專利名稱：帶羅克夫斯基線圈的用于測量導體中交流電的鉗式萬用表的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及用于測量電路的導電體中的交流電流的電子測試儀表。更具體 地，本發(fā)明涉及一種萬用表，其具有用于在不斷開電路的情況下測量電流的兩種不同傳感
O
背景技術：
萬用表，還稱為數(shù)字萬用表或“DMM”的萬用表適于測量通常為維修、調(diào)試、和維護 應用所需的許多參數(shù)。這樣的參數(shù)通常包括a. c.(交流)電壓和電流、d. c.(直流)電壓 和電流、和電阻或連通性。還可測量諸如頻率、電容、和溫度的其它參數(shù)，以滿足特定應用的 要求。為了用通用型萬用表測量電流，必須將具有已知電阻的內(nèi)部電流分流器插入電流通 路，從而需要斷開載流導體。然后測量電流分流器兩端的電壓降以確定電流。由于萬用表測試線和線路承載電流的容量，所以采用內(nèi)部電流分流器的通用型萬 用表通常限于十安培的最大值。此外，為了安全原因和防止對萬用表的損壞，通常必須用內(nèi) 部熔絲保護萬用表，以防止過高的電流水平流過萬用表。去除燒斷熔絲的困難、加上為取得 替換的熔絲所需的時間和成本使得需要獲得一種不需要內(nèi)部熔絲的非接觸式電流測量儀 表。鉗式萬用表通過采用整體的電流鉗提供相對通用型萬用表改善的測量電流的能 力，該鉗式萬用表在無需切斷載流導體或斷開包括載流導體的電路的情況下感測載流導體 中的電流。電流鉗通常設置在與利用單獨的測試探針以常規(guī)方式測量諸如電壓和電阻的其 它參數(shù)的萬用表相同的殼體中。電流鉗繞可包括銅絲和母線的載流導體閉合，以感測由電 流產(chǎn)生的磁場。電流鉗提供用于由萬用表測量的電壓信號，該萬用表計算和顯示測得的電 流水平。由于不存在通過鉗式萬用表從載流導體分流的電流，所以很大程度上消除了可測 量的最大電流的限制。同樣地，在鉗式萬用表中消除了內(nèi)部熔絲。為了獲得正確的電流測量，電流鉗中的磁芯必須完全圍繞載流導體，使得電流鉗 完全閉合。必須機械地致動電流鉗以打開卡爪，插入載流導體，然后卡爪圍繞載流導體閉 合。在諸如電氣柜的緊湊的物理空間中，插入鉗式萬用表和利用該技術進行電流測量是不 方便的和困難的。此外，必須對準卡爪以使磁芯閉合，以便獲得正確的電流測量結(jié)果。因此， 鉗式萬用表難以在受限空間中使用，并且需要大的物理空間來打開電流鉗的卡爪。由于在磁芯使用的相當量的鐵，所以鉗式萬用表還將非常地重。此外，高水平的電 流可能使磁芯飽和。因此，將鉗式萬用表的電流測量容量局限在不使磁芯飽和的電流水平。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于測量交流電的套件的分解視圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于測量交流電的具有羅克夫斯基線圈 (Rogowski coil)的萬用表的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的羅克夫斯基線圈的部件的示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的萬用表的部件的框圖。

發(fā)明內(nèi)容
以下描述根據(jù)本發(fā)明關于包括一個導體的電路的實施例的具體細節(jié)。本發(fā)明的其 它實施例可具有與在本部分中所描述的不同的構造、部件、特征或程序。因此，本領域的技 術人員將相應理解的是，本發(fā)明可具有帶有附加元件的其它實施例，或者本發(fā)明可具有不 帶有以下參考圖1-4所示出并描述的多個元件的其它實施例。圖1是用于測量交流電(alternating current)的套件10的分解視圖。套件10 包括萬用表100、羅克夫斯基線圈200、和承載箱12。在圖1中示出已從承載箱12取出的萬 用表100和羅克夫斯基線圈200。