專利名稱：用于探測交流電流的測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體而言涉及一種用于探測交流電流的測量裝置，且具體而言，涉及一種使用能量及功率計進(jìn)行測量以探測交流電流的測量裝置。
背景技術(shù)：
電流測量系統(tǒng)在例如工業(yè)設(shè)施中獲得應(yīng)用。此處，經(jīng)常使用所謂的電流變壓器測量交流電流。這些電流變壓器一參見圖I一是基于變壓器原理。根據(jù)這個原理，提供與所測量的電流成比例的輸出信號。成比例在本發(fā)明的上下文中意味著相位一致且振幅成比例。
然而，由于正日益引入采用有功及無功功率計量的電價計費，因而預(yù)計使用能量及功率器件進(jìn)行測量在家庭中也將日益普及。所獲得的輸出信號通常是OA至IA或OA至5A的電流信號。采用這種信號范圍是因為常常對測量本身使用動鐵式儀器(moving-iron instrument),因而具有特定的相對高的功率要求，此功率要求也對應(yīng)地通過交變磁場而取自所測量的導(dǎo)體。電流變壓器可用于許多設(shè)計中。常常將電流變壓器構(gòu)造成套管式變壓器，其中將所測量的載流導(dǎo)體穿過經(jīng)過封裝的環(huán)形芯(encapsulated ring core)。這種配置要求考慮在安裝期間已有的裝備，因為后續(xù)的安裝將需要松開導(dǎo)體、對電流變壓器進(jìn)行移位、及重新附連。此種行為只能在導(dǎo)體被斷開時進(jìn)行，從而導(dǎo)致汲取電力的裝置被關(guān)閉。因此，此種套管式變壓器不利于隨后的安裝。為解決這種缺點，開發(fā)了所謂的鉸接式變壓器(hinged transformer),其中環(huán)形芯為兩個組件的形式，使得所述變壓器的環(huán)可通過鉸鏈而打開及再次關(guān)閉，從而甚至可在現(xiàn)有設(shè)備中進(jìn)行后續(xù)的引入。另一選擇為,還執(zhí)行分流測量(shunt measurement),其中測量所引入的已知但小的電阻兩端的壓降。此外，還使用具有羅科夫斯基(Rogowski)線圈的系統(tǒng)進(jìn)行測量。下面將通過圖2對這些系統(tǒng)的原理進(jìn)行簡要的解釋。將導(dǎo)體110引入專門繞制的空心線圈(air coil)100中。如果外加電流I根據(jù)如左側(cè)底部所示的時間變化而流經(jīng)此導(dǎo)體，則當(dāng)電流變化時，將在線圈100中感應(yīng)出電壓脈沖VIN。在底部中心處顯示電壓脈沖隨時間的變化。為從此感應(yīng)電壓產(chǎn)生與可評價的電流成比例的信號，感應(yīng)電壓信號必須在積分電路120中進(jìn)行時間積分，在圖中將積分電路120簡化地顯示經(jīng)過適當(dāng)連接的運算放大器。積分器的對應(yīng)輸出信號Vott然后再次與導(dǎo)體110中的外加電流成比例，如右側(cè)底部所示。具有羅科夫斯基線圈的系統(tǒng)具有很多優(yōu)點，因為測量原理容許在大的測量范圍中實現(xiàn)高的精確度。此外，由于羅科夫斯基線圈為半開口的性質(zhì)，因而羅科夫斯基線圈也可輕易地隨后裝入現(xiàn)有設(shè)備中，而不要求斷開及拆卸導(dǎo)體以及然后重新安裝導(dǎo)體。缺點在于，具有羅科夫斯基線圈的系統(tǒng)無法用于傳統(tǒng)的功率及能量計量系統(tǒng)，因為可用的電流太低而無法輸出恰當(dāng)?shù)墓β驶蛱峁┍碛嬎谕谋匾敵鲂盘?O. IA或
O.5A)。盡管具有羅科夫斯基線圈的替代系統(tǒng)提供近乎標(biāo)準(zhǔn)的直流電壓信號(O. IOV或
4.20mA)，然而此信號只是均方根(r. m. s)值，即，任何相位信息均因形成有效值而丟失，因而使用此信號無法確定有功功率及無功功率。因此，本發(fā)明的問題是使羅科夫斯基原理也可用于期望具有足夠的電流信號作為輸入量的傳統(tǒng)能量及功率計量系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
