專利名稱：用于測量電纜中的交流電電流的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于測量在電纜，例如交流電電力網電纜中流動的交流電電流的裝置。
背景技術：
在美國專利5,652,506中描述了測量在兩條或三條圓形芯纜中的電流的現有技術的當前狀態(tài)。圖1示出了在這種現有的裝置中使用的線圈結構的一部分。
在上述結構中總共使用了8個由相同的導線纏繞的線圈。為了清楚，僅僅在圖1中示出了這些線圈中的四個線圈。所示出的四個線圈僅僅從電纜10拾取磁場的x分量Hx。在本圖中未示出的另外四個相同的線圈位于與所示出的四個線圈相同的中心上；但是，它們在與所示出的四個線圈的平面垂直的平面上被纏繞，以便僅僅拾取磁場的y分量Hy。
線圈1和線圈2是磁場的Hx分量的主要拾波線圈，并且同相地連接。線圈3和線圈4與線圈1和線圈2反相地連接。線圈3和線圈4僅僅用于減小來自所述線圈結構外部的其它可能干擾電流源的雜散磁場的拾取。
線圈1和線圈2從要被測量的電流源的磁場拾取大于線圈3和線圈4的拾取，這是因為線圈3和4離所述電流源更遠。因此，當從線圈1和2減去來自線圈3和4的輸出時，結果不為零。因此，在放大器AMP1的輸入上存在與來自電流源的磁場的Hx分量成比例的電壓拾取。
但是，對于在線圈結構外部并且離該線圈結構更遠的源，在線圈附近所產生的磁場在幅度和方向上更為均勻，并且來自線圈3和4的拾取幾乎完全抵消了來自線圈1和2的拾取，這大大地降低了由于在裝置附近的其它干擾電流源而導致的任何誤差。
在放大器AMP1的輸出上，存在電壓Vx，所述電壓Vx與由在電纜10的一條導線中流出并且在另一條導線中返回的電流所產生的磁場分量Hx成比例。
拾取Hy分量的另外四個線圈與所示出的四個線圈相同地連接，并且被未示出的類似的放大器AMP2獨立地放大。因此，在AMP2的輸出上，存在電壓Vy，它與磁場的Hy分量成比例。
在這個階段，檢查由在電纜10的一條導線中流出并且在所述電纜的第二條導線中返回的電流I產生的磁場的Hx和Hy分量是有益的，所述電纜的第二條導線與第一條導線相距d，如圖2所示。目前，假定所述兩條導線在沿著電纜長度方向延伸時不扭絞或旋轉。
因為電纜是圓形的，不能獲得關于所述線圈與導線的方位角θ的信息，并且將θ作為變量。在這些情況下Hx=Idcosθsinθπr2[(1+d24r2)2-d2r2sin2θ]]]>方程(1)Hy=Id(sin2θ-12-d28r2)πr2[(1+d24r2)2-d2r2sin2θ]]]>方程(2)返回圖1，如果線圈1與承載電流的導線的角度是θ，則與線圈1完全相對地設置的線圈2與所述導線具有角度θ+180°，并且從方程1看出，對于角度θ和θ+180°，Hx相同。因此，當線圈1和線圈2同相連接時，拾取電壓是這些線圈之一本身的拾取電壓的兩倍。
如方程(2)所示，類似的分析被應用到用于拾取磁場的Hy分量的其它線圈。
如果隨后從分別由方程(1)和(2)給出的Hx和Hy分量計算磁場的幅度|H|，則獲得下面的結果|H|=Hx2+Hy2=Id2πr21(1+d24r2)2-d2r2sin2θ]]>方程(3)現在，AMP1的輸出電壓Vx與Hx成比例，而AMP2的輸出電壓Vy與Hy成比例。
從Vx和Vy如下求V的值V=Vx2+Vy2=K|H|=KId2πr21(1+d24r2)2-d2r2sin2θ]]>方程(4)其中，K是不變的，它依賴于線圈的面積和匝數以及放大器增益。
所計算的電壓V在θ＝90°最大，并且通過Vmax=KId2πr2(1-d24r2)]]>方程(5)給出，并且V在θ＝0°最小Vmin=KId2πr2(1+d24r2)]]>方程(6)V的平均值大約是V=KId2πr2]]>方程(7)方程(7)是用于求取電流I的方程，因為K和r是已知的，并且在前述的專利技術中可以相當精確地估計d。