還可將萬用表100和/或羅克夫斯基線圈200插入承載 箱12，使得套件10可作為單個的單元(未示出)來運輸。圖2是耦聯(lián)至羅克夫斯基線圈200的萬用表100的示意圖。萬用表100包括具有 細長形狀的殼體120，由此用戶(未示出)能舒適地握住殼體120。殼體120上設置有夾鉗140。夾鉗140包括分別具有芯部144a和144b的一對夾 鉗部142a和142b。夾鉗芯部144a和144b可包括圍繞由例如鐵的可磁化材料制成的芯部 的繞組(未示出)。第一夾鉗部142a活動地附連至、例如樞轉(zhuǎn)地附連至殼體120，并且能夠 運動至用點劃線示出的布置。第二夾鉗部142b可相對于殼體120固定。夾鉗部142a和 142b分別包括端部146a和146b，并因此能夠設置在打開布置中，在所述打開布置中，端部 146a和146b由間隙分開。夾鉗部142a和142b還能夠設置在閉合布置中，在閉合布置中， 端部146a和146鄰接接合。因此，在圖2中以實線示出的夾鉗140的閉合布置具有環(huán)狀 形狀。固定在第一夾鉗部142a上的杠桿150可用于使第一夾鉗部142a相對于第二夾鉗部 142b和/或殼體120運動。夾鉗140構造成在閉合布置中感應地感測由夾鉗140圍繞的 導體C中的交流電流。夾鉗140可以包括霍爾效應傳感器(未示出)，例如用于感測導體C 中的直流電流。夾鉗140可在不斷開包括導體C的電路(在圖2中未示出)的情況下感測 電流。夾鉗140可與所述電流相對應在第一電壓范圍中產(chǎn)生第一信號。殼體120包括用于感測其它電氣參數(shù)的端口 180，例如在圖1中示出三個插座端 子。引線(未示出)的端部上的插頭可連接至端口 180，以向萬用表100引入表示電壓、電 阻和/或溫度的各種信號。殼體可包括例如液晶顯示器(IXD)的顯示器130。顯示器130示出由夾鉗140感 應地感測的此種交流電流或交流頻率的測得參數(shù)。具體地，由被夾鉗140圍繞的導體C中 的電流，在夾鉗140中感生信號。顯示器130還示出由經(jīng)由端口 180接收的信號(包括由 羅克夫斯基線圈200產(chǎn)生的信號)感測的電氣參數(shù)。殼體120包括例如按鈕192和/或旋轉(zhuǎn)開關194的一個或多個選擇器190。選擇 器190可導通和切斷用于萬用表100的電源(未示出)，和/或改變?nèi)f用表100的測量模 式。例如，可轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)開關194，以選擇用夾鉗140測量交流電流的模式?？赏ㄟ^選擇器190 選擇用于測量電壓、電阻、溫度等的其它模式。根據(jù)本發(fā)明的實施例，選擇器190還可用于 選擇用羅克夫斯基線圈200測量交流電流的模式。羅克夫斯基線圈200包括回路210、懸架230、信號線纜240、和耦聯(lián)器250。另外， 參考圖3，回路210包括圍繞彈性非磁性芯部214并套在彈性覆蓋216中的環(huán)形線圈212。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，非磁性芯部214包括空氣。覆蓋216可具有足夠的剛性，以保護 環(huán)形線圈212的形式，并且仍具有足夠的彈性，以允許在長度和/或形狀上調(diào)節(jié)回路210。 能用懸架230調(diào)節(jié)回路210的長度。環(huán)形線圈212a的起始圈與環(huán)形線圈212b的結(jié)束圈通 過信號線纜240電連接至耦聯(lián)器250 (圖2)。耦聯(lián)器250可包括用于相對于萬用表100電 耦聯(lián)和電解耦羅克夫斯基線圈200的布置。例如，耦聯(lián)器250可包括布置成協(xié)作地接合端 口 180的一個或多個插座端子的一個或多個插頭。夾鉗140和羅克夫斯基線圈200均能感測流過由夾鉗140或回路210圍繞的導體 的交流電流。