專利名稱：電流檢測器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測器，其可用于測量導體中流動的電流。更具體的但非唯一的是，本發明涉及一種構成交流電(AC)財務電量計的一部分的電流檢測器，此電量計用于計量由公用事業公司提供給商業或住宅房屋的能量。
背景技術：
已知用于測量電流的若干種不同的方法。這些方法中的一種是在電路中使用電阻確立電阻兩端的電壓，該電壓正比于流經該電阻的電流。但是，這個方法因旁路電阻的歐姆加熱以及被測電流與確立電壓之間缺少電流隔離而遭受損害。
另外的一些電流測量方法檢測和測量由流經導體的電流引起的磁場。這些方法通常具有在被測的電流與實施測量的電流之間提供電隔離的優點。可通過霍爾傳感器或者電流互感器檢測磁場。使用霍爾傳感器的缺點是，霍爾傳感器受溫度影響并且還比較昂貴。
US5521572披露了一種空氣耦合電流互感器，其使用的兩個鐵磁性棒極被一對大面積的空氣間隙分隔開。但是，這種電流互感器在一些應用諸如固定的電力計量中達不到足夠的精度要求，這是因為它敏感于非期望的、外部產生的磁場梯度。US5736846披露了一種用于監測聲頻放大器負載電流的空氣耦合電流互感器。但是，這種電流互感器也敏感于磁場梯度且因此當用于財務電量計時達不到足夠的精度要求。
因此，所有這些電流互感傳感器現有技術的例子都敏感于外部的非均勻磁場(即磁場強度隨空間位置不同而不同)，該磁場可能是由流經位于電流檢測器附近的電線的、與被檢測電流具有同一頻率的電流引起的。
當電流檢測器用作財務電量計一部分的場合，尤其重要的是，該電量計不會過度敏感于外部磁場的影響。有各種已出版的標準涉及到財務電量計的性能，例如ANSI C12-1993，“Electricity Metering(電力計量)”以及IEC1036第二版1996-09。更明確地，ANSI C12.16，“Solid StateElectricity Meters(固態電量計)”，條款10.2.4“Effect of ExternalMagnetic Field Test No.16(外部磁場影響測試第16)”，規定了財務電量計可以受磁干擾影響的程度。該測試規定，以3A電流流經電量計，且將該電量計放在1.8米乘1.8米環路中三個規定位置中的一個上，繞該環路流動的100安培(100A)的電流(與被檢測電流具有同樣的頻率和相位)引起的計量讀數變化不能超過1％。
因此對電流檢測器提出這樣的要求費用低廉，提供與被檢測電流的隔離，便于利用現代電子制造方法集成化，并且實質上不敏感于(i)例如由遠距離(遠場)磁源產生的磁場；(ii)例如由流經導體近旁的大電流產生的非均一磁場(即場梯度)；(iii)由ANSI標準規定的磁場。
發明內容
依照一個方面，本發明提供了一種基本為平面型的電流檢測器，其用于確立與負載導體中的電流的變化率成正比例的電動勢，該電流檢測器包括線圈部分，線圈部分確立的電動勢對遠離干擾源的均勻場而言實質上相等且相反，而對局部場則是不同的。
這樣的傳感器可制造為印刷線路板(PCB)形式，其提供了一種費用低廉的制造方法，構成線圈部分的導體的配置定位能夠達到優良的公差且因此獲得良好的再現性。
依照第二個方面，本發明提供了一種電量計，其包括用于從電力供應接入供應電流的入口；用于將供應電流輸出到負載的出口；連結入口和出口用于給供應電流流經該電量計提供電流路徑的原導體；用于檢測流經原導體的供應電流并輸出一個測量值的電流檢測器；用于提供電力供應的電壓的測量值的裝置；以及根據電流測量值與電壓測量值確定并輸出負載的能量消耗的指示值的裝置；其特征在于所述電流檢測器包括一個傳感線圈，該傳感線圈具有(a)內傳感線圈部分，其具有實質上位于同一平面上的多個導電匝圈且具有由這些導電匝圈構造限定的磁中心；以及(b)外傳感線圈部分，其具有至少一個導電匝圈，實質上與內傳感線圈部分的導電匝圈位于同一平面上，且其具有由該至少一個導電匝圈的構造限定的磁中心；其中內、外傳感線圈部分具有實質上相同的匝數與面積的乘積，它們串接且配置使得(i)在內、外傳感線圈部分中由公共的背景交變磁場而感應生成的電動勢彼此方向相反；且使得(ii)它們的有效磁中心實質上位于同一位置；其中所述原導體具有環路部分，該環路部分位于內、外傳感線圈部分兩者其中一個的近旁，且位于一個實質上與傳感線圈部分所處平面相平行的平面上；并且其中原導體和所述傳感線圈的配置是這樣的，響應在原導體中流動的電流，在所述傳感線圈中感應生成一個信號，其根據在原導體中流動的電流而變化。
現在將結合附圖描述本發明的典范實施例，附圖包括圖1是財務電量計的一部分的部件分解立體圖，該財務電量計結合包括了兩個負載導體以及電流檢測器，適合用于美國；圖2是印刷線路板的俯視圖，其構成了圖1所示電流檢測器的一部分，且圖解說明了電流檢測器的線圈配置；圖3a是經圖1中XX′剖切的剖視圖，圖解說明了與流經負載導體的電流相關聯的磁場以及那個磁場是如何干擾圖2中的線圈配置的；圖3b是經圖1中XX′剖切的剖視圖，圖解說明了橫穿過圖2中線圈配置的平面的磁場(當由局部磁源產生時)強度變化線性；圖4是圖1中財務電量計的方框原理圖；圖5a顯示了在優選的本發明具體實施例PCB電流檢測器的頂層上印制的導體；圖5b顯示了在優選的PCB電流檢測器的底層上印制的導體(從頂層往下看)；圖6顯示了一個優選的財務電量計的電路圖，其適合結合圖5a與5b中的電流檢測器一起使用；圖7顯示了一個適合于測量三相電流的負載導體配置，且還顯示了一個電流檢測器系統的可選實施例；以及圖8顯示了一個可選的傳感器線圈配置，其可用于圖1的電流檢測器系統中。
具體實施例方式
圖1顯示了財務電量計20的局部部件分解圖，財務電量計20包括電量計底座30、電力線輸入21、電力線輸出22以及電流檢測器1。電流檢測器1包括第一負載導體2以及第二負載導體32，兩者連接在電力線輸入21與電力線輸出22之間，并且主電流通過第一負載導體2以及第二負載導體32流動。電力線輸入21可連接到“2S”3線制的、240伏特(120V)均方根值(RMS)60赫茲(60Hz)的單相的中間抽頭的供電干線(通常用于美國住宅房屋的)上，從供電干線上可流出均方根值為0A至200A的電流。電力線輸出22可連接到住宅房屋。電流檢測器1還包括傳感器印制線路板5，傳感器印制線路板5上形成有包括傳感部分6和抵消補償部分7的電流傳感線圈4。在這個實施例中，傳感部分6是環形的且共軸地位于同樣是環形的抵消補償部分7中。傳感器電路9和液晶顯示器(LCD)10安裝在傳感器印制線路板5上，傳感器電路9用于處理電流傳感線圈4的輸出，液晶顯示器(LCD)10用于顯示從供電干流中抽吸出來的累計能量(以千瓦時)。
在這個實施例中，負載導體2、32由銅制成且具有2.5毫米(2.5mm)厚度與5mm寬度。如圖1所示，負載導體2的造型具有環路部分2a，環路部分2A具有9.8mm內徑和與傳感部分6的外徑相同的外徑。盡管由于傳感器印制線路板5的遮蔽而看不到了，負載導體32也有一個環路部分，該環路部分實質上與負載導體2的相同。如圖1所示，負載導體與PCB5的配置使得穿過環路部分的有效磁場中心的磁力線實質上垂直于傳感器印制線路板5。利用2S3線制供電，電流的大部分(通常)將通過負載導體2或者負載導體32流到連接到中性導體上的負載；從這些負載返回到供電線的回流經過了中性導體(中線是2S制供電的”第三條”線且不連接到電量計)。其他電流可從負載導體2經過負載流到負載導體32而不會經中性導體返回供電線。經過具有19.5mm寬度的刀片部分12a、b、c、d實現電力線輸入21和電力線輸出22的電連接。刀片部分經過12mm寬度的銅導體連接到它們適當的負載導體2、32。
在這個實施例中，利用傳感器印制線路板5與負載導體2、32之間的絕緣紙(未示出)使傳感器印制線路板5與負載導體2、32絕緣。利用絕緣的非鐵的夾持螺栓(未示出)將負載導體2、32、絕緣紙、以及傳感器印制線路板5夾持到一起。在負載導體2、32與傳感器印制線路板5之間還設置有靜電屏蔽，以減少電力網上的干擾(或交流電力網電壓勢能)對從負載導體2、32到電流傳感線圈4的電容耦合。
工作概述在工作中，在電力線輸入21與電力線輸出22之間流動的AC電流流經了負載導體2、32的環路部分，且因此在傳感線圈4附近區域確立了一個時變磁場。這個磁場在線圈4中感應生成了一個電動勢(EMF)，其正比例于在負載導體2、32中流動的電流。然后通過傳感器電路9處理該感應電動勢以測量在負載導體2、32中流動的電流。然后將該電流測量值結合負載導體2、32之間的電壓測量值以推導出連接(經由負載導體2、32)到電力線輸出22的負載的瞬時功率測量值。該瞬時功率關于時間積分以便確定該負載消耗的能量。然后將這個消耗的能量以千瓦時為單位顯示在LCD顯示器10上。
傳感器印制線路板圖2顯示了傳感器印制線路板5且還更詳細地圖解說明了電流傳感線圈4中的傳感部分6與抵消補償部分7之間的關系。在這個實施例中，傳感器印制線路板5是一個單面的印刷線路板并且以實線形式顯示在傳感器印制線路板5上形成的銅質的圖案。在圖2中顯示的虛線8表示連接傳感部分6最內端與傳感器電路9的線連接位置。
如圖2所示，傳感部分6是具有四匝的螺旋形線圈，每匝實質上半徑為r1。抵消補償部分7是單匝，其半徑為r2。傳感部分6與抵消補償部分7的有效磁偶極子位置中心實質上是重合的，且分別表示為點15a、15b。線圈的有效磁中心由無窮小偶極子(具有適當的磁場強度)的位置與方向給定，當在線圈和偶極子的遠場觀測時，它們是無差別的。抵消補償部分7的半徑實質上是傳感部分6的半徑的兩倍。因此盡管傳感部分6與抵消補償部分7具有不同數目的匝數以及具有不同的尺寸大小，它們實質上具有相同的匝數與面積的乘積。
如圖2所示，傳感部分6遠離中心的外匝連接到抵消補償部分7，傳感部分6與抵消補償部分7的另一端都連接到傳感器電路9。如圖所示，傳感部分6與抵消補償部分7連接在一起，因此兩者以相反的方向盤繞。因此，傳感部分6中的感應電動勢的方向與抵消補償部分7的相反。而且，由于傳感部分6的匝數與面積的乘積與抵消補償部分7的實質上是相等的，因此響應遠處的(且因此在空間上是均勻的)時變磁場產生的傳感部分6中的感應電動勢將和響應同一遠處的時變磁場產生的抵消補償部分7中的感應電動勢抵消補償掉。因此，電流檢測器1相比較而言就會不受背景磁場的干擾。
圖3a是沿著圖1中所示的線X-X′剖切的傳感器印制線路板5的截面，截面穿過的平面包含了有效磁偶極子中心15a、15b。該截面顯示了實質上位于同一個公共平面上的傳感部分6與抵消補償部分7，且顯示了在一個平行平面上的負載導體2，其恰好位于傳感部分6的上方。圖3a還顯示了無關的場力線3a、與傳感器有關的場力線3b、以及與抵消補償有關的場力線3c，這些都表示當電流流經負載導體2時在負載導體2周圍產生的磁場。場力線3描述的是一個瞬時的(此時流經負載導體2的電流處于其正峰值)。
為了圖面清楚明晰，沒有在圖3a中表示出第二負載導體32，但是其位于傳感器印制線路板5的與負載導體2位置相反的一側，關于電流傳感線圈4所在平面與負載導體2的位置鏡像對稱。第二負載導體32連接在電力線輸入21與電力線輸出22之間以便將流經第二負載導體32的電流產生的磁場疊加到流經負載導體2的負載電流(Is)產生的磁場。
負載導體磁場場力線3圍繞負載導體2構成封閉的環。無關的場力線3a僅只圍繞負載導體2構成封閉的環，且因此不會在傳感部分6或者抵消補償部分7中產生感應電動勢。與傳感器有關的場力線3b構成的封閉環圍繞著負載導體2和傳感部分6兩者，但沒有圍繞著抵消補償部分7，且因此這些場力線將僅僅與傳感部分6耦合。與抵消補償有關的場力線3c使傳感部分6和抵消補償部分7兩者都與負載導體2耦合，且因此不會對電流傳感線圈4產生影響(由于傳感部分6和抵消補償部分7以相反的傳感方向盤繞著)。
因此，由于由流經負載導體2的電流產生的磁場3與傳感部分6的耦合多于與抵消補償部分7的耦合，在電流傳感線圈4的線圈中產生一個凈電動勢，其隨著流經負載導體2的電流的改變而改變。然后可利用如上所論述的這個電動勢來確定連接到電力網的負載所用的電流。
盡管前面的論述是就磁場場力線3a、b、c而言的，本領域普通技術人員將能夠理解，那些論述是對實際情況的簡化描述。例如，基于有限元模型的全矢量場分析可用于計算矢量磁場和線圈中的感應電動勢。
場梯度如上所論述的那樣，財務電量計的一個重要的性能特征是其敏感于磁干擾，例如在ANSI C12.16中所規定的磁干擾。下面將解釋，通過配置傳感部分6和抵消補償部分7來使得它們的磁中心15a、15b實質上位置重合，電流傳感線圈4有效地避免了線性場梯度的影響。線性場梯度關于位置的一階導數是常數，而高階導數實質上是零。
圖3b顯示了由局部的、隨時間變化的磁源產生的在一個瞬時的場強梯度。這里的局部源是足夠強的，且當產生具有顯著非均勻組成成分的磁場時足夠地靠近傳感線圈4。一個局部源的實施例是這樣一種導體該導體距離傳感線圈4有0.2m，且承載著相位、頻率與財務電量計20測量的電流相同的大電流。通常，這樣的源產生的磁場具有三個正交分量。這些正交分量中的兩個的磁場場力線位于傳感線圈4的平面中，且因此不能與傳感線圈4耦合。其它的正交分量的磁場場力線垂直于傳感線圈4的平面且因此與該分量有關的磁通量將與傳感部分6和抵消補償部分7耦合。由于線性場梯度，穿過傳感線圈4的這個垂直分量的磁場場力線的通量密度將線性變化，并且在圖3b中用線16圖解說明。
如圖3b所示，在傳感部分6和抵消補償部分7的左邊，穿過傳感線圈4的磁場強度16較高，但是隨著往傳感部分6和抵消補償部分7的右邊推移磁場強度16線性減小。作為穿過傳感線圈4的磁場強度16變化的結果，抵消補償部分7的左邊將經受較強的磁場而抵消補償部分7的右邊將經受較弱的磁場。同樣地，傳感部分6的左邊將經受比抵消補償部分7的左邊為弱的磁場，但傳感部分6的右邊將經受比抵消補償部分7的右邊為強的磁場。因此，因為傳感部分6和抵消補償部分7的磁中心15a與15b是位置重合的，磁場強度16在傳感部分6和抵消補償部分7上產生的效應彼此實質上是抵消掉了。(假設磁場16是完全線性的則傳感部分6和抵消補償部分7彼此將完全抵消掉。)處理電路圖4圖解說明了財務電量計20的原理圖，且顯示了電力線輸入21通過第一帶電導線L1與第二帶電導線L2連接到電力線輸出22。沿著帶電導線L1從電力線輸入21流到電力線輸出22的電流Is經過了電流檢測器1的負載導體2。電流Is可沿著帶電導線L2從電力線輸出22返回到電力線輸入21，途經了電流檢測器1的第二負載導體32。配置負載導體2和第二負載導體32使得當電流Is流經它們時它們產生的磁場彼此增強。
傳感器電路9包括積分器23、電壓檢測器25、包括一個模擬數字轉換器(ADC)26的微控制器24、以及顯示器10。該電路還包括電源28，其將經由L1與L2的電力網供電轉換為直流電壓，以便于為傳感器電路9中的其它部分供電。
積分器23對由電流傳感線圈4輸出的電動勢進行積分以產生輸出電壓，其與在負載導體2、32中流動的電流成正比例，但和電流的頻率沒有關系。然后經由微控制器24的ADC26將該積分值轉換為數字。本領域普通技術人員明白，積分器23對電流傳感線圈4輸出的電動勢正比于流經負載導體2、32的電流變化率這樣一個情況進行了補償，且因此確保ADC24轉換得到的數字信號是供應電流的真實測量。
為了確定經由電力線輸出22供給負載的能量，財務電量計20需要知道電壓Vs以及電流Is。通過電壓檢測器25測量電壓Vs(當L1與L2都標稱為120V但彼此相對錯位180°時將電壓Vs標稱為240V)，電壓檢測器25測量L2相對于L1的電壓并且將預定部分測量值回饋給ADC26的另一個通道，以進行數字轉換。然后微控制器24將電壓Vs與電流Is的數字值一起相乘，以確定連接到電力線輸出22的負載所用的瞬時功率Ps。然后微控制器24對瞬時功率Ps進行時間積分，以確定供給負載的能量Es。然后將供給負載的累計能量顯示在顯示器10上。
如已經描述的那樣，電流檢測器1用于構造財務電量計20，其中負載導體2、32與電流檢測器1是電隔離的，并且其實質上不受線性磁場梯度以及均勻磁場的影響。
另一個實施例現在將結合附圖5與6來描述說明一個優選的電流檢測器101。電流檢測器101與電流檢測器1相似，但如圖5a與5b所示的差動傳感線圈104不同。差動傳感線圈104形成在1.6mm標準厚度印制線路板的頂層與底層上。圖5a顯示了在印制線路板頂層的導體軌跡而圖5b顯示了在印制線路板底層的導體軌跡(當從印制線路板頂層往下看時)。如圖5a所示，差動傳感線圈104的頂層包括的導體從中間抽頭(CT)起沿著逐漸增大的順時針螺旋方向盤繞12匝。然后該導體以反方向沿著逐漸增大的逆時針螺旋方向盤繞5匝。順時針螺旋線圈定義為內側傳感部分106，而逆時針螺旋圈定義為外側抵消補償部分107。同理，該印制線路板底層具有的導體從中間抽頭(CT)起沿著逐漸增大的逆時針螺旋方向盤繞12匝，而后沿著逐漸增大的順時針螺旋方向盤繞5匝。逆時針螺旋線圈定義為內側傳感部分106′，而順時針螺旋圈定義為外側抵消補償部分107′。在這個實施例中，印制線路板頂層與底層的線圈通過設置在中間抽頭(CT)處的過孔連接到一起，而另外的線圈端點連接到處理電路(未示出)。
對于電流檢測器101，內側傳感部分106與106′都具有5mm內徑和10mm外徑，且外側抵消補償部分107與107′都具有12mm內徑和14mm外徑。將傳感與抵消補償部分的軌跡寬度便利地設定為0.008″(0.20mm)。電流傳感線圈104優選地和具有內徑約為5mm且外徑約為10mm的環路部分(例如在圖1中顯示的那些)的負載導體一起使用。負載導體優選地由2.5mm厚的銅板壓制而成，因此它們能夠承載200A的額定電流而不會過熱。該負載導體優選地和傳感器印制線路板的頂層與底層間隔0.5mm。利用這種構造，差動傳感線圈104對流經負載導體的200A RMS 60Hz負載電流的響應輸出是20mVRMS。
圖6a、6b與6c顯示了優選的財務電量計120的原理圖，其包括另一可選擇的傳感器電路109，適合于和差動電流檢測器101一起使用。優選的財務電量計120顯示在圖16中，還適合于和2S3線制的美國干線供電一起使用。
象顯示的那樣，財務電量計120包括電力線輸入121，電力線輸入121連接在2S3線制240V(120V)中心抽頭的供電干線的兩個帶電相上。這兩個帶電相分別標示為L1與L2，且相對于中線(未示出)都是120VRMS60Hz，兩者具有180°相位差因此它們之間擴大為240V RMS。電量計120和中性導線沒有連接。火線L1依次連接電力線輸入121、負載導體102與電力線輸出122。同樣地，火線L2依次連接電力線輸121、負載導體132與電力線輸出122。如此配置負載導體102、132使得沿著帶電相流動的電流產生磁場，該磁場在電流檢測器101彼此增強。
如圖6a所示，電流檢測器101包括在前面描述過的差動電流傳感線圈104，電流傳感線圈104的輸出通過差分積分器123積分。然后差分積分器123的輸出通過增益調整電路129，增益調整電路129借助于可變電阻R16對差分積分器123的輸出進行調整。增益調整電路129還包含抗混疊電路R29、C25與R30、C26，其具有5kHz的-3dB截止頻率。這些抗混疊電路在60Hz具有很小的相移大約0.2°。然后將增益調整電路129的輸出輸入到處理器124以進行數字轉換，且隨后與由電壓檢測器125(顯示在圖6b中)獲取的供電電壓測量值一起進行處理。
電壓檢測器125測量火線L2相對于L1的電壓。這個測量使得財務電量計120能夠通過將干線供電電壓和供給電力線輸出122的電流一起相乘計算供給負載的功率。電壓檢測器125有三個功能元件(其中的某些是共用部件)電壓衰減器，用于將干線供電電壓減少到便于通過處理器124進行數字轉換的程度；抗混疊電路；以及相位補償電路，其在60Hz干線頻率處具有很小程度的相移。相位補償電路主要由C29、C6與電壓檢測器125的該部件的其余部分的相互作用構成，且通過財務電量計120的電壓傳感部分和電流傳感部分來補償累積的相位偏移(包含由抗混疊電路引起的小相移)。
本領域普通技術人員明白，電壓檢測器125包含相位補償是考慮到了差分積分器123不是一個完美的積分器這一因素。(差動線圈104輸出的電動勢與流經負載導體102、132的電流的變化率成正比例，且因此這個電動勢相對于該電流具有90°超前相移。)理想的積分器應具有90°滯后相移，因此90°超前相移與90°滯后相移將相互抵消，從而使得積分器輸出電壓與流經負載導體102、132的電流同相。但在實際上，差分積分器123不具有理想的90°滯后相移，且因此相位抵消是不完全的，使得它的輸出電壓帶有少許程度的殘余相移(相對于流經負載導體102、132的電流)。相位補償電路用于補償這個殘余相移，以確保在處理器124進行數字轉換的這兩個信號(分別指干線供電電壓和電流)彼此精確地同相(優選地要好于0.1°)。
這個很重要，因為一些可能連接到電力線輸出122上的負載可能會具有電抗分量，在這種情況下供給負載的功率將具有一個非同式的功率因數(即cos ≠1)。通過財務電量計120精確維持相對于電壓相位的電流相位，因此使得電量計120能夠精確地測量真實的而非表觀的供給電力線輸出122的能量。
在這個實施例中，處理器124是由Analogue Devices制造的AD7750積分電路。AD7750包括兩個20-位的、差分輸入的、A/D轉換器，其典型的模擬輸入帶寬3.5kHz，使得能夠在60Hz電力網的每個周期對輸入信號(指供給負載的電流與電壓)進行大約180次的數字轉換。AD7750還包括數字乘法器與數字低通濾波器，其使得AD7750能夠計算連接到電力線輸出122的負載用的功率。AD7750通過產生一個脈沖串且通過與該負載用的功率成正比例地改變這個脈沖串的頻率來表示該功率(這樣每個脈沖表示一定量的能量)。通過顯示器110對這些脈沖計數，因此顯示的數目表示了供給該負載的累計能量。
通過電源128(表示在圖6c中)提供了傳感器電路109的用電。電容器C2用于將電網干線電壓降到較低值，然后將其整流且調整以提供+5V的直流供電。電源128還包括后備電池以便于當干線供電斷電時能夠保存住通過顯示器110顯示的計數值。在這個實施例中，傳感器電路109的接地參考基準是火線L1，且因此傳感器電路109“浮動”在火線L1的電壓之上。中間抽頭(CT)、差分積分器123以及處理器124中的模數轉換器都連接到濾過的且相對無噪聲的型式的這個接地參考基準上。
在這個實施例中，在負載導體102、132和傳感器/抵消補償部分106、106′/107、107′之間設置有靜電屏蔽(未示出)，以減少噪聲尖峰以及AC干線供電勢能對差分積分器123產生的電容耦合。為了更有效，將靜電屏蔽連接到“接地”參考基準(火線L1)上。
在上述實施例中，描述了單相的電流測量系統。現在將結合附圖7描述說明三相電流的測量系統。這個系統可以用于，例如檢查三相系統的負載導體之間的電流平衡，或者測量三相系統用的功率。如圖7所示，圖示說明了三個相同的組裝部件，每個分別后綴標注為a、b、c，包括三個負載導體40a、40b、40c，三個電流檢測器41a、41b、41c，狹槽42a、42b、42c，信號調節電路43a、43b、43c，以及導引44a、44b、44c。每個負載導體40都是帶有實質上平面的環路部分的銅母線。如圖7所示，在這些環路部分中的每一個中設置狹槽42，其中利用適當的安裝托架(未示出)將各個電流檢測器41相對于它們各自的負載導體40定位且保持在適當位置上。象顯示的那樣，電流檢測器41是實質上平面的且相對于與它們有關的負載導體40定向，因此集中在環路部分的磁通量實質上垂直穿過電流檢測器41的平面。
每一個電流檢測器41各自本身都包括信號調節電路43以生成一個根據在相關的負載導體40中流動的電流而變化的信號。在這個實施例中，這個信號沿著各自的導引44輸出到監視系統(未示出)。
負載導體40彼此以足夠的間距間隔分離，從而保證任何相鄰的電流檢測器41a、b、c之間的磁耦合是足夠低的，低到能夠保證應用所需精度的程度。因此由每個電流檢測器41得到的電流測量值實質上將不受流經相鄰的其它相導體40的電流的影響。
在上述實施例中，使用了環電流傳感線圈。本領域普通技術人員明白，可以使用也能夠提供本發明優點的其它幾何形狀的傳感線圈。例如，圖8顯示了一種可選擇的電流傳感線圈，其包括位于方形抵消補償部分7″中的三角形傳感部分6″。如上面描述的實施例所述，三角形傳感部分6″與方形抵消補償部分7″的有效磁偶極子中心的位置與方向實質上是重合對準的，而它們的匝數面積乘積實質上是相等的。而且，盡管前面的財務電量計20、120的實施例使用的是環形螺旋線的電流傳感線圈4、104，但實際上，真實的螺旋線線圈是難于設計與加工的。因此螺旋線線圈優選的類型是大致由半徑逐漸增大/減小的半圓形片斷組成的。
現在來描述說明可對上述任意實施例進行的各種修改。盡管上述實施例使用的負載導體2實質上包括一匝，而其它的配置是可能的。例如，為了確立一個增強的磁場以增加電流檢測器1的靈敏度，負載導體2可包括多匝。使用盤成螺旋形的負載導體的缺點包含增加了制造費用與過多的自熱。在另一個實施例中可使用導線來代替銅母線形成負載導體2。使用導線，將導線夾緊在保持架(未示出)中以形成環形區域。保持架可以是塑料造型，放在傳感器印制線路板5上。使用導線的缺點包含不能形成最佳化的磁場以及與預先成型的負載導體相比減小了可復制生產的能力。
在再一個實施例中，可利用鐵質夾緊螺栓將傳感器印制線路板夾緊到負載導體上。因此這個鐵質夾緊螺栓可以作為集中負載導體磁場場力線3的磁元件，以便于增加負載導體2與傳感部分6之間的磁通匝連數。但是，使用鐵質夾緊螺栓潛在的缺點是流經負載導體2的交流負載電流Is將在夾緊螺栓中感應生成渦電流，渦電流會導致那里的過熱。假如負載導體2是絕緣的或者假如不需要絕緣，則可以使用不絕緣的夾緊螺栓。可選擇地，在另一個實施例中，為了進一步增加負載導體2與傳感部分6之間的磁耦合，可以使用鐵氧體磁芯形成環繞負載導體2、傳感部分6以及抵消補償部分7的封閉的磁路。
在上述的實施例中，電流檢測器1、41、101都描述了帶有構成傳感部分與抵消補償部分的印刷電路的印制電路板。雖然印制線路板典型地能夠以較低的費用與良好的可復制生產能力制造電流檢測器，但也可以設想使用其它具體實施方式
。例如，可方便地用導線盤繞制造傳感與抵消補償部分。可選擇地，可將傳感與抵消補償部分所需的電路圖形(以及非強制性的還有負載導體)絲網印刷到作為部分混合電路單元的陶瓷襯底上。
在圖2中，傳感部分6與抵消補償部分7都位于傳感器印制電路板的同一個層上。這保證了它們的有效磁偶極矩的中心實質上是重合的。但是，也可以使用非共平面的線圈配置，同時保持了第一個實施例中具有的的優點即傳感部分與抵消補償部分的有效磁偶極子中心實質上是重合的。例如，在一個可選擇的實施例中，可使用3層的印制電路板，其中抵消補償部分形成在中間層上而傳感部分形成形式為在底層與頂層兩個層上的完整的匝圈。在這樣一個實施例中，在印制電路板的底層與頂層之間分派配置傳感部分匝圈以及這些匝圈的直徑時，必須同時考慮中間層與頂層之間的間隔和中間層與底層之間的間隔，以便于底層與頂層組合構成的傳感部分6的有效磁偶極子中心與抵消補償部分的在中間層中位置重合。
一般地說，為了達到第一個實施例的優點，傳感部分與抵消補償部分的磁偶極子應當完全重合且方向要沿著同一個軸。因此盡管上述實施例的線圈配置中傳感部分與抵消補償部分沒有重疊，但重疊的配置也是可能的。線圈重疊配置的一個例子包括較小的多匝矩形線圈和較大的單匝矩形線圈，兩者具有相等的匝數面積乘積。較小的與較大的線圈的縱長軸垂直正交，而在尺寸上較小線圈的長度大于較大線圈的寬度，較大線圈的長度大于較小線圈的寬度。在這樣的一個實施例中，負載導體平行于較小的矩形線圈的長邊中的一個且剛好超出在該邊的外邊。作為對這樣一個實施例的進一步的改動，兩個平面矩形線圈每個都是1匝且大小一樣，可將它們正交地配置在同一個平面中。負載導體將耦合這兩個線圈，但負載導體沿著其中一個線圈的長邊靠近時對該長邊所在的線圈的耦合作用非常強。
盡管到現在為止，已經描述過的實施例中，傳感與抵消補償部分實質上是位置重合的，且實質上是方向重合的，在一個可選擇的實施例中傳感與抵消補償部分可以是實質上分隔設置的，同時保持傳感與抵消補償部分的磁偶極軸實質上是共軸的。但是，由于傳感部分與抵消補償部分的平面之間的間隔，這樣一個補充實施例將敏感于沿這兩部分共軸的軸方向上的磁場梯度。盡管如此，這樣一個實施例仍然對與公共軸相垂直的方向上的磁場梯度不敏感(如前面關于傳感部分與抵消補償部分的“左邊”與“右邊”所說明的那樣)。
在上述實施例中，傳感部分與抵消補償部分串聯連接在印制線路板上。本領域普通技術人員明白，通過在處理電路中將這些部分有效連接在一起能夠達到同樣的目的。在這樣一個實施例中，可以分別對傳感部分與抵消補償部分產生的電動勢進行放大、積分以及數字轉換，然后在處理器中將其組合以產生一個信號，其實質上不受外部磁場的影響。而且，利用這樣一個實施例，由于可對在傳感部分與抵消補償部分中的感應電動勢進行差額放大，所以傳感部分與抵消補償部分可以具有不同的匝數面積乘積。因此，例如，假如傳感部分具有的匝數面積乘積是抵消補償部分匝數面積乘積的三分之一，則傳感部分的放大器增益將設定為抵消補償部分放大器增益的三倍。
在上述實施例中，設定負載導體的尺寸大小使得對內匝(傳感部分)的耦合比對外匝(抵消補償部分)的耦合更強。在一個可選擇的實施例中，可以設定負載導體的尺寸大小使得對外匝(抵消補償部分)的耦合比對內匝(傳感部分)的耦合更強。但是將傳感部分6保持在內部可使得電流檢測器1的尺寸最小化，減小尺寸是有益的，因為電流檢測器1的線性尺寸以因數2減小會使其對非均勻磁場的敏感度以約因數10減小。但是，限制電流檢測器1、101小型化的因素是負載導體2、32中的功率消耗。尤其，負載導體2、32必須如此設置尺寸大小以便具有適宜地低的電阻以及提供有效的熱傳導，使熱量從負載導體的環形區域散失。
上述描述中電流檢測器1、101具有它們的傳感部分6、106與抵消補償部分7、107，傳感部分與抵消補償部分共平面，且它們的有效磁偶極子中心是位置重合與共軸的，實際上有一點兒偏差也是容許的。可以容許的偏差程度將取決于應用偏差增加將減弱電流檢測器抵制有害磁場的能力。例如，傳感部分與抵消補償部分的非共面性將導致電流檢測器對垂直于傳感與抵消補償部分平面的磁場梯度敏感。同樣地，傳感與抵消補償部分之間或它們各自放大器之間的不對稱性將導致電流檢測器對均勻磁場與具有場梯度的場兩者都有一些敏感。而且，假如傳感與抵消補償部分的有效磁偶極子的方向不是完全共向的，則電流檢測器將變得對均勻磁場和梯度場都敏感。
在第二個實施例中，圖示傳感部分106、106′與它們各自的抵消補償部分107、107′以相反方向盤繞。在一個可選擇的實施例中，傳感部分可以與它們各自的抵消補償部分以相同方向盤繞，但是以反向極性連接到們各自的抵消補償部分。但是，以相反方向盤繞傳感部分106、106′與它們各自的抵消補償部分107、107′的優點是，傳感部分106、106′與它們各自的抵消補償部分107、107′之間的相互連接可以方便地通過將傳感部分106、106′的外匝直接連接到它們各自的抵消補償部分107、107′的內匝來實現，避免了通道或電線連接(其還需要跨過線圈繞組以及相互連接)。
在差動電流傳感線圈104的進一步的修改變型中，可以省卻中間抽頭CT(接地的)，因此象第一個實施例中的電流傳感線圈的那樣形成單端輸出。本領域普通技術人員明白，這樣一個無抽頭線圈實際上由兩個線圈串接(一個位于印制線路板105的頂層而另一個位于底層)組成，并且因此將產生的電動勢等于其它相等的單層電流傳感線圈的電動勢的兩倍。由于每一層都實質上不敏感于磁場梯度，所以由多個這樣的層可堆疊到一起形成螺線管形狀的、而不是平面的電流傳感線圈。在這樣一個實施例中，應當注意保證層與層之間以及從螺線管端點到傳感器電路之間的相互連接自身不構成嚴重的磁通環形區域從而產生額外的電動勢。另一方面，可以通過將一個細長的螺旋形線圈放置在另一個細長螺旋形線圈的內部而不是通過將多個層堆疊到一起來形成螺線管電流檢測器。
在上述實施例中，通過模擬積分器對傳感線圈輸出的信號進行積分。在一個可選擇的實施例中，這個積分過程可以通過微處理器數字地完成。還有一種選擇方案，對電流傳感線圈的信號的積分過程可以省卻。但是，如果沒有這樣一個積分過程，電流傳感線圈4的信號將正比例于供給的電流Is以及電力線輸入21的頻率(典型地為60Hz，對于任意諧波頻率是倍數增加的)。在多數情況下，電力的可測量部分是諧波-即其頻率是電力網干線頻率的整數倍。由于電流傳感線圈4的輸出正比例于磁通量變化率，因此測量諧波電流不成比例地得到較大讀數。這個效應可通過對測量得到的電流進行快速傅里葉變換(FFT)以及通過減小與它們的基頻倍數成正比的任意諧波的振幅來補償。因此，為了避免這些處理難度，對電流檢測器獲取的信號的積分過程是優選的。積分過程還允許通過對流經負載導體2的直流電流任意變化進行積分來測量該直流電流。
即使不對電流信號進行積分，在電流通路中通常仍然需要90°相移(以補償由電流檢測器1、101引起的90°的超前相移)以使得電壓與電流信號同相，由此測得負載用的有效功率(REAL POWER)。可選擇地，為了測量負載用的無功功率，電壓與電流信號可用于求積分(例如通過使電流信號相對于電壓信號+90°)。根據負載用的有效功率與無功功率的知識可以確定求出功率因數。
在另一個實施例中，財務電量計20可省卻電壓檢測器25。電壓檢測器25用于測量電力線輸入21的實際電壓而不是標稱電壓。在電力線輸入21的電壓充分穩定或者可接受精度降低的情況下，可以用標稱值計算供給負載的功率。使用標稱電壓的測量只需要一個ADC數字轉換通道。
可對上述財務電量計120實施例作出各種修改。例如，給差分積分器123增加附加電路以濾除非線(例如非-60Hz的)頻率分量。進一步的修改是使用由Analogue Devices制造的AD7756活動計量集成電路(ActiveMetering IC)替代了前面描述的AD7750。AD7756是一種更加完善的器件，具有便于提供自動校準接口的串行接口。還包括用于校準能量測量值的片上寄存器，因此避免了使用測試選擇或調整器部件、以及用于相位補償的寄存器。相位補償用數學計算方法平衡積分器123與電壓檢測器125的信號相位，而省卻或者簡化了電壓檢測器125相位補償電路。在進一步的實施例中，顯示器除了顯示累計能量之外還可以顯示電流、電壓、功率或時間，或者顯示器顯示電流、電壓、功率或時間而不顯示累計能量。
對圖7中描述的實施例的各種方案是可行的。例如，假設已知在三個負載導體40中的電流是平衡的，則只需對負載導體40中的兩個進行測量，第三相導體40中的電流可由其它兩個的測量值推斷得到。而且，盡管電流檢測器41可以由傳統的印制電路板形成，但是對于高壓應用優選的做法是，這三個電流檢測器部件41中每一個的至少一部分是由例如氧化鋁的優質絕緣材料形成的。這樣的構造有助于得到諸如UL、CSA與VDE的管理機構的承認。而且，盡管每一個電流檢測器部件41優選地具有其自己的信號調整電路43，但是可利用這樣一個裝置，其中導引44將各個傳感與抵消補償部分產生的電動勢傳送到遠程的信號調整電路。這樣一個裝置的缺點是導引44中任何截面積捕獲的任何通量都將導致誤差電動勢，其疊加到想得到的信號上。
圖7顯示了每個電流檢測器41安裝在位于各自的負載導體40中的各個狹槽42中。作為一種選擇，電流檢測器41可以安裝在與它們關聯的負載導體40的環形區域的一個側面上，而不是安裝在狹槽42中。對于有較高精度要求的應用情況，每個負載導體40可設置帶有兩個電流檢測器41，安裝在環形區域的兩個側面上。然后將兩個電流檢測器41的信號組合，例如通過取其平均值，并且進行處理以生成流經負載導體40的電流的較高精度測量值。
在另一個實施例中，可用單個電流檢測器同時測量流經兩個負載導體的電流。通過將一個負載導體安裝在電流檢測器一側而將另一個負載導體安裝在電流檢測器另一側可以方便地實施這個實施例。則該電流檢測器可測量兩相導體產生的磁場疊加。
在上述實施例中，財務電量計20、120直接連接到電力網供電干線的一個火線上以提供一個接地基準。在一個改進實施例中，財務電量計可以是處于例如地電位上。這樣一個電量計能夠與電力網干線充分隔離開，且能夠通過對電力網干線的電容耦合來獲取電能、以及電網干線電壓的測量值。
盡管已經描述說明了電流檢測器1、41、101在財務電量計20、120中的應用，它們還適用于其它應用，包括對電動機的起動電流傳感/抵消補償以及對功率因數補償的電流傳感等等。可選擇地，電流檢測器可用于表示負載所用的功率(而不是儲能)。
在上面已經描述說明了財務電量計的實施例，使用實質上敏感于磁場梯度的電流檢測器1、41、101。在其它實施例中，較常規的電流檢測器形成在印制線路板上，用作財務電量計的一部分。在較常規的電流檢測器的一個實施例中，在單面印制線路板的印制層上形成有分別為順時針與逆時針的兩個螺旋線圈。這兩個線圈是對稱的，但是配置的負載導體穿過了順時針螺旋的中心(經由穿通印制線路板的適當尺寸的孔)。在印制線路板的元件面上的有線連接用于兩個線圈最里面一匝的相互連接。盡管這個較常規的電流檢測器的實施例具有對磁場梯度靈敏的缺點，但是其優點是形成在印制線路板上；尤其是當信號處理電路與傳感器形成在同一個印制線路板上時，這使得利用信號處理電路進行積分變得簡便。
權利要求
1.一種用于電流檢測器中的傳感器，該傳感器包括第一傳感線圈，其具有一個軸線，繞所述軸線形成一匝或多匝導體，且其具有有效磁中心，所述有效磁中心位于該軸線上且由匝圈構造限定；以及第二傳感線圈，其具有一個軸線，關于所述軸線形成一匝或多匝導體，且其具有有效磁中心，所述有效磁中心位于該軸線上且由匝圈構造限定；其中第一傳感線圈與第二傳感線圈以實質上共軸方式配置。
2.一種依照權利要求1的傳感器，其特征在于，第一傳感線圈與第二傳感線圈所在的平面實質上相互平行。
3.一種依照權利要求1或2的傳感器，其特征在于，第一傳感線圈與第二傳感線圈位于實質上相同的平面中。
4.一種依照任意一個上述權利要求的傳感器，其特征在于，第一傳感線圈與第二傳感線圈的有效磁中心實質上是完全位置重合的。
5.一種依照任意一個上述權利要求的傳感器，其特征在于，第一傳感線圈與第二傳感線圈相比具有不同的面積。
6.一種依照權利要求5的傳感器，其特征在于，第二傳感線圈的每一匝都圍繞著第一傳感線圈的每一匝。
7.一種依照任意一個上述權利要求的傳感器，其特征在于，第一傳感線圈具有與第二傳感線圈的的匝數面積乘積完全相等的匝數面積乘積。
8.一種依照權利要求1-7中任意一個的傳感器，其特征在于，第一傳感線圈包括多匝。
9.一種依照權利要求8的傳感器，其特征在于，所述第一傳感線圈的各匝實質上位于一個公共平面中。
10.一種依照任意一個上述權利要求的傳感器，其特征在于，第二傳感線圈包括多匝。
11.一種依照權利要求10的傳感器，其特征在于，所述第二傳感線圈的各匝實質上位于一個公共平面中。
12.一種依照任意一個上述權利要求的傳感器，其特征在于，所述第一傳感線圈與第二傳感線圈具有完全相等的匝數面積乘積。
13.一種依照任意一個上述權利要求的傳感器，其特征在于，在一個公共印制線路板上形成第一傳感線圈與第二傳感線圈。
14.一種依照任意一個上述權利要求的傳感器，其特征在于，第一傳感線圈與第二傳感線圈串接，且其配置使得由一個公共的電磁場在第一傳感線圈與第二傳感線圈中引起的感應信號彼此方向相反。
15.一種依照任意一個上述權利要求的傳感器，其特征在于，還包括處理裝置，所述處理裝置用于處理在第一傳感線圈與第二傳感線圈中生成的感應信號。
16.一種依照權利要求15的傳感器，其特征在于，處理裝置包括用于從第一傳感線圈輸出信號中減去第二傳感線圈輸出信號的裝置。
17.一種依照權利要求15或16的傳感器，其特征在于，所述處理裝置包括用于對來自第一傳感線圈與第二傳感線圈的信號進行積分的積分器。
18.一種依照權利要求15-17中任意一個的傳感器，其特征在于，所述處理裝置和第一傳感線圈與第二傳感線圈安裝在一個公共的電路板上。
19.一種傳感器，基本上如在上文結合附圖所描述的或如圖所示的那樣。
20.一種電流檢測器，包括入口，其用于從電力供應接受電流；出口，其用于輸出電流到負載；導體，其連接在入口與出口之間，用于為電流提供穿過電流檢測器的電流路徑；以及一種依照任意一個上述權利要求的傳感器，其安裝于所述導體附近，導體對第一傳感線圈的磁耦合強于對第二傳感線圈的磁耦合，以提供對電流的測量。
21.一種依照權利要求20的電流檢測器，其特征在于，導體具有一個接近第一傳感線圈的環路部分。
22.一種依照權利要求20的電流檢測器，其特征在于導體的環路部分實質上處于一個平面中；原導體包括狹槽，狹槽延伸遍布的平面實質上平行于環路部分所在的平面；以及傳感器位于所述狹槽中，傳感線圈的軸實質上垂直于環路部分所在的平面。
23.一種依照權利要求20-22中任意一個的電流檢測器，其特征在于，導體包括具有一匝或多匝的線圈。
24.一種依照權利要求20-23中任意一個的電流檢測器，其特征在于，導體能夠以可拆離的方式安裝到電流檢測器。
25.一種依照權利要求20-24中任意一個的電流檢測器，其特征在于，還包括鐵氧體部件，用于提供一個圍繞導體、第一傳感線圈與第二傳感線圈的封閉磁路。
26.一種依照權利要求20-25中任意一個的電流檢測器，其特征在于，還包括至少一個另外的入口，其用于從另外的電力供應接受另外的電流；至少一個另外的出口，其用于輸出至少一個另外的電流到至少一個另外的負載；至少一個另外的導體，其連接在至少一個另外的入口與至少一個另外的出口之間，用于為至少一個另外的電流提供穿過電流檢測器的至少一個另外的電流路徑，其中對至少一個另外的導體的配置使得對第一傳感線圈的磁耦合強于對第二傳感線圈的磁耦合，以提供對至少一個另外的電流的測量。
27.一種依照權利要求26的電流檢測器，其特征在于，所述至少一個另外的導體包括位于第一傳感線圈附近的環路部分。
28.一種依照權利要求27的電流檢測器，其特征在于，包括一個另外的導體，用于給在入口與出口之間流動的電流提供回路。
29.一種電流檢測器，其特征在于，包括依照權利要求1-19中任意一個的傳感器。
30.一種電流檢測器，基本上如在上文結合附圖所描述的或如圖所示的那樣。
31.一種電量計，其包括依照權利要求20-30中任意一個的電流檢測器，還包括用于提供電力供應電壓測量值的裝置；以及用于根據電流測量值與電壓測量值確定與輸出負載電特性表示的裝置。
32.一種依照權利要求31的電量計，其特征在于，可使用電壓測量值提供裝置測量電力供應的瞬時電壓。
33.一種依照權利要求31或32的電量計，其特征在于，可使用確定裝置通過將電流測量值與電壓測量值相乘來確定負載用的功率。
34.一種依照權利要求31-33中任意一個的電量計，其特征在于，可使用確定裝置通過關于時間對負載用的功率進行積分來確定負載消耗的能量。
35.一種依照權利要求31-34中任意一個的電量計，其特征在于，確定裝置包括相移電路，用于以預先確定的量來改變電流測量值與電壓測量值之間的相對相位。
36.一種依照權利要求31-35中任意一個的電量計，其特征在于，可使用確定裝置輸出一個負載消耗的累計能量的表示。
37.一種依照權利要求36的電量計，其特征在于，可使用確定裝置將所述的負載消耗的累計能量輸出到顯示器。
38.一種電量計，基本上如在上文結合附圖所描述的或如圖所示的那樣。
39.一種在電量計中用于檢測與在導體中流動電流有關的磁場的傳感器，該傳感器包括第一傳感線圈，其具有限定了線圈的有效磁中心的一匝或多匝導體；以及第二傳感線圈，其具有限定了線圈的有效磁中心的一匝或多匝導體；其中第一傳感線圈與第二傳感線圈的有效磁中心是實質上位置重合的。
40.一種電流檢測器部件，用于檢測和輸出在導體中流動的電流的測量值，該電流檢測器部件包括第一傳感線圈，其具有一個軸線，繞所述軸線形成一匝或多匝；以及第二傳感線圈，其具有一個軸線，繞所述軸線形成一匝或多匝；其中第一傳感線圈與第二傳感線圈以實質上共軸方式配置。
41.一種電流檢測器，用于檢測和輸出在導體中流動的電流的測量值，該電流檢測器包括第一傳感線圈，其具有實質上位于同一平面中的多匝導體，且具有由導體匝圈構造限定的磁中心；第二傳感線圈，其具有至少一個導電匝圈，所述導電匝圈實質上與第一傳感線圈導電匝圈位于同一個平面中，并且具有由所述至少一個導體匝圈構造限定的磁中心；其中第一傳感線圈與第二傳感線圈部分(i)具有實質上相等的匝數面積乘積，(ii)它們的有效磁中心實質上是共軸的；以及(iii)以不同的磁耦合系數對所述導體進行耦合；以及用于用內部的傳感線圈中的感應電動勢減去外部的傳感線圈中的感應電動勢以提供所述測量值的裝置。
42.一種依照權利要求41的電流檢測器，其特征在于，所述第一傳感線圈的匝圈小于第二傳感線圈的匝圈，并且所述第一傳感線圈的匝圈位于第二傳感線圈的匝圈中，它們的匝圈不交疊。
43.一種電量計，包括入口，其用于從電力供應接受供應電流；出口，其用于將供應電流輸出到負載；原導體，其連接在入口與出口之間，用于為供應電流提供穿過電量計的電流路徑；電流檢測器，其用于檢測與輸出流經原導體的供應電流的測量值；用于提供電力供應電壓的測量值的裝置；以及用于根據電流測量值與電壓測量值來確定與輸出負載消耗的能量的指示值的裝置；特征在于所述電流檢測器包括傳感線圈，所述傳感線圈具有(a)內傳感線圈部分，其具有實質上位于同一平面上的多個導電匝圈且具有由這些導電匝圈構造限定的磁中心；以及(b)外傳感線圈部分，其具有至少一個導電匝圈，實質上與內傳感線圈部分的導電匝圈位于同一平面上，且其具有由該至少一個導電匝圈的構造限定的磁中心；其中內、外傳感線圈部分具有實質上相等的匝數與面積的乘積，它們串接且配置使得(i)在內、外傳感線圈部分中由公共的背景交變磁場而感應生成的電動勢彼此方向相反；且使得(ii)它們的有效磁中心實質上是位置重合的；其中所述原導體具有環路部分，該環路部分位于所述內、外傳感線圈部分兩者其中一個的近旁，且位于一個實質上與傳感線圈部分所處平面相平行的平面上；以及其中原導體與所述傳感線圈的配置是這樣的，響應在原導體中流動的電流，在所述傳感線圈中感應生成一個信號，其根據在原導體中流動的電流的變化而變化。
44.一種依照權利要求43的電量計，其特征在于，所述原導體的所述環路部分限定了原導體的磁中心，且其中原導體與所述傳感線圈的配置是這樣的，所述原導體的磁中心與所述傳感線圈的磁中心的連線實質上垂直于所述原導體的平面。
45.一種電量計，其包括入口，其用于從電力供應接受供應電流；出口，其用于將供應電流輸出到負載；原導體，其連接在入口與出口之間，用于為供應電流提供穿過電量計的電流路徑；電流檢測器，其用于檢測與輸出流經原導體的供應電流的測量值；用于提供電力供應電壓的測量值的裝置；以及用于根據電流測量值與電壓測量值來確定與輸出負載消耗的能量的指示值的裝置；特征在于所述電流檢測器包括第一傳感線圈，其具有限定了第一線圈有效磁中心的多個導電匝圈；第二傳感線圈，其具有限定了第二線圈有效磁中心的至少一個導電匝圈；以及其中第一傳感線圈與第二傳感線圈具有實質上相等的匝數與面積的乘積，并且它們的有效磁中心實質上是位置重合的。
46.一種檢測電流的方法，其特征在于使用任意前述權利要求的傳感器或電流檢測器的步驟。
47.一種電量計，其包括入口，其用于從電力供應接受電流；出口，其用于將電流輸出到負載；導體，其連接在入口與出口之間，用于為該電流提供穿過電流檢測器的電流路徑；電流檢測器，其形成在印制線路板上用于提供電流測量值；用于提供電力供應電壓的測量值的裝置；以及用于根據電流測量值與電壓測量值來確定與輸出負載電特性指示值的裝置。
48.一種依照權利要求47的電量計，其特征在于，負載特性是負載消耗的能量。
49.一種依照權利要求47或48的電量計，其包括用于處理電流檢測器中感應的信號的處理裝置，并且其中該處理裝置與電流檢測器形成在同一印制線路板上。
全文摘要
本發明公開了一種用于測量供給負載中的能量的財務電量計。負載電流流過一個傳感器的初級線圈并感應可以表示流過次級線圈中的電流的EMF(電動勢)。次級線圈包括一個設置成可以更強烈地耦合初級線圈的傳感繞組以及一個抵消補償繞組,這兩個繞組具有相同并相對的多匝導體面積,以便可以提供對外界磁場的無效響應。繞組設置成它們的磁軸共軸并對齊,這樣它們還可以對具有場梯度的外界磁場提供無效響應。
文檔編號G01R15/14GK1379860SQ0081396
公開日2002年11月13日 申請日期2000年7月24日 優先權日1999年8月6日
發明者安德魯·尼古拉斯·達姆, 愛德華·格雷利耶·科爾比 申請人:森泰克有限公司
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