[发明专利]通过电流的两个不同值无接触地确定对象的电势的方法以及设备

说明书

技术领域

本发明涉及在使用一个电极或者第一和第二电极的情况下无接触地确定对象的电势的方法以及设备。

背景技术

无接触地测量通过对象的电流是已知的。这可以经由感应耦合、霍尔效应或者GMR（巨磁阻）效应来进行。然而为了能够无接触地测量电功率，除了无接触的电流测量以外还需要用于无接触的电势测量的方法。无接触的电势测量、尤其是高电压的无接触的电势测量首先在智能仪表、智能电网和响应需求策略的领域中具有特殊意义。

所谓的电场计提供了对此的一种可能性。所述电场计利用感应效应，以能够经由所求得的电场强度来推断出要确定的电压。然而，为此必须精确地已知在应当确定其电势的对象与电场计的测量电极之间的间隔以及测量电容中在测量电极与对象之间的材料（电介质）。为了也能够利用电场计来测量直流电压，一般在测量电极与对象之间采用斩波器（叶轮）形式的遮板（场光阑）。

对于纯交流电压的确定来说还可以使用电容分压器，其中在这里同样必须已知参考电极与要测量的电势之间的耦合电容。

两种方法或设备（电场计和电容分压器）的前提条件是对要测量的电压的耦合的确切认识，尤其是对测量电极与测量对象之间的间隔的确切认识。就此而言，这些已知方法对于仅仅临时的测量过程或者事后的测量安装来说是不合适的。电场计和电容分压器被固定安装用于精密测量并且在安装环境中被校准。在手持测量设备的情况下需要对测量结构的几何尺寸和材料特性（线路绝缘、空气、燃气、水汽等）的精确认识。为此在市场上常见的电场计的情况下例如使用专门的垫片。然而，垫片所具有的缺点是，其尤其是对于电绝缘线路的电势确定来说不直接放置在导电材料上并且因此只能不够精确地设定所述间隔。此外，绝缘材料的类型不能被考虑。如果已知的无接触的电势测量方法的精密性不足，则通常必须有接触地进行测量。

发明内容

本发明的任务是，提供一种方法以及一种设备，利用所述方法和设备也可以在首先未知耦合电容的情况下进行无接触的电势测量。

该任务通过具有权利要求1的特征的方法、具有权利要求4的特征的方法、具有权利要求12的特征的设备、以及具有权利要求13的特征的设备来解决。

本发明的第一方法用于无接触地确定对象的电势并且包括如下步骤：

- 提供与对象在空间上间隔开的电极；

- 将电极与参考电势相连接；

- 在电极与对象之间的电流的第一值的情况下确定电极的充电状态的第一时间变化；

- 在电极与对象之间的电流的第二值的情况下确定电极的充电状态的第二时间变化；

- 至少从充电状态的第一时间变化和第二时间变化以及从所述电流的第一值和第二值的差求得对象的电势。

该方法允许对于对象电势的确定来说不需要事先知道电极距对象的间隔和/或电极与对象之间的（例如电缆绝缘装置的材料的）介电常数。该方法尤其是包括子步骤，所述子步骤可以理解为自动校准的步骤。由此可以取消测量设备相对于对象的精确的机械调准或定义的固定安装。还可以补偿测量结构的动态变化（温度影响、压力改变、湿度等以及由此引起的间隔或介电常数的改变）。提供了一种用于无接触电势测量的稳健的和可通用的方法。

可以将电极与对象之间的电流的第一值和第二值理解为适于表征该电流的每个值。所述值尤其可以是相对于参考电势的电极电压。电场强度例如也可以用作值。在电极与参考电势之间流动的再充电电流的值也可以推断出电极与对象之间的电流。施加在电极上的参考电势例如可以表示表征电流的值的参量。于是尤其是可以通过使在电流的第一值情况下的第一参考电压和在电流的第二值情况下的第二参考电压相减来形成表征电流的值的差。电极与对象之间的电流的值尤其是可以通过电极与对象之间的间隔变化和/或电极与对象之间的材料的介电常数的变化和/或经由参考电势对电极的活跃充电来进行。

优选地，通过将电极定位在距对象第一间隔处并且将参考电势设定到第一电势值来设定电极与对象之间的电流的第一值。然后，通过将电极定位在距对象第一间隔处并且将参考电势设定到与第一电势值不同的第二电势值来设定电极与对象之间的电流的第二值。由于相同间隔情况下的不同电势值，设定了两个不同的电场强度，使得通过对这些电场强度求差在计算中去掉了未知的电场强度。这允许也可以在不明确知道对象与电极之间的间隔和/或电极与对象之间的媒介中的电常数的情况下计算由对象和电极构成的装置的电容。总体上，测量流程非常简单并且未知的电容可通过参考电势改变来确定。