專利名稱:測量導(dǎo)電體中電流的測量用變換器的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于測量導(dǎo)電體中電流的測量用變換器。
這種測量用變換器可以用來檢測輸送給用戶的瞬時(shí)功率。在這種情況下，量得電流的瞬時(shí)值后再乘以電源電壓的瞬時(shí)值。這種乘法最好通過采用放在用來測量電流的變換器內(nèi)部的霍爾元件來實(shí)現(xiàn)。上述類型的裝置在1968年“Springer”出版社出版，由F.Kuhrt和H.J.Lippman合著的“霍爾發(fā)生器的特性及應(yīng)用”一書的第10頁至11頁和第267頁到275頁中有所敘述。
本發(fā)明按其目標(biāo)是要建立一種測量用變換器，其裝配要非常精密，簡單而可靠，此變換器能表現(xiàn)出改進(jìn)的氣隙容差，不會使非線性度更加嚴(yán)重或增加相位誤差。
本發(fā)明是一種測量導(dǎo)電體中電流的測量用變換器。
具體說來，此變換器是由一個(gè)三鐵心柱的鐵磁體鐵心所組成，其中間鐵心柱至少部分被導(dǎo)電體所圍繞。中間鐵心柱有一個(gè)中間氣隙和兩個(gè)外氣隙，每一個(gè)外氣隙位于中間鐵心柱的一端。中間氣隙處裝有一個(gè)磁場傳感器。沿著中間鐵心柱的軸向測量時(shí)，兩個(gè)外氣隙比中間氣隙長。中間鐵心柱和磁傳感器可以做成一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)部件。這樣的結(jié)構(gòu)能夠使得測量用變換器的裝配非常精密，簡單和可靠，不會使得非線性度或相位誤差變得更壞，同時(shí)又改善了氣隙的容差。
圖1示出本發(fā)明測量用變換器第一方案的第一個(gè)橫截面A-B，圖2示出圖1測量用變換器的第二個(gè)橫截面C-D。
圖3示出本發(fā)明測量用變換器的第二方案。
圖4示出本發(fā)明測量用變換器的第三方案。
在所有的圖中，相同的標(biāo)記號表示相同的另件。
圖1和2所示的測量導(dǎo)電體中電流的測量用變換器是由一個(gè)三鐵心柱的鐵磁體鐵心2、6以及一個(gè)磁場傳感器3所組成，磁場傳感器3最好采用霍爾元件。鐵磁體鐵心最好是由一個(gè)環(huán)2和一個(gè)中間鐵心柱6所組成。
圖1所示環(huán)2的上面與下面部分作為二個(gè)外鐵心柱，環(huán)2的兩側(cè)部分作為三鐵心柱鐵磁體鐵心2、6的磁軛，該磁軛在三個(gè)鐵心柱的二端把它們聯(lián)接在一起，適合做鐵磁體鐵心2、6的材料最好采用具有高導(dǎo)磁率的鐵鎳合金，例如各種坡莫合金(permenorm，vacoperm，trafopem，permax。)超坡莫合金(ultraperm)和多元磁性合金(mumetd)。
如圖1所示，中間鐵心柱6至少?zèng)Q定了三個(gè)氣隙7，8和9。在中間氣隙7處裝有磁場傳感器3。二個(gè)外氣隙8和9分別位于中間鐵心柱6的二端。沿著中間鐵心柱6的軸向(即圖1的箭頭方向)測量時(shí)，中間氣隙7的長度近似等于磁場傳感器3按同一方向測量時(shí)的尺寸。因此該長度完全決定于磁場傳感器3的尺寸。沿著中間鐵心柱6的軸向測量時(shí)，二個(gè)外氣隙8與9最好都比中間氣隙7長些。
中間鐵心柱6最好由二塊平直的薄鋼板條6a和6b組成，它連同磁場傳感器3一起安置在一個(gè)由非鐵磁材料(例如陶瓷)做成的盒子10中。盒10最好有一個(gè)盒底10a和一個(gè)盒蓋10b。中間鐵心柱6和磁場傳感器3安裝在用絕緣材料做成的托架上。盒10的底10a構(gòu)成托架，在其上可安裝更多的附屬部件。這使得磁場傳感器3和中間鐵心柱6的裝配簡單、精確和可靠。具體說來，就是中間鐵心柱6與磁場傳感器3形成一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)部件。