然而，在羅克夫斯基線圈200與夾鉗140之間存在多處差異。例如，回路210 比主要剛性的夾鉗部142a和142b有更好的彈性且具有較小的橫截面。因此，羅克夫斯基線 圈200可用于對夾鉗140而言太緊湊和/或太小的受限空間。此外，可使回路210變形以圍 繞橫截面不能由夾鉗140圍繞閉合的導體。另一差異是與夾鉗140相比較，羅克夫斯基線 圈200的較大電流測量能力。具體地，空氣芯部在使芯部144a和144b的磁性材料飽和的 電流水平不會變飽和。又一差異是羅克夫斯基線圈200通過信號線纜240與萬用表100分 開，而夾鉗140的相對位置相對于萬用表100固定。因此，可作為單個的單元操縱夾鉗140 和萬用表100，然而羅克夫斯基線圈200允許用戶將顯示器130設置在方便查看的取向。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的萬用表100的部件的框圖。萬用表100包括顯示器 130、夾鉗140、端口 180、選擇器190和處理器110。夾鉗140包括在不斷開電路的情況下 感應地感測交流電流的繞組，并與交流電流對應在第一電壓范圍中產(chǎn)生第一信號。例如，可 以毫伏為單位測量第一電壓范圍。第一信號由向顯示器130輸出信號的處理器110接收。 類似地，來自于端口 180的其它信號也由處理器110接收。根據(jù)某些實施例，選擇器190選 擇處理器110用于在顯示器130上顯示預期測量結(jié)果的信號。羅克夫斯基線圈200在不斷 開電路的情況下感應地感測交流電流，并與交流電流對應地在第二電壓范圍中產(chǎn)生第二信 號。例如，可以微伏為單位測量第二電壓范圍。萬用表100還包括積分器112，以將來自羅 克夫斯基線圈200的第二信號縮放至第一電壓范圍，例如將羅克夫斯基線圈200的微伏輸 出放大至處理器110能處理的毫伏信號。萬用表100的殼體120包括處理器110、積分器 112、顯示器130、夾鉗140、端口 180、選擇器190。根據(jù)某些實施例，僅羅克夫斯基線圈200 可與殼體120分開。在說明書和附圖中提出了本發(fā)明實施例的具體細節(jié)，以提供這些實施例徹底的理 解。然而，本領域的技術人員應理解的是，可在沒有這些細節(jié)中的若干細節(jié)的情況下實踐本 發(fā)明，或者可向本發(fā)明增加補充細節(jié)。眾所周知的結(jié)構和功能沒有被詳細地示出或描述，以 避免不必要地使本發(fā)明的實施例難以理解。除非上下文清楚地另外要求，否則遍及說明書和權力要求書，“包括”及相似的表 達應被解釋為包含的意義，而與排他或詳盡的意義相反；也就是說，解釋為包括但不局限于 的意義。另外，“在此”、“以上”、“以下”和相似的含意的文字當用于本發(fā)明時，應指的是整 個的本發(fā)明，而不是本發(fā)明任何特定的部分。在上下文允許的情況下，在以上發(fā)明內(nèi)容中使 用單數(shù)或復數(shù)數(shù)字的文字也可分別地包括復數(shù)或單數(shù)。當“或”被用于一列兩個或兩個以 上的項時，其意義涵蓋以下的所有解釋該列中的任一項、該列中的所有項、和該列中的項 的任一組合。以上實施例的詳細說明不應被認為是詳盡的或?qū)⒈景l(fā)明限制于以上公開的精確
7形式。如相關領域的技術人員所能認識到的，以上本發(fā)明的特定的實施例和示例的描述是 以說明為目的，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可能有各種等同的變型。 盡管本發(fā)明某些方面以以下某些權利要求的形式表述，但發(fā)明人可以任意數(shù)量的 權利要求的形式設想本發(fā)明的各個方面。因此，發(fā)明人保留在提交本申請之后增加附加權 利要求的權利，以便為本發(fā)明的其它方面爭取附加的權利要求形式。
權利要求
一種用于測量電路的導電體中的交流電流的鉗式萬用表，包括數(shù)字顯示器，其構造成示出所述導電體中的交流電流的測量結(jié)果；殼體，其包括所述數(shù)字顯示器；第一傳感器，其具有構造成在不斷開所述電路的情況下感應地感測交流電的可磁化材料芯部，所述第一傳感器包括固定地聯(lián)接至所述殼體的第一夾鉗部和樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接至所述第一夾鉗部的第二夾鉗部，其中所述導電體在所述第一傳感器的打開布置下穿過處于所述第一夾鉗部與所述第二夾鉗部之間的間隙，并且所述第一夾鉗部與所述第二夾鉗部在所述第一傳感器的閉合布置中圍繞所述導電體；第二傳感器，其包括具有非磁性芯部并構造成在不斷開所述電路的情況下感應地感測交流電的羅克夫斯基線圈；處理器，其設置在所述殼體中，并構造成接收第一電壓范圍中的輸入信號以及向所述數(shù)字顯示器發(fā)送輸出信號；以及積分器，其設置在所述殼體中，并構造成將來自所述第二傳感器的處于第二電壓范圍中的信號縮放至所述第一電壓范圍；其中，所述殼體包括所述處理器、所述積分器、和選擇器，所述選擇器構造成從(a)所述第一傳感器和(b)所述積分器中的一個選擇輸入到所述處理器的輸入信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的鉗式萬用表，其中，所述殼體包括構造成相對于所述積分器 電耦聯(lián)和電解耦所述第二傳感器的端口。
3.一種用于測量電路的導電體中的交流電流的鉗式萬用表，包括 數(shù)字顯示器，其構造成示出所述導電體中的交流電流的測量結(jié)果； 殼體，其包括所述數(shù)字顯示器；第一傳感器，其具有構造成在不斷開所述電路的情況下感應地感測交流電的可磁化材 料芯部，所述第一傳感器包括固定地聯(lián)接至所述殼體的第一夾鉗部和樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接至所述第 一夾鉗部的第二夾鉗部，其中所述導電體在所述第一傳感器的打開布置中穿過處于所述第 一夾鉗部與所述第二夾鉗部之間的間隙，并且所述第一夾鉗部與所述第二夾鉗部在所述第 一傳感器的閉合布置中圍繞所述導電體；處理器，其設置在所述殼體中，并構造成接收第一電壓范圍中的輸入信號和向所述數(shù) 字顯示器發(fā)送輸出信號；以及端口，其構造成將羅克夫斯基線圈與所述處理器電耦聯(lián)；其中，所述殼體包括所述處理器、所述端口、和選擇器，所述選擇器構造成從(a)所述 第一傳感器和(b)所述端口這兩者中的一個選擇輸入到所述處理器的輸入信號。
4.根據(jù)權利要求3所述的鉗式萬用表，還包括將所述端口電耦聯(lián)至所述處理器的積分 器，其中所述積分器設置在所述殼體中，并構造成將來自所述羅克夫斯基線圈的處于第二 電壓范圍中的信號縮放至所述第一電壓范圍。
5.一種用于測量電路的導電體中的交流電流的鉗式萬用表，包括第一傳感器，其構造成在不斷開所述電路的情況下感應地感測交流電，其中所述第一 傳感器具有可磁化材料芯部；以及第二傳感器，其構造成在不斷開所述電路的情況下感應地感測交流電，其中所述第二 傳感器具有非磁性芯部。
6.根據(jù)權利要求5所述的萬用表，其中，所述第一傳感器包括能在打開布置與閉合布 置之間活動的夾鉗，所述打開布置構造成允許所述導電體穿過所述第一夾鉗部與所述第二 夾鉗部之間的間隙，而所述閉合布置構造成閉合所述間隙，從而用所述第一夾鉗部和所述 第二夾鉗部圍繞所述導電體。
7.根據(jù)權利要求6所述的萬用表，其中，所述第一夾鉗部和所述第二夾鉗部包括可磁 化材料芯部。
8.根據(jù)權利要求5所述的萬用表，其中，所述第二傳感器包括羅克夫斯基線圈。
9.根據(jù)權利要求5所述的萬用表，其中，所述第二傳感器包括圍繞非磁性材料芯部纏 繞的環(huán)形線圈。
