背景技術(shù)：
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在許多電力應(yīng)用中，需要測(cè)量流經(jīng)原導(dǎo)體的電流。一種對(duì)于以非接觸方式測(cè)量這種電流(特別是對(duì)交變電流)非常有用的裝置是羅氏型線圈。羅氏線圈是具有圍繞細(xì)長(zhǎng)主體的多個(gè)繞組的線圈。細(xì)長(zhǎng)主體至少部分地(即，至少半圈)包繞原導(dǎo)體的軸。此外，線圈的兩端都位于線圈的相同近端。這通過(guò)將線圈末端連接至相應(yīng)端子的引線實(shí)現(xiàn)，該引線沿細(xì)長(zhǎng)主體延伸并通過(guò)線圈中間。當(dāng)羅氏線圈(全部或部分)包繞原導(dǎo)體的軸時(shí)，端子之間感應(yīng)的電壓與流經(jīng)原導(dǎo)體的電流的導(dǎo)數(shù)成比例。

為了高精度測(cè)量原導(dǎo)體電流，遵照IEC 60044-8Class 0.2的高端羅氏線圈是可用的。如果這些高端羅氏線圈具有高繞組一致性并關(guān)于原導(dǎo)體精確布置，并且如果使用高端讀取電子器件，長(zhǎng)期間時(shí)間上的精確測(cè)量是可能的。

然而，實(shí)現(xiàn)并精確布置這些高端羅氏線圈和讀取電子器件的成本高昂。因此，需要使用更有成本效益組件的更低成本方案。然而，更有成本效益的羅氏線圈，諸如柔性羅氏線圈，通常繞組一致性更差。對(duì)于這個(gè)和其他原因，存在由于降低了測(cè)量精度而必須定期的校準(zhǔn)這些羅氏線圈的問(wèn)題。對(duì)于診斷安裝和對(duì)于驗(yàn)證電流測(cè)量裝置正在運(yùn)行且其精度是足夠的，校準(zhǔn)是必需的。

用于校準(zhǔn)的目的，羅氏線圈通常從原導(dǎo)體移除并被應(yīng)用在生成校準(zhǔn)的原電流(primary current)的測(cè)試裝備。類似的規(guī)程必須應(yīng)用至也必須被校準(zhǔn)的讀取電子器件。因此，校準(zhǔn)規(guī)程一般更求原導(dǎo)體或至少電流測(cè)量裝置被斷開(kāi)或關(guān)閉。此外，這些校準(zhǔn)規(guī)程僅具有有限的能力來(lái)說(shuō)明由于測(cè)量設(shè)備環(huán)境中的變化諸如溫度波動(dòng)或其他操作條件中的波動(dòng)引起的測(cè)量電流中的偏移。

在EP專利申請(qǐng)EP 12002767中，提出了一種系統(tǒng)，用于對(duì)羅氏線圈和讀取電子器件都執(zhí)行背景校準(zhǔn)。該方案涉及沿羅氏線圈的第三導(dǎo)體繞組，其適合于接收校準(zhǔn)電流信號(hào)。但是，需要更精確的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其考慮誤差的另外來(lái)源。

美國(guó)2004140879公開(kāi)了一種非羅氏型電流傳感器，其基于具有由磁性材料制成的封閉探針核和封閉補(bǔ)償核的轉(zhuǎn)換器。設(shè)備通過(guò)饋送電流至生成補(bǔ)償磁通量的設(shè)備的補(bǔ)償繞組來(lái)增加傳感器的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

考慮到以上，提供了根據(jù)權(quán)利要求1的電流測(cè)量裝置和根據(jù)權(quán)利要求14的方法。

根據(jù)第一方面，提供一種電流測(cè)量裝置，用于測(cè)量通過(guò)原導(dǎo)體的電流。電流測(cè)量裝置包括羅氏型電流傳感器，該電流傳感器包括導(dǎo)體繞組，其連接至傳感器端子對(duì)并適合于在其之間感應(yīng)指示通過(guò)原導(dǎo)體的電流的測(cè)量電壓；校準(zhǔn)端子對(duì)，適合于提供校準(zhǔn)電流至順應(yīng)于原導(dǎo)體的校準(zhǔn)電流路徑，使得校準(zhǔn)電流在傳感器端子對(duì)之間感應(yīng)校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量；以及控制電路。在此，如果電流路徑以至多20°的容差平行于原導(dǎo)體并且如果電流路徑足夠接近原導(dǎo)體，使得沿電流路徑運(yùn)行的電流在羅氏線圈中創(chuàng)建通量-并且因此感應(yīng)電壓-而該通量與由原導(dǎo)體承載的相同電流將感應(yīng)的通量緊密相關(guān)(即具有已知關(guān)系，至多20％的容差)，則電流路徑被認(rèn)為順應(yīng)于原導(dǎo)體?？刂齐娐钒ㄐ?zhǔn)電流生成器(其用于生成校準(zhǔn)電流并連接至校準(zhǔn)端子對(duì)以用于經(jīng)由校準(zhǔn)端子對(duì)提供校準(zhǔn)電流至校準(zhǔn)電流路徑)和電壓分析器(其連接至傳感器端子對(duì)以用于接收傳感器端子對(duì)之間感應(yīng)的校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量)。

