專利名稱：電壓測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量被測導(dǎo)體，例如，高架AC電力線，中的交流電壓的裝置。
背景技術(shù)：
功率因數(shù)和功率品質(zhì)的測量是電力設(shè)施監(jiān)控中的重要方面。為了計(jì)算特定AC電力線的功率因數(shù)和品質(zhì)，必須測量所述線的交流電壓和電流。對(duì)于高架電力線，可移除式非接觸電壓測量裝置提供使用方便性與靈活性的最佳平衡。
圖1說明如JP2002131341中所揭示的非接觸電壓測量裝置10。圖中展示被絕緣的導(dǎo)線12的縱向截面，相對(duì)于地而對(duì)其施加交流電壓，這是待由裝置10觀測的電壓波形。裝置10由圍繞線12的兩個(gè)導(dǎo)管-內(nèi)部導(dǎo)體14和外部導(dǎo)體16組成。裝置的兩個(gè)導(dǎo)電層通常由介電層18隔離。裝置10的輸出電壓可通過屏蔽電纜(未圖示)獲取，屏蔽電纜的屏蔽物連接到外部導(dǎo)體16且其中心通過外部導(dǎo)體16和電介質(zhì)18中的小孔(未圖示)附接到內(nèi)部導(dǎo)體14。
如果滿足以下兩個(gè)條件，那么圖1中所展示的配置對(duì)于防止干擾拾取是極好的，這些干擾來自于裝置的外部導(dǎo)體的外部的其它電壓源所產(chǎn)生的雜散電場1)裝置10的外部導(dǎo)體16圍繞內(nèi)部導(dǎo)體14的圓周完全封圍內(nèi)部導(dǎo)體14。
2)外部導(dǎo)體16的縱向超過內(nèi)部導(dǎo)體14的長度L1大于外部導(dǎo)體16的直徑。
條件2確保最小化從裝置10的兩端進(jìn)入的干擾電場。
當(dāng)滿足這兩個(gè)條件時(shí)，裝置10的外部導(dǎo)體16有效地屏蔽內(nèi)部導(dǎo)體14使其免受外部電場影響，且其僅響應(yīng)于由于導(dǎo)體12上的電荷而產(chǎn)生的電場。
然而，顯然圖1中所展示的裝置僅可用于以下應(yīng)用中導(dǎo)線12可穿過裝置，或如果裝置具有可夾持或附接在一起的一個(gè)以上可移動(dòng)零件的情況。如果線直徑較大，那么此類型裝置的使用上存在另一限制，因?yàn)闉榱藵M足條件(2)，裝置的長度變得較大。對(duì)于直徑為3.5厘米的導(dǎo)線，條件(2)將導(dǎo)致裝置通常有9厘米長。
由于這些限制，這個(gè)低干擾結(jié)構(gòu)實(shí)際上不用于高壓高架電力線。
圖2中展示高架電力線的最普通類型的電壓測量裝置。這里，分別在電介質(zhì)22與內(nèi)部和外部導(dǎo)體24、26中設(shè)置缺口20。這允許將裝置容易地附接到現(xiàn)有的電力線。實(shí)踐中，還使得裝置的長度L比滿足上述條件(2)所需的長度小得多。因此，圖2中所展示的裝置遭受穿過間隙20和裝置的兩端進(jìn)入的外部場的干擾。結(jié)果，裝置不可用于許多應(yīng)用中來進(jìn)行精確的功率因數(shù)和品質(zhì)測量，尤其是如果干擾處于裝置中的間隙20的方向上。
本發(fā)明的目標(biāo)在于提供一種改進(jìn)的交流電壓測量裝置，其中可避免或減輕這些缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種用于測量被測導(dǎo)體中的交流電壓的裝置，所述裝置包括安裝在電絕緣支撐部件上的第一組和第二組電容性電壓傳感器，所述第一組傳感器沿著第一虛擬閉合路徑而定位且并聯(lián)連接在第一信號(hào)導(dǎo)體與參考導(dǎo)體之間，所述第二組傳感器沿著圍繞所述第一閉合路徑的第二虛擬閉合路徑而定位且并聯(lián)連接在第二信號(hào)導(dǎo)體與和所述第一組相同的所述參考導(dǎo)體之間，所述支撐部件經(jīng)配置以允許將被測導(dǎo)體引入到所述