CN121299202A - 位置补偿的电流测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量能穿过电流测量变换器延伸的电导体内的电流强度的电流测量变换器，包括具有壳体基本区段和至少一个能与壳体基本区段联接的壳体配合件的壳体，其中壳体基本区段与壳体配合件在闭合状态下彼此联接并形成中央的通孔，并且其中电导体能够布置在壳体基本区段与壳体配合件之间的该中央的通孔内，从而电导体穿过壳体延伸，其中壳体基本区段包括探测环的第一部分，壳体配合件包括探测环的第二部分，从而当导体插入电流测量变换器中时，在壳体的闭合状态下形成围绕导体闭合的探测环，并且具有至少两个用于同时测量电导体的电流强度并用于生成第一和第二传感器信号的传感器，并且还具有在电流测量变换器内的分析装置，用于同时地分析第一和第二传感器信号并用于输出校正的输出信号。

Description

位置补偿的电流测量装置

技术领域

本发明涉及一种位置补偿的电流测量装置，用于测量流过电导体的电流强度。

背景技术

电流测量变换器在文献中以不同的实施方式进行描述。它们用于检测流过电导体的或在电导体处存在的电流强度并且输出反映电流强度的可用信号。存在具有侵入式电流测量装置的电流测量变换器，例如被压入到导体中的针。还已知非接触式电流测量变换器，其以非接触方式感测电导体的电流强度。这种已知的电流测量变换器可以具有探测环，该探测环围绕电导体闭合，从而使电导体延伸穿过电流测量变换器的探测环。

非接触式电流测量变换器实现了一方面的电导体与另一方面的电流测量变换器之间的电分离或电位分离。由此实现了对电流测量变换器的保护以免受有时电导体的高电流强度或电压的影响。

已知的电流测量变换器可以具有壳体，该壳体围绕电导体闭合地延伸。在壳体的内部于是形成用于容纳电导体的容纳空间。在壳体中设有探测环，利用该探测环使围绕导体的磁场聚焦。在该探测环中可以引入探头，借助于该探头最后测量导体的电流。

上述已知的实施方式的例子例如可以参见US 2015/0212117 A1，或DE 10 2007035 184 A1，或US 2013/0342188 A1，或DE 10 2014 119 276 A1。

由DE 10 2007 035 184 A1已知，使用多个磁场传感器，以便补偿外部干扰场。

然而，借助上述实施方式不能或不能充分解决装置本身引起的缺陷。因此，例如已知的是，例如在前述的DE 10 2007 035 184 A1中，使用有助于避免错误调整的定位辅助装置。然而，单次错误调整的探测器环仍然测量有误差，并且本领域技术人员将不容易认识到这种有误差的测量。

此外，已知的结构受限于，待测量的电导体必须精确地居中地布置在探测环的内部中，以便不会出现错误的测量。为此，例如将已知的探测环浇注在待测量的电缆上。前述的DE 10 2007 035 184 A1为此使用夹钳，所述夹钳应将导体尽可能保持在装置的中心。然而，如果夹钳被忘记或者没有正确地使用或者老化，则会再次出现错误的测量，并且本领域技术人员不能容易地将由此产生的低百分比范围内的误差与有缺陷的结构相关联。

然而，如今认为需要在测量电导体的电流强度时实现尽可能小的测量误差，尽可能甚至小于测量值的1%或更小的测量误差。

发明内容

发明人认识到，为了实现电流测量变换器的期望的低的误差率，也必须能够补偿这些由于电流测量变换器的结构本身引起的误差。在此，发明人也已经认识到，在探测环的结构中的微米大小的偏差已经能够产生百分比范围内的测量误差。

因此，本发明使得能够补偿结构中固有的误差。这种自补偿的电流测量变换器提供了用于电流测量的方便的基础，因为根据本发明的电流测量变换器可以自动补偿错误调整。因此，本发明使得能够更方便和快速地安装，同时提高电流测量变换器的容错性和稳定性。

由于本发明的自补偿的电流测量变换器也促使不再必须试用并且费时地调整多个设备，以便实现具有特别低的误差值的可接受的测量，所以本发明的自补偿的电流测量变换器总体上甚至是特别成本有利的并且在质量上是高品质的。

因此，本发明能够克服在说明书中针对已知结构提到的缺点。

根据本发明的用于测量可穿过电流测量变换器延伸的电导体中的电流强度的电流测量变换器包括具有壳体基本区段和至少一个可与壳体基本区段联接的壳体配合件的壳体。将壳体分成基本区段和配合件实现了简单地装配在导体上，即尤其是补充地装配在已经以其两个端部电布线的导体上，而不取下或切断导体。

根据本发明的电流测量变换器的壳体基本区段与壳体配合件在闭合状态中相互联接并且与其形成中央的通孔，其中，电导体可布置在壳体基本区段和壳体配合件之间的中央的通孔中，从而电导体延伸穿过壳体。

壳体基本区段还包括探测环的第一部分，壳体配合件包括探测环的第二部分，从而在壳体的闭合状态下，当导体插入到电流测量变换器中时，形成围绕导体闭合的探测环。

根据本发明的电流测量变换器包括至少两个传感器，用于同时测量电导体的电流强度并且用于产生第一和第二传感器信号。换句话说，在电流测量变换器中布置有两个传感器，它们同时且彼此独立地测量电导体的电流且提供相应的测量值。

电流测量变换器还具有在电流测量变换器中的分析装置，该分析装置用于同时分析第一和第二传感器信号并且用于输出经校正的输出信号。因此，在电流测量变换器中设置分析装置，所述分析装置具有至少一个用于读入第一传感器信号的第一输入端和用于读入第二传感器信号的第二输入端，并且所述分析装置还具有用于输出经校正的输出信号的输出端，所述经校正的输出信号例如由第一传感器信号和第二传感器信号计算。同时的分析可以根据分析装置的计算能力包含短时间存储器和计算算子（Rechenoperatoren）的顺序处理，或者包含两个传感器信号的实际的并行处理。

根据本发明的电流测量变换器因此考虑至少两个不同的传感器信号，它们尤其是设置在探测环的不同位置上，例如设置在相对的位置上，从而电导体设置在第一传感器与第二传感器之间。至少两个不同的传感器信号，即一定数量的传感器信号由分析装置读入和处理。

在一个示例中，分析装置通过将一定数量的传感器信号在数值上相加并且将该总和除以传感器信号的数量来实施一定数量的传感器信号的平均值形成。传感器信号彼此相减也可以得出经校正的输出信号。

分析装置可以被容纳在壳体配合件中。当壳体基本区段设计用于将电流测量变换器固定在载体上、如固定导轨上时，则分析装置在壳体配合件内的布置确保了与载体的减振或者部分去耦。

分析装置可以包括用于执行计算的微控制器，所述计算利用传感器信号执行。

电流测量变换器可以被设计为既处理直流电压信号、也处理交流电压信号。这种特殊的功能通过如下方式才实现，即，分析装置处理传感器信号，例如通过形成平均值。电流测量变换器的此种根据本发明的实施方式能够处理-如果需要能够同时处理-直流电压信号和交流电压信号。

分析装置可以同时接收第一传感器信号和第二传感器信号并且优选这样处理，使得在第一传感器信号和第二传感器信号之间执行信号均衡。这种信号均衡可以是所述的平均值形成。

因此，电流测量变换器优选地构成自主的位置补偿，使得第一和第二传感器信号在电导体在电流测量变换器中的位置方面被校正。换句话说，电流测量变换器如此设计，使得即使在电导体的位置有缺陷时也输出具有低缺陷偏差的补偿的信号，并且因此自主地补偿有缺陷的位置。因此，能够以特别有利的方式取消手动的校准或重新安装和耗费的缺陷查找。