此外，根據(jù)所述第一方面，提供一種測(cè)量通過(guò)原導(dǎo)體的電流的方法。該方法包括提供羅氏型電流傳感器，該電流傳感器包括導(dǎo)體繞組，與原導(dǎo)體的關(guān)系是通過(guò)原導(dǎo)體的電流在連接到電流傳感器的傳感器端子對(duì)感應(yīng)測(cè)量電壓；提供校準(zhǔn)電流至順應(yīng)于原導(dǎo)體的校準(zhǔn)電流路徑，由此校準(zhǔn)電流路徑以至多20°容差平行于原導(dǎo)體，并且由此校準(zhǔn)電流路徑布置得足夠接近原導(dǎo)體，使得沿校準(zhǔn)電流路徑運(yùn)行的電流在電流傳感器中創(chuàng)建通量而該通量與由原導(dǎo)體承載的相同電流將感應(yīng)的通量以至多20％的容差來(lái)具有已知的關(guān)系。通過(guò)校準(zhǔn)電流在傳感器端子對(duì)之間感應(yīng)校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量；通過(guò)連接至傳感器端子對(duì)的電壓分析器，接收該傳感器端子對(duì)之間感應(yīng)的校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量；以及基于指示校準(zhǔn)電流的校準(zhǔn)電流信號(hào)與指示由校準(zhǔn)電流感應(yīng)的校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量的校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)的比較生成調(diào)整信號(hào)，并且通過(guò)連接至校準(zhǔn)電路的電壓分析器接收調(diào)整信號(hào)并且依據(jù)調(diào)整信號(hào)來(lái)修改電壓分析器的輸出信號(hào)。

本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是能夠在線執(zhí)行校準(zhǔn)，而無(wú)需中斷原導(dǎo)體的正常操作。實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)是校準(zhǔn)電流沿順應(yīng)于原導(dǎo)體的校準(zhǔn)電流路徑運(yùn)行。因而，校準(zhǔn)電流感應(yīng)對(duì)于羅氏線圈的電壓，其類似于由沿原導(dǎo)體的電流感應(yīng)的電壓。另外，校準(zhǔn)考慮羅氏線圈相對(duì)于原導(dǎo)體的幾何布置，使得幾何地感應(yīng)的測(cè)量誤差能夠被補(bǔ)償(例如，由于羅氏線圈圍繞原導(dǎo)體軸非完美放置引起的誤差)。另外，還能夠考慮由于串?dāng)_和類似誤差源引起的誤差，例如，由于由相鄰相導(dǎo)體發(fā)射的信號(hào)引起的誤差。此外，能夠以低復(fù)雜度的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)和使用具有成本效益的組件實(shí)現(xiàn)實(shí)施例。

能夠與本文描述的實(shí)施例結(jié)合的另外的優(yōu)點(diǎn)、特征、方面和細(xì)節(jié)是根據(jù)從屬權(quán)利要求、描述和附圖而顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

進(jìn)一步的細(xì)節(jié)將參考附圖在以下中描述，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一方面的原導(dǎo)體和電流測(cè)量裝置的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的原導(dǎo)體和電流測(cè)量裝置的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的原導(dǎo)體和電流測(cè)量裝置的示意圖；

圖4是圖3中所示裝置及其變化的橫截面圖；

圖5是三相系統(tǒng)電流測(cè)量裝置的橫截面圖；以及

圖6a-c是適用于本發(fā)明實(shí)施例的備選校準(zhǔn)導(dǎo)體的橫截面圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將詳細(xì)作出對(duì)各種實(shí)施例的參考，所述實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)示例在每個(gè)附圖中示出。每個(gè)示例僅以解釋方式而不意在作為限制來(lái)被提供。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的部分示出或描述的特征能夠被用于或結(jié)合任意其他實(shí)施例來(lái)產(chǎn)生仍有的另外的實(shí)施例。意圖為本公開(kāi)包括這樣的修改和變化。

在下面的附圖描述內(nèi)，相同的附圖標(biāo)記指的是相同或類似組件。一般地，僅描述關(guān)于各個(gè)實(shí)施例的不同。除非以別的方式指定，一個(gè)實(shí)施例中的部分或方面的描述也應(yīng)用于另一實(shí)施例中對(duì)應(yīng)部分或方面。

現(xiàn)在將參考圖1描述第一實(shí)施例。其中，原導(dǎo)體2承載被測(cè)原電流I_R。該圖僅示出原導(dǎo)體2的一塊，并且原導(dǎo)體2延伸超出圖1所示塊之外。另外，電流測(cè)量裝置1提供用于測(cè)量原電流I_R。用于此目的，電流測(cè)量裝置1具有羅氏線圈(羅氏型電流傳感器)10。羅氏線圈10包繞原導(dǎo)體2的軸，如此原電流I_R在羅氏線圈10的端子14處感應(yīng)測(cè)量電壓。