裝置的內(nèi)部，以使得所述傳感器圍繞所述被測導(dǎo)體的軸線，且每個(gè)傳感器具有連接到各自的信號(hào)導(dǎo)體的信號(hào)電極和連接到所述參考導(dǎo)體的參考電極，所述第一組的所述傳感器使所述信號(hào)電極面對(duì)所述被測導(dǎo)體而定向，且所述第二組的所述傳感器使所述信號(hào)電極背對(duì)所述被測導(dǎo)體而定向，且所述裝置進(jìn)一步包含用于獲得被測導(dǎo)體中的電壓作為所述第一信號(hào)導(dǎo)體和所述參考導(dǎo)體之間的電壓以及所述第二信號(hào)導(dǎo)體和所述參考導(dǎo)體之間的電壓的函數(shù)的部件。


現(xiàn)將以舉例的方式參看附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1和圖2是前文描述的現(xiàn)有技術(shù)電壓測量裝置的圖。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電壓測量裝置的示意圖。
圖3B是當(dāng)圖3A的電壓測量裝置位于干擾電力線附近時(shí)的示意圖。
圖4是圖3A的裝置的實(shí)際實(shí)施中所使用的單個(gè)電容性傳感器中的一者的俯視和仰視透視圖。
圖4A到圖4C分別是圖4的傳感器的頂層、中間層和底層的透視圖。
圖5是一組安裝在母板上的圖3的8個(gè)電容性傳感器的透視圖。
圖6A到圖6C分別是多層母板的頂層、中間層和底層的平面圖，在圖3A的裝置的實(shí)際實(shí)施中圖4的復(fù)數(shù)個(gè)單個(gè)傳感器安裝在所述多層母板上。
圖7A到圖7C是一對(duì)傳感器在母板上的安裝位置中的一者的詳細(xì)平面圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的五層印刷電路板電容性電壓傳感器的剖視圖。
圖9是感應(yīng)內(nèi)部組的傳感器與參考電壓之間的電壓Vinner的物理過程的電等效電路的示意圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有放大器級(jí)的完整電壓測量裝置的電等效電路的示意圖。
圖11是組合在單個(gè)母板上的根據(jù)本實(shí)施例的電壓測量裝置和根據(jù)愛爾蘭專利申請(qǐng)案第S2001/0370號(hào)的電流傳感器的平面圖。
具體實(shí)施例方式
參看圖3A，電壓測量裝置30包括電絕緣母板(圖3A中未展示，但將參考圖5到圖7進(jìn)行描述)，其上安裝有復(fù)數(shù)個(gè)電容性電壓傳感器36。這些傳感器36包括內(nèi)部組的傳感器32a-f和外部組的傳感器34a-f。內(nèi)部和外部組的傳感器32a-f和34a-f安裝在基本共同的平面上且構(gòu)造基本相同。
內(nèi)部組的傳感器32a-f沿著第一圓周(虛擬圓)32以基本上相等的間隔而安置，而外部組的傳感器34a-f沿著與第一環(huán)32同心的第二圓周34以基本上相等的間隔而安置。傳感器36相對(duì)于環(huán)32和34的共同中心而徑向地成對(duì)排列，即，32a/34a、32b/34b等。
每個(gè)傳感器36是以平行板電容器的形式，且具有信號(hào)電極48和基本上與其平行的至少一個(gè)參考電極50。內(nèi)部組的傳感器32a-f并聯(lián)連接在感應(yīng)導(dǎo)體33與參考導(dǎo)體37之間，且外部組的傳感器34a-f并聯(lián)連接在感應(yīng)導(dǎo)體35與相同的參考導(dǎo)體37之間。如將要描述，導(dǎo)體33、35和37在母板上形成為導(dǎo)電通路。