这还实现了借助于第一传感器信号和第二传感器信号之间的信号均衡来补偿在将电流测量变换器安装到电导体上时的安装偏差。

分析装置可以被设置用于借助传感器信号的平均值形成来建立至少两个传感器信号之间的信号均衡。

在一种有利的改进方案中，壳体基本区段和壳体配合件可以具有可相互配对的卡锁机构，用于将壳体配合件卡锁在壳体基本区段上。

在一种优选的设计方案中，壳体基本区段和壳体配合件分别具有第一和第二探测环端面。在此，壳体基本区段的和壳体配合件的探测环端面在壳体的闭合状态中放置在彼此上。

在壳体的闭合状态中，相应的第一和第二探测环端面可形成共同的端平面，在该端平面中，壳体基本区段的以及壳体配合件的探测环端面布置在电导体的相对侧上并且布置在穿过电导体的共同的平面中。优选地，该端平面尤其居中地与电导体相交。

在一种优选的改进方案中，第一传感器布置在第一探测环端面上，而第二传感器布置在第二探测环端面上。

探测环可以在探测环端面上形成第一和第二传感器容纳区域，用于在探测环端面上容纳传感器。

在一种优选的改进方案中，第一和第二传感器容纳区域分别被设置用于针对每个探测环端面容纳至少两个传感器。

因此，可以包括与第一传感器相邻地布置的第三传感器以及与第二传感器相邻地布置的第四传感器。在此，尤其是第一和第三传感器可以设置在探测环中的第一容纳区域中，并且尤其是第二和第四传感器可以设置在探测环中的第二容纳区域中。分析装置可以检测和分析多个传感器的传感器信号，以便计算电导体的位置的位置补偿。换言之，分析装置根据设置在探测环中的所有传感器信号计算位置补偿。

在一种优选的改进方案中，传感器被构造为磁阻传感器或霍尔传感器。

壳体基本区段可以包括用于将电流测量变换器固定在安装导轨上或壁上的紧固件。

壳体配合件可以进一步包括用于输出校正后的输出信号的电连接器。

在一个优选的改进方案中，包括至少一个与分析装置连接的温度传感器，用于第一和第二传感器信号的温度补偿。因此，分析装置也可以分析另外的输入信号、如温度信号和/或附加连接的电压信号，以便还在另外的外部影响方面校正经校正的输出信号和/或提供功率值或能量值。

根据本发明，上述电流测量变换器用于无工具地安装到在两个连接侧均已连接的电导体上以位置补偿地测量在电导体中流动的电流。

附图说明

附图示出了：

图1示出了电流测量变换器的第一实施方式，

图2示出了电流测量变换器的另一实施方式，

图3示出了具有偏置地引入的电导体的电流测量变换器的另一实施方式，

图4示出了具有错误安装的传感器的电流测量变换器的实施方式，

图5示出了在打开状态下的电流测量变换器的实施方式，

图6示出了图5的电流测量变换器的实施方式处于闭合状态。

具体实施方式

参照图1，示出了其中引入了电导体50的电流测量变换器10的第一实施例。电流测量变换器10具有壳体基本区段12，其包括探测环15的第一部分16。在电导体50中流动的电流I_初级在探测环15中感应出磁场通量52。

壳体配合件14包括探测环15的第二部分18。它还包括分析装置20，借助分析装置20可分析和补偿场传感器62、64、66和68的传感器信号。在该示例中，设置可彼此配对的紧固件32、34以闭合探测环15并将壳体11转换到闭合状态。

场传感器62、64彼此并排地布置在第一容纳区域38中。场传感器66、68彼此并排地布置在第二容纳区域39中。在壳体11整体上无缺陷地组装并且电导体50完美居中地插入的完美结构的情况下，每个场传感器62、64、66、68将经受探测环15中的同一场流52，进而提供相同的测量结果输出1.1、输出2.1、输出1.2、输出2.2。在图1的该实施方式中，共同布置在一个容纳区域38、39中的场传感器62、64或66、68分别同向地安装。因此，在电流测量变换器10的无缺陷安装的情况下，所测量的磁场不仅在数值上是相同的，而且在方向上是相同的。场流的方向在此以用52标注的箭头表示。