與所述實(shí)施例無(wú)關(guān)，通過(guò)在非磁性和非導(dǎo)體載體上應(yīng)用電導(dǎo)線來(lái)通常構(gòu)建羅氏線圈。載體能夠是基于塑料或玻璃或陶瓷的結(jié)構(gòu)，并且形成封閉或幾乎封閉環(huán)，使得形成一種螺旋線圈線。來(lái)自線圈一端的引線可通過(guò)線圈中心或接近線圈中心返回至另一端，使得兩個(gè)端子在線圈的同一端并且使得螺旋線圈本身并不形成封閉環(huán)。

由于線圈的載體是非磁性的，因此羅氏線圈屬于空心線圈類別。其磁化率明顯小于1。載體可以是剛性的或柔性的，并且其形狀可以是環(huán)形、圓環(huán)形或其他。

當(dāng)在承載電流的原導(dǎo)體周圍放置時(shí)，根據(jù)安培定律，羅氏線圈生成與電流的導(dǎo)數(shù)成比例的電壓。因此，羅氏線圈端子14處的感應(yīng)電壓與原電流I_R的導(dǎo)數(shù)成比例，并且因此指示原電流I_R。

該電流測(cè)量裝置1還包括控制電路30，其適合于接收來(lái)自羅氏線圈端子14的感應(yīng)電壓，并且適合于輸出指示原電流I_R的結(jié)果信號(hào)，如控制電路30右側(cè)兩個(gè)箭頭所指示的。對(duì)于此目的，控制電路30包括連接到傳感器端子對(duì)14的用于接收感應(yīng)電壓的電壓分析器32。電壓分析器32包括積分信號(hào)的積分電路。由于在羅氏線圈中感應(yīng)的電壓與原導(dǎo)體中電流的改變率成比例，因此作為結(jié)果的積分信號(hào)(原始輸出信號(hào))與原電流I_R成比例。積分電路可以是數(shù)字裝置如智能電子設(shè)備(IED)或模擬裝置如電容器。數(shù)字積分裝置具有允許通用進(jìn)一步處理信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)。

如上所述，來(lái)自羅氏線圈和來(lái)自電壓分析器32的信號(hào)-以及因此原始輸出信號(hào)可隨時(shí)間偏移并且因此存在時(shí)常執(zhí)行校準(zhǔn)的需要。對(duì)于此目的，控制電路30還包括校準(zhǔn)電流生成器34。校準(zhǔn)電流生成器34經(jīng)由校準(zhǔn)端子對(duì)24連接至校準(zhǔn)導(dǎo)體21，其提供順應(yīng)于原導(dǎo)體2的校準(zhǔn)電流路徑22。

在此，如果電流路徑以至多20°的容差平行于原導(dǎo)體(即，它的軸)并且如果電流路徑足夠接近原導(dǎo)體，使得沿電流路徑運(yùn)行的電流在羅氏線圈中創(chuàng)建通量-并且因此感應(yīng)電壓，該通量與原導(dǎo)體承載的相同電流將感應(yīng)的通量緊密相關(guān)(即，具有已知的關(guān)系，至多20％的容差)，則電流路徑被認(rèn)為順應(yīng)于原導(dǎo)體。例如，校準(zhǔn)電流路徑可沿原導(dǎo)體或電平行于原導(dǎo)體運(yùn)行。

與本實(shí)施例無(wú)關(guān)，校準(zhǔn)導(dǎo)體21可被絕緣層如樹(shù)脂層覆蓋，并且從而與原導(dǎo)體2電隔離。

校準(zhǔn)導(dǎo)體21可被實(shí)現(xiàn)為沿區(qū)域承載電流的導(dǎo)電箔。在這種情況下，可由電流集合定義電流路徑，并且上述定義應(yīng)用于電流的平均方向。因此，平均電流平行于原導(dǎo)體，至多20°容差。

校準(zhǔn)端子24附連到的導(dǎo)電箔的外接觸可具有比大部分導(dǎo)電箔21的電阻更低的電阻。這能夠通過(guò)提供外接觸作為導(dǎo)電箔的加厚部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。從而，確保了校準(zhǔn)電流I_cal對(duì)箔表面的一致覆蓋。

校準(zhǔn)電流生成器34包括電流生成模塊34a和電流指示模塊34b。電流生成模塊34a生成校準(zhǔn)電流I_call+并應(yīng)用它在校準(zhǔn)導(dǎo)體21的端子24之間，使得校準(zhǔn)電流從端子24中的一個(gè)流向另一個(gè)。電流指示模塊34b適合于將校準(zhǔn)電流轉(zhuǎn)換成校準(zhǔn)電流信號(hào)。例如，指示模塊34b可提供作為連接端子24的另一個(gè)至固定電壓水平(例如，至接地電壓)的電阻，使得跨電阻的電壓U_cal與校準(zhǔn)電流成比例并且充當(dāng)校準(zhǔn)電流信號(hào)。在本實(shí)施例中，U_cal是電壓，但它可以是更通用的指示校準(zhǔn)電流的一些其他信號(hào)，例如從A/D轉(zhuǎn)換器獲得的數(shù)字信號(hào)。優(yōu)選地，指示校準(zhǔn)電流的信號(hào)具有高精度，具有小于20％的誤差，優(yōu)選地小于10％。