所述問題通過一種測量裝置得到解決，所述測量裝置連接至能量及功率計以及連接至羅科夫斯基線圈，以用于探測所計量的導(dǎo)體的交流電流。所述測量裝置具有積分器電路，用于形成與所探測的所述交流電流成比例的電壓信號；以及電壓/電流轉(zhuǎn)換器，用于形 成與所述積分器電路所形成的所述電壓信號成比例的輸出電流。在另一實施例中，所述測量裝置的電壓/電流轉(zhuǎn)換器向能量及功率計提供最大達(dá)5A或最大達(dá)IA的電流。在另一實施例中，電壓/電流轉(zhuǎn)換器的輸出功率最大達(dá)5VA。在另一實施例中，所述輸出包含無源電流施加級。在另一實施例中，羅科夫斯基線圈及積分器電路形成子組合件(subassembly)。在另一實施例中，羅科夫斯基線圈、積分器電路及電壓/電流轉(zhuǎn)換器形成子組合件。此外，所述問題還通過一種測量系統(tǒng)得到解決，所述測量系統(tǒng)具有上述測量裝置及用于探測所計量的導(dǎo)體的交流電流的羅科夫斯基線圈。在另一實施例中，所述測量系統(tǒng)也具有能量及功率計。


以下，將借助附圖對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的闡釋。附圖中圖I顯示根據(jù)變壓器原理工作的電流變壓器；圖2顯示基于羅科夫斯基線圈的測量裝置，所述羅科夫斯基線圈提供電壓信號；圖3顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的測量裝置或測量系統(tǒng)的實施例；圖4顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的測量裝置或測量系統(tǒng)的另一實施例；以及圖5顯示實施例的示意性電路圖變型，其含有無源電流施加級。
具體實施例方式圖3示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的一種測量裝置或一種測量系統(tǒng)的實施例。所述測量裝置適用于連接至能量及功率計140。能量及功率計140可以是所具有的電流輸入被設(shè)計成例如O. IA或O. 5A范圍的傳統(tǒng)能量及功率計。此外，所述測量裝置也適用于連接至羅科夫斯基線圈100，以用于探測所計量的導(dǎo)體110的交流電流。
所述測量裝置本身具有積分器電路120，用于形成與所探測的交流電流成比例的電壓信號；以及電壓/電流轉(zhuǎn)換器130，用于形成與所述積分器電路所形成的所述電壓信號成比例的輸出電流。在另一實施例中，羅科夫斯基線圈100及積分器電路120形成子組合件(即，二者被置于共用的殼體中)。此處，電壓/電流變壓器130可置于羅科夫斯基線圈100與積分器電路120的聯(lián)合子組合件附近或置于能量及功率計140附近，這基本上是根據(jù)在子組合件與能量及功率計140之間所要橋接的距離以及由于將子組合件連接至電壓/電流轉(zhuǎn)換器130的計量線及將電壓/電流轉(zhuǎn)換器130連接至能量及功率計140的計量線而預(yù)計存在的電阻來決定。在另一實施例中，羅科夫斯基線圈100、積分器電路120以及電壓/電流轉(zhuǎn)換器130形成子組合件。在各實施例的另一配置中，測量裝置的電壓/電流轉(zhuǎn)換器130向能量及功率計140提供最大達(dá)5A或最大達(dá)IA的電流。 在各實施例的另一配置中，電壓/電流轉(zhuǎn)換器130的輸出功率最大達(dá)5VA。此功率足以執(zhí)行低功率測量并對應(yīng)于現(xiàn)代能量及功率計140的減小的輸入負(fù)荷。此外，此限制也確保電壓/電流轉(zhuǎn)換器130的設(shè)計可在整體上保持緊湊以及因此可輕易地集成到現(xiàn)有設(shè)備中。在各實施例的另一配置中，所述輸出包含無源電流施加級，其被表示為圖5右半部中的電路圖變型且在下文中將對其進(jìn)行闡釋。在圖5中，將在附圖左側(cè)中通過“In”標(biāo)示的羅科夫斯基線圈100所獲得的信號提供至積分器電路120。所述積分器電路具有第一運算放大器0P1，在輸出信號的反饋中，所述運算放大器被連接至電容器C5及電阻器，所述電阻器在此處被表示為一由R18及R17形成的串聯(lián)電阻器電路。現(xiàn)在將積分器的輸出信號通過由R16、C3及R22組成的匹配網(wǎng)絡(luò)而傳送至現(xiàn)在在附圖的右側(cè)示出的電壓/電流轉(zhuǎn)換器130。匹配網(wǎng)絡(luò)不是必要的組件且僅作為實例示出。
