[发明专利]电流测量的分流组件

说明书

本发明关于电流测量，尤其是关于电流分流器。

测量电流的标准技术是以电流通过已知电阻的电阻器并测出越过电阻器的电压降。因此电流是由电压测量装置或电阻分流电路有效测出的，因此该电阻称作为分流器。分流器具有4个终端或接头，两个端接头用以测量通过它们的电流，另两个接头(通常靠近电流接头)测出由电流引起的电压降。后两个终端被称作为读出终端或开耳芬(Kelvin)终端。

读出终端与分流器的连接将与热一电效应有关(假定该连接器用与分离器不同的材料制成)。由于环境温度的变化和测量电流的热效应(假定为大电流)，分流器的温度将会改变；电流加热会由于分离器的热容量而滞后。为了避免温度敏感性，所以两个连接器通常采用同样的材料制成。

为了精确测量电流，分流器必须具有已知值。为此必须精确控制分流器值。然后通过适当计算转换为电流值的电压测量值足以精确测出分流值。

该分流器必须是稳定的。为了具有适当的低电阻，通常采用金属合金来制造分流器，金属合金的电阻高于良导体但又相当低。在这种分流器中不稳定的主要原因是温度变化。为此采用了一种具有电阻的零温度系数(ZTC)的合金。

材料随温度的变化的电阻率可表示为温度的多项式函数，线性段通常是主要的，它的系数就是材料电阻的温度系数较高次项具有逐步减小的系数(如果温度范围很大，它们就有特殊意义)。然而，现在已研制了线性段的系数基本为零的材料。公知的这类合金被称为锰铜，它含有83～85％的Cu，10～13％的Mn和4％的Ni，它的电阻率函数的前段是二次的，在基本的温度范围上电阻率大致为常数。现有的其它材料如泽拉宁(Zeranin)，它们在很大的温度范围上电阻率为常数，对泽拉宁(Zeranin)来说，它的电阻率函数的线性和二次项两者均为零，因此在它的电阻率函数中的前段是三次的。

对精度的进一步要求是分流器的电压对电流应具有线性特性。由于对一个一般的分流器来说，通过分流器本体的电流分布随电流大小仅稍有变化，结果是欧姆定律是近似的。这种现象被称为“电流聚集”。克服这个效应的现有技术包括将分流元件做成正弦或锯齿形，并采用若干读出触点来平均由于电流聚集引起的电压变化。

分离器的物理尺寸也可提出某些要求。对读出大电流来说，对分流器的电流连接件将较大，横截面量级可达数mm²，这就要求分流器的截面尺寸大致相似，还要求分流器的长度达数mm，长度较短难于控制精度并会形成开自芬连接，而长度较长可导致一个不方便的大的分流器。

本发明的目的是提供一种改进的分流器。

按照本发明，提供一种用于测量电流的分流器组件，其特征在于它包括基本为圆筒形并由ZTC材料制成的分流元件，在其端部具有一对扁平狭条形的电流连接器。同样的ZTC材料制成的读出连接器通过连接器上的孔连接到分流器元件的端部。

电流分流器的一项特殊用途是用在配电盒中，其中若干输入电缆输入若干输出电缆。典型的配电盒包括若干扁平狭条形的连接器或母线它们通常由铜制成，用以将输入端连到输出端，它们的通路具有一定角度或为锯齿形的。包含在母线中的电流分流器允许电流穿过它并监视电流。

一般的分流器元件通常具有与铜狭条同样的截面，并且这些狭条通常处于同样的平面中。在分流元件和与之连接的铜狭条之间具有良好的(亦即稳定的)连接是很重要的，通常采用电子束焊接法来连接。这就在分流元件的长度上设定了一个实际的下限(在2mm范围内)，进而在分流器电阻方面设定一个实际的下限。对某些用途来说，要求分流器电阻很低(例如在70μΩ范围内)，采用这项技术是不能达到的。

另外，如果铜狭条相互成直角，可能要求将分流元件安在它们的交会处(以一个狭条端部的延伸形成，连接到另一个狭条端部的侧缘上)。然而通过这种分流元件的电流配置是不对称的，分流器内部的电流密度比外部要大。因此这种一般的布局会产生电流聚集效应和电阻随电流变化。

在本发明中，构成母线的狭条当然是在不同的平面中，它们偏置分流元件的长度。如果必须将两个狭条转到一个共同平面上，可将一个狭条弯曲。然而在很多情况下要求两个狭条处在不同的平面上，本发明自动改变了两个狭条之间的平面，因此对这种情况尤其适用。通过适当选择分流元件的尺寸可在很宽的范围内调节平面间的距离。另外两个狭条与分流元件端部的连接是分开的，因此两个狭条可相互设定成需要的角度，例如成一直线或成一直角。

本发明的分流器易于制造，成本低并且精度高。