控制電路30還包括校準(zhǔn)電路36，其連接至校準(zhǔn)電流生成器34(更確切地是聯(lián)接至電流指示模塊34b)和電壓分析器32。

為了校準(zhǔn)電流測(cè)量裝置1，校準(zhǔn)電流生成器34(更確切地是電流生成模塊34a)生成校準(zhǔn)電流I_cal并經(jīng)由校準(zhǔn)端子對(duì)24將校準(zhǔn)電流I_cal提供給校準(zhǔn)導(dǎo)體21，使得校準(zhǔn)電流I_CAL沿校準(zhǔn)電流路徑22流動(dòng)。校準(zhǔn)電流I_CAL在羅氏線圈10的該傳感器端子對(duì)14之間感應(yīng)校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_out。校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_out經(jīng)由傳感器端子14提供給電壓分析器32。

校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_out可以疊加在其他電壓分量上，例如疊加在測(cè)量響應(yīng)電壓分量上(由于沿原導(dǎo)體2的常規(guī)電流I_R引起)。為了從其他電壓分量分離校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_out，根據(jù)一般方面，感應(yīng)的電流可通過(guò)(窄帶通)頻率濾波器，其僅通過(guò)包括AC校準(zhǔn)電流頻率的頻率帶。

電壓分析器32然后以與獲得沿原導(dǎo)體2的電流的電流測(cè)量相類似的方式處理校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_out以形成校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out}。即，電壓分析器32形成與校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_out的積分成比例的校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out}。在本實(shí)施例中，U_{cal_out}作為電壓提供，但它可作為任何其他信號(hào)如數(shù)字信號(hào)被提供。

由于校準(zhǔn)電流路徑22順應(yīng)于原導(dǎo)體2，由校準(zhǔn)電流I_CAL感應(yīng)的校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_out與由原導(dǎo)體承載的相同電流將感應(yīng)的電壓緊密相關(guān)并且在測(cè)量的校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_out和由原導(dǎo)體承載的相同電流將感應(yīng)的電壓之間具有已知的關(guān)系(至多20％的一定容差或更少)。因此，控制電路30可基于已提供給校準(zhǔn)電流路徑22的已知校準(zhǔn)電流I_cal和基于校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out}執(zhí)行校準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明的一般方面，校準(zhǔn)電流信號(hào)U_cal(指示校準(zhǔn)電流I_cal)和/或校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out}(在一方面)以及被測(cè)量的校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_out(在另一方面)被用于校準(zhǔn)電流測(cè)量裝置。

在備選實(shí)施例中，校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out}與校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_out(沒(méi)有積分)直接成比例。在此情況下，校準(zhǔn)電流信號(hào)U_cal與電流I_cal的導(dǎo)數(shù)成比例。

根據(jù)圖1的實(shí)施例，由校準(zhǔn)電路36執(zhí)行校準(zhǔn)如下：在一方面，校準(zhǔn)電路36從電壓分析器32接收校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out}。如上所述，校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out}描述校準(zhǔn)電流I_cal，該校準(zhǔn)電流I_cal以與沿原導(dǎo)體2的電流測(cè)量類似的方式測(cè)量。在另一方面，校準(zhǔn)電路36從校準(zhǔn)電流生成器34(更確切地從電流指示模塊34b)接收校準(zhǔn)電流信號(hào)U_cal。如上所述，U_cal是應(yīng)用于校準(zhǔn)電流路徑22的實(shí)際校準(zhǔn)電流I_cal的足夠精確的指示器。因此，校準(zhǔn)電路36能比較由U_{cal_out}表示的電流測(cè)量信號(hào)和由U_cal表示的實(shí)際應(yīng)用電流。

用于校準(zhǔn)，校準(zhǔn)電路36配置用于基于U_{cal_out}與U_cal的比較提供反饋信號(hào)。即，校準(zhǔn)電路36基于校準(zhǔn)電流信號(hào)U_cal與校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out}的比較產(chǎn)生調(diào)整信號(hào)ε，例如形成差

ε＝U_{cal_out}-U_cal。

校準(zhǔn)電路36提供調(diào)整信號(hào)ε至電壓分析器32。電壓分析器32依據(jù)調(diào)整信號(hào)ε修改測(cè)量輸出(和以類似方式獲得的輸出校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out})，例如通過(guò)依據(jù)ε來(lái)調(diào)整測(cè)量輸出的放大前因子。例如，能夠從放大前因子減去與ε成比例的值，使得當(dāng)ε為負(fù)時(shí)增加輸出信號(hào)和輸出校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out}以及當(dāng)ε為正時(shí)減少輸出信號(hào)和輸出校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out}。因此，創(chuàng)建調(diào)整U_{cal_out}來(lái)與U_cal相等的反饋環(huán)。其他的調(diào)整也是可能的。根據(jù)一般方面，電壓分析器32優(yōu)選地依據(jù)調(diào)整信號(hào)ε來(lái)修改測(cè)量輸出，如此U_{cal_out}被調(diào)整至與U_cal具有已知關(guān)系的值。