二個(gè)外氣隙8和9，都用盒10的一個(gè)壁塞滿，因此其氣隙長度(沿圖1的箭頭方向)可以由盒10的壁厚來確定。為了簡化生產(chǎn)，環(huán)2至少由一塊彎曲成環(huán)狀的鋼板做成。環(huán)2的長度L(見圖2)最好較內(nèi)部所有元件的尺寸都大些，因此環(huán)2能很好地屏蔽外部無關(guān)磁場Ha對磁場傳感器3的影響。應(yīng)該注意環(huán)2的長度L是沿著與鐵心柱6的軸向相垂直的方向測量的。
導(dǎo)電體1最好具有一個(gè)矩形的橫截面。環(huán)2最好具有一個(gè)接近于矩形的環(huán)狀橫截面(見圖2)。中間鐵心柱6至少有部分被導(dǎo)電體1所圍繞，而且最好安裝在導(dǎo)電體1的引出線1a和返回線1b之間，這二條線是鄰近且相互平行的。導(dǎo)電體1可以做成U形回路11(見圖2)回路11的引出線和返回線就是導(dǎo)電體1平行的引出線1a和返回線1b。例如對于電流i為100安時(shí)，導(dǎo)電體1的矩形橫截面為2毫米×10毫米，如果采用霍爾元件做為磁場探測器3來測量垂直于其表面的磁場，那未磁場傳感器3填滿整個(gè)氣隙7?？墒?，如果采用測量平行于其表面磁場的霍爾元件，那未磁場傳感器3可能僅填滿氣隙7的下半部分(見圖1)。例如當(dāng)氣隙7的長度為0.6毫米時(shí)，外氣隙8和9的長度均為1.7毫米。在盒10a;10b的內(nèi)部或外面上，諸如連接磁場傳感器3的外加電子部件(沒有示出)可以安裝在托架上。
在圖1中，是假設(shè)盒10的寬度比導(dǎo)電體1的寬度大。因而在斷面圖A-B(圖1)中，盒10可能完全填滿了迥路11的引出線1a與返回線1b之間的空間。盒10的寬度也可以等于或小于導(dǎo)電體1的寬度。對于后一種情況在斷面圖A-B中，盒10只是部分地填滿迥路11的引出線1a和返回線1b之間的空間，可是，如圖2所示，長度為L的環(huán)2是這樣圍繞迥路11的引出線1a與返回線11b的，即中間鐵心柱6置于中央，離開環(huán)2的前端或后端都大約為L/2。迥路11的引出線1a和返回線1b是這樣穿過盒10與環(huán)2之間的空間的，即如果可能，它們與盒10a;10b具有立體式的接觸，與環(huán)2之間在電氣上絕緣后也有較好的接觸。在環(huán)2與回路11的引出線1a與返回線1b之間因而存在絕緣層13a(見圖1和2)。
最好在環(huán)2的表面全部圍繞著一個(gè)幾乎與之平行的環(huán)形外屏蔽12。在環(huán)2與外屏蔽12之間可以有絕緣層13b。由于外屏蔽12的長度Z比環(huán)2的長度L長，因此環(huán)的前端和后端仍有部分被屏蔽。長度Z可為30毫米。具體說來，外屏蔽12是用冷軋鋼板或鐵鎳合金深沖成型的。環(huán)2與外屏蔽12之間的絕緣層13b也起著加大二者之間間隙的作用，因而提高了外屏蔽12的屏蔽作用。這個(gè)間隙可以是0.05毫米。外屏蔽12就是為了起削弱環(huán)2高導(dǎo)磁。又易飽和的作用，當(dāng)外來的磁場Ha很強(qiáng)時(shí)，環(huán)2本身也能有效地起著屏蔽作用。環(huán)2和外屏蔽12因而起著雙重屏蔽作用。沒有外屏蔽12時(shí)，由環(huán)2形成的屏蔽直到高達(dá)50安/厘米外磁場作用下仍然是不飽和的。當(dāng)具有雙重屏蔽時(shí)，由環(huán)2形成的屏蔽直到高達(dá)200安/厘米的外磁場作用下仍然可以不飽和。
如果鐵心2;6采用鐵鎳合金，那未鐵磁材料中的磁位降與氣隙7、8和9上的磁位降相比較可以忽略不計(jì)。因此，高導(dǎo)磁材料的非線性，相位誤差以及溫度系數(shù)對測量用變換器的影響是非常輕微的。中間鐵心柱6和磁場傳感器3安裝在托架上和/或放在盒10內(nèi)，使得測量變換器的裝配能夠非常精密、簡單而可靠。采用7、8和9三個(gè)氣隙可以使得氣隙的客差問題集中在二個(gè)外氣隙8和9上，這里干擾最小，因?yàn)樵谕鈿庀?和9處的磁力線不再是平行和密集的相交，當(dāng)磁力線通過把鐵芯分開的氣隙空間時(shí)，已經(jīng)部分地分散。磁力線散開的愈嚴(yán)重，即外氣隙8和9愈長，則這些客差問題就愈小。
