于由第二传感器18测得的更强的场将比较弱的场对该累加器具有更大的影响。而且，累加器被限制到的跳闸阈值的百分比也可以被存储在表中，该表包括从表征最优限制的实验导出的百分比。而且，可以使用任何计算累加器限制百分比的适当的方法，该方法允许跳闸装置34如本文所描述的那样起作用。图4是传感装置12 (示于图I)的备选实施例150的透视图。传感装置150也包括第一传感器16和第二传感器18。在该备选实施例中,第一传感器16不如第二传感器18 对杂散磁场灵敏，因为第一传感器16放置得比第二传感器18距离杂散磁场源更远。第一传感器16放置在离导体46第一径向距离160，且第二传感器18放置在离导体46更大的第二径向距离162。因此，第二传感器18比第一传感器16对杂散磁场更灵敏，因为第二传感器18放置得比第一传感器16更靠近杂散磁场源。如上关于传感装置98的描述，处理器 52确定由传感装置150测得的磁通的由杂散磁场生成的部分，以及由传感装置150测得的磁通的通过流过导体46的电流生成的部分。图5是传感装置12 (示于图I)的第二备选实施例164的透视图。传感装置12的第一备选实施例150和第二备选实施例164之间共享的部件被标识为同样的参考数字。第一传感器16放置在离导体46第一径向距离160，且第二传感器18放置在离导体46第二径向距离162。在该第二备选实施例中，传感装置164包括磁屏蔽104，放置在至少部分围绕第一传感器16处。更具体地，磁屏蔽104放置在第一传感器16和杂散磁场源之间，并因此，至少部分地将第一传感器16从杂散磁场屏蔽开。第二传感器18不从杂散磁场屏蔽开， 并因此，比第一传感器16对于杂散磁场更灵敏。而且，第二传感器18比第一传感器16对于杂散磁场更灵敏，这是因为第二传感器18离导体46距离更大，且更靠近杂散磁场源。图6是用于操作电路保护装置，例如，电路保护装置30(示于图2)的示例性方法 182的流程图180。在该示例性实施例中，方法182包括使用第一传感器，例如，第一传感器16 (示于图3)测量190第一磁通。方法182还包括使用第二传感器，例如，第二传感器 18 (示于图3)测量192第二磁通。如上所述，第二传感器18比第一传感器16对于杂散磁场更灵敏。方法182还包括比较194该第一磁通和该第二磁通并至少部分地基于该第一磁通和该第二磁通的比较提供196跳闸信号。例如，处理器52(示于图2)配置成比较194由第一传感器16测得的该第一磁通和由第二传感器18测得的该第二磁通。更具体地，比较194包括确定200该第一磁通是否大于或者等于该第二磁通。而且，如果确定200 了该第一磁通大于或者等于该第二磁通，则比较194还包括确定202该第一磁通是否大于预定电流水平阈值。该预定电流水平阈值是与导体46中的过电流情形相对应的磁通。如果确定202 了该第一磁通大于该预定电流水平阈值，则处理器52生成跳闸信号60并把它提供196到跳闸装置34。跳闸装置34配置成响应于跳闸信号60使操作机构68 (示于图2)跳闸。如果确定200 了该第一磁通不大于或者等于该第二磁通，则方法182还包括抵偿 204杂散磁场。如上所述，因为第二传感器18相比于第一传感器16对于杂散磁场更灵敏, 所以如果该第二磁通大于该第一磁通则杂散磁场存在。例如，当在电路保护装置30附近发生短路时，杂散磁场产生，第二传感器18比被第一传感器16在更大程度上传感到该杂散磁场。这是由于第一传感器16从杂散磁场(示于图3)屏蔽开和/或第一传感器16放置得比第二传感器18离杂散磁场源(示于图4)更远。使用这一信息，处理器52抵偿204杂散磁场，这减少了断路器的妨害性跳闸。抵偿204可以包括在瞬时事件期间忽略该第一磁通，限制第一传感器16的累加以使跳闸电路 34在瞬时事件期间不跳闸，和/或确定可归因于杂散磁场的由第一传感器16测得的磁体的部分、并通过从由第一传感器16测得的总磁通减去杂散磁场的影响来确定通过导体46的实际电流。处理器52可以配置成基于来自第一传感器16的第一信号20和来自第二传感器18的第二信号22，应用转移函数以确定通过导体46的实际电流，和/或校正该第一磁通以消除来自杂散磁场的贡献。图7是用于组装电路保护装置30 (示于图2)的示例性方法232的流程图230。在该示例性实施例中，方法232包括提供240第一磁场传感器，例如，用于测量第一磁通的第一磁场传感器16 (示于图3)。方法232还包括提供242第二磁场传感器，例如，用于测量第二磁通的第二磁场传感器18 (不于图3)。第二磁场传感器18具有比第一磁场传感器16 对于杂散磁场更高的灵敏度。在该示例性实施例中，方法232还包括放置磁屏蔽，例如，至少部分地围绕第一磁场传感器16的磁屏蔽104 (不于图3)。磁屏蔽104减少了由第一磁场传感器16测得的杂散磁场。通过把磁屏蔽104放置在第一磁场传感器16和杂散磁场源之间，而不是在第二磁场传感器18和杂散磁场源之间，当与第二磁场传感器18对杂散磁场的灵敏度相比较时，减少了第一磁场传感器16对杂散磁场的灵敏度。在备选实施例中，提供240第一磁场传感器16和提供242第二磁场传感器18包括放置第一磁场传感器16离导体46第一距离,例如,第一距离160(不于图4),且第二磁场传感器18离导体46第二距离，例如，第二距离162 (示于图4)，其中第二距离162大于第一距离160。通过把第二磁场传感器18放置得离导体46更远，且更靠近杂散磁场源，杂散磁场在第二磁场传感器18上具有比它们在第一磁场传感器16上更大的影响。在该备选实施例中，方法232还包括配置244处理装置，例如，处理器52(示于图 2)，以生成跳闸信号，例如，电流水平信号60 (示于图2)。跳闸信号60至少部分地基于该第一磁通和该第二磁通的比较。跳闸信号60还可以基于该第一磁通和该第二磁通的至少一个。方法232还可以包括配置处理器52以提供跳闸信号60给跳闸装置，例如跳闸装置34 (示于图2)，其中跳闸装置34配置成响应于跳闸信号60断开负载、例如负载44 (示于图2)，和电源，例如电源42 (示于图2)。例如，当该第一磁通大于或者等于该第二磁通且大于或者等于预定过电流阈值时，处理器52提供跳闸信号60。配置处理器52以提供跳闸信号60给跳闸装置34进一步包括配置处理器52以确定导体46中的实际电流水平。该实际电流水平是通过将该第一磁通减去与由第二磁场传感器18测得的杂散磁通关联的量而被确定的。本文描述了用于测量电流的示例性的方法、系统和设备。更具体地，本文所描述的方法、系统和设备有助于确定由杂散磁场引起的测得的磁通的部分和由流过导体的电流生成的测得的磁通的部分。例如，当被紧邻放置时，多个断路器可以不被以这样的空间分隔， 该空间大到足以包括能够阻止所有杂散磁场到达磁场传感器的磁屏蔽。相反，对由杂散磁场引起的测得的磁通的部分进行抵偿，这减小了电路保护装置的妨害性跳闸。本文所描述的方法、系统和设备允许多个电路保护装置之间的紧密间距，这有助于紧凑的断路器盒的制造和操作。而且，本文所描述的方法、系统和设备克服了霍尔效应传感器的抗扰性问题。 若没有对抗扰性的解决方案，则霍尔效应传感器不能与电子跳闸单元一起使用，因为如果邻近装置经历了突入或者短路电流，断路器很可能会妨害性跳闸。本文所描述的方法、系统和设备使用两个或者更多个霍尔效应传感器以确定杂散磁场的存在和防止电路保护装置响应该杂散磁场。第一传感器不如第二传感器对杂散磁场灵敏。因此，在正常操作期间，在第一的传感器监测通过导体的电流时，该第二的传感器的输出将大于或者等于第二的传感器的输出。当该第二的传感器的输出大于该第一的传感器的输出时，杂散磁场被确定为存在。本文所描述的方法、系统和设备有助于电流的高效和经济的测量。在本文详细地描述和/或说明了方法、系统和设备的示例性实施例。本方法和系统不限于本文所描述的特定实施例，而相反，每个系统的部件，以及每个方法的步骤，都可以分离且独立于本文所描述的其他部件和步骤而使用。每个部件，以及每个方法步骤，也能够与其他部件和/或方法步骤组合使用。在介绍本文所描述和/或说明的方法、系统和设备的元件/部件/等时，冠词“一个”、“该”和“所述”意在表明有一个或者更多个该元件/部件/等。术语“包括”、“包含” 和“具有”意在包含性的且表明可能有不同于所列的元件/部件/等的附加的元件/部件
/等的意思。本书面描述使用了实例以公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或者系统以及执行任何合并在内的方法。本发明的专利范围是由权利要求限定的，且可以包括对本领域技术人员想到的其他实例。这类其他实例如果它们具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差别的等同结构元件的话则意在位于权利要求的范围内。部件列表
权利要求
1.一种用于测量通过导体(46)的电流的电流测量系统(10)，所述系统包括第一传感器(16)，配置成测量第一磁通并生成与所述第一磁通成比例的第一信号 (20)；第二传感器(18)，配置成测量第二磁通并提供与所述第二磁通成比例的第二信号 (22)，所述第二传感器具有比所述第一传感器对杂散磁场更高的灵敏度；以及与所述第一传感器和所述第二传感器耦合的处理器(14)，所述处理器(14)配置成接收所述第一信号和所述第二信号，所述处理器进一步配置成通过比较所述第一信号和所述第二信号确定杂散磁场的存在。
2.根据权利要求I所述的系统(10)，其中所述第一传感器(16)包括霍尔效应传感器和巨磁阻场传感器至少其中之一。
3.根据权利要求I所述的系统(10)，其中所述第一传感器(16)放置在离所述导体 (46)第一距离(130)且所述第二传感器(18)放置在离所述导体第二距离(132)，其中所述第二距离大于所述第一距离。
4.根据权利要求I所述的系统(10)，进一步包括至少部分地围绕所述第一传感器(16) 而放置的磁屏蔽(104)，所述磁屏蔽配置成保护所述第一传感器免受杂散磁场的影响。
5.根据权利要求I所述的系统(10)，其中所述处理器(14)进一步配置成输出电流水平信号(60) ο
6.根据权利要求5所述的系统(10),其中所述电流水平信号(60)基于所述第一信号 (20)和所述第二信号(22)的加权平均。
7.根据权利要求5所述的系统(10)，其中所述电流水平信号(60)包括跳闸信号、实际电流水平信号、和杂散磁场水平信号中的至少一个。
8.根据权利要求7所述的系统(10)，其中所述处理器(14)进一步配置成在所述第一信号(20)比所述第二信号(22)和预定过电流水平都大时，输出所述跳闸信号。
9.一种电路保护装置(30)，放置在电源(42)和负载(44)之间，其中至少一个导体(46)使所述电源耦合到所述负载，所述装置包括第一传感器(16)，配置成测量第一磁通并提供与所述第一磁通成比例的第一信号(20)；第二传感器(18)，配置成测量第二磁通并提供与所述第二磁通成比例的第二信号 (22)，所述第二传感器具有比所述第一传感器对杂散磁场更高的灵敏度；与所述第一传感器和所述第二传感器耦合的处理器(14)，所述处理器(14)配置成接收所述第一信号和所述第二信号，所述处理器进一步配置成比较所述第一信号和所述第二信号以确定杂散磁场的存在，所述处理器进一步配置成生成跳闸信号￠0);以及与所述处理器耦合的跳闸装置(34)，其配置成响应于所述跳闸信号断开所述电源和所述负载的连接。
10.根据权利要求9所述的装置(30)，其中所述处理器(14)配置成当所述第二信号(22)小于所述第一信号(20)且所述第一信号对应于大于或者等于阈值过电流值的磁场水平时，输出所述跳闸信号(60)到所述跳闸装置(34)。
全文摘要
本发明涉及电流测量系统及其组装方法。描述了一种用于测量通过导体(46)的电流的电流测量系统(10)。该系统包括第一传感器(16)，配置成测量第一磁通并产生与该第一磁通成比例的第一信号(20)。该系统还包括第二传感器(18)，配置成测量第二磁通并提供与该第二磁通成比例的第二信号(22)，该第二传感器具有比该第一传感器对杂散磁场更高的灵敏度。该系统还包括与该第一传感器和该第二传感器耦合的处理器(14)，该处理器(14)配置成接收该第一信号和该第二信号。该处理器进一步配置成通过比较该第一信号和该第二信号确定杂散磁场的存在。
文档编号H02H3/08GK102608383SQ20111046329
公开日2012年7月25日 申请日期2011年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者C·B·威廉斯 申请人:通用电气公司