當(dāng)找到此最終調(diào)整時(shí)，相同的最終調(diào)整然后也用于生成表示通過(guò)原導(dǎo)體2的被測(cè)量原電流I_R的校準(zhǔn)的測(cè)量輸出。因此，能夠執(zhí)行封閉環(huán)自動(dòng)增益控制。

如上文所述，當(dāng)原電流I_R流經(jīng)原導(dǎo)體2時(shí)，能夠執(zhí)行校準(zhǔn)規(guī)程。在這種情況下，羅氏線圈中感應(yīng)的電壓是由I_R感應(yīng)的測(cè)量電壓部分(與I_R導(dǎo)數(shù)成比例)與由I_cal感應(yīng)的校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_out(與I_CAL導(dǎo)數(shù)成比例)的疊加。用于校準(zhǔn)，只提取了校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_out使得與校準(zhǔn)電流信號(hào)U_cal的有意義的比較是可能的。例如，這能夠通過(guò)對(duì)于I_CAL和I_R使用不同頻率以及通過(guò)濾波校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out}使得僅保留I_CAL頻率而消除I_R頻率來(lái)完成。

根據(jù)一般方面，校準(zhǔn)電流I_cal的頻率可以比常規(guī)電流I_R的頻率更高，并且特定地可以是I_R頻率的至少2倍或甚至至少5倍。這允許分離如上所述的兩個(gè)信號(hào)。另外，因?yàn)榫€圈中感應(yīng)的電壓(電流的導(dǎo)數(shù))與頻率成比例，這允許更低的校準(zhǔn)電流而同時(shí)仍在羅氏線圈中感應(yīng)幅值的量級(jí)相同的信號(hào)。因此，根據(jù)另一方面，校準(zhǔn)電流I_CAL的幅值可低于常規(guī)電流I_R的幅值，例如，低于I_R的一半。

通過(guò)如上所述的在線校準(zhǔn)，放大能夠以封閉環(huán)方式準(zhǔn)持續(xù)地被調(diào)整以確保校正的信號(hào)輸出。羅氏線圈敏感度的偏移以及電子器件增益的偏移被持續(xù)被校正以消除傳感器和電子器件的老化和環(huán)境(例如溫度)的影響。

根據(jù)一實(shí)施例，在模塊32和36內(nèi)運(yùn)算的校正前因子的幅值允許診斷系統(tǒng)。根據(jù)一實(shí)施例，當(dāng)校正因子在對(duì)應(yīng)典型溫度或老化值的預(yù)期范圍之外時(shí)，例如在+/-20％的范圍之外，觸發(fā)指示傳感器損壞或誤用的警告信號(hào)。

根據(jù)一實(shí)施例，模塊32和36集成在單個(gè)電路板中。該模塊能夠完全由模擬組件或部分?jǐn)?shù)字地實(shí)現(xiàn)。在模擬組件的情況下，電壓分析器36可以包括用于積分電壓信號(hào)的電容器。在此情況下電壓分析器36的輸出，例如信號(hào)U_{cal_out}，具有與需要考慮的頻率成比例的前因子。

根據(jù)一實(shí)施例，電流指示模塊34b是手工可切換或可替換的。如此，因?yàn)橥ㄟ^(guò)僅改變輸入至校準(zhǔn)模塊的信號(hào)U_cal，控制器30能夠適合于不同類型的羅氏線圈特征而輸出一致電流測(cè)量信號(hào)，控制器30能夠以容易的方式適用于不同的羅氏線圈類型。由于僅單個(gè)組件需要改變，這導(dǎo)致了以特別低成本的系統(tǒng)靈活性。

圖2示出了根據(jù)第二實(shí)施例的電流測(cè)量裝置1。在此，圖1的說(shuō)明一般也被應(yīng)用，除了以下提及的不同。此外，類似部件由圖1中相同的附圖標(biāo)記所指。不同于圖1，圖2的電流測(cè)量裝置1沒(méi)有分開(kāi)的校準(zhǔn)導(dǎo)體21。相替代的，電流測(cè)量裝置的校準(zhǔn)端子2在原導(dǎo)體的不同軸向位置直接連接至原導(dǎo)體2，使得兩個(gè)校準(zhǔn)端子24之間定義的校準(zhǔn)電流路徑22通過(guò)原導(dǎo)體2的部分，更精確地，通過(guò)在周圍包繞羅氏線圈10的那部分。如此，確保校準(zhǔn)電流路徑22沿著原導(dǎo)體2。圖2中沒(méi)有示出類似于圖1的控制器30的細(xì)節(jié)。

圖2的電流測(cè)量裝置的操作類似于圖1的電流測(cè)量裝置的操作，除了校準(zhǔn)電流I_cal直接應(yīng)用于原導(dǎo)體2。圖2的該布置具有的優(yōu)點(diǎn)是相同的電流路徑用于測(cè)量沿原導(dǎo)體的原電流I_R和用于校準(zhǔn)，使得幾何未對(duì)準(zhǔn)進(jìn)一步降低。