但是，對于固定的I，當在電纜周圍的線圈位置改變時，在所測量的電壓V中存在固有的變化，如方程(5)和(6)所示。來自方程(7)的最大變化依賴于d2/4r2的值。對于d/r＝1/2，有±6.3％的最大變化(誤差)。對于d/r＜1/2，在理論上，所述變化(誤差)較小。但是，實際上，在圓形電纜中可以使用這個前述的裝置獲得的最佳精度是±11％的級別。
性能比方程(4)所示差的原因主要是由于這樣的事實在圓形電纜中，導線在它們沿著電纜長度方向延伸時扭絞，在導出方程(4)中假定導線平行并且沿著電纜是直的。
方程(4)指示當角度θ＝90°時出現最大的拾取，而當角度θ＝0°時出現最小的拾取。當導線扭絞到超過某一極限時，這個結果本身相反，使得在θ＝0°時出現最大拾取，而在θ＝90°時出現最小拾取。當線圈圍繞扭絞的導體來回移動時，這個前述的裝置的拾取中的變化依賴于扭絞率、間隔d和到線圈的距離r。
如果對于圖1所示的線圈結構從V=(Vx2+Vy2)]]>來計算V，則當線圈圍繞電纜旋轉時在讀數中的變化在電纜之間不同，但是可以超過±15％。

發(fā)明內容
因此，圖1所示的線圈結構在精度上受到限制，本發(fā)明的目的是提供一種能夠提供更大精度的新裝置。
通過在權利要求1中所述的本發(fā)明來實現所述目的。在從屬權利要求中說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
在本說明書中，線圈的軸表示相對于線圈的方向，其在與通過線圈的波動磁場的方向平行時將提供那個磁場在線圈中的最大感應電壓。


現在參照附圖通過舉例來說明本發(fā)明的一個實施例，其中前述的圖1示出了現有技術裝置的一部分。
圖2是輔助理解現有技術的操作和限制的圖。
圖3是本發(fā)明的一個基本實施例的線圈結構的示意圖。
圖4是圖解干擾源的效果的、圖3的實施例的圖。
圖5是圖3的實施例的進一步發(fā)展。
圖6示出了抑制了干擾的本發(fā)明的一個實施例。
圖7是圖6的實施例的電路圖。
圖8示出了圖6的正交線圈的替代結構。
具體實施例方式
如上所述，圖1中所示的裝置的線圈1和2拾取磁場的Hx分量。這些線圈也在圖3中所示的裝置中存在，圖3是本發(fā)明的一個基本實施例的線圈結構的電路圖，但是所述線圈在那里被稱為線圈ax和bx。圖3的裝置也包括另外兩個線圈cx和dx，它們也拾取磁場的Hx分量。這兩個另外的線圈cx和dx位于與線圈ax和bx距離電纜10的中心的距離相同的距離上，但是位于電纜的上方和下方，以便聯結線圈ax和線圈bx的線與聯結線圈cx和線圈dx的線成90度。因此，所有四個線圈ax到dx位于一個平面中，所述平面與電纜10的軸垂直，所有四個線圈ax到dx位于半徑為r的假想圓(notional circle)的圓周上，所述圓的中心與電纜10同軸。所有四個線圈ax到dx具有大致平行的軸；因此線圈ax和bx的軸與假想圓相切，而線圈cx和dx的軸沿著假想圓的徑向延伸。所有四個線圈ax到dx具有大致相同的匝數面積乘積(turns-areaproduct)。
因此，參照圖2，如果線圈ax與電纜10的兩條導線成角度θ，則線圈dx成90°+θ，線圈bx成180°+θ，線圈cx成270°+θ。如果所述線圈以下述的方式在正確的極性上串聯，則本裝置相對于前述裝置的優(yōu)點是拾取每旋轉90°重復其本身，因此在θ＝0°和θ＝90°的拾取相同。在前述的裝置中，在θ＝0°和θ＝90°，出現在讀數之間的最大變化。
現在使用方程(1)來檢查在圍繞平行的一對導線的四個線圈ax到dx的每個上發(fā)生的、磁場的Hx分量的拾取中的變化，如圖3所示。
