[发明专利]用于测量导体中流过的电流的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量导体中流过的电流的装置。实际上，本发明尤其适用于交流(AC)工业环境中具有与保护相关的功能的产品系列中的测量，例如由电子断路器代表的产品，其中，这种用于测量电流的装置代替常规的热磁功能和/或计数功能(电流测量、电压测量等)，本发明还适用于通信产品系列中的测量。

背景技术

当目前所用的电流测量装置集成到断路器等类型的装置中时，其基本原理是，传感器几乎总是围绕在电流(称为初级电流)的路径的周围。

该传感器例如可以是变流器型铁磁心传感器，所述铁磁心围绕导体，在该导体中有待测的初级电流流过，从而所述铁磁心集中并导引由所述初级电流产生的磁通，并在围绕铁磁心的一部分的线圈(称为次级线圈)中产生电流，该电流的大小取决于所述磁通。

以变流器为代表的这种传感器的缺点是，构成铁磁心的铁磁材料可能发生饱和，而这极可能导致传感器的输出信号发生失真。在实际应用中，当测量很大的初级电流时，输出信号会丧失其线性特征，而这对于测量传感器显然是不可接受的。

所述传感器也可以是没有铁磁心的传感器，例如罗戈夫斯基线圈型传感器。该线圈是缠绕在由非磁性材料制成的铁心上的线圈，它围绕有待测电流流过的初级导体。因此，提供至线圈的端子上的电压与流过导体的电流的强度的导数成正比。

由于没有可发生饱和的磁芯，因此动态测量范围更宽。但是，由于难以提供干净的输出信号，并且输出端的信号电平(即，在实际应用中是信噪比)极低，因此使用这种罗戈夫斯基线圈有更严重的缺点。

另外，罗戈夫斯基线圈常常难以制造，因为这种线圈需要以适当的方式把多个线圈组装起来，以确保这些线圈完全缠绕在初级导体上，同时还要确保线圈之间的连续性，如专利FR2870350中所述；或者，这种线圈需要采用缠绕在导体上的复杂结构的环形线圈。

发明内容

为了克服这些缺点，本发明提供一种结构简单、易于使用、即使在测量强电流时也具有良好的输出信号线性度、并且能提供很高的信号电平的电流测量装置。

为了实现这些目标以及通过下文中的说明变得明显的其它目标，本发明的电流测量装置包括至少一个线圈，该线圈没有铁磁心，并布置在有待测电流流过的导体的附近。本发明的主要特征在于，所述导体至少部分地围绕所述线圈。

实际上，这种构造与常见的构造正相反。事实上，不是线圈围绕初级导体，而是初级导体围绕线圈。本发明的主要优点是能显著改善信噪比，使得信噪比明显高于罗戈夫斯基线圈能实现的信噪比。

此电流测量装置仅包括布置在绝缘壳架上的单个线圈。因此，不再需要组装多个线圈以制造测量传感器。使用单个线圈和单个壳架的优点是，能够避免上文所述的任何饱和危险。因此，由于不存在可能发生饱和的铁磁心，因而不论待测电流有多大，都能保持传感器输出信号的线性特征。

比较有利的方式是，线圈在单位长度上包括恒定的匝数。更确切地说，它在单位长度上可包括恒定层数的匝数，匝间缠绕节距是恒定的。因此，这是一种标准线圈，制造起来很简单，对原料的要求不高，因而相当经济。

线圈各匝的线密度的这种有规律性还能避免对输出信号的洁净度的任何影响，即，能避免流过初级导体的电流的任何图像失真。

根据本发明，导体优选是环绕线圈的环的形式。

例如，导体由包括下列部分的金属板制成：

-中央部分，分为多个臂，以形成环绕线圈的环；

-由接线端子构成的第一端和第二端。

根据第一种可能的构造，导体的中央部分可由连接至第一端和第二端之一并且环绕线圈的至少一半的主分支构成，该主分支变宽，并分两个臂，这两个臂沿主分支的两侧伸展，并在第一端和第二端中的另一端结合在一起。

在一种可能的实施方式中，在主分支的变宽点，主分支的最大宽度可基本相当于线圈的长度。

可替代地，能够构想出线圈长度比所述宽度小的方案，因此，在该方案中，当从轴向观察时，两个臂旋绕在线圈的两侧。

根据另一种可能的构造，臂和主分支在环的闭合点可以是共面的。应说明的是，上述的特征要素可由用户随意组合或不组合，因为它们是独立的，并且实际上是完全独立的设计选择。

可替代地，在另一个版本中，所述两个臂为“S”形形式，该S形的反向弧之一封闭环绕线圈的环，而另一个反向弧终止在一端的连接端子的高度处。

可选地，中央部分可包括旁路，该旁路连接至所述臂或主分支，并围绕线圈，从而在线圈周围产生第二环。线圈周围的初级导体的匝数越多，线圈的输出信号电平就越高，而这能提高电流测量精度。