接著，參考圖3描述第三實(shí)施例。該實(shí)施例再次對(duì)應(yīng)圖1的實(shí)施例，除了在下面提及的，以及相同的附圖標(biāo)記指類似部件。盡管在圖1中羅氏線圈10和校準(zhǔn)導(dǎo)體21完全環(huán)繞原導(dǎo)體2，圖3示出一實(shí)施例，其中羅氏線圈10和校準(zhǔn)導(dǎo)體21僅部分地在一側(cè)有小間隙或縫隙地環(huán)繞原導(dǎo)體2。通過(guò)這種布置，校準(zhǔn)導(dǎo)體21和羅氏線圈10能夠放置在原導(dǎo)體2的周圍而不拆開(kāi)原導(dǎo)體2和沒(méi)有設(shè)備的任何其他變化。因此，通過(guò)這種布置，能夠在剩余設(shè)備沒(méi)有任何修改的情況下，提供臨時(shí)或改進(jìn)的電流測(cè)量裝置1。可能的是，因?yàn)榱_氏線圈的所有端子14(見(jiàn)圖3)只出現(xiàn)在羅氏線圈10的一側(cè)(在圖4中羅氏線圈10的左側(cè))，使得它能夠容易地被夾緊在原導(dǎo)體2上或包繞在原導(dǎo)體2周圍。

如圖3和圖4中所示，當(dāng)柔性導(dǎo)電箔被用作校準(zhǔn)導(dǎo)體和/或當(dāng)羅氏線圈10是夾緊的柔性線圈時(shí)，圖3的布置是特別有利的。

在羅氏線圈10中和在校準(zhǔn)導(dǎo)體21中的縫隙足夠小，使得羅氏線圈10和校準(zhǔn)導(dǎo)體21本質(zhì)上仍圍繞原導(dǎo)體2的軸。這在圖4中更詳細(xì)地示出，圖4是圖3實(shí)施例的橫截面圖。其中，能夠看到校準(zhǔn)導(dǎo)體22繞原導(dǎo)體2的軸基本覆蓋其整個(gè)圓周。因此，確保的是校準(zhǔn)導(dǎo)體22提供如沿原導(dǎo)體2的電流而在羅氏線圈10上具有類似影響的校準(zhǔn)電流路徑。因此，通常優(yōu)選的是校準(zhǔn)導(dǎo)體21中的任何縫隙或間隙覆蓋繞原導(dǎo)體2的中間軸小于180°和優(yōu)選地小于90°和甚至更優(yōu)選地小于30°。類似地，通常優(yōu)選的是羅氏線圈10中的任何縫隙或間隙覆蓋繞原導(dǎo)體2的中間軸小于90°和優(yōu)選地小于30°。

提供校準(zhǔn)導(dǎo)體21為柔性導(dǎo)電箔的另一優(yōu)點(diǎn)如圖4中所示：通過(guò)調(diào)節(jié)沿圓周方向的箔寬度，電流測(cè)量裝置能夠適合于原導(dǎo)體2的不同直徑。這由圖4中的虛線示出，虛線表示備選實(shí)施例具有寬度更大的導(dǎo)電箔21(相比圖4的實(shí)施例中的那個(gè))，其適合于更大直徑的原導(dǎo)體。優(yōu)選地，導(dǎo)電箔的直徑是可調(diào)整的以適應(yīng)不同直徑的原導(dǎo)體。

圖5示出了具有三個(gè)原導(dǎo)體2a、2b、2c的另一實(shí)施例，每一個(gè)用于三相系統(tǒng)的各相。對(duì)于原導(dǎo)體2a-2c的每一個(gè)，電流測(cè)量裝置包括相應(yīng)的電流傳感器(羅氏線圈10a、10b、10c)和校準(zhǔn)導(dǎo)體21a、21b、21c。在此，羅氏線圈和校準(zhǔn)導(dǎo)體根據(jù)圖3和圖4的實(shí)施例示出，并且相應(yīng)的描述也在此被應(yīng)用。本文所述的任何其他實(shí)施例也可替代使用。

根據(jù)第一實(shí)施例，每個(gè)羅氏線圈和校準(zhǔn)導(dǎo)體被連接至如圖1的實(shí)施例中描述的相應(yīng)控制單元功能性以用于執(zhí)行獨(dú)立的校準(zhǔn)。相應(yīng)控制單元功能性可以在單獨(dú)殼體中提供并共享相同的電源和/或其他組件。

根據(jù)第二實(shí)施例，相應(yīng)控制單元功能可以互相互連。特別地，關(guān)聯(lián)至給定原導(dǎo)體的校準(zhǔn)電流信號(hào)U_{cal_i}影響關(guān)聯(lián)至其它原導(dǎo)體羅氏線圈的放大前因子。因此，能夠消除原導(dǎo)體和羅氏線圈之間的串?dāng)_。

