[实用新型]相对于第一测量点和第二测量点来测量电流的设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及电流测量技术，特别是涉及一种相对于第一测量点和第二测量点来测量电流的设备。

背景技术

能够在大的动态范围内变化并散热不畅的情况下准确地测量电流不是一个容易的事情。

在使用电能的时候，总是需要计量使用的电能，或者基于单位时间(比如，功率)，或者基于一个特定的时间段(比如，一个月的用电量)。对于居民用电，电表是一个常用的装置，电力公司会根据使用的电量来收费。

根据最基本的原理，瞬时功率是载荷电压和电流的乘积。功率对时间区域的积分就得到该时间段的总能耗。

载荷电流的测量设备是计量电能耗中非常重要的仪器。

纵览当前的电流测量技术和众多电流测量设备，大体可以分为以下两类：

直接测量，通过测量感应电阻(该电阻也称为电阻分流器)两端的电压来测量电流；

间接测量，通过估算电线中的电流在周围产生的磁场来测量电流。

在电流测量仪器中，测量直流电流的和测量交流电流的区别很大，而且在不同的频率区间做精确测量的仪器也很不相同。能够准确测量大电流的电流计也与测量微小电流的电流计差异很大。

工业，商业和居民使用的典型的电流计通常可以测量交流电流。比较重要的物理量是峰值电流或者电流的方均根，在一个以上周期内的平均值。而交流电流的直流成分通常认为是零。这类仪器被广泛的用于计量电能消耗，而核心的感应器件的制作要求非常严格，以满足测量大电流的需要。低于测量精度的小电流会被忽略掉，因为他们只占总能量的非常小一部分。换言之，当用大电流来计算总能耗的时候，人们不在乎小电流产生的误差。

对直流源，尤其是电池驱动的直流源的瞬时电流测量的需求也是很不一样的。直流供电设备有可能长时间工作在低功率状态，只在较少的时间范围内做到全负荷输出。在这样的系统中，电流测量仪器必须精确的测量大范围变化的电流，同时尽可能的保持一个小的直流偏移误差。在众多的电池直流供电系统中，检测电池的荷电状态也是必须的，它是通过持续不间断的测量电流并积分算出电量来获得的。

对电流传感器，总有一些相互抵触的限制，例如：

输出信号应该准确地表示测量电流。专业术语就是，测量电流和输出信号之间的灵敏度或者转换增益应该是精确和稳定的。

无电流通过的情况下，读数应该为零。专业术语就是，测量的系统偏移量为零。

输出信号应该是连续的，同时能够快速响应测量电流的变化。

电流测量设备应该对高频信号和电磁场不敏感。因为这样的电磁场在用电环境周围广泛存在，通常是由小型的电器设备产生的。这就要求电流测量设备使用所谓的射频干扰滤波器(RFI filter)，来防止干扰信号影响测量结果。

电流感应器件的功耗应该尽可能的小。

电流测量的电路能耗也应该尽量小。尤其对于减少能耗和剩余能耗估算方面，这一点变得越来越重要，也是电流测量系统的设计目标。在很多实际应用中，有大电流或者大能耗的情况下，电流测量设备使用被测电流来驱动是许可的。换言之，人们期望测量电流的电路功耗很低，这样对计量总功耗也不会产生明显的影响。

最常用的电流测量方法是让电流通过电阻(电流分流器)，然后测量电压差，这是根据欧姆定律的原理。基于这种方法的电流感应电路如图1所示。电流分流器2通过输入端1接入欲测量的电路。仪表放大器6测量电流分流器2上的电压降，然后输出(电压)在输出端10。电流分流器2上的测量点3采用开尔文四线检测原理，用来减小连接电路产生的误差。因为，感应电路中几乎没有电流，也就没有了电压降(电流×电阻)。射频干扰过滤器4用来减少来自周围环境的射频信号干扰。这部分电路有很多种，通常由电阻，电容，电感，以及半导体瞬态保护器组成。图1中的4是一个例子，还有很多其他的电路可以采用。

图1所示的仪表放大器电路6包含一个理想的放大器7。在已定义好的动态电流范围内和从直流到交流的频率范围内，理想放大器7具有如下特点：无穷大输入阻抗，零输出阻抗，线形增益，零偏移和漂移。图1还包括模拟的误差源5，8，9，可以使得效果更接近实际。模拟电压测量误差的电压源5与信号电路串联，用来模拟仪表放大器6输入端的不可预知的偏移误差。这些误差在图2中详细解释。