[发明专利]电流测量设备和包括这样的设备的处理单元

说明书

技术领域

本发明涉及电流测量设备，包括：

-测量电阻器，从电流传感器接收测量电流，和

-信号放大器，具有连接到所述测量电阻器的输入端和提供表示要被测 量的电流的测量信号的输出端。

背景技术

诸如图1所示的已知电流测量设备通常包括低值的测量电阻器1，用来 接收要被测量的电流。为了大大地减小测量电阻器的值，具有宽的动态测量 范围的设备还包括信号放大器2，其连接到测量电阻器，以放大由于测量电 阻器的很低的值导致的弱值的信号。连接到放大器的输出端的模拟-数字信 号转换器提供表示流过测量电阻器的电流的数字信号。通常，测量电阻器和 放大器输入端由电压浪涌限制器4来保护。当测量设备用于测量强AC电流 时，电流互感器(current transformer)5包括被设计为具有要被测量的流过 后者的电流的初级电路和将测量电流提供给电阻器1的次级绕组。

弱值的测量电阻器的使用使得在其上测量电流的电路不被干扰。特别 是，当使用电流互感器时，次级绕组上的弱测量电阻器防止所述互感器的磁 路饱和。

但是，弱的电阻值需要使用高增益的信号放大器。可以对电阻器1布置 几个放大级，适合于流入电阻器的不同的电流电平。大的增益还致使噪声以 及特别是存在于工业环境中的杂散信号的放大。增加的增益还导致放大器或 其它电子电路的偏移(offset)的过度放大。自动放大器增益控制确实存在。 但是，这些复杂的以及不很可靠的电路也引入了很大的测量误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有宽的动态测量范围、弱的输入阻抗和简单 而可靠的结构的电流测量设备。本发明的进一步的目的是提供包括这样的测 量设备的处理单元。

根据本发明的电流测量设备包括：

-第一测量电阻器，接收测量电流，

-第一信号放大器，具有连接到所述第一测量电阻器的输入端和提供第 一测量信号的输出端，

-第二测量电阻器，与所述第一测量电阻器串联连接，和

-第一电压限制装置，与第一测量电阻器并联连接，以当所述第一测量 电阻器上达到第一限制电压时，分流第一分路电流，

第一测量电阻器的值大于第二测量电阻器的值。

在优选实施例中，该测量设备包括第二电压限制装置，与第二测量电阻 器并联连接，以当所述第二测量电阻器上达到第二限制电压时，分流第二限 制电流。

在特定的实施例中，该测量设备包括第二信号放大器，连接到第二测量 电阻器，以提供第二测量信号，所述第一信号放大器具有比所述第二信号放 大器的增益高的增益。

第一电压限制装置优选地具有小于1伏特的限制电压，用于小于1安培 的分路电流。有利地，第一电压限制装置包括两个首尾反向并联连接的二极 管。

第二电压限制装置优选地具有小于2伏特的限制电压，用于小于2安培 的分路电流。有利地，第二电压限制装置包括首尾反向并联连接的两组二极 管，每组二极管包括两个串联连接的二极管。

优选地，由第一测量电阻器、第二测量电阻器和所述第一信号放大器的 放大系数组成的第一增益通路对由第二测量电阻器和所述第二信号放大器 的放大系数组成的第二增益通路之比近似等于由要被测量的电流的最大值 和要被测量的电流的最小值相比而定义的动态测量范围的平方根。

有利地，所述第一测量电阻器的值和所述第二测量电阻器的值之间的比 被包括在5和15之间。

有利地，所述第一信号放大器的放大系数和第二信号放大器的放大系数 (或第二增益通路的放大系数)之间的比被包括在5和20之间。

根据本发明的一种处理单元包括：

-至少一个电流互感器，包括接收要被测量的初级电流的初级电路和提 供表示所述要被测量的初级电流的次级测量电流的次级绕组，

-至少一个电流测量设备，连接到所述电流互感器的次级绕组，以测量 所述次级测量电流并且提供表示该次级测量电流的测量信号，

-处理装置，连接到所述至少一个电流测量设备，以接收所述测量信号， 所述至少一个电流测量设备是根据上面定义的测量设备，其接收该次级测量 电流并提供：

-表示流过第一测量电阻器的电流的第一测量信号，和

-表示流过第二测量电阻器的电流的第二测量信号。