[发明专利]用于无接触确定对象的电位的装置、测电钳以及方法

说明书

本发明涉及一种具有电极的无接触确定对象电位的装置。本发明也涉及具有这种装置的测电钳。最后本发明还涉及一种用于无接触地确定对象电位的方法。

无接触地测量流过对象的电流是已知的。可通过感应耦合、霍尔效应或者GMR效应(巨磁电阻效应)进行测量。但是为了能够无接触测量电功率，除了无接触测量电流之外也需要一种无接触测量电位的方法。无接触电位测量(尤其是高电压的电位测量)尤其是在智能抄表、智能电网和响应-需求策略领域中有特别重要的意义。

所谓的电场测量仪提供对此的一种可能性。电场测量仪利用感应效应，以便能通过所求得的电场强度来推断待确定的电压。但是为此必须精确已知应确定其电位的对象与电场测量仪的测量电极之间的距离以及在测量电容中、测量电极与对象之间的材料(电介质)。为了也能使用电场测量仪测量直流电压，通常在测量电极与对象之间采用斩波器(叶轮)形式的遮蔽器(场遮蔽片)。

也可以用电容分压器来确定纯交流电压，这里同样必须已知参考电极与待测电位之间的耦合电容。

这两种方法或装置(电场测量仪和电容分压器)均以准确知道与待测电压的耦合为前提条件，尤其要知道测量电极与测量对象之间的距离。就此而言，这些已知的方法不适合于临时的测量过程或者事后的测量安装。电场测量仪和电容分压器为了精确测量需要固定安装并且在安装环境中加以校准。在手持式测量设备的情况下，需要精确知道测量结构的几何特性和材料特性(导线绝缘，空气，燃气，水蒸汽等等)。为此若为市面上常见的电场测量仪例如使用专门的垫片。但是垫片存在以下缺点，即垫片尤其不直接放置在导电材料上以确定电绝缘导线的电位，因此只能以不够充分的精度调整距离。此外还无法考虑绝缘材料的类型。如果已知的无接触电位测量方法的精度不够充分，则通常必须进行接触测量。

本发明的任务在于提供即使在耦合电容首先未知的情况下也能用来进行无接触电位测量的一种方法以及一种装置。

通过具有权利要求1所述特征的一种装置、具有权利要求8所述特征的一种测电钳以及具有权利要求9所述特征的一种方法，来解决这一任务。

本发明所述的装置用于无接触地确定对象电位，并且包括电极以及电位调节器，所述电位调节器与电极电连接并被构造为将施加在电极上的参考电位改变为终值，使得当电极与对象相隔一定距离时使得在终值时对象与电极之间的电场消失，并且根据终值确定对象的电位。

在终值已知的条件下测出电场消失，可以直接推断待确定的电位。以这种方式实现了一种补偿方法，在该补偿方法中尤其将电极恰好提高到这样的电位，使得电极与对象之间的空间变得没有电场。将测量电极上的电位提高到对象的待确定电压，就能实现该补偿。对于该测量尤其不需要知道电极与对象之间的距离或耦合电容。可以不必费力确定该距离或者介电常数。但这种测量类型仍然非常可靠并且精度很高。为了在电极上施加补偿所需要的电压，仅需极小的功率。技术实现可简单实施。不需要直接接触待测对象。因此对测量对象的干扰或干预仅最小地进行。即使对于难以接近的对象，该装置也可确定其电位。

电位调节器优选被构造为确定电极充电状态随时间的改变，并且根据所确定的充电状态改变参考电位，使得充电状态随时间的改变在达到终值时消失。尤其可以通过测量在电极与参考电位载体之间流动的再充电电流来确定充电状态随时间的改变。如果对象与电极之间没有电场，则已达到了静止状态，并且不再有再充电电流流动。因此测量再充电电流即可有说服力地推断出电极与对象之间的电场，并且可以很容易识别补偿情况。例如当再充电电流变为零时，只需测量或者读取施加在电极上的电压，并且确定对象的电位。

所述装置优选包括具有第一和第二输入端以及输出端的放大器，其中电极与第一输入端电连接，电位调节器与第二输入端电连接，并且第一输入端与输出端电连接。以这种方式实现了一种适宜的以及可简单和不复杂实现的测量装置，可以通过该测量装置非常简单地调节电极的参考电位。可以特别可靠地测量对象的电位。

电位调节器优选包括调节装置，该调节装置被构造为测量输出端上的电位，并且根据测量的电位调节第二输入端上的参考电位，使得在输出端上测量的电位值在其绝对大小方面一直减小到零值。尤其可以测量输出端上的电位值作为相对于地的电压。可以通过调节装置跟踪参考电位的各个主导值，使得参考电位一直提高到对象的电位值。以这种方式实现了一种可靠而且也非常迅速的测量方法，因为迅速达到终值。