電壓/電流轉(zhuǎn)換器130具有第二運算放大器0P2，第二運算放大器0P2然后將由可選擇性存在的匹配網(wǎng)絡(luò)所提供的第一運算放大器的輸出信號(即，電壓信號的輸出信號)轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動無源電流施加級(例如，由右側(cè)的兩個晶體管Tl及T2所形成)的信號。雖然此電路要求晶體管Tl及T2由外部提供電流，但此變型可具有優(yōu)點(例如，當(dāng)計量線的長度很大時)。在本發(fā)明的一實施例中，提供總體的測量系統(tǒng)，其具有上述由積分器120及電壓/電流轉(zhuǎn)換器130形成的測量裝置、以及用于探測所計量的導(dǎo)體的交流電流的羅科夫斯基線圈100，以便連接至傳統(tǒng)的能量及功率計140。在另一實施例中,所述測量系統(tǒng)也具有此種能量及功率計140。
權(quán)利要求
1.一種測量裝置，其連接至能量及功率計以及連接至羅科夫斯基線圈，以用于探測所計量的導(dǎo)體的交流電流，所述測量裝置具有 積分器電路，用于形成與所探測的所述交流電流成比例的電壓信號；以及 電壓/電流轉(zhuǎn)換器，用于形成與所述積分器電路所形成的所述電壓信號成比例的輸出電流。
2.如權(quán)利要求I所述的測量裝置，其特征在于，所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器提供最大達(dá)5A的電流。
3.如權(quán)利要求I或2所述的測量裝置，其特征在于，所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器提供最大達(dá)IA的電流。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的測量裝置，其特征在于，所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器的輸出功率最大達(dá)5VA。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的測量裝置，其特征在于，所述輸出包含無源電流施加級。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的測量裝置，其特征在于，所述羅科夫斯基線圈及所述積分器電路形成子組合件。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的測量裝置，其特征在于，所述羅科夫斯基線圈、所述積分器電路及所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器形成子組合件。
8.一種測量系統(tǒng)，其特征在于，具有 如前述權(quán)利要求I至7中的一項所述的測量裝置，以及 羅科夫斯基線圈，用于探測所計量的導(dǎo)體的交流電流。
9.如權(quán)利要求8所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，還具有能量及功率計。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量裝置，其連接至能量及功率測量器件以及連接至羅科夫斯基(Rogowski)線圈，以用于探測所要測量的導(dǎo)體的交流電流。所述測量裝置具有積分電路，用于產(chǎn)生與所探測的交流電流成比例的電壓信號以及電壓/電流變壓器，用于產(chǎn)生與由所述積分電路所產(chǎn)生的電壓信號成比例的輸出電流。此外，本發(fā)明還涉及一種測量系統(tǒng)，其具有上述測量裝置中的一種以及用于探測所測量的導(dǎo)體的交流電流的羅科夫斯基線圈。
文檔編號G01R15/18GK102822684SQ201180014750
公開日2012年12月12日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者F·哈克邁爾, C·于爾根哈克, C·特爾納 申請人:鳳凰通訊兩合有限公司