本發(fā)明的第二，第三種方案與第一種方案的區(qū)別在于導(dǎo)電體1的形狀。
在圖3所示的結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電體1至少形成二個(gè)U形回路11a和11b，二者很靠近且相互平行，在電氣上是串聯(lián)起來的，回路11a與11b的導(dǎo)體16，17和18，19分別大小相等且校準(zhǔn)成相互平行。在回路11a與11b同一側(cè)的二根引出線16與18以及在另一側(cè)的二根返回線17與19分別安裝在同一平面上，而且引出線平面與返回線平面彼此相鄰。盒10和帶有磁場傳感器3的中間鐵心柱6可以裝在具有二根引出線16和18的平面與具有二根返回線17和19的平面之間。引出線與返回線位于盒10的附近。環(huán)2和外屏蔽12(如果存在的話)圍繞著二個(gè)U形回路11a和11b。這種結(jié)構(gòu)可以使鐵心的勵(lì)磁電流減為一半比如是50安培，而不需要改變鐵心與盒10的形狀。二個(gè)回路11a與11b通入一半電流所產(chǎn)生的磁場H與單個(gè)回路11通入全電流i所產(chǎn)生的磁場的大小相等。
另一種選擇是U形回路11a與11b也可以做成二個(gè)U形回路是對齊的，其中一個(gè)繞在另一個(gè)的上面。如果是這樣，則在一側(cè)的引出線16和18與在另一側(cè)的返回線17和19頂部是相互重合的，而不是相互緊挨著的。因此引出線和返回線16至19差不多可以寬度增大一倍，而厚度減為一半。
在圖4所示的本發(fā)明第三種方案中，導(dǎo)電體1由二根導(dǎo)體20與21所組成。導(dǎo)體20與21首先以某一方向各自穿過環(huán)2，然后兩導(dǎo)體立體交叉，最后導(dǎo)體20與21又都從相反方向再次穿過環(huán)2。在環(huán)2的內(nèi)部，兩導(dǎo)體20與21是平行的。在交叉點(diǎn)處，兩導(dǎo)體都是相互絕緣的。盒10和中間鐵心柱6在兩個(gè)方向上都是處于兩導(dǎo)體20與21之間。例如兩導(dǎo)體20與21做成一個(gè)與另一個(gè)重疊對齊。外屏蔽12再圍繞在環(huán)2。
上述裝置可以應(yīng)用在美國電表中，并允許鐵心2;6的勵(lì)磁采用每個(gè)電流例如為200安培的二個(gè)獨(dú)立的單相電流i1和i2，而不須改變盒10和鐵磁體鐵心2;6的結(jié)構(gòu)。在極端的情況下，其中一個(gè)電流i1或i2可以等于零。導(dǎo)體20與21的這種結(jié)構(gòu)能夠使得二個(gè)電流i1和i2的變換系數(shù)相等。
最后，上述本發(fā)明的具體方案僅僅是用來作為一些解釋。在不違背本發(fā)明的精神及后面的權(quán)利要求
的范圍時(shí)，技藝熟練的人可以演變出大量的可供選擇的各種具體方案。
權(quán)利要求
1.一個(gè)測量導(dǎo)電體中電流的測量用變換器包括有一個(gè)三鐵心柱鐵磁體的鐵心，其中間鐵心柱至少有部分被上述導(dǎo)電體所圍繞，上述中間鐵心柱決定著一個(gè)中間氣隙和二個(gè)外氣隙，中間氣隙處裝有一個(gè)磁場傳感器，上述中間鐵心柱的每一端都有一個(gè)外氣隙，沿著中間鐵心柱的軸向測量時(shí)，二個(gè)外氣隙都比中間氣隙長。
2.權(quán)利要求
1所述的變換器，其中間鐵心柱與磁場傳感器做成一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)部件。
3.權(quán)利要求
1所述的測量用變換器，其中間鐵心柱由二塊平直的薄鋼板條做成，連同磁場傳感器一起安裝在一個(gè)由非鐵磁材料做成的盒中，每一個(gè)外氣隙由盒的一個(gè)壁填滿。
4.權(quán)利要求