如果線圈ax與所述導線對的角度是θ，則通過方程(1)給出在線圈ax的Hx如下Hx(ax)=Idcosθsinθπr2[(1+d24r2)2-d2r2sin2θ]]]>方程(8)對于線圈dx，它與導線的角度是90°+θ，并且從方程(1)再次獲得的那里的Hx分量是Hx(dx)=-Idcosθsinθπr2[(1+d24r2)2-d2r2cos2θ]]]>方程(9)對于線圈bx，它與導線的角度是180°+θ，因此Hx(bx)=Idcosθsinθπr2[(1+d24r2)2-d2r2sin2θ]]]>方程(10)對于線圈cx，它的角度是270°+θ，得到Hx(cx)=-Idcosθsinθπr2[(1+d24r2)2-d2r2cos2θ]]]>方程(11)線圈ax到dx以下列極性全部串聯。線圈ax和bx具有同相的連接，線圈cx和dx與線圈ax和bx反相地連接，因此，在線圈ax到dx的串聯中感應的電壓V(x)與Hx(ax)+Hx(bx)-Hx(cx)-Hx(dx)成比例。
代入來自方程(8)、(9)、(10)和(11)的這些磁場的值并且化簡得到Hx(ax)+Hx(bx)-Hx(cx)-Hx(dx)=]]>4Idπr2cosθsinθ(1+d416r4)[(1+d24r2)2-d2r2cos2θ][(1+d24r2)2-d2r2sin2θ]]]>方程(12)圖3的結構也包括另外四個線圈ay、by、cy和dy，每個具有與線圈ax到dx的每個大致相同的匝數面積乘積。每個線圈ay到dy只要物理上實用都可以位于與線圈ax到dx的對應的一個相同的位置，但是其軸旋轉90°，以便線圈ay和by的軸與假想圓相切，而且線圈cy和dy的軸沿著假想圓徑向延伸。因此，存在四對緊密定位的線圈ax/ay、bx/by、cx/cy和dx/dy，并且在每對中的線圈具有大致垂直的軸。可以例如使用US5,652,506的圖9中所示的線圈的垂直對來獲得在同一位置的線圈ax/ay等的線圈對的這種緊密定位，但是，后面將說明使用PCB技術的替代結構。對于讀者顯然，線圈ay到dy的每個被定位來在相應的位置拾取由電纜10產生的磁場的y分量Hy。
設Hy(ay)是由線圈ay拾取的磁場的y分量。
設Hy(by)是由線圈by拾取的磁場的y分量。
設Hy(cy)是由線圈cy拾取的磁場的y分量。
設Hy(dy)是由線圈dy拾取的磁場的y分量。
從方程(2)Hy(ay)=Idπr2(sin2θ-12-d28r2)[(1+d24r2)2-d2r2sin2θ]]]>方程(13)Hy(dy)=Idπr2(cos2θ-12-d28r2)[(1+d24r2)2-d2r2cos2θ]]]>方程(14)Hy(by)=Idπr2(sin2θ-12-d28r2)[(1+d24r2)2-d2r2sin2θ]]]>方程(15)Hy(cy)=Idπr2(cos2θ-12-d28r2)[(1+d24r2)2-d2r2cos2θ]]]>方程(16)拾取磁場的Hy分量的這四個線圈ay到dy以與拾取Hx分量的四個線圈ax到dx相同的極性串聯；即線圈ay和by同相串聯，而線圈cy和dy以與線圈ay和by相反的相位連接。為了避免圖3過分復雜，在該附圖中未示出在線圈ay到dy之間的連接。
因此，在所述串聯中感應出與Hy(ay)+Hy(by)-Hy(cy)-Hy(dy)成比例的電壓V(y)。
代入來自方程(13)至(16)的這些磁場的值并且化簡得到Hy(ay)+Hy(by)-Hy(cy)-Hy(dy)=]]>
2Idπr2(sin2θ-cos2θ)(1-d416r4)[(1+d24r2)2-d2r2sin2θ][(1+d24r2)2-d2r2cos2θ]]]>方程(17)現在求得V為V=V(x)2+V(y)2]]>=K[Hx(ax)+Hx(bx)-Hx(cx)-Hx(ds)]2+[Hy(ay)+Hy(by)-Hy(cy)-Hy(dy)2]]>方程(18)其中K同上是常數。
在方程(18)中代入方程(12)和(17)，并且化簡得到V=2KIdπr21(1-d44r4)2+d4r4sin2θcos2θ]]>方程(19)當θ＝45°時出現V的最小值，并且通過VMIN=2KdIπr2(1+d416r4)]]>方程(20)而給出這個值。
