[发明专利]用于测量电功率的装置和方法

说明书

本发明涉及一种依照权利要求1的前序部分用于测量电功率的装置。

本发明还涉及一种用于测量电功率的方法。

本发明的应用还可以是一种用于电能的测量装置和方法。

每年制造1亿个千瓦时电度表。近年来看到，重点转移到所谓的感应式电 子千瓦时电度表。此外，远程读取的重要性提高。除了实际的千瓦时电度表， 功率测量还发生在多种机器和设备中。虽然存在将功率测量引入几乎所有装置 的压力，由于功率计的价格以及缺乏经济的接口而仍然无法实现。如果对于工 厂中和住宅中的机器和装置都可获得通用的并且经济的接口和功率测量构件， 这种构件的潜在市场将是每年数十亿项等级的。现有的千瓦时电度表仍然没有 集成为构件等级。这是由于高电压和大电流的限制，以及对于精确性和宽动态 范围的需求。

当前，生产能量计的公司会将其产品销售给电力公司，后者将其安装在企 业和家庭住宅中。如果生意发生变化，从而构件制造商将功率测量单元销售给 例如家庭应用制造商，功率测量将非常迅速地集成在单个电路中。

当前，如果远程读取例如与其不连接，在家庭住宅中使用的新千瓦时电度 表花费电力公司大约30欧元。最普遍的技术是使用电流变换器。这个方案是昂 贵的，因为电流变换器随着其关于直流饱和而不能如此使用(当前的规则需要 电度表经得住直流)。一种所用的方案是将两个电流变换器串联，但这提高了电 度表的价格。另一个方案是将抵抗式分流器安装在电流变换器中，在这种情况 下交流电和直流电都减弱了并且直流电不会使变换器饱和。在本申请的申请人 先前开发的一种方法中，以感应方式执行电流测量。这个方法是经济的并且有 效的，但需要昂贵的IC电路用于乘法。此外，感应线圈必须足够大以保证由磁 场引起的电压是充分强大的。电阻分路器也已经用于千瓦时电度表中，但问题 存在于使用大电流在电阻上产生充分电压而不使电阻过热。这已经成为普通的 方案，尤其在单相千瓦时电度表中。在所有前述方案中，将IC电路用于乘法。

霍尔传感器已经用于千瓦时电度表中很长时间，但其巨大的热相关性和差 劣的敏感性使得这个方法困难。在霍尔传感器中，乘法直接发生在构件中，因 为霍尔电压使磁场和传播通过霍尔构件的电流的乘积。

在1978-1980期间，本申请的申请人开发了一种称为瓦特卫士(watt guard) 的电子千瓦时电度表。这个产品意图为家庭住宅提供用于监测各种装置中功率 消耗的经济电度表。电流测量基于电阻分路器，而使用脉冲宽-高变换器进行乘 法。在1984-1987期间，本申请的申请人开发了一种基于微处理器技术的千瓦时 电度表。这是世界上第一个基于微处理器的电度表，现在用在电量计中。在 1996-1998期间，本申请的申请人开发了一种基于梯度测量感应线圈的千瓦时电 度表。与其相连接，还开发了一种集成电路，其中使用西格马-德耳塔变换器和 数字式乘法器进行电流和电压的乘法。

本发明意图消除上面公开的现有技术的缺点，并且为此目的创造一种全新 类型的用于测量电功率的设备和方法。

本发明基于将传感器构件实现为硅微机械结构，通过这种方式直接在测量 构件中进行电流和电压相互的乘法。

在本发明的一个优选实施例中，产生功率的时间积分，以便确定能量消耗。

更特别的，依照本发明的设备由权利要求1的特征部分中的陈述来表征。

依照本发明的方法反过来由权利要求12的特征部分中的陈述来表征。

通过本发明的帮助取得了相当可观的优点。

通过依照本发明的方法的帮助，使用弹性系数并且通过在线圈中传播的电 流的帮助可以改变敏感性。电流的测量没有电流接触。使用单个构件，构件直 接测量有功功率。当前的方法不需要昂贵的IC电路，相反廉价的CMOS电路 是足够的。电度表的动态范围是宽的。根据构件可以开发出用于不同精确度等 级的电度表。传感器对于直流电不敏感，如果使用梯度测量数取则对于外部交 流场也是不敏感的。本发明不仅允许测量有功功率，而且可以测量无功功率。 如果在MEMS构件中传播的电流产生来自直流，构件将称为磁强计，并且可以 用于测量电流。此外，依照本发明的装置是方便于大量生产的。

在下面，通过例子的帮助并且参考附图来审视本发明。

图1a显示了依照本发明的一个功率计的示意性顶视图。

图1b显示了依照图1a的功率计的侧视横截面图。