母板具有間隙40，其允許定位測量裝置30以使得可將待測量電壓的導(dǎo)體或?qū)Ь€38(本文稱作“被測導(dǎo)體”)引入到圓周32、34的內(nèi)部，且被測導(dǎo)體38的軸線垂直于含有傳感器的平面(即，垂直于圖3A的平面)并與環(huán)32和34的中心一致，使得沿著每個(gè)環(huán)32、34而安放的傳感器36圍繞導(dǎo)體38的軸線，且電極表面48、50法向于導(dǎo)體38的軸線。
內(nèi)環(huán)32上的傳感器32a-f全部經(jīng)定向以使得其信號(hào)電極48面對(duì)電壓波形待被監(jiān)控的被測導(dǎo)體38。這些傳感器32a-f提供相對(duì)于參考導(dǎo)體37上的電壓的輸入電壓Vinner。外環(huán)34上的傳感器34a-f與內(nèi)環(huán)的相應(yīng)傳感器32a-f成對(duì)，但經(jīng)定位以使得每個(gè)傳感器36的信號(hào)電極37背對(duì)被測導(dǎo)體38。外部組的傳感器34a-f的目的在于減少來自外部源的干擾。這些傳感器34a-f提供相對(duì)于參考電壓的輸入電壓Vouter。在每個(gè)傳感器36中，參考電極50具有比信號(hào)電極48基本上更大的面積，從而屏蔽后者使其免受來自與信號(hào)電極相反的傳感器那側(cè)的源的電場影響。
可看到，當(dāng)作為電場源的被測導(dǎo)體38位于測量裝置30內(nèi)的測量位置時(shí)，內(nèi)環(huán)32中的所有傳感器32a-f經(jīng)排列成使得其未屏蔽的信號(hào)電極48面對(duì)源38，從而導(dǎo)致較大的Vinner。外環(huán)34中的所有傳感器34a-f經(jīng)排列成使得其屏蔽的參考電極50面對(duì)源38。此導(dǎo)致較小的Vouter。因源38而在內(nèi)環(huán)32中感應(yīng)的電壓Vinner因此大于外環(huán)34的電壓拾取Vouter。當(dāng)對(duì)這些電壓作減法運(yùn)算時(shí)，獲得相對(duì)較大的輸出電壓，所述輸出電壓很大程度上免受外部干擾。
圖3B說明位于電壓測量裝置30外部的干擾源52。兩個(gè)外部傳感器34a和34d正好與干擾源52在一條線上。然而，它們與源52相對(duì)而排列，因?yàn)樵?2處于傳感器34d的未屏蔽(或信號(hào)電極48)側(cè)且處于傳感器34a的屏蔽(或參考電極50)側(cè)。相應(yīng)的兩個(gè)內(nèi)部傳感器32a和32d也與干擾源52相對(duì)而排列，且傳感器32d的屏蔽側(cè)50面對(duì)源52，且傳感器32a的未屏蔽側(cè)48面對(duì)源52。類似類型的分析應(yīng)用于測量裝置的其它傳感器。
因此，如果干擾源52在遠(yuǎn)處，已發(fā)現(xiàn)對(duì)于此干擾源52而言，Vinner與Vouter相等，且通過從Vinner中減去Vouter可減小或消除來自外部源的拾取。使用的內(nèi)部和外部傳感器36的對(duì)數(shù)越多，實(shí)現(xiàn)的相消效果越好。
圖4和圖4A到圖4C展示本實(shí)施例中所使用的每個(gè)傳感器36的構(gòu)造。圖4的上部分中展示傳感器的俯視圖，而圖4的下部分中展示傳感器的仰視圖(此處使用的方位的表達(dá)(例如“頂”和“底”)表示圖中所展示的方位，且不限制使用中裝置的方位)。傳感器36包括圖4A到圖4C中單個(gè)展示的三個(gè)基本上平坦的印刷電路板(PCB)層的疊層——頂層42、中間層44和底層46。在圖4A到圖4C中可看到，每個(gè)PCB層42-46包括電絕緣襯底，每個(gè)電絕緣襯底的一個(gè)表面上沉積有各種導(dǎo)電區(qū)域和/或通路。層42到46接合在一起以形成圖4中所展示的疊層結(jié)構(gòu)，應(yīng)了解，圖4C中所展示的PCB層46在形成疊層之前經(jīng)翻轉(zhuǎn)，以使得圖4C中所展示的頂面實(shí)際上暴露在傳感器的下側(cè)，如圖4的下部分中所展示。此類型的典型傳感器具有約4平方厘米的表面積，但這個(gè)尺寸當(dāng)然可定制以適合特定應(yīng)用。傳感器36的PCB構(gòu)造確保其廉價(jià)、精確、輕巧且緊湊。
