[发明专利]具有罗果夫斯基类型的电流换能器的用于测量电流的装置

说明书

本发明涉及一种具有罗果夫斯基类型的电流换能器和换能器电子设备、用于测量电流的布置，电流换能器具有：初级导体绕组，具有用于携带待测量的额定电流的线匝的第一数量；次级导体绕组，具有一对端子和螺旋形状以及线匝的第二数量，所述次级导体绕组以环形方式环绕初级导体。

罗果夫斯基类型的电流换能器结合通常称作罗果夫斯基线圈的装置。它广泛地用作用于测量交流(AC)或高频电流脉冲的装置。这种类型的线圈具有优于其它类型的电流传感器的许多优点。通常通过将导电线施加到非磁和非导电载体上，来构成罗果夫斯基线圈。载体能够是基于塑料或玻璃或陶瓷的结构，并且形成封闭或者几乎封闭的环路，使得形成一种螺旋线圈导线。来自线圈的一端的引线可经过线圈的中心或者在线圈中心附近返回到另一端，使得两个端子均在线圈的同一端，并且使得螺旋线圈本身没有形成封闭环路。

罗果夫斯基线圈属于空心线圈的种类，因为线圈的载体是非磁的，即，其磁化率明显小于1。载体可以是刚性或柔性的，并且其形状可以是圆环、环形等。

当围绕携带电流的初级导体放置时，罗果夫斯基线圈按照安培定律生成与电流的导数成比例的电压。电压也与每单位长度的匝数和匝的面积成比例。一匝的面积近似等于线圈载体的截面面积。由于罗果夫斯基线圈中感应的电压与初级导体中的电流变化率成比例，所以线圈的输出通常连接到电子装置(在这里称作换能器电子设备或智能电子装置(IED))，其中信号经过积分和进一步处理，以便提供与电流成比例的准确信号。

罗果夫斯基线圈具有优于其它类型的电流测量装置的许多优点，最显著的是因它的非磁芯而具有优良线性度，其没有饱和效应的倾向。因此，罗果夫斯基线圈甚至在经受大电流(例如在输电、焊接或脉冲功率应用中使用的电流)时也是高度线性的。此外，由于罗果夫斯基线圈具有空心而不是磁芯，所以它具有低电感，并且能够响应快速变化电流。具有等距绕组的正确形成的罗果夫斯基线圈极大地免受电磁干扰。与常规基于铁磁芯的电流换能器相比，罗果夫斯基线圈电流换能器(RCCT)呈现更高动态范围、更小重要和尺寸以及更低生产成本。

但是，按照现有技术的罗果夫斯基线圈电流换能器却仍然遭受中等精度而在精度方面、特别是对于计量应用无法与常规基于高铁磁芯的电流换能器相比。其一个原因是当环境条件正发生变化(例如温度、机械约束、湿度、老化等)时的罗果夫斯基线圈的灵敏度S的未知变化。另一个原因是当环境条件正发生变化(例如温度、机械约束、湿度、老化等)时作为换能器电子设备的组成部分的电子放大器的增益的未知变化。

由于线圈灵敏度和放大器增益的这些非预期变化当前没有被IED中的电子信号处理来考虑，所以灵敏度和增益的这种改变对测量引入误差。这种限制阻碍了采用罗果夫斯基线圈电流换能器的组合来达到高精度。

本领域已知的只补偿罗果夫斯基线圈电流换能器的灵敏度变化的一种解决方案在于采用放置成接近罗果夫斯基线圈的温度传感器来测量温度。温度然后用来按照各罗果夫斯基灵敏度温度剖面来补偿灵敏度。在生产结束所执行的线圈的表征—所谓的校准—期间，测量环境温度下的罗果夫斯基线圈电流换能器灵敏度以及其温度相关性。给出应用于换能器电子设备中的信号的多项式校正的系数存储在放置于传感器壳体的EEPROM中。这个解决方案允许温度效应补偿，但是要求附加生产工作，例如各罗果夫斯基线圈电流换能器的校准和温度表征。此外，它不允许例如机械、湿度和老化效应的其它补偿。实际上，一旦将传感器递送给客户，则无法更新校正系数。实际上，为了补偿老化，常规方式要求维护工作以及对客户设备的额定电流测量的中断。罗果夫斯基线圈电流换能器必须从设备中取出，并且采用与工厂中的初始校准相同的过程周期地重新校准。

文献PCT/EP2011/001941和PCT/EP2011/058291提出读出电子布置，其在无需中断测量的情况下、即联机地自行补偿它们自己的增益漂移。但是，这些读出电子设备不允许对额定电流的测量同时补偿任何RCCT灵敏度变化。

本发明的目的是提供一种具有罗果夫斯基类型的电流换能器和换能器电子设备、用于测量电流的布置，其中换能器电子设备能够补偿罗果夫斯基线圈的灵敏度的漂移以及换能器电子设备本身的放大器增益的漂移。

按照本发明，上述目的通过根据本申请的用于测量电流的布置来实现。