电流测量变换器可以测量例如直至600 A的交流电流和直流电流，而不进入饱和状态。恰好在交流电流的情况下，由于初级电流的频率，在此可能在探测环15的芯材料中出现交变磁化。由此产生的力可以使探测环15置于振动或振荡，从而可能使容纳区域38、39的高度波动。然而，容纳区域38、39的高度通常对所获得的探测信号具有显著影响。在几微米的变化时在传感器上待检测的磁通就已经在一位数的百分比范围内变化。通过分析装置20进行的校正计算也能够抑制这些干扰并且即使在例如在400至600安培之间的高的交流电流的情况下也能够以更低的误差率工作，即实现小于测量值的1%的误差公差。

传感器对62、68和64、66的使用还可以用于进一步补充本发明。如果相应一对的传感器、即例如传感器62、68和传感器64、66不同，则可以附加地检测不同的测量范围。在超过或低于传感器62的测量范围时，则可以转换到传感器64的测量范围等。

由于待检测的电流大，所以优选将被缠绕的硅铁用作探测环15的芯材料。芯在缠绕过程之后例如被分成两个相同大小的半部。为了限制通过传感器62、64、66、68的磁通量，容纳区域38、39的高度例如可以调节到2.2毫米。由此，例如可以设定，即使在600安培AC的目标电流的情况下也不超过传感器元件的测量范围。这例如允许使用具有直至200 mT的测量范围的传感器。

参照图2，示出了电流测量变换器10，其中壳体11没有正确地插接在一起或相连。相反，电流测量变换器10以安装错误42插接在一起，其中安装错误42、即图示的壳体基本区段12与壳体配合件14之间的径向位移为了便于理解而被标明。布置在壳体基本区段12上的、待插入到壳体配合件14中的未示出的开口内的紧固件36在该示例中未被正确地插入，而是沿着壳体配合件14旁边延伸。

在图2所示的实施方式中，场传感器62、64、66和68测量数值上不同的场强。但是，场传感器62、64、66、68的传感器信号现在被转发给分析装置20并且被补偿。例如，分析装置20能够借助于微控制器22进行信号转换或信号计算。例如，分析装置20具有模数转换器（ADC）24。然后，到达的场传感器62、64、66、68的模拟信号在分析装置20中被转换成数字信号，从而能够对信号执行数字的运算操作。例如，分析装置20能够由场传感器62、64、66、68的数字的传感器信号形成多个传感器信号的平均值。平均值则具有比单个测量值明显更小的误差。通过分析装置20进行的这种平均值形成也可以例如在较长的时间段上进行，从而也可以消除时间上的波动。因此，在电导体50的直流电流的情况下能够简单地额外地也补偿例如外部的电的或磁的交变场。

参考图3，示出了电流测量变换器10的一个实施例，其中电导体50偏离中心地布置。尽管原则上在场流方向52上没有产生变化，但是在场传感器62、64上感应的场强的量值与场传感器66、68测量的不同。换言之，在第一容纳区域38中存在与第二容纳区域39相比不同的磁场强度。

传感器数据由分析装置20处理，例如借助于ADC 24转换为数字数据，并且例如由传感器数据形成平均值。由分析装置20形成的平均值、即分析单元20的输出信号构成位置补偿的信号，其中，电导体50在电流测量变换器10中的相对位置在获得的电流强度方面被补偿。由此，可以省去对电流测量变换器10的耗费的调整或者可以补偿电流测量变换器10中的电导体50的位置变化，而不必进行电流测量变换器10的重新校准或重新定向。

现在参照图4，示出电流测量变换器10的另一实施方式，其中传感器62具有偏位，在此是旋转的安装（为了提高清晰性，旋转被夸大地示出）。因为传感器、例如霍尔传感器检测垂直地流过传感器的磁通量，所以在此由传感器62测得的值小于在传感器66上测得的值。分析装置20实施传感器信号62、66的平均值形成，使得所获得的测量误差明显减小。

用于分析装置20的共同的电路板还可以例如接线至电源和输出接口26。该电路板例如平行于第二芯半部18地装入壳体配合件14中。传感器例如以90°角电接触至电路板。通过定位尤其四个霍尔传感器，通过也相互比较和计算相应传感器对的输出信号，可以检测由位置引起的偏差。同时，该电路也相对于外部磁场变得更稳健，所述外部磁场可以耦合到两个气隙或者说容纳区域38、39之一中。