10.根據(jù)權利要求5所述的萬用表，其中所述第一傳感器產(chǎn)生第一電壓范圍中的第一 信號，而所述第二傳感器產(chǎn)生第二電壓范圍中的第二信號，并且所述萬用表還包括顯示器，其構造成示出所述導電體中的交流電流的測量結(jié)果；處理器，其構造成接收所述第一電壓范圍中的輸入信號和向所述顯示器發(fā)送輸出信號；積分器，其構造成將所述第二信號從所述第二電壓范圍縮放至所述第一電壓范圍；以及殼體，其包括所述顯示器、所述處理器和所述積分器。
11.根據(jù)權利要求10所述的萬用表，其中，所述第一電壓范圍比所述第二電壓范圍大 大約103倍。
12.根據(jù)權利要求10所述的萬用表，其中，所述第一傳感器包括固定地聯(lián)接至所述殼 體的第一夾鉗部和樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接至所述第一夾鉗部的第二夾鉗部。
13.根據(jù)權利要求5所述的萬用表，還包括構造成閉合所述電路中的斷開并從而感測 交流電的第三傳感器。
14.根據(jù)權利要求13所述的萬用表，還包括構造成電耦聯(lián)至所述第三傳感器的測試線。
15.根據(jù)權利要求5所述的萬用表，還包括構造成測量交流電壓、交流電頻率、直流電 壓、電阻和溫度中的至少一個的至少一根測試線。
16.根據(jù)權利要求5所述的萬用表，其中，所述第一傳感器構造成在不斷開所述電路的 情況下感測直流電流。
17.根據(jù)權利要求5所述的萬用表，其中，所述第一傳感器包括霍爾效應傳感器。
18.一種用于測量電路的導電體中的交流電流的套件，包括 萬用表，其包括數(shù)字顯示器，其構造成示出所述導電體中的交流電流的測量結(jié)果； 夾鉗，其具有構造成在不斷開所述電路的情況下感應地感測交流電的可磁化材料芯 部，并且與所述交流電相對應產(chǎn)生第一電壓范圍中的第一信號，所述夾鉗包括第一夾鉗部 和樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接至所述第一夾鉗部的第二夾鉗部，其中所述導電體在所述夾鉗的打開布置中 穿過處于所述第一夾鉗部與所述第二夾鉗部之間的間隙，并且所述第一夾鉗部與所述第二 夾鉗部在所述夾鉗的閉合布置中圍繞所述導電體；處理器，其構造成接收所述第一電壓范圍中的輸入信號和向所述數(shù)字顯示器發(fā)送輸出信號；以及積分器，其構造成將第二電壓范圍中的第二信號縮放至所述第一電壓范圍； 其中，所述殼體包括所述顯示器、所述處理器、所述積分器、以及構造成接收所述第二 信號的端口 ；以及羅克夫斯基線圈，其具有非磁性芯部，并構造成在不斷開所述電路的情況下感應地感 測交流電，和與所述交流電相對應在所述第二電壓范圍中產(chǎn)生所述第二信號。
19.根據(jù)權利要求18所述的套件，其中，所述羅克夫斯基線圈包括構造成與所述端口 耦聯(lián)和解耦的匹配特征。
20.根據(jù)權利要求18所述的套件，還包括構造成容納所述萬用表和所述羅克夫斯基線 圈的承載箱。
全文摘要
一種鉗式萬用表，測量導電體中的交流電流。所述萬用表包括顯示器、包括所述顯示器的殼體、第一傳感器、第二傳感器、處理器和積分器。第一傳感器具有可磁化材料芯部并且感應地感測交流電。第一傳感器包括固定在殼體上的第一夾鉗部和樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接至第一夾鉗部的第二夾鉗部。第二傳感器包括具有非磁性芯部并感應地感測交流電的羅克夫斯基線圈。處理器接收第一電壓范圍中的輸入信號和向數(shù)字顯示器發(fā)送輸出信號。積分器將來自第二傳感器的處于第二電壓范圍中的信號縮放至第一電壓范圍。殼體包括處理器、積分器、和選擇器，該選擇器構造成從第一傳感器和積分器這兩者中的一個選擇輸入到處理器的輸入信號。
文檔編號G01R15/12GK101957394SQ201010231489
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月19日 優(yōu)先權日2009年7月17日
發(fā)明者羅伯特·M·格林伯格 申請人:福祿克公司