為了簡化制造，傳感器36的主體51具有整體呈正方形的形狀以簡化制造，且具有從主體51的一個(gè)邊緣(基底)延伸的矩形突出部47。信號(hào)電極48沉積為沉積在頂層42的中心處的導(dǎo)體的正方形區(qū)。孔45從信號(hào)電極48穿過頂層42、中間層44和底層46而延伸以通過沉積在層46上的導(dǎo)電通路49A而將信號(hào)電極48電連接到位于突出部47的底面上的信號(hào)襯墊49。
中間層44的整個(gè)表面除了圍繞孔45的清潔區(qū)域外均由沉積的導(dǎo)電層50A覆蓋，且底層46的整個(gè)表面同樣除了圍繞孔45的清潔區(qū)域外均由沉積的導(dǎo)電層50B覆蓋，信號(hào)襯墊49和導(dǎo)電通路49A使兩者連接。孔41延伸穿過三層42到46以將層50A和50B共同電連接到位于突出部47的頂面上的零伏參考襯墊43。
因此，信號(hào)電極48通過孔45而連接到突出部47的底面上的信號(hào)襯墊49，而層50A和50B通過孔41而連接到突出部47的頂面上的參考襯墊43。
此傳感器36實(shí)質(zhì)上是小型電容性探針，其電容存在于頂層42上的信號(hào)電極48與由中間層44和底層46上的層50A和50B形成的參考電極50之間。通過施加到頂層42的電場的法線分量在信號(hào)電極48與參考電極50之間感應(yīng)一電壓信號(hào)。
為了整個(gè)測量裝置30的最佳操作，在圖4A-4C中可看到，傳感器36的中間層44和底層46上的參考電極層50A和50B的面積大于頂層42上的信號(hào)導(dǎo)體48的面積。這使傳感器36從位于傳感器36的頂層42上方的電場源拾取的感應(yīng)電壓高于其從位于傳感器36的底層46下方相同距離的相同電場源拾取的感應(yīng)電壓。當(dāng)較大的參考導(dǎo)體50處于信號(hào)導(dǎo)體48與電場源之間時(shí)，其部分地屏蔽信號(hào)導(dǎo)體48免受源場影響。與傳感器36的信號(hào)導(dǎo)體48相比，參考導(dǎo)體50的面積越大，屏蔽效果越強(qiáng)。
內(nèi)部和外部印刷電路板傳感器36如圖5中所展示垂直地安裝在印刷電路母板55上。
母板55是圖6a到圖6c的俯視平面圖中分別展示的三個(gè)單獨(dú)的、基本上平坦的整體呈U形的PCB層56、58和60的疊層。在平面圖中，每個(gè)PCB層尺寸和形狀基本上相同，且包括具有內(nèi)部組的四個(gè)槽62a和外部組的四個(gè)槽62b的電絕緣襯底。內(nèi)槽62a與以點(diǎn)P為中心的虛擬第一環(huán)相切并等間隔地在所述虛擬第一環(huán)周圍，且外部槽62b與和第一環(huán)同心但直徑大于第一環(huán)的虛擬第二環(huán)相切并等間隔地在所述虛擬第二環(huán)周圍。當(dāng)三個(gè)層56-60疊在一起時(shí)，三層中的每個(gè)層中的槽是對(duì)準(zhǔn)的，使得可將圖6a看作整個(gè)重疊的多層母板的平面圖以及頂層56的平面圖。圖6c中所展示的導(dǎo)電通路(待描述)實(shí)際上沉積在多層母板的底面上，因此可將圖6c看作層60的俯視平面圖，而人為地展示成透明的絕緣襯底僅是出于揭露其底面上的結(jié)構(gòu)的目的。
如圖4中所展示而構(gòu)造的八個(gè)傳感器36通過將每個(gè)傳感器的突出部47插在母板中的各自槽62a或62b中而垂直地安裝在母板上(如圖5中所展示)，槽62a和62b的尺寸應(yīng)使得突出部47在槽中滑配合。將了解，圖6a-c中所展示的構(gòu)造僅使用四對(duì)傳感器36而不是圖3和圖5的示意圖中所展示的六對(duì)。每個(gè)傳感器36經(jīng)定向以正交于從點(diǎn)P延伸的徑向方向，當(dāng)被測導(dǎo)體38插入于槽40中時(shí)，P點(diǎn)與被測導(dǎo)體38基本上一致。在有四個(gè)傳感器的外環(huán)中，信號(hào)電極48向外背對(duì)點(diǎn)P，而在有四個(gè)傳感器的內(nèi)環(huán)中，信號(hào)電極48向內(nèi)面對(duì)點(diǎn)P，這對(duì)應(yīng)于圖3和圖5中的配置。
參看圖7a到圖7c，圖7a到圖7c分別是母板層56、58和60的頂部左邊區(qū)段處的通路布局的詳細(xì)放大圖，且其與母板層上的其它三個(gè)傳感器對(duì)所在位置中的每一者處的相應(yīng)結(jié)構(gòu)相同，頂層56上沉積有寬的導(dǎo)電參考通路37A，其在每對(duì)槽62a、62b之間延伸并圍繞每對(duì)槽62a、62b(具體參看圖7a)。底層60上同樣沉積有寬的導(dǎo)電參考通路37B，其在每對(duì)槽62a、62b之間延伸并圍繞每對(duì)槽62a、62b，但是導(dǎo)電材料的較小沉積區(qū)域64除外，該區(qū)域緊密地鄰近槽62a、62b的內(nèi)邊緣(具體參看圖7c)，通路37B與區(qū)域64隔開。中間層58上沉積有兩個(gè)窄的相鄰相隔的導(dǎo)電信號(hào)通路33和35，所述導(dǎo)電信號(hào)通路33和35在數(shù)對(duì)槽62a、62b之間延伸。
在組合的母板中，通路37A和37B通過孔70(僅在圖6b和圖7b中可見)電連接在一起，孔70穿過所有三個(gè)母板層以在槽62a和62b的外部邊緣連接通路37A和37B的部分。通路37B內(nèi)側(cè)的導(dǎo)電區(qū)域64通過各自的孔72電連接到中間層上的信號(hào)通路33，同時(shí)通路37B外側(cè)的導(dǎo)電區(qū)域64通過各自的孔74電連接到中間層上的信號(hào)通路35。在圖7a中的頂層上也可看到孔72和74，但其不用于功能性目的。然而，因?yàn)榇┻^整個(gè)PCB鉆孔，所以這些孔應(yīng)當(dāng)與頂層上的參考通路37A隔離。
通過將傳感器36的突出部47插在矩形槽62a、62b中而將單個(gè)傳感器36安裝在母板上，使得在每種情況下傳感器信號(hào)襯墊49均緊密鄰近導(dǎo)電區(qū)域64，且因此，傳感器參考襯墊43緊密鄰近槽62a或62b外側(cè)的通路37B的部分。接著，通過將每個(gè)信號(hào)襯墊49焊接到各自鄰近的導(dǎo)電區(qū)域64并將每個(gè)參考襯墊43焊接到槽62a或62b外側(cè)的通路37B的各自的鄰近部分，來將傳感器36焊接在適當(dāng)位置。因此，每個(gè)內(nèi)部傳感器的信號(hào)電極48連接到內(nèi)部信號(hào)通路33，每個(gè)外部傳感器的信號(hào)電極連接到外部信號(hào)通路35，且所有參考電極50A、50B共同連接到參考通路37A和37B。顯然，除了僅使用四對(duì)傳感器36外，這對(duì)應(yīng)于圖3A的電等效電路，參考通路37A、37B共同形成參考導(dǎo)體37。
這種配置的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)在于，除了參考電極50屏蔽信號(hào)電極48外，較窄的、相鄰相隔的信號(hào)通路33、35夾在寬得多的參考通路37A、37B之間，使得信號(hào)通路33、35被有效地屏蔽使其免受外部電場影響。這些通路33和35通向用于計(jì)算測量電壓的放大器輸入端(未圖示)。