根據(jù)此實(shí)施例，通過(guò)測(cè)量所有羅氏線圈對(duì)每個(gè)校準(zhǔn)路徑中電流I_{cal_i}的響應(yīng)(由校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out_j}表示)可以確定串?dāng)_系數(shù)α_itoj。通過(guò)對(duì)每個(gè)校準(zhǔn)電流I_{cal_i}使用不同頻率能夠區(qū)分信號(hào)。備選地，能夠選擇單個(gè)校準(zhǔn)頻率并且校準(zhǔn)電流每次順序的施加至一個(gè)相位。然后，電壓分析器32通過(guò)選擇的以便于消除校準(zhǔn)信號(hào)之間的串?dāng)_的線性疊加的系數(shù)，生成作為與每個(gè)羅氏線圈關(guān)聯(lián)的原始輸出信號(hào)的線性疊加的被校準(zhǔn)輸出。

即，U_{cai_out_j}對(duì)所有電流I_{CAL_i}的響應(yīng)能夠表示為一組3線性等式

U_{cal_out_j}＝Σ_iα_itoj·I_{CAL_i}. (1)

通過(guò)反演這些等式(1)，獲得相應(yīng)校準(zhǔn)電流I_{cal_i}作為測(cè)量的校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out_j}的函數(shù)：

I_{CAL_i}＝Σ_jβ_jtoi·U_{cal_out_j}， (2)

其中通過(guò)求逆矩陣α_itoj獲得系數(shù)β_jtoi。根據(jù)等式(2)，通過(guò)轉(zhuǎn)換從常規(guī)電流獲得的電壓輸出信號(hào)，獲得消除了串?dāng)_的被校準(zhǔn)輸出。

因此，根據(jù)此實(shí)施例，電壓分析器32連接至每傳感器端子對(duì)14以用于接收由每個(gè)校準(zhǔn)電流I_{CAL_i}在每傳感器端子對(duì)14之間感應(yīng)的校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_{out_i}，并且從而確定一組3x3的調(diào)整系數(shù)β_jtoi。

以上描述能夠直接推廣至任意其他數(shù)量N的原導(dǎo)體。

圖6a-6c中示出了實(shí)施例的備選變形。這些圖僅示出了原導(dǎo)體2和校準(zhǔn)導(dǎo)體21。所有其他元件與在本文所述的任何其他實(shí)施例中的一樣。

在圖6a中的實(shí)施例中，原導(dǎo)體2由校準(zhǔn)導(dǎo)體21以類似于圖1中所示方式完全圍繞。例如，校準(zhǔn)導(dǎo)體21可作為柔性導(dǎo)電箔或作為剛性片被提供。

圖6b和6c示出了另一實(shí)施例，根據(jù)該實(shí)施例，校準(zhǔn)導(dǎo)體21形成為多根線。線可以被附連至絕緣柔性材料，如絕緣箔(未示出)。然后線覆蓋箔表面以承載沿箔的I_cal。因此，校準(zhǔn)導(dǎo)體21可以提供作為平行于原導(dǎo)體2并圍繞原導(dǎo)體的中心軸X以規(guī)則角度隔開(kāi)的N條線的集合。校準(zhǔn)導(dǎo)體21的兩個(gè)相鄰線的角度然后近似給定為360°除以n(最多20％的容差)。

在圖6b中，提供校準(zhǔn)導(dǎo)體21作為四根線，其以規(guī)則的角度距離(在這個(gè)情形中是90°)包圍原導(dǎo)體。通過(guò)此布置，可以確保的是沿由校準(zhǔn)導(dǎo)體21定義的校準(zhǔn)路徑運(yùn)行的校準(zhǔn)電流(在一方面)與沿原導(dǎo)體2運(yùn)行的電流(在另一方面)生成相同偶極和四極電場(chǎng)。圖6c示出對(duì)于N＝8的情形的這種實(shí)施例的示例，即對(duì)于由基于8根線、關(guān)于原導(dǎo)體2中心軸X的對(duì)彼此以45°角來(lái)提供的校準(zhǔn)導(dǎo)體21的情形。

未示出的另一實(shí)施例僅有一根線21提供作為校準(zhǔn)導(dǎo)體。這根導(dǎo)線平行于原導(dǎo)體2并且與原導(dǎo)體2空間分開(kāi)，優(yōu)選的分開(kāi)距離小于原導(dǎo)體2的直徑。

本文描述的實(shí)施例能夠以許多方式變化。例如，校準(zhǔn)導(dǎo)體能夠集成在羅氏傳感器鑄件內(nèi)，使得羅氏線圈和校準(zhǔn)導(dǎo)體作為單個(gè)主體提供。此解決方案允許特別容易的安裝，因?yàn)樾?zhǔn)導(dǎo)體永久的被附連至羅氏線圈以提供單個(gè)裝置。

在下文中，描述了本發(fā)明的一些一般方面。其中，在附圖中使用的附圖標(biāo)記僅用于說(shuō)明。這些方面不依賴任何特定實(shí)施例。這些方面能夠與本文描述的任何其他方面和/或任何實(shí)施例結(jié)合。

根據(jù)一方面，指示另一信號(hào)的任何信號(hào)能夠與其他信號(hào)中的一個(gè)、其他信號(hào)的導(dǎo)數(shù)或其他信號(hào)的積分成比例。例如，指示通過(guò)原導(dǎo)體2的原電流I_R的測(cè)量電壓可以是原電流I_R的導(dǎo)數(shù)。類似地，校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_out可以是校準(zhǔn)電流I_cal的導(dǎo)數(shù)。類似地，指示校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_out的校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out}可以是由積分校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量獲得的積分信號(hào)。