當θ＝0°或θ＝90°時出現V的最大值，并且通過VMAX=2KdIπr2(1-d416r4)]]>方程(21)而給出這個最大值。
平均值大約是VAV=2KdIπr2]]>方程(22)除了系數4，新裝置的方程(22)與前述裝置的方程(7)完全相同。但是，當傳感器旋轉時前述裝置從最大到最小的變化依賴于d2/4r2的幅度，而對于新線圈結構，它依賴于d4/16r4的幅度。因此，對于d/r＝1/2，前述裝置的讀數改變±6.3％，而新裝置對于d/r＝1/2僅僅改變±0.4％。
與由方程(4)給出的前述裝置相比較的、由方程(19)給出的使用新線圈結構的改善僅僅對于當沿著電纜長度方向延伸時不扭絞的導線是嚴格真實的。但是，所述新裝置不太易于有由電纜旋轉或導線扭絞引起的誤差，并且對于該新線圈結構，當電纜旋轉360°時，在V中記錄的變化小于2％。而前述裝置當同一電纜在儀器的鉗夾(jaw)中旋轉時記錄15％或更大的改變。
在圖1所示的前述線圈結構中，線圈3和線圈4以與線圈1和線圈2相反的相位連接，并且它們的目的是減小來自在儀器附近的其它電流源的干擾的拾取?，F在參照圖4來查看圖3所示的線圈結構的干擾拾取。
圖4示出了位于半徑r的圓上的線圈ax到dx。也示出了電纜10，電纜10承載電流，并且位于兩個可能的位置位置A和位置B。位置A是當進行電纜的電流I的測量時的電纜的位置。位置B示出了相同的電纜，位于與所述圓的中心的距離rI上，承載相同的電流I，但是在所述線圈結構之外，其中它作為干擾源。所述線圈結構的干擾抑制S被定義為 方程(23)S的值越小，所述抑制越好。在位置A的拾取由方程(22)給出在位置A的拾取A=2KdIπr2]]>可以示出，由在位置B的拾取B=6r2KdIπ(rI4-r4)]]>方程(24)給出在位置B的拾取。因此S=3r4rI4(1-r4rI4)]]>方程(25)可以從方程(25)看出， 的值越小，則抑制越好。
如果由于線圈和裝置外殼而假定干擾源可以相距所述線圈結構最近的距離是rI＝2r，則從方程(25)得到的S的最大值是S＝0.2或20％。當干擾源進一步移遠時，S相當快地減小，對于rI＝3r，S＝4％，而對于rI＝4r，S＝1％。這個最大值20％一般是不能接受的，并且通過使用下述技術而顯著地減小。
從方程(24)注意到干擾拾取主要與r2成比例，其中，r是線圈相距所述中心的距離。因此考慮圖5所示的情況。在這種結構中，使用兩組線圈來拾取磁場的Hx分量，所述兩組線圈是位于圍繞半徑r的圓的圓周并且以90°為間隔的內部組a1x到d1x、位于圍繞半徑r2的圓——它與第一個圓同心——的圓周并且以90°為間隔的外部組a2x到d2x。所述四個內部線圈a1x到d1x對應于圖3所示的線圈ax到dx，并且以相同的方式串聯，所述四個外部線圈a2x到d2x也以圖3所示的方式串聯。每個外部線圈a2x到d2x位于與內部線圈a1x到d1x的對應一個相同的徑向線上，并且所有8個線圈具有基本平行的軸和基本相同的面積匝數乘積。
設V1x是內部線圈組從距離為rI的干擾源得到的拾取，它由r＝r1情況下的方程(24)給出。
V1x=6r12KdIπ(rI4-r14)]]>方程(26)設V2x是外部線圈組從同一干擾源得到的拾取。
V2x=6r22KdIπ(rI4-r24)]]>方程(27)為了減小來自這個干擾源的拾取，從內部電壓減去外部電壓的一小部分r12/r22以得到Vx，其中Vx=V1x-r12r22V2x]]>方程(28)代入方程(26)和(27)得到Vx=6r12KdIπ(rIr-r14)-r12r22[6r22KdIπ(rI4-r24)]]]>化簡得到Vx=6KdIπr12r18r14(1-r14rI4)(1-r24rI4)]]>方程(29)因為這是來自在距離rI的干擾源的拾取，將這個電壓稱為VxB。即VxB=6KdIπr12r18(r14-r24)(1-r14rI4)(1-r24rI4)]]>方程(30)現在考慮當從方程(28)再次計算總的電壓拾取時來自位于(在線圈系統的中心)測量位置的同一電流源的拾取。