母板54的底層60上可能有必要存在單獨(dú)的屏蔽物(未圖示)，具中PCB傳感器突出部47突出穿過槽62a、62b的底部，信號(hào)襯墊49在那里暴露并可拾取干擾。將屏蔽物焊接到槽62a、62b外邊緣的參考通路37B的部分76以覆蓋傳感器的突出區(qū)域。放大器的第一級(jí)可能也需要通過電連接到參考導(dǎo)體的導(dǎo)電屏蔽物(未圖示)進(jìn)行屏蔽。
在一些情況下，每對(duì)內(nèi)部和外部PCB傳感器組合成一個(gè)五層PCB傳感器可能較為有利，圖8中展示執(zhí)行此功能的配置。
五層傳感器100執(zhí)行與分別的內(nèi)部和外部三層傳感器36相同的功能。所述傳感器具有對(duì)應(yīng)于三層傳感器36的頂層42的頂層102和底層104。頂層102和底層104都包括信號(hào)導(dǎo)體區(qū)——112和113，它們整體具有比傳感器100本身的尺寸小的尺寸。頂部信號(hào)導(dǎo)體區(qū)112和底部信號(hào)導(dǎo)體區(qū)113每一者對(duì)應(yīng)于傳感器36的三層實(shí)施例中展現(xiàn)的信號(hào)導(dǎo)體區(qū)48。
五層傳感器100還具有第二層106、中間層108和第四層110，它們主要包括充當(dāng)參考導(dǎo)體114的導(dǎo)體部分。參考導(dǎo)體114對(duì)應(yīng)于傳感器36的三層實(shí)施中展現(xiàn)的參考導(dǎo)體50。
第二層106、中間層108和第四層110的參考導(dǎo)體114的每一者連接到參考焊接襯墊120。頂層102上存在兩個(gè)這種參考焊接襯墊120，且底層104上存在兩個(gè)其他襯墊120。一對(duì)孔122、124延伸穿過五層中的每一者以確保參考焊接襯墊120和參考導(dǎo)體114每一者處于參考電壓下。
頂層102的信號(hào)導(dǎo)體組件112通過孔115a從頂層102連接到中間層108。其接著通過孔115b從中間層108連接到頂層102，在頂層102其連接到用于此信號(hào)的焊接襯墊116。利用相應(yīng)的孔116a和116b和傳感器100的底層104上的信號(hào)焊接襯墊118，相同的信號(hào)通路從底層104上的信號(hào)組件113到中間層108并返回底層104進(jìn)行重復(fù)。
與前面相同，信號(hào)孔和焊接襯墊中的每一者與周圍的導(dǎo)體絕緣。
在這種情況下，還需要對(duì)母板作某些修改。
圖9中展示感應(yīng)內(nèi)部這組探針與參考電壓之間的電壓Vinner的物理過程的電等效電路。假設(shè)電阻器R和電容器C連接在Vinner與Vreference之間。CS1表示電力線與內(nèi)部組的探針之間的雜散電容，且CS2表示連接到Vreference的所有導(dǎo)體與接地電壓之間的雜散電容。流經(jīng)測量裝置的電流I由下式給定I=VSource1jωCs1+1jωCs2+R1+jωCR]]>現(xiàn)在，鑒于最大期望雜散電容CS1和CS2將為10pf，且如果C選定大于10nf，那么RC組合的阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于雜散電容的阻抗，則較佳近似值為I=jVsource1ωCs1+1ωCs2]]>且電壓(Vinner-Vreference)=IR1+jωCR=jωVsourceR(1Cs1+1Cs2)(1+jωCR)]]>如果在關(guān)注的頻率ω下，選擇的乘積CR足夠大使得ωCR＞＞1，那么(Vinner-Vreference)=jωVsource(1Cs1+1Cs2)(jωC)=Vsource(1Cs1+1Cs2)C]]>且電壓Vinner-Vreference是不具有畸變或相移的Vsource的衰減的形式。衰減因數(shù)由 給定，且取決于雜散電容。
只有在雜散電容CS1和CS2已知或可估計(jì)的情況下才可能從Vinner-Vreference中精確地預(yù)測Vsource的量值。然而，功率因數(shù)和功率品質(zhì)的測量不必需要電壓的絕對(duì)值。重要的因素是知道電壓的相位和諧波的相對(duì)量值，當(dāng)然也要測量電流參數(shù)。從等式(1)可看出，Vinner-Vreference是正監(jiān)控的電壓相位的直接復(fù)制。
圖10中展示具有放大器級(jí)的完整電壓測量裝置的電等效電路。
通過兩個(gè)相同的放大器AMP1和AMP2放大兩個(gè)電壓Vinner-Vreference和Vouter-Vreference。接著在AMP3中對(duì)這兩個(gè)放大器的輸出進(jìn)行減法運(yùn)算并放大。在此最后的級(jí)中實(shí)現(xiàn)來自其它相位的干擾拾取的減少。
剛才已描述了用于電力線監(jiān)控的精確、緊湊、非接觸、廉價(jià)的電壓測量裝置。當(dāng)與圖2中所展示的現(xiàn)有的測量裝置形式相比時(shí)，其干擾拾取比當(dāng)使用圖2的測量裝置時(shí)所記錄的水平小七倍或更多。
為了實(shí)施完整的功率因數(shù)和品質(zhì)測量裝置，必須測量電力線的電流和電壓。愛爾蘭專利申請(qǐng)案第S2001/0370號(hào)中揭示了與剛才所描述的電壓測量裝置類似的電流測量裝置。在此專利申請(qǐng)案中，許多感應(yīng)PCB傳感器以對(duì)稱的樣式垂直安裝在母板上的電流源周圍。圖11中所展示的母板200展示實(shí)施本實(shí)施例的電壓測量裝置和上述愛爾蘭專利申請(qǐng)案的電流測量裝置的功率因數(shù)和品質(zhì)測量裝置。電壓測量裝置201如上所述，電流測量裝置202安裝在電壓測量裝置201外部的圓周。用于放大電流和電壓測量值的部件(未圖示)也可安裝在相同的母板200上，從而產(chǎn)生用于功率因數(shù)和功率品質(zhì)測量的輕巧、廉價(jià)、緊湊、非接觸的測量裝置。
本發(fā)明并不限于本文所描述的實(shí)施例，可在不違背本發(fā)明的范疇的情況下對(duì)所述實(shí)施例進(jìn)行修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于測量被測導(dǎo)體中的交流電壓的裝置，所述裝置包括安裝在電絕緣支撐部件上的第一組和第二組電容性電壓傳感器，所述第一組傳感器沿著第一虛擬閉合路徑而定位且并聯(lián)連接在第一信號(hào)導(dǎo)體與參考導(dǎo)體之間，所述第二組傳感器沿著圍繞所述第一閉合路徑的第二虛擬閉合路徑而定位且并聯(lián)連接在第二信號(hào)導(dǎo)體與和所述第一組相同的所述參考導(dǎo)體之間，所述支撐部件經(jīng)配置以允許將被測導(dǎo)體引入到所述裝置的內(nèi)部，以使得所述傳感器圍繞所述被測導(dǎo)體的軸線，且每個(gè)傳感器具有連接到各自的信號(hào)導(dǎo)體的信號(hào)電極和連接到所述參考導(dǎo)體的參考電極，所述第一組的所述傳感器使所述信號(hào)電極面對(duì)所述被測導(dǎo)體而定向，且所述第二組的所述傳感器使所述信號(hào)電極背對(duì)所述被測導(dǎo)體而定向，且所述裝置進(jìn)一步包含用于獲得所述被測導(dǎo)體中的電壓的部件，該電壓是所述第一信號(hào)導(dǎo)體和所述參考導(dǎo)體之間的電壓以及所述第二信號(hào)導(dǎo)體和所述參考導(dǎo)體之間的電壓的函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第二組的每個(gè)傳感器相對(duì)于被測導(dǎo)體的軸線而分別與所述第一組的一個(gè)傳感器徑向?qū)?zhǔn)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中每個(gè)所述傳感器與其他傳感器基本上相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述虛擬閉合路徑是圓形。