根據(jù)另一方面，指示校準(zhǔn)電流I_cal的校準(zhǔn)電流信號(hào)U_cal是電壓或數(shù)字信號(hào)。

根據(jù)另一方面，控制電路30在普通模式和校準(zhǔn)模式之間可切換。在校準(zhǔn)模式中，校準(zhǔn)電流生成器34提供校準(zhǔn)電流以及電壓分析器32分析校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_out并且產(chǎn)生校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out}，以及校準(zhǔn)電路36基于校準(zhǔn)電流信號(hào)U_cal與校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out}的比較來(lái)提供調(diào)整信號(hào)ε。在普通模式中，校準(zhǔn)電流生成器34未提供校準(zhǔn)電流以及電壓分析器32依據(jù)校準(zhǔn)模式中接收的調(diào)整信號(hào)ε來(lái)修改電壓分析器32的輸出信號(hào)。

根據(jù)另一方面，控制電路30還包括連接至校準(zhǔn)電路36的診斷單元，以用于接收調(diào)整信號(hào)ε，并配置成當(dāng)調(diào)整信號(hào)ε滿足預(yù)定故障條件時(shí)發(fā)出故障警告。故障條件可以是調(diào)整信號(hào)ε或源于調(diào)整信號(hào)的校準(zhǔn)前因子超過(guò)預(yù)定間隔。

根據(jù)另一方面，校準(zhǔn)電流信號(hào)U_cal具有由小于20％誤差定義的高精確度。

根據(jù)另一方面，校準(zhǔn)導(dǎo)體21在校準(zhǔn)端子對(duì)24之間連接，用于承載以最多15％的容差沿平行于原導(dǎo)體的校準(zhǔn)電流路徑22的校準(zhǔn)電流I_cal。校準(zhǔn)導(dǎo)體21優(yōu)選地與原導(dǎo)體2觸電隔離。

根據(jù)另一方面，校準(zhǔn)導(dǎo)體21定義多個(gè)電流路徑，其中，在垂直于原導(dǎo)體2的軸X并包括部分電流傳感器10的橫截面中，至少兩個(gè)電流路徑關(guān)于原導(dǎo)體2的軸X以至少120°的相互角度放置，優(yōu)選地至少170°。

根據(jù)另一方面，校準(zhǔn)導(dǎo)體21關(guān)于原導(dǎo)體2的軸X對(duì)稱放置，并且優(yōu)選地關(guān)于包含原導(dǎo)體2的軸X的兩個(gè)互相正交對(duì)稱面對(duì)稱放置。

根據(jù)另一方面，校準(zhǔn)導(dǎo)體21是柔性導(dǎo)電箔。

根據(jù)另一方面，校準(zhǔn)導(dǎo)體21和電流傳感器10每個(gè)具有軸向開(kāi)口15，允許校準(zhǔn)導(dǎo)體21和電流傳感器10夾緊到原導(dǎo)體2上。

根據(jù)另一方面，校準(zhǔn)導(dǎo)體21機(jī)械附連至電流傳感器10以形成單個(gè)單元。

根據(jù)另一方面，電流測(cè)量裝置適合于測(cè)量通過(guò)復(fù)數(shù)N個(gè)原導(dǎo)體2A、2B、2C的電流，N≥2，其中電流傳感器10屬于復(fù)數(shù)N個(gè)羅氏型電流傳感器10A、10B、10C，以及校準(zhǔn)端子對(duì)24屬于復(fù)數(shù)N個(gè)校準(zhǔn)端子對(duì)，其適合于提供相應(yīng)校準(zhǔn)電流至順應(yīng)于N個(gè)原導(dǎo)體2中的相應(yīng)一個(gè)的相應(yīng)校準(zhǔn)電流路徑22。校準(zhǔn)電流生成器34適合于經(jīng)由相應(yīng)校準(zhǔn)端子對(duì)24提供相應(yīng)校準(zhǔn)電流至相應(yīng)校準(zhǔn)電流路徑22。電壓分析器32連接至每傳感器端子對(duì)14，以用于接收由每個(gè)校準(zhǔn)電流在每傳感器端子對(duì)14之間感應(yīng)的校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_out，并且由此確定NxN的調(diào)整系數(shù)集合。

根據(jù)另一方面，校準(zhǔn)電流生成器34適合于生成校準(zhǔn)電流I_cal作為與通過(guò)原導(dǎo)體2的額定電流相比更低安培數(shù)和/或更高頻率的AC電流。

根據(jù)另一方面，電壓分析器32配置成分析由校準(zhǔn)電流I_cal感應(yīng)的校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_out，以及配置成基于分析的校準(zhǔn)響應(yīng)電壓分量U_out來(lái)產(chǎn)生校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out}。例如，校準(zhǔn)電壓輸出信號(hào)U_{cal_out}可以是放大的和/或?yàn)V波的信號(hào)。