1所述的測量用變換器，此變換器包含有一個(gè)磁軛，該磁軛與鐵磁體鐵心的兩個(gè)外鐵心柱形成一個(gè)環(huán)形，該環(huán)可以至少由一塊鋼板彎曲成環(huán)形而成。
5.權(quán)利要求
1所述的測量用變換器，其特點(diǎn)是環(huán)的長度(L)較其內(nèi)部的最大尺寸還大。
6.權(quán)利要求
1所述的測量用變換器，沿著中間鐵心柱的軸向測量時(shí)，其中間氣隙的長度差不多與磁場傳感器沿著同樣方向的長度相等。
7.權(quán)利要求
4所述的測量用變換器，其中的導(dǎo)電體具有矩形橫截面，而環(huán)也是矩形的。
8.權(quán)利要求
1所述的測量用變換器，其中間鐵心柱安置在導(dǎo)電體的相互平行的引出線與返回線之間。
9.權(quán)利要求
8所述的測量用變換器，其中的導(dǎo)電體做成一個(gè)U形回路。
10.權(quán)利要求
1所述的測量用變換器，其中的導(dǎo)電體至少做成二個(gè)相互平行且在電的連接上是串聯(lián)的U形回路，每個(gè)回路由一根引出線與一根返回線組成，每個(gè)回路的二根導(dǎo)線做成其中一根導(dǎo)線平行地放在另一根導(dǎo)線的上面，二個(gè)回路的二根引出線與二根返回線分別緊挨著地安裝在一個(gè)平面上，中間鐵心柱連同磁場傳感器一起裝在包含二極引出線的平面與包含二根返回線的平面之間。
11.權(quán)利要求
1所述的測量用變換器，其中的導(dǎo)電體至少形成二個(gè)重合且串聯(lián)的U形回路，一個(gè)U形線圈圍繞著另外一個(gè)，每一個(gè)線圈具有一根引出線和一根引入線，上述的中間鐵心柱和磁場傳感器安裝在二根引出線和二根引入線之間。
12.權(quán)利要求
4所述的測量用導(dǎo)電體，此導(dǎo)電體至少在環(huán)的內(nèi)部，是由二根平行導(dǎo)體組成，每一根導(dǎo)體首先都以同一方向穿過環(huán)，絕緣后二根導(dǎo)體交叉，最后再以相反方向穿過環(huán)，中間鐵心柱安裝在二導(dǎo)體之間。
13.權(quán)利要求
1所述的測量用導(dǎo)體，其中間鐵心柱和磁場傳感器是裝在用絕緣材料做成的托架上。
14.權(quán)利要求
3所述的測量用變換器，其托架就是一個(gè)盒子的底部，該盒子由蓋子與底部組成。
15.權(quán)利要求
3所述的測量用變換器，其中的盒是用陶瓷做成。
16.權(quán)利要求
1所述的測量用變換器，其中鐵磁體鐵心是用鐵鎳合金做成。
17.權(quán)利要求
4所述的測量用變換器，其環(huán)的表面圍繞著一個(gè)外屏蔽。
18.權(quán)利要求
17所述的測量用變換器，其中的外屏蔽是用冷軋鋼板做成。
19.權(quán)利要求
17所述的測量用變換器，其中的外屏蔽是用鐵鎳合金做成。
20.權(quán)利要求
17所述的測量用變換器，在環(huán)與外屏蔽之間存在有間隙。
專利摘要
一種測量導(dǎo)電體中電流的測量用變換器。變換器是由一個(gè)三鐵心柱鐵磁體鐵心組成，中間鐵心柱至少有部分被導(dǎo)電體所圍繞，它有一個(gè)中間氣隙與二個(gè)外氣隙。中間氣隙處裝有一個(gè)磁場傳感器。中間鐵心柱的每一端都有一個(gè)外氣隙，沿著它的軸向測量時(shí)，二個(gè)外氣隙的長度都比中間氣隙長。中間鐵心柱與磁場傳感器可以做成一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)部件。這種結(jié)構(gòu)可以使得測量用變換器的裝配非常精確，簡單可靠，不會使得非線性度或相位誤差變得更嚴(yán)重，同時(shí)改善了氣隙的容差。
文檔編號G01R15/20GK87100638SQ87100638
公開日1987年8月19日 申請日期1987年2月9日
發(fā)明者塞茨·索馬斯 申請人:蘭迪斯和吉爾楚格股份公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan