一种用于测量交直流电流的器件和包括该器件的断路器 技术领域 本发明涉及一种测量器件， 具体涉及一种用于测量交直流电流的器件和包括该器 件的断路器。
背景技术 断路器是用于监视载流线的正确操作并在故障操作状况下切断电流所需的低电 压功率系统保护器件之一。在这类器件中， 必须有用于测量载流线中流动的电流的电流测 量器件。 如今， 在交流和直流载流线中使用了各种类型基于不同工作原理的电流测量器件。
测量流经载流线的电流的一种方式是布置连接至载流线的电阻支路， 该电阻支路 包括电阻器， 流经载流线的至少一部分电流可以流经该电阻器。通过电阻支路两端的电压 降就可以计算得到流经载流线的电流。当待测量的直流电流较小时， 即小于 100A 时， 使用 电阻支路测量电流相对较容易。但是， 在考虑到可接受的输出范围以及电流流经电阻器时 所导致的温度升高时， 需要进行特殊的支路设计。并且用于测量高直流电流的电阻支路的
成本通常很高。而且， 使用电阻支路时还需要采取隔离手段。这些都增加了电流测量的成 本。 此外， 电阻支路的交流特性通常会在瞬态时引起较大的电流测量误差， 因此这种电流测 量方式无法测量交流电流。
采用铁芯作为磁集中器且基于开环或闭环的电流传感器可以遵守安培环路定理， 即对围绕载流线的闭环的磁场进行的线积分与载流线中流动的电流成比例。 这种电流传感 器可以用于测量交流电流。然而， 铁芯固有的磁通饱和使得这种电流传感器的电流测量范 围受到限制。 而且， 在测量载流线中的电流峰值之后， 这种电流传感器还会出现 “磁记忆” 现 象， 从而影响后续电流测量的准确率。另外， 铁芯固有的结构使其占据空间大且成本高。
为了以有限的尺寸实现宽的电流测量范围， 例如 100A-70KA， 并且没有 “磁记忆” 的 风险， 出现了不包含铁芯的电流传感器。
在载流线附近放置一个或两个磁场传感器， 磁场传感器可以利用载流线中的电流 所产生的磁场， 其输出信号与载流线中的电流成比例。 通过使用正确类型的磁场传感器， 可 以响应于交流或直流电流。然而， 依赖于一或两个磁场传感器的电流传感器不能很好地接 近安培环路定理， 因此这种传感器在安装之后必需进行校准， 但在安装并校准之后， 载流线 会由于振动等偏离原始校准的位置， 从而相对于传感器产生位置变化， 进而影响电流的测 量准确性。并且， 附近的其它载流线所产生的杂散磁场也会引起其测量误差。
因此， 需要一种没有铁芯且电流测量准确率较高的电流传感器， 使得电流传感器 不会由于铁芯的磁通饱和而引起对电流测量范围的限制， 不会出现磁记忆现象， 并且基本 不受相邻载流线所感应的外部磁场以及载流线相对于传感器的位置变化的影响。
专利号为 US7164263B2 的美国专利中公开了一种由围绕载流线而布置的多个磁 场传感器组成的电流传感器。如图 1 所示， 两个印刷电路板 (PCB)102 布置在密封的被布置 为围绕载流线 106 形成闭合路径的两个壳体 101 上。 两个壳体 101 由转轴 105 啮合在一起， 并且由紧固装置 103 锁在一起， 从而围绕载流线 106 闭合。在每个 PCB 102 上沿围绕载流线的一个或多个闭合路径布置多个磁场传感器 104。沿每个闭合路径， 多个磁场传感器 104 具有基本相同的磁灵敏度， 并且具有相等的间隔。 这种电流传感器不包含铁芯， 因此不会由 于铁芯的磁通饱和而引起对电流测量范围的限制， 也不会出现磁记忆现象。 同时， 这种电流 传感器近似遵守安培环路定理， 因此不受相邻载流线所感应的外部磁场以及载流线相对于 传感器的位置变化的影响。然而， 这种电流传感器必需是由相同磁灵敏度的磁场传感器的 形成的环形或椭圆形， 在载流线为例如矩形或方形的多边形并且用于容纳电流传感器的空 间有限时不适合使用， 例如不适用于框架式断路器或塑壳断路器。 发明内容 因此， 本发明提供一种用于测量交直流电流的器件和包括该器件的断路器， 其可 以适用于多边形的载流线。
本发明提供的霍尔电流传感器包括 ： 沿围绕载流线的多边形闭合路径布置的复数 个磁场传感器， 所述复数个磁场传感器的磁灵敏度不全部相等， 或所述复数个磁场传感被 非均匀布置， 或所述复数个磁场传感器的磁场敏感方向不全部相同。该器件既可以测量直 流电流， 也可以测量交流电流， 因此不仅适用于需要测量交流电流或直流电流的场合， 也可 以适用于需要同时流量交直流电流的场合 ； 不包含铁芯， 因此不会由于铁芯的磁通饱和而 引起对电流测量范围的限制， 也不会出现磁记忆现象， 并且减小了尺寸， 降低了成本。
在一个实施例中， 所述多边形闭合路径可以为具有至少一个对称轴的多边形闭合 路径， 复数个磁场传感器可以以所述至少一个对称轴对称的方式布置在多边形闭合路径 上。 例如， 所述多边形闭合路径为矩形、 方形或轴对称的六边形， 因此适用于方形、 矩形或六 边形的载流线。
在一个实施例中， 所述复数个磁场传感器的数目为至少 4 个。在多边形闭合路径 的至少两个相对侧边布置有至少三个传感器的情况下， 所述至少两个相对侧边中每一侧边 的中部可以分别布置有一个磁场传感器， 每一侧边的中部与相应的两个端部之间分别布置 有至少一个磁场传感器。例如， 所述复数个磁场传感器的数目为 10 个时， 所述矩形或方形 的两个相对侧边分别布置有三个磁场传感器， 每一侧边的中部布置有一个磁场传感器， 每 一侧边的中部和两个端部之间分别布置有一个磁场传感器 ； 所述矩形或方形的另外两个相 对侧边中每一侧边分别布置有两个磁场传感器。
布置在多边形闭合路径的至少两个相对侧边上的端部与中部之间的磁场传感器 中至少一个的磁灵敏度和 / 或磁场敏感方向， 不同于布置在多边形闭合路径上的其它磁场 传感器的磁灵敏度和 / 或磁场敏感方向 ； 和 / 或布置在多边形闭合路径的至少两个相对侧 边上的至少两个相邻磁场传感器之间的间隔， 不同于布置在多边形闭合路径上的其它相邻 磁场传感器之间沿多边形闭合路径的间隔。
更优选地， 如果布置在多边形闭合路径的至少两个相对侧边上的端部与中部之间 的磁场传感器中至少一个的磁灵敏度， 大于布置在多边形闭合路径上的其它磁场传感器的 磁灵敏度 ； 布置在多边形闭合路径至少两个相对侧边上的端部与中部之间的磁场传感器中 至少一个的磁场敏感方向与相应侧边之间的角度， 大于布置在多边形闭合路径上的其它磁 场传感器的磁场敏感方向与相应侧边之间的角度 ； 和 / 或布置在多边形闭合路径至少两个 相对侧边上的至少两个相邻磁场传感器之间的间隔， 大于布置在多边形闭合路径上的其它
相邻磁场传感器之间沿多边形闭合路径的间隔， 则该器件会更近似于遵守安培环路定理， 从而提高电流测量的准确率。
在多边形闭合路径的至少两个相对侧边布置有三个传感器的情况下， 布置在多边 形闭合路径的至少两个相对侧上的端部与中部之间的磁场传感器的磁灵敏度和 / 或磁场 敏感方向， 不同于布置在多边形闭合路径其它位置的磁场传感器的磁灵敏度和 / 或磁场敏 感方向 ； 和 / 或布置在多边形闭合路径的至少两个相对侧上的端部与中部之间的磁场传感 器与布置在相应侧中部的磁场传感器之间的间隔， 不同于其它相邻磁场传感器之间沿多边 形闭合路径的间隔。
更优选地， 如果布置在多边形闭合路径的至少两个相侧上的端部与中部之间的磁 场传感器的磁灵敏度， 大于布置在多边形闭合路径其它位置的磁场传感器的磁灵敏度 ； 布 置在多边形闭合路径至少两个相对侧上的端部与中部之间的磁场传感器的磁场敏感方向 与相应侧之间的角度， 大于布置在多边形闭合路径其它位置的磁场传感器磁场敏感方向与 相应侧之间的角度 ； 和 / 或布置在多边形闭合路径至少两个相对侧上的端部与中部之间的 磁场传感器与布置在相应侧中部的磁场传感器之间的间隔， 大于其它相邻磁场传感器之间 沿多边形闭合路径的间隔， 则该器件会更近似于遵守安培环路定理， 从而提高电流测量的 准确率。 以上述 10 个磁场传感器的磁灵敏度为例， 布置在所述中部和端部之间的磁场传 感器的磁灵敏度高于所述中部的磁场传感器。具体来说， 布置在所述中部和端部之间的磁 场传感器采用磁灵敏度比所述中部的磁场传感器高的材料制成， 或者布置在所述中部和端 部之间的磁场传感器的控制功率高于所述中部的磁场传感器。因此， 可以通过调节磁场传 感器的磁灵敏度来灵活地扩展电流测量范围。 位于所述中部的磁场传感器可以偏离所述中 部的位置以扩展使所述器件的电流测量范围， 因此可以通过调节位于多边形侧边中部的磁 场传感器的位置， 来扩展电流测量范围。
复数个磁场传感器优选布置在多边形闭合路径的各个侧边上， 而不布置在多边形 的顶点上。
该器件可以进一步包括调节单元， 用于调节所述复数个磁场传感器的磁灵敏度、 所述复数个磁场传感器的布置间隔和 / 或所述复数个磁场传感器的磁场敏感方向， 使所述 器件近似遵守安培环路定理。 因此电流的测量不会受相邻载流线所感应的外部磁场以及载 流线相对于磁场传感器的位置变化的影响， 从而能够达到所需的测量准确率。
优选地， 该器件进一步包括加法单元， 用于将所述复数个磁场传感器的输出相加 以得到流经所述载流线的电流的大小。
在一个实施例中， 所述复数个磁场传感器可以布置在围绕所述载流线布置的支撑 板上， 所述支撑板可以为印刷电路板。所述印刷电路板包括加法单元、 调节单元、 温度补偿 单元、 缓冲 / 滤波单元、 直流偏移补偿单元和电源单元中的一个或多个。
所述磁场传感器可以为霍尔元件、 磁阻传感器或磁致伸缩传感器等点磁场传感 器。
本发明还提供一种断路器， 包括以上所述的用于测量交直流电流的器件。
附图说明图 1 为现有技术中电流传感器的结构图 ；
图 2 为本发明第一实施例中电流传感器的截面图 ；
图 3 为本发明第一实施例中的电流传感器的详细电路图 ；
图 4 为对相邻载流线在本发明第一实施例的电流传感器中引入的测量误差进行 建模的示意图 ；
图 5 为相邻载流线在本发明第一实施例的电流传感器中引入的测量误差 ；
图 6 为多个霍尔元件的磁灵敏度相等时相邻载流线所引入的测量误差 ；
图 7 为对载流线的位置变化在本发明第一实施例的电流传感器中引入的测量误 差进行建模的示意图 ；
图 8 为载流线的位置变化在本发明第一实施例的电流传感器引入的测量误差 ；
图 9 为多个霍尔元件的磁灵敏度相等时载流线的位置变化所引入的测量误差 ；
图 10 为霍尔元件的数目为 4 时相邻载流线在本发明实施例的电流传感器中引入 的测量误差 ；
图 11 为霍尔元件的数目为 4 时载流线的位置变化在本发明的电流传感器引入的 测量误差 ； 图 12 为霍尔元件的数目为 8 时相邻载流线在本发明实施例的电流传感器中引入 的测量误差 ；
图 13 为霍尔元件的数目为 8 时载流线的位置变化在本发明的电流传感器引入的 测量误差 ；
图 14 为本发明第四实施例中的电流传感器的截面图 ；
图 15 为本发明第五实施例中的电流传感器的截面图 ；
图 16 为本发明第六实施例中的电流传感器的截面图。
具体实施方式
本发明提供的用于测量交直流电流的器件， 包括 ： 沿围绕载流线的多边形闭合路 径布置的复数个磁场传感器， 所述复数个磁场传感器的磁灵敏度不全部相等、 所述复数个 磁场传感器沿所述多边形闭合路径非均匀布置和 / 或所述复数个磁场传感器的磁场敏感 方向不全部相同。 该器件其既可以测量直流电流， 也可以测量交流电流， 适用于多边形的载 流线， 不包含铁芯。 因此， 本发明提供的用于测量交直流的器件不会由于铁芯的磁通饱和而 引起对电流测量范围的限制， 也不会出现磁记忆现象。
为了提高电流测量的准确率， 可以对复数个磁场传感器的磁灵敏度、 相邻磁场传 感器之间沿多边形闭合路径的布置间隔和 / 或复数个磁场传感器的磁场敏感方向进行调 节， 以使该器件近似遵守安培环路定理， 即， 使得相邻载流线的位置变化所引入的电流测量 误差和 / 或载流线本身相对于磁场传感器的位置变化所引入的电流测量误差处于期望的 范围之内， 以达到实际应用对电流测量准确率的要求。
优选地， 上述多边形闭合路径可以为具有至少一个对称轴的多边形闭合路径， 复 数个磁场传感器可以以至少一个对称轴对称的方式布置在多边形闭合路径上。
在多边形闭合路径的至少两个相对侧边布置有至少三个磁场传感器的情况下， 所 述至少两个相对侧边中每一侧边的中部可以分别布置有一个磁场传感器， 每一侧边的中部与相应的两个端部之间分别布置有至少一个磁场传感器。
此时， 优选的是， 布置在多边形闭合路径的至少两个相对侧边上的端部与中部之 间的磁场传感器中至少一个的磁灵敏度和 / 或磁场敏感方向， 不同于布置在多边形闭合路 径上的其它磁场传感器的磁灵敏度和 / 或磁场敏感方向 ； 和 / 或布置在多边形闭合路径的 至少两个相对侧边上的至少两个相邻磁场传感器之间的间隔， 不同于布置在多边形闭合路 径上的其它相邻磁场传感器之间沿多边形闭合路径的间隔。
更优选地， 如果布置在多边形闭合路径的至少两个相对侧边上的端部与中部之间 的磁场传感器中至少一个的磁灵敏度， 大于布置在多边形闭合路径上的其它磁场传感器的 磁灵敏度 ； 布置在多边形闭合路径至少两个相对侧边上的端部与中部之间的磁场传感器中 至少一个的磁场敏感方向与相应侧边之间的角度， 大于布置在多边形闭合路径上的其它磁 场传感器的磁场敏感方向与相应侧边之间的角度 ； 和 / 或布置在多边形闭合路径至少两个 相对侧边上的至少两个相邻磁场传感器之间的间隔， 大于布置在多边形闭合路径上的其它 相邻磁场传感器之间沿多边形闭合路径的间隔， 则该器件会更近似于遵守安培环路定理， 从而提高电流测量的准确率。
在多边形闭合路径的至少两个相对侧边布置有三个传感器的情况下， 布置在多边 形闭合路径的至少两个相对侧上的端部与中部之间的磁场传感器的磁灵敏度和 / 或磁场 敏感方向， 不同于布置在多边形闭合路径其它位置的磁场传感器的磁灵敏度和 / 或磁场敏 感方向 ； 和 / 或布置在多边形闭合路径的至少两个相对侧上的端部与中部之间的磁场传感 器与布置在相应侧中部的磁场传感器之间的间隔， 不同于其它相邻磁场传感器之间沿多边 形闭合路径的间隔。 更优选地， 如果布置在多边形闭合路径的至少两个相侧上的端部与中部之间的磁 场传感器的磁灵敏度， 大于布置在多边形闭合路径其它位置的磁场传感器的磁灵敏度 ； 布 置在多边形闭合路径至少两个相对侧上的端部与中部之间的磁场传感器的磁场敏感方向 与相应侧之间的角度， 大于布置在多边形闭合路径其它位置的磁场传感器磁场敏感方向与 相应侧之间的角度 ； 和 / 或布置在多边形闭合路径至少两个相对侧上的端部与中部之间的 磁场传感器与布置在相应侧中部的磁场传感器之间的间隔， 大于其它相邻磁场传感器之间 沿多边形闭合路径的间隔， 则该器件会更近似于遵守安培环路定理， 从而提高电流测量的 准确率。
复数个磁场传感器优选布置在多边形闭合路径的各个侧边上， 而不是布置在多边 形的顶点上。
第一实施例 ：
本实施例中， 磁场传感器的数目为 10 个， 多边形闭合路径为矩形。
以下结合图 2 和图 3 详细说明本发明第一实施例提供的用于测量交直流电流的器 件。图 2 为本发明第一实施例中电流传感器的截面图。图 3 为本发明第一实施例的电流传 感器的详细电路图。
如图 2 所示， 多个磁场传感器 1 至 10 布置在围绕载流线 11 的多边形闭合路径 12 上。具体来说， 多边形闭合路径 12 的两个相对侧边， 即上侧边和下侧边上分别布置三个磁 场传感器， 每一侧边的中部布置一个， 每一侧边的中部与两个端部之间各布置一个， 另外两 个相对侧边中每一侧边各布置 2 个。具体如图 2 所示， 另外两个相对侧边中每一侧边布置
的 2 个磁场传感器可以分别布置于每一侧边的中部与两个端部之间。从图 2 可以看出， 本 实施例中的多边形闭合路径为以两个轴 ( 矩形的长轴和短轴 ) 相对称的图形， 10 个磁场传 感器的布置方式以矩形的长轴和短轴相对称。
10 个磁场传感器沿多边形闭合路径 12 均匀布置， 即复数个磁场传感器中相邻磁 场传感器之间沿多边形闭合路径 12 的间隔是相等的。多边形闭合路径顶点附近的相邻磁 场传感器沿多边形闭合路径 12 的间隔是指相邻磁场传感器至该顶点的距离之和。以磁场 传感器 3 和 4 为例， 相邻磁场传感器 3 和 4 沿多边形闭合路径 12 的间隔是指， 磁场传感器 3 至多边形闭合路径右上顶点之间的距离与磁场传感器 4 至多边形闭合路径右上顶点之间 的距离之和。
10 个磁场传感器的磁场敏感方向相同， 即复数个磁场传感器的磁场敏感方向与多 边形闭合路径相应侧边之间的夹角均相等。具体在图 2 中， 复数个磁场传感器的磁场敏感 方向与多边形的相应侧边之间的夹角为 0 度， 即复数个磁场传感器的磁场敏感方向平行多 边形闭合路径 12 的相应侧边， 具体是指每个磁场传感器的磁场敏感方向平行于该磁场传 感器所处的多边形闭合路径 12 的侧边。
在本实施例中， 复数个磁场传感器的磁灵敏度不全部相等。 更具体地， 位于多边形 闭合路径 12 的上下两个相对侧边中部与端部之间的磁场传感器的磁灵敏度， 不同于位于 多边形闭合路径其它位置的磁场传感器的磁灵敏度， 例如位于多边形闭合路径 12 的上下 两个相对侧边中部与端部之间的磁场传感器的磁灵敏度相对较高或较低。
为了提高本实施例中电流测量的准确率， 可以对磁场传感器的磁灵敏度进行调 节， 例如使布置在上下两个相对侧边中部与端部之间的磁场传感器 1、 3、 6 和 8 的磁灵敏度 大于布置在其它位置的磁场传感器 2、 4、 5、 7、 9 和 10 的磁灵敏度， 从而使电流传感器近似遵 守安培环路定理。
公知的是， 如果电流传感器遵守安培环路定理， 则电流传感器的输出仅与流过载 流线的电流值成比例。以霍尔元件为例， 具体以沿闭合路径的第 i(i ＝ 1， 2， 3， ...10) 个霍 尔元件为例， 以载流线的中心为原点， 以水平方向为 x 轴， 竖直方向为 y 轴， 建立坐标系， 假 设霍尔元件 i 距离载流线中心的距离为 ri， 载流线中心和霍尔元件 i 的中心之间的连线与 y 轴所成的夹角为 θi， 则根据比奥 - 萨伐尔定律， 霍尔元件 i 处的磁场强度 Bi 可以计算为 ：
公式 1其中， I 是载流线中的待测量电流， μ0 为空气的磁导率。
沿闭合路径的第 i 个霍尔元件的输出 Vioutput 可以计算为 ：
Vioutput ＝ Bicosθi×Ki 公式 2
其中 Ki 为第 i 个霍尔元件的磁灵敏度。
如图 3 所示， 本发明实施例的电流传感器的电路包括加法单元 SUM， 所有霍尔元件 的输出由加法单元加起来形成电流传感器的输出 Eoutput ：
公式 3根据以上推导可知， 在测量得到所有霍尔元件的输出之和时， 就可以通过以上公 式反推得到流经载流线的电流大小。上述加法单元也可以是加法放大器， 同时具备相加和放大的功能， 从而可以省略 单独的放大单元。
除加法放大器或者加法单元之外， 本发明实施例中的电流传感器的具体电路还可 以包括缓冲 / 滤波单元 B/F， 用于提高电源传感器的抗干扰能力 ； 可以进一步包括直流偏移 补偿单元， 用于补偿电路中的直流电流 ； 还可以进一步包括温度补偿单元， 用于在环境温度 产生变化的情况下， 通过调节磁灵敏度和 / 或磁场敏感方向来补偿环境温度变化对磁场传 感器的测量准确率的影响 ； 或者还可以进一步包括电源单元， 用于给磁场传感器及其它单 元供电。具体结构和实现方式为现有技术， 在此不再赘述。以上所述的电流传感器的电路 均可以通过硬件电路或者软件算法来实现。
本发明实施例的电流传感器中， 复数个磁场传感器可以被固定在一个多边形的支 撑板 13 上。在电流传感器还包括电源单元、 加法单元、 温度补偿单元、 缓冲 / 滤波单元和 / 或直流偏移补偿单元等外围处理单元的情况下， 例如多边形的支撑板 13 可以是多边形的 PCB， 其中电源单元、 调节单元、 加法单元、 温度补偿单元、 缓冲 / 滤波单元和 / 或直流偏移补 偿单元等的外围处理单元可以布置在 PCB 上。
下面以用于框架式断路器和塑壳断路器的电流传感器且通过调节磁灵敏度提高 电流测量准确率为例来描述本发明实施例的电流传感器的性能。 用于框架式断路器的电流传感器
本发明实施例的电流传感器适用于框架式断路器。例如， 框架式断路器的额定电 流可以是 In ＝ 630A-6300A， 接地故障保护和瞬动保护的保护电流范围可以是 0.2In-10In， 即 126A-63KA。考虑到容限， 优选的电流测量范围为 100A-70KA。期望的电流测量准确率为 误差≤ 2％， 包括相邻载流线所感应的外部磁场所引入的误差以及载流线由于安装、 振动等 造成的相对于霍尔元件的位置变化所引入的误差。
电流传感器具有框架式断路器所需的尺寸， 即用于支持霍尔元件的方形闭合路径 的长为 68mm、 宽为 34mm， 霍尔元件与其位置的关系可以例如如表 1 中所示。复数个霍尔元 件的磁灵敏度的关系例如可以是 K1 ＝ K3 ＝ K6 ＝ K8 ＝ 1.7K2 ＝ 1.7K4 ＝ 1.7K5 ＝ 1.7K7 ＝ 1.7K9 ＝ 1.7K10。本实施例中， 所选霍尔元件的线性磁范围为 ±1T。
表 1 各个霍尔元件的磁灵敏度和位置
在电流传感器的输出是所有霍尔元件的输出之和的情况下， 当输入主电流为 100A-70KA 时， 根据以上公式 1-3 可以计算出电流传感器的输出为 6.91mV-4.8397V， 该电压 范围是常规信号处理电路可以处理的范围。
为了验证本实施例的电流传感器的性能， 引入 Matlab 仿真。评估的指标包括电流 传感器的测量范围、 与被测载流线具有相同电流的相邻载流线感应的磁场所引入的误差和 被测载流线相对于霍尔元件的位置变化所引入的误差。根据以上公式 1-3 建立 Matlab 仿 真数学模型。
在载流线需要承载的最大电流为 70kA 的情况下， 沿闭合路径的每个霍尔元件的 位置处的磁场 Bi 列于表 2 中。
表 2 在载流线承载的电流为 70kA 的情况下每个霍尔元件的磁场 Bi
编号 霍尔元件 1 霍尔元件 2 霍尔元件 3 霍尔元件 4
B(T) 0.4117 0.8235 0.4117 0.4006 编号 霍尔元件 5 霍尔元件 6 霍尔元件 7 霍尔元件 8 B(T) 0.4006 0.4117 0.8235 0.4117 编号 霍尔元件 9 霍尔元件 10 B(T) 0.4006 0.4006本实施例中所选霍尔元件的线性磁范围为 ±1T。 因此， 可以得出， 以上的所有磁场 强度均位于霍尔元件的线性范围之内， 因此 70kA 位于电流传感器的线性范围之内。还可以 发现， 霍尔元件 2 的位置和霍尔元件 7 的位置具有最大的磁场， 从而限制电流传感器的最大 线性范围。因此， 如果霍尔元件 2 和霍尔元件 7 被设置在离中部较远的其它位置， 使其到载 流线的距离变大， 从而使更大的电流所感应的磁场仍然位于线性范围内， 就可以扩展霍尔 电流传感器的电流测量范围。
以下参照图 4- 图 6 描述与被测载流线具有相同电流的相邻载流线所引入的测量 误差。图 4 为对相邻载流线在本发明实施例的电流传感器中引入的测量误差进行建模的示 意图。图 5 为相邻载流线在本发明实施例的电流传感器中引入的测量误差。图 6 为复数个 霍尔元件的磁灵敏度相等时相邻载流线所引入的测量误差。
参见图 4， 框架式断路器中相邻载流线的中心与被测载流线的中心之间的距离例 如为 90mm， 即相邻载流线的中心相对于被测载流线的中心的坐标为 (90， 0)。考虑到载流线 在安装以后可能会在 x 轴方向或 y 轴方向移动， 以 ±5mm 作为典型的载流线移动容限， 使用 表 1 中所列出的霍尔元件磁灵敏度， 与被测载流线具有相同电流的相邻载流线在本发明实 施例的电流传感器引入的测量误差如图 5 中所示。可以看出， 在磁灵敏度设计为 K1 ＝ K3 ＝ K6 ＝ K8 ＝ 1.7K2 ＝ 1.7K4 ＝ 1.7K5 ＝ 1.7K7 ＝ 1.7K9 ＝ 1.7K10 的情况下， 最大绝对误差为大 约 0.06％。 比较而言， 在所有霍尔元件具有相同磁灵敏度的情况下， 与被测载流线具有相同 电流的相邻载流线所引入的误差如图 6 所示。可以清楚地看到， 在 K 1 ＝ K2 ＝ K3 ＝ K4 ＝ K5 ＝ K6 ＝ K7 ＝ K8 ＝ K9 ＝ K10 的情况下， 最大绝对误差为大约 2.09％。因而， 基于仿真结果可 以得出， 本发明的电流传感器可以更有效地将相邻载流线所引入的误差减小为比所需误差 (2％ ) 更小的值 (0.06％ )。 以下参照图 7- 图 9 描述被测载流线相对于霍尔元件的位置变化所引入的测量误 差。图 7 为对载流线的位置变化在本发明的电流传感器中引入的测量误差进行建模的示意
图。图 8 为载流线的位置在本发明的电流传感器引入的测量误差。图 9 为复数个霍尔元件 的磁灵敏度相等时载流线的位置变化所引入的测量误差。
参见图 7， 在安装电流传感器时载流线可能在 x 轴的方向或 y 轴的方向移动。考 2 虑 5x5mm 的方形区域作为移动容限， 使用表 1 中所列出的霍尔元件磁灵敏度， 载流线的位 置变化在本发明实施例的电流传感器引入的误差如图 8 所示。可以发现， 在磁灵敏度设计 为 k1 ＝ k3 ＝ k6 ＝ k8 ＝ 1.7k2 ＝ 1.7k4 ＝ 1.7k5 ＝ 1.7k7 ＝ 1.7k9 ＝ 1.7k10 的情况下， 最大 绝对误差为大约 0.46％。比较而言， 在所有霍尔元件具有相同磁灵敏度的情况下， 被测载 流线位置变化所引入的误差如图 9 所示。可以清楚地看到， 在 k1 ＝ k2 ＝ k3 ＝ k4 ＝ k5 ＝ k6 ＝ k7 ＝ k8 ＝ k9 ＝ k10 的情况下， 最大绝对误差为大约 1.07％。因而， 基于仿真结果可以得 出， 本发明实施例的电流传感器可以更有效地将载流线位置变化引入的误差减小为比所需 误差 (2％ ) 小的值 (0.46％ )。
可见， 本发明第一实施例的电流传感器减小了相邻载流线的位置变化所引入的测 量误差和被侧边载流线位置变化所引入的测量误差， 从而与复数个霍尔元件的磁灵敏度全 部相等的情况相比， 复数个霍尔元件的磁灵敏度不完全相等使电流传感器更近似于安培环 路定理。 用于塑壳断路器的电流传感器
本发明的电流传感器还适用于塑壳断路器。例如， 塑壳断路器的额定电流可以 为 In ＝ 630A-1600A， 接地故障保护和瞬动保护的保护电流范围可以为 0.2In-10In， 即 126A-16KA。考虑到容限， 优选的电流测量范围为 100A-16KA。期望的电流测量准确率为误 差≤ 2％， 包括与被测载流线具有相同电流的相邻载流线感应的外部磁场所引入的误差以 及被测载流线由于安装、 振动等造成的相对于霍尔元件的位置变化所引入的误差。
与用于框架式断路器的电流传感器一样， 布置在多边形闭合路径 12 上下两个相 对侧边中部与端部之间的霍尔元件 1、 3、 6 和 8 的磁灵敏度大于布置在其它位置的霍尔元件 2、 4、 5、 7、 9 和 10， 磁灵敏度的关系也可以是 k1 ＝ k3 ＝ k6 ＝ k8 ＝ 1.7k2 ＝ 1.7k4 ＝ 1.7k5 ＝ 1.7k7 ＝ 1.7k9 ＝ 1.7k10。霍尔元件与其位置的关系可以例如如表 3 中所示。用于塑壳断路 器的电流传感器与用于框架式断路器的不同之处仅在于， 最大电流测量范围为 16KA。
表 3 用于塑壳断路器电流传感器中各个霍尔元件的磁灵敏度和位置
在电流传感器的输出是所有霍尔元件的输出之和的情况下， 当输入主电流为 100A-70KA 时， 根据以上公式 1-3 可以计算出电流传感器的输出为 34.56mV-5.5311V， 该电
压范围是常规信号处理电路可以处理的范围。
为了验证本实施例的电流传感器的性能， 引入 Matlab 仿真。评估的性能指标包括 电流传感器的测量范围、 与被测载流线具有相同电流的相邻载流线感应的磁场所引入的误 差和被测载流线相对于霍尔元件的位置变化所引入的误差。 根据以上公式 1-3 建立 Matlab 仿真数学模型。在载流线需要承载的最大电流为 16kA 的情况下， 沿路径的每个霍尔元件的 位置处的磁场 Bi 列于表 4 中。
表 4 在主电流为 16kA 的情况下每个霍尔元件的磁场 Bi
编号 霍尔元件 1 霍尔元件 2 霍尔元件 3 霍尔元件 4
B(T) 0.0941 0.1882 0.0941 0.0916 编号 霍尔元件 5 霍尔元件 6 霍尔元件 7 霍尔元件 8 B(T) 0.0916 0.0941 0.1882 0.0941 编号 霍尔元件 9 霍尔元件 10 B(T) 0.0916 0.0916在霍尔元件 2、 4、 5、 7、 9 和 10 的磁灵敏度为 400mv/kG 的情况下， 这些霍尔元件的 线性范围为大约 ±0.5T， 在霍尔元件 1、 3、 6 和 8 的磁灵敏度为 680mv/kG 的情况下， 这些霍 尔元件的线性范围为 ±0.2941T。因此， 表 4 中的所有磁场强度均位于霍尔元件的线性范 围之内， 这意味着， 16kA 位于电流传感器的线性范围之内。同样， 霍尔元件 2 的位置和霍尔 元件 7 的位置具有最大的磁场， 从而限制电流传感器的最大线性范围。因此， 如果霍尔元件 2 和霍尔元件 7 被设置在离中部较远的其它位置， 使其到载流线的距离变大， 从而使更大的 电流所感应的磁场仍然位于线性范围内， 就可以扩展电流传感器的电流测量范围。
对具有以上参数的用于塑壳断路器的电流传感器进行仿真， 得到的结果基本对应 于上述对用于框架式断路器的电流传感器进行仿真的结果。基于仿真结果可以得出， 用于 塑壳断路器的电流传感器可以更有效地将与被测载流线具有相同电流的相邻载流线所引 入的误差减小为比所需误差 (2％ ) 更小的值 (0.06％ )， 并且可以更有效地将被测载流线位 置变化所引入的误差减小为比所需误差 (2％ ) 更小的值 (0.46％ )。
可见， 本发明第一实施例的电流传感器减小了相邻载流线所引入的测量误差和载 流线位置变化所引入的测量误差， 因此与复数个霍尔元件的磁灵敏度全部相等的情况相 比， 复数个霍尔元件的磁灵敏度不完全相等使得电流传感器更近似于安培环路定理。
上述详细描述以霍尔元件为例， 但是本发明不限于此。例如， 除霍尔元件外， 磁场 传感器还可以是磁阻传感器或磁致伸缩传感器等点磁场传感器， 其中磁阻传感器例如为巨 磁阻传感器。
虽然优选如上述实施例所示， 在复数个磁场传感器均匀布置并且磁场敏感方向相 同的情况下， 位于多边形闭合路径 12 上下两个相对侧边的中部与端部之间的磁场传感器 的磁灵敏度， 高于位于其它位置的磁场传感器， 但是在电流测量准确率要求不高的情况下， 也可以是位于中部与端部之间的磁场传感器的磁灵敏度小于位于其它位置的磁场传感器， 或者以其它方式使多边形闭合路径上复数个磁场传感器的磁灵敏度不全部相等。可见， 可以通过调节磁场传感器的磁灵敏度， 使电流传感器更近似于遵守安培环路定理， 以满足电 流测量准确率的要求 ； 还可以通过调节磁场传感器的磁灵敏度， 来调节电流测量范围。 磁场 传感器的磁灵敏度越高， 可测量的电流范围就越小。 换句话说， 可以根据所需测量的电流范 围灵活地调节磁场传感器的磁灵敏度。
磁场传感器的磁灵敏度可以由调节单元来调节， 例如通过分别调节每个磁场传感 器的控制功率来调节磁灵敏度， 包括调节电压源的电压大小、 电流源的电流大小或连接在 电源与磁场传感器之间的电阻器的电阻等等 ； 分别调节每个磁场传感器的放大单元来调节 磁灵敏度， 例如将放大单元的增益调高， 使得相同磁场下磁场传感器的输出增大 ； 或者选择 由磁灵敏度高的材料制成的磁场传感器来调节磁场传感器的磁灵敏度。 调节单元可以通过 硬件电路或者软件算法来实现。
在一个实施例中， 复数个磁场传感器均匀布置且磁灵敏度相等， 但是复数个磁场 传感器的磁场敏感方向不全部相同， 即复数个磁场传感器的磁场敏感方向与多边形的相应 侧边之间的夹角不全部相同。例如， 布置在多边形闭合路径 12 上下两个相对侧边的端部与 中部之间的磁场传感器 1、 3、 6 和 8 的磁场敏感方向， 与多边形闭合路径的相应侧边之间存 在一定的夹角 ； 而布置在其它位置的磁场传感器 2、 4、 5、 7、 9 和 10 的磁场敏感方向与多边形 的相应侧边之间的夹角为 0 度， 即布置在其它位置的磁场传感器的磁场敏感方向与多边形 的相应侧边平行。 也就是说， 可以通过调节复数个磁场传感器的磁场敏感方向， 来调节电流 传感器的电流测量准确率和 / 或电流测量范围， 甚至使电流传感器遵守或者近似遵守安培 环路定理。
在本发明另外的实施例中， 复数个磁场传感器的磁灵敏度和磁场敏感方向可以相 同， 但是布置间隔不均匀， 即相邻磁场传感器之间沿多边形闭合路径的间隔可以不完全相 同。例如， 布置在多边形闭合路径 12 上下两个相对侧边的端部与中部之间的磁场传感器与 布置在相应侧边中部的磁场传感器之间的间隔， 不同于其它相邻磁场传感器之间沿多边形 闭合路径的间隔。例如， 图 2 中磁场传感器 1 和 3 与磁场传感器 2、 磁场传感器 6 和 8 与磁 场传感器 7 之间的间隔大于或小于磁场传感器 3 与 4、 4 与 5、 5 与 6、 8 与 9、 9 与 10 以及 10 与 1 之间沿多边形闭合路径 12 的间隔。可见， 可以通过调节相邻磁场传感器沿多边形闭合 路径的布置间隔来调节电流传感器的电流测量准确率， 甚至使电流传感器遵守或者近似遵 守安培环路定理 ； 并且还可以通过调节相邻磁场传感器的布置间隔来调节电流传感器的电 流测量范围。例如， 可以将图 2 中上下侧边中部的磁场传感器偏离中点布置， 从而减小磁场 传感器所感应的磁场， 使磁场传感器的测量范围处于其可接受线性范围内， 以扩展电流测 量范围。
在本发明的其它实施例中， 也可以同时调节复数个磁场传感器的磁灵敏度、 磁场 敏感方向和相邻磁场传感器沿多边形闭合路径的布置间隔中的任意两者或者全部， 来调节 电流传感器的电流测量准确率和 / 或电流测量范围， 甚至使电流传感器遵守或者近似遵守 安培环路定理。
图 2 所示本发明的第一实施例中， 磁场传感器的数目为 10 个， 但是本发明不限于 此。实际应用中， 磁场传感器的数目可以是至少 4 个。
第二实施例 ：
磁场传感器的数目可以是 4 个， 矩形或方形的每一侧边各布置 1 个磁场传感器， 可以调节这些磁场传感器的磁灵敏度、 在每一侧边上的布置位置和 / 或磁场敏感方向中的至 少一种， 使电流传感器符合实际应用对测量准确率的要求。图 10 为霍尔元件的数目为 4 时 相邻载流线在本发明实施例的电流传感器中引入的测量误差， 图 11 为霍尔元件的数目为 4 时载流线的位置变化在本发明的电流传感器引入的测量误差。从图 10 和 11 可以看出， 当 霍尔元件的数目为 4 时， 与被测量载流线具有相同电流的相邻载流线所引入的最大测量误 差为 3.78％， 被测载流线相对于霍尔元件的位置变化所引入的最大测量误差为 6.84％。可 见， 在测量准确率要求不高的场合， 例如要求测量误差低于 7％， 可以使用 4 个霍尔元件的 电流传感器， 从而以较低的成本满足需求。
第三实施例 ：
磁场传感器的数目可以是 8 个， 这 8 个磁场传感器的布置方式可以是 ： 矩形或方形 闭合路径的每一侧边各布置 2 个磁场传感器， 或者其中两个相对侧边各布置 3 个， 另外两个 相对侧边各布置 1 个。可以对这些磁场传感器的磁灵敏度、 相邻磁场传感器之间沿多边形 闭合路径的布置间隔和 / 或磁场敏感方向中的至少一个进行调节， 使电流传感器符合实际 应用对测量准确率的要求。具体地说， 在方形闭合路径的其中两个相对侧边布置 3 个磁场 传感器的情况下， 布置在端部与中部之间的磁场传感器的磁灵敏度可以高于布置在中部的 磁场传感器。 以上述第一种布置方式为例， 图 12 为霍尔元件的数目为 8 时相邻载流线在本发 明实施例的电流传感器中引入的测量误差， 图 13 为霍尔元件的数目为 8 时载流线的位置 变化在本发明的电流传感器引入的测量误差。从图 12 和图 13 可以看出， 当霍尔元件的数 目为 8 时， 与被测载流线具有相同电流的相邻载流线的位置变化所引入的最大测量误差为 4.49％， 被测载流线相对于霍尔元件的位置变化所引入的最大测量误差为 1.83％。 可见， 在 测量准确率要求不高的场合， 例如要求测量误差低于 5％， 可以使用上述方式布置的具有 8 个霍尔元件的电流传感器， 从而以较低的成本满足需求。
基于以上对第一至第三实施例的仿真结果可以得出， 当霍尔元件的数目为 10 时， 实现测量误差小于 2％， 从而可以适用于以上所述的框架式断路器和塑壳断路器。
第四实施例 ：
本实施例中， 磁场传感器的数目为 12 个， 多边形闭合路径为方形。以下结合图 14 详细描述本发明第四实施例提供的测量交直流电流的器件。图 14 为本发明第四实施例中 电流传感器的截面图。如图 14 所示， 复数个磁场传感器 401-412 布置在围绕载流线 11 的 方形闭合路径 413 上。具体来说， 方形闭合路径 413 的每一侧边分别布置有 3 个磁场传感 器， 但 12 个传感器非均匀地布置， 使得布置在上下 ( 和 / 或左右 ) 两个相对侧边的磁场传 感器之间 ( 图中所示为磁场传感器 401-403 之间以及 407-409 之间 ) 的间隔小于其它相邻 磁场传感器之间沿多边形闭合路径 413 的间隔。
在其它实施例中， 也可以是布置在上下 ( 和 / 或左右 ) 两个相对侧边的磁场传感 器之间的间隔大于其它相邻磁场传感器之间沿多边形闭合路径 413 的间隔。
12 个磁场传感器的磁灵敏度和 / 或磁场敏感方向也可以不同。例如， 在磁灵敏度 和 / 或磁场敏感方向不同的情况下， 布置在各侧边端部与中部之间的磁场传感器 401、 403、 404、 406、 407、 409、 410 和 412 的磁灵敏度和 / 或磁场敏感方向不同于 ( 对磁灵敏度来说， 是 大于或者小于 ) 中部的磁场传感器 402、 405、 408 和 411。
当然， 磁场传感器的数目为 12 个时， 也不限于以上所述的布置方式。 例如， 12 个磁 场传感器可以均匀布置， 或者多边形闭合路径 413 的四个侧边可以非均匀地分别布置 2、 4、 2、 4 个磁场传感器。
本实施例的电流传感器中， 12 个磁场传感器可以被固定在一个多边形的支撑板 414 上。 在电流传感器还包括电源单元、 加法单元、 温度补偿单元、 缓冲 / 滤波单元和 / 或直 流偏移补偿单元等外围处理单元的情况下， 例如多边形的支撑板 414 可以是多边形的 PCB， 其中电源单元、 调节单元、 加法单元、 温度补偿单元、 缓冲 / 滤波单元和 / 或直流偏移补偿单 元等的外围处理单元可以布置在 PCB 上。
第五实施例 ：
本发明的第一至第四实施例中， 布置复数个磁场传感器的多边形闭合路径为矩形 或方形， 但是本发明不限于此。实际应用中， 多边形闭合路径也可以是六边形或其它多边 形。以下以六边形为例进行详细说明。
本实施例中， 磁场传感器的数目为 12 个， 多边形闭合路径为以横轴和纵轴为对称 轴的六边形。 以下结合图 15 详细描述本发明第五实施例提供的测量交直流电流的器件。 图 15 为本发明第五实施例中电流传感器的截面图。如图 15 所示， 复数个磁场传感器 501-512 布置在围绕载流线 11 的六边形闭合路径 513 上。具体来说， 六边形闭合路径 513 的上下两 个相对侧边分别布置有 3 个磁场传感器 501-503 和 507-509， 左边的两个侧边和右边的两个 侧边分别布置有 1 个磁场传感器 504、 506、 510 和 512， 左右两个顶点分别布置 1 个磁场传感 器 505 和 511。 12 个磁场传感器的磁场敏感方向全部相同， 即布置在六边形各侧边上的磁场传感 器的磁场敏感方向平行于相应的侧边， 而布置在顶点的磁场传感器的磁场敏感方向平行于 纵轴 (y 轴 )。 12 个磁场传感器沿六边形闭合路径均匀布置。 并且， 磁灵敏度不全部相等， 例 如布置在上下两个相对侧边端部与中部之间的磁场传感器 501、 503、 507 和 509 的磁灵敏度 大于或小于布置在其它位置的磁场传感器， 优选是端部与中部之间的磁场传感器 501、 503、 507 和 509 的灵敏度大于布置在其它位置的磁场传感器。
当然， 多边形闭合路径为六边形时， 磁场传感器的数目不限于 12 个， 也不限于以 上所述的布置方式。12 个磁场传感器也可以非均匀地布置。例如磁场传感器 501-503 和 507-509 之间的间隔大于或者小于其它相邻磁场传感器之间沿多边形闭合路径 513 的间 隔。
磁场传感器的参数之间的关系也不限于上述磁灵敏度的不同， 磁场敏感方向也可 以不全部相同。例如， 磁场传感器 501、 503、 507 和 509 的磁场敏感方向可以不同于其它磁 场传感器。
本实施例的电流传感器中， 12 个磁场传感器可以被固定在一个多边形的支撑板 514 上。 在电流传感器还包括电源单元、 加法单元、 温度补偿单元、 缓冲 / 滤波单元和 / 或直 流偏移补偿单元等外围处理单元的情况下， 例如多边形的支撑板 514 可以是多边形的 PCB， 其中电源单元、 调节单元、 加法单元、 温度补偿单元、 缓冲 / 滤波单元和 / 或直流偏移补偿单 元等的外围处理单元可以布置在 PCB 上。
第六实施例 ：
本实施例， 多边形闭合路径为以横轴和纵轴为对称轴的六边形， 多边形闭合路径
的至少两个相对侧边布置有三个以上磁场传感器。
以下结合图 16 详细描述本发明第六实施例提供的测量交直流电流的器件。图 16 为本发明第六实施例中电流传感器的截面图。如图 16 所示， 复数个磁场传感器 601-616 布 置在围绕载流线 11 的六边形闭合路径 617 上。具体来说， 六边形闭合路径 617 的上下两个 相对侧边分别布置有 5 个磁场传感器 601-605 和 609-613， 左边的两个侧边和右边的两个侧 边分别布置有 1 个磁场传感器 606、 608、 614 和 616， 左右两个顶点分别布置 1 个磁场传感器 607 和 615。
所有磁场传感器的磁场敏感方向全部相同， 即布置在六边形各个侧边上的磁场传 感器的磁场敏感方向平行于相应的侧边， 而布置在顶点的磁场传感器的磁场敏感方向平行 于纵轴 (y 轴 )。所有磁场传感器沿六边形闭合路径均匀布置。并且， 磁灵敏度不全部相等， 例如布置在上下两个相对侧边端部与中部之间的磁场传感器 601、 602、 604、 605、 609、 610、 612 和 613 中至少一个的磁灵敏度大于或小于所有其它磁场传感器， 优选是上下两个相对 侧边最外侧的磁场传感器 601、 605、 609 和 613 的磁灵敏度大于六边形闭合路径上的所有其 它磁场传感器。
当然， 与以上所有实施例相同， 这些磁场传感器也可以非均匀地布置。例如， 上下 两个相对侧边上的至少两个相邻磁场传感器之间的间隔， 不同于所有其它相邻磁场传感器 之间沿六边形闭合路径的间隔， 优选上下两个相对侧边上最外侧磁场传感器与次外侧磁场 传感器之间的间隔大于其它相邻磁场传感器之间沿六边形闭合路径的间隔， 即相邻磁场传 感器 601 与 602、 604 与 605、 609 与 610、 612 与 613 之间的间隔大于其它相邻磁场传感器之 间沿六边形闭合路径 617 的间隔。
磁场传感器的参数之间的关系也不限于上述磁灵敏度的不同， 磁场敏感方向也可 以不全部相同。例如， 上下两个相对侧边上端部与中部之间的磁场传感器中至少一个的磁 场敏感方向不同于所有其它磁场传感器的磁场敏感方向。优选是， 上下两个相对侧边上最 外侧的磁场传感器 601、 605、 609 和 613 的磁场敏感方向不同于所有其它磁场传感器的磁场 敏感方向。
本实施例的电流传感器中， 所有磁场传感器可以被固定在一个多边形的支撑板 618 上。 在电流传感器还包括电源单元、 加法单元、 温度补偿单元、 缓冲 / 滤波单元和 / 或直 流偏移补偿单元等外围处理单元的情况下， 例如多边形的支撑板 618 可以是多边形的 PCB， 其中电源单元、 调节单元、 加法单元、 温度补偿单元、 缓冲 / 滤波单元和 / 或直流偏移补偿单 元等的外围处理单元可以布置在 PCB 上。
以上所描述的本发明第一至第五实施例的多边形闭合路径为一个， 但是本发明不 限于此。在其它实施例中， 多边形闭合路径可以为两个或更多个。
本发明提供的用于测量交直流电流的器件， 包括 ： 沿围绕载流线的多边形闭合路 径布置的复数个磁场传感器， 可以对所述复数个磁场传感器的磁灵敏度、 所述复数个磁场 传感器之间沿多边形闭合路径的布置间隔， 和 / 或所述复数个磁场传感器的磁场敏感方向 进行调节， 以使该器件近似遵守安培环路定理， 即， 使得相邻载流线的位置变化所引入的电 流测量误差和 / 或载流线本身相对于磁场传感器的位置变化所引入的电流测量误差处于 期望的范围之内。其可以实现以下有益效果 ：
一、 既可以测量直流电流， 也可以测量交流电流， 因此不仅适用于需要测量交流电流或直流电流的场合， 也可以适用于需要同时流量交直流电流的场合 ；
二、 不包含铁芯， 因此不会由于铁芯的磁通饱和而引起对电流测量范围的限制， 也 不会出现磁记忆现象， 并且减小了尺寸， 降低了成本 ；
三、 包括沿围绕载流线的多边形闭合路径布置的复数个磁场传感器， 因此适用于 多边形的载流线 ；
四、 通过调整各个磁场传感器的磁灵敏度、 分布间隔、 磁场敏感方向而近似遵守安 培环路定理， 因此不受相邻载流线所感应的外部磁场以及载流线相对于磁场传感器的位置 变化的影响， 从而能够达到所需的测量准确率 ；
五、 进一步可以通过调节磁场传感器的磁灵敏度、 磁场敏感方向和 / 或调节位于 多边形侧边中部的磁场传感器的位置， 来灵活地扩展电流测量范围。