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中在每組中，所述傳感器基本上等間隔地圍繞在所述各自的閉合路徑分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述第二組的每個(gè)傳感器與所述第一組的一個(gè)傳感器形成一體，借此，復(fù)數(shù)個(gè)復(fù)合傳感器經(jīng)配置以提供配置在相鄰相隔的第一和第二虛擬路徑周圍的所述第一組和第二組。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中每個(gè)參考電極的面積基本上大于所述相應(yīng)的信號(hào)電極的面積，從而屏蔽后者使其免受與所述信號(hào)電極相反的所述傳感器那側(cè)的電場影響。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中每個(gè)傳感器包括平行板電容器，由所述信號(hào)電極和所述參考電極組成的所述平行板電容器的板基本上垂直于所述被測導(dǎo)體的徑向方向。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中每個(gè)傳感器包括重疊在一起的多個(gè)絕緣襯底，且所述絕緣襯底中的至少一者隔離信號(hào)電極與至少一個(gè)參考電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述支撐部件包括重疊在一起的多個(gè)絕緣襯底，且所述傳感器插在所述襯底中的對(duì)準(zhǔn)的孔中，所述傳感器如前述通過沉積在各自支撐部件襯底的非鄰近表面上的至少一個(gè)信號(hào)導(dǎo)體和至少一個(gè)參考導(dǎo)體而并聯(lián)連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中在多層支撐結(jié)構(gòu)中，所述信號(hào)導(dǎo)體形成為導(dǎo)電通路，所述導(dǎo)電通路夾在也形成為導(dǎo)電通路的一對(duì)參考導(dǎo)體之間，所述參考導(dǎo)電通路的寬度基本上大于所述信號(hào)導(dǎo)體通路的寬度，使得屏蔽后者使其免受外部電場影響。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種用于測量被測導(dǎo)體(38)中的交流電壓的裝置，其包括安裝在電絕緣支撐部件上的第一組電容性電壓傳感器32a－f。所述傳感器沿著第一圓周以隔開的間隔安置在所述支撐部件上，且并聯(lián)連接在內(nèi)部信號(hào)導(dǎo)體33與零電壓參考導(dǎo)體37之間。第二組電容性電壓傳感器34a－f沿著第二圓周以隔開的間隔安置在所述支撐部件上，且并聯(lián)連接在外部信號(hào)導(dǎo)體35與所述參考導(dǎo)體37之間。所述支撐部件經(jīng)配置以允許將被測導(dǎo)體38引入到所述裝置的內(nèi)部，以使得所述傳感器圍繞所述導(dǎo)體的軸線。每個(gè)傳感器具有連接到所述信號(hào)導(dǎo)體的信號(hào)電極48和連接到所述參考導(dǎo)體的參考電極50，且使所述信號(hào)電極面對(duì)所述被測導(dǎo)體而定向。所述被測導(dǎo)體中的電壓作為所述信號(hào)導(dǎo)體和所述參考導(dǎo)體之間的電壓的函數(shù)而得到。
文檔編號(hào)G01R15/16GK1910461SQ200580002044
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月7日
發(fā)明者托馬斯·索倫森 申請(qǐng)人:蘇帕魯爾斯有限公司