图5示出了在打开状态下电流测量变换器10的实施方式。相同的附图标记表示针对本发明的前述实施方式描述的特征。

图5中示出的壳体基本区段12通过夹具72固定到安装导轨70上。分析装置20布置在壳体配合件14中。分析装置20通过输出接口26输出位置补偿的输出信号。壳体基本区段12可以借助于卡锁机构33、35与壳体配合件14耦联。电流测量变换器10还可以具有电源28，电源28具有用于向电流测量变换器10的电子装置供给电功率的电流源。

参照图6，示出了在闭合状态下的电流测量变换器10的在图5中示出的实施方式。在壳体11的闭合状态下，探测环15在整个周向上包围电导体50。位置补偿的输出信号可以在输出接口26上被获取。

本领域技术人员清楚的是，前面描述的实施方式应理解为示例性的，并且本发明不限于这些实施方式，而是可以以多种方式变化，而不偏离权利要求的保护范围。此外可以看出，无论是在说明书、权利要求书、附图中还是在其它方面被公开，所述特征都也独立地限定本发明的重要组成部分，即使它们与其它特征一起被共同描述。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的对象，从而对可能仅在一个附图中或者无论如何没有针对所有附图提及对象的描述也可以转用到以下附图上，针对这些附图在说明书中没有明确地描述该对象。

附图标记说明

10电流测量变换器

11壳体

12壳体基本区段

14壳体配合件

15探测环

16探测环的第一部分

18探测环的第二部分

20分析装置

22微控制器

24ADC模数转换器

26电压输入端

28电源和输出接口

32、33、34、35可配对的紧固件

36紧固件

38第一容纳区域

39第二容纳区域

42安装错误

50电导体

52探测环中的磁场通量

62、64、66、68传感器

70安装导轨

72 紧固件或夹具

Claims (13)

1.用于测量电导体（50）内的电流强度的位置补偿的电流测量变换器（10），所述电流测量变换器包括：

壳体（11），所述壳体具有

包括探测环（15）的第一部分（16）的、具有第一探测环端面和第二探测环端面的壳体基本区段（12）和包括探测环（15）的第二部分（18）的、具有第一探测环端面和第二探测环端面的至少一个壳体配合件（14），

用于同时测量电导体（50）的电流强度并用于生成第一传感器信号和第二传感器信号的第一传感器（62）和第二传感器（66），以及

分析装置（20），用于同时地分析所述第一传感器信号和第二传感器信号并用于输出校正的输出信号,从而分析装置（20）的输出信号构成位置补偿的信号，其中，电导体（50）在电流测量变换器（10）中的相对位置在获得的电流强度方面被补偿，其中所述壳体基本区段（12）与所述壳体配合件（14）在闭合状态下彼此联接并形成中央的通孔，并且其中电导体（50）能够布置在壳体基本区段（12）与壳体配合件（14）之间的所述中央的通孔内，从而电导体（50）穿过所述壳体（11）延伸，

其中当导体（50）插入所述电流测量变换器中时，在所述壳体（11）的闭合状态下形成围绕导体（50）闭合的探测环，

其中所述壳体基本区段（12）的探测环端面和所述壳体配合件（14）的探测环端面在壳体（11）的闭合状态下面对彼此，

还具有用于测量电导体（50）中的电流强度并用于生成传感器信号的第三传感器（64）和第四传感器（68）；

其中所述探测环在所述探测环端面上形成第一传感器容纳区域和第二传感器容纳区域（38、39），

所述第一传感器（62）和第三传感器（64）相邻地布置在第一传感器容纳区域（38）中，并且所述第二传感器（66）和第四传感器（68）相邻地布置在第二传感器容纳区域（39）中

其中这些传感器（62、64、66、68）分组成第一传感器对和第二传感器对，其中，第一传感器对和第二传感器对用于测量不同电流范围。

2.根据前一权利要求所述的电流测量变换器（10），

其中所述分析装置（20）容纳在所述壳体配合件（14）内，和/或

其中所述分析装置包括微控制器（22），和/或

其中所述电流测量变换器用于既处理直流电压信号、又处理交流电压信号。

3.根据前述权利要求中任一项所述的电流测量变换器（10），具有自主的位置补偿，使得所述第一传感器信号和所述第二传感器信号能够在电导体（50）在所述电流测量变换器内的位置方面校正。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电流测量变换器（10），其中借助所述第一传感器信号与所述第二传感器信号之间的信号均衡补偿在电流测量变换器安装到电导体（50）上时的安装偏差。

5.根据前一权利要求所述的电流测量变换器（10），其中所述分析装置（20）用于在所述第一传感器信号与所述第二传感器信号之间借助这些传感器信号的平均值形成建立信号均衡。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电流测量变换器（10），其中所述壳体基本区段（12）和所述壳体配合件（14）具有能彼此配对的卡锁机构（32、33、34、35、36），用于将所述壳体配合件卡锁在所述壳体基本区段上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电流测量变换器（10），其中所述第一探测环端面和所述第二探测环端面在壳体的闭合状态下形成共同的端平面，在所述端平面中，所述壳体基本区段的探测环端面和所述壳体配合件的探测环端面位于电导体（50）的相对侧上并位于穿过电导体的共同的平面内，其中所述端平面优选尤其居中地与电导体相交。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电流测量变换器（10），其中所述传感器（62、64、66、68）构造为磁阻传感器或霍尔传感器。

9.根据前一权利要求所述的电流测量变换器（10），其中所述壳体基本区段（12）包括紧固件（72），用于将电流测量变换器固定到安装导轨（70）或者壁上。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电流测量变换器（10），其中所述壳体配合件（14）具有电连接器（26），用于测量电压信号（28）并用于输出校正的输出信号，尤其以功率值和能量值的形式。

11.根据前述权利要求中任一项所述的电流测量变换器（10），所述电流测量变换器还包括至少一个与所述分析装置（20）相连的温度传感器，用于所述第一传感器信号与所述第二传感器信号的温度补偿。

12.前述权利要求中任一项所述的电流测量变换器（10）用于无工具地安装到在两个连接侧均已连接的电导体（50）上以位置补偿地测量在电导体内流动的电流的应用。

13.用于测量电导体（50）内的电流强度的位置补偿的电流测量变换器（10），所述电流测量变换器包括：

壳体（11），所述壳体具有

壳体基本区段（12）和至少一个能与所述壳体基本区段（12）联接的壳体配合件（14），

其中所述壳体基本区段（12）与所述壳体配合件（14）在闭合状态下彼此联接并形成中央的通孔，并且其中电导体（50）能够布置在壳体基本区段（12）与壳体配合件（14）之间的所述中央的通孔内，从而电导体（50）穿过所述壳体（11）延伸，

其中所述壳体基本区段（12）包括探测环的第一部分，并且所述壳体配合件（14）包括探测环的第二部分，从而当导体（50）插入所述电流测量变换器中时，在所述壳体（11）的闭合状态下形成围绕导体（50）闭合的探测环，

其中所述壳体基本区段（12）和所述壳体配合件（14）分别具有在壳体（11）的闭合状态下面对彼此的第一探测环端面和第二探测环端面，

其中探测环（15）在所述探测环端面上形成第一传感器容纳区域和第二传感器容纳区域，用于针对每个探测环端面容纳两个传感器（62、64、66、68）；

四个用于同时测量电导体（50）的电流强度并用于生成第一传感器信号和第二传感器信号的传感器（62、64、66、68），以及

容纳在所述壳体配合件（14）内的分析装置（20）；

其中所述分析装置（20）包括用于同时地分析所述第一传感器信号和第二传感器信号并用于输出校正的输出信号的微控制器,从而分析装置（20）的输出信号构成位置补偿的信号，其中，电导体（50）在电流测量变换器（10）中的相对位置在获得的电流强度方面被补偿。