通過在r＝r1情況下的方程(22)給出內部線圈組的拾取電壓V1x。
V1x=2KdIπr12]]>類似地，通過在r＝r2情況下的方程(22)給出外部組的拾取電壓V2x。
V2x=2KdIπr22]]>通過將V1x的這些值代入方程(28)來獲得在所述測量位置的電纜的總拾取電壓Vxa。
VxA=2KdIπr12-r12rI22KdIπr22]]>VxA=2KdIπ(r24-r14)r12r24]]>方程(31)由方程(23)給出的對于具有內部和外部線圈組的這個新裝置的干擾比S是S=VxBVxA=6KdIr12(r14-r24)πrI8(1-r14rI4)(1-r24rI4)×r12r24π(r24-r14)2KdI]]>化簡得到3r14r244rI8(1-r14rI4)(1-r24rI4)]]>方程(32)如果僅僅使用內部組本身，則通過如下在r＝r1下的方程(25)預先給出該結構的干擾比， 方程(33)由方程(32)給出的新裝置的干擾比S比由方程(33)給出的內部組本身的小下述系數r24rI4-1(1-r4rI4)]]>例如，當r＝2r2時，這個系數是0.067，使得干擾拾取降低大約系數16。因此，當在由方程(28)給出的比率、即r12/r22下將內部和外部電壓相減時，最差的干擾從內部組本身的20％降低到1.25％。當干擾源更遠時，降低系數更大?？梢允褂秒娮璺謮壕W絡或作為放大器輸入級的一部分——將參照圖7說明——來實現從內部電壓減去外部電壓的系數r12/r22。
同樣地考慮用于檢測磁場的Hy分量的線圈。
圖6是并入如上所述的干擾抑制的本發(fā)明的一個實施例的平面圖，圖7是其電路圖。
在圖6中，四個內部線圈a1x到d1x圍繞半徑r1的假想圓的圓周以90°的間隔而被安裝在“C形”的絕緣母板20上，而四個外部線圈a2x到d2x圍繞半徑r2的假想圓的圓周以90°的間隔而被安裝在母板20上，所述兩個圓是同心的。所有8個線圈a1x到d1x和a2x到d2x具有大致相同的面積匝數乘積和大致平行的軸，并且大致位于一個公共的平面上。
也安裝在母板20上的是另外8個線圈內部線圈組a1y到d1y和外部線圈組a2y到d2y。線圈a1y到d1y和a2y到d2y具有基本上平行的軸和與線圈a1x到d1x和a2x到d2x基本上相同的匝數面積乘積。但是，它們的軸與線圈a1x到d1x和a2x到d2x的軸垂直。因此，每個線圈a1x到d1x和a2x到d2x與線圈a1y到d1y和a2y到d2y的對應的一個形成正交的一對線圈，其中，在每個正交對中，所述兩個線圈、即線圈對a1x和a1y在母板20上的基本相同的位置，只要這在使用所選擇的技術的情況下是物理上實用的，但是，所述線圈之一的軸相對于另一個線圈旋轉90°，因此一個線圈的軸與它所位于的假想圓相切，而另一個線圈的軸在同一個圓的徑向上延伸。因此，母板20承載8對正交的線圈、四個內部對a1x/a1y、b1x/b1y、c1x/c1y、d1x/d1y、以及四個外部對a2x/a2y、b2x/b2y、c2x/c2y、d2x/d2y。如上所述，可以使用在US5,652,506的圖9中所示的正交線圈對來實現在基本上相同的物理位置上的線圈對a1x/a1y、b1x/b1y、...的該緊密定位。
在C形母板20中的間隙22使得在圖6中未示出的電纜10可以被引入支撐物中以便定位在半徑r1和r2的圓的中心的點P上，所述電纜與包含所述線圈的平面垂直(即與圖6的平面垂直)地延伸。在實際中，母板20與其上安裝的線圈將被容納在一個外殼(未示出)中，所述外殼可以包含夾具或其他機械器件以將電纜定位在點P。清楚地，線圈a1x到d1x和a2x到d2x的每個被定位以拾取由電纜10產生的磁場的x分量Hx，而線圈a1y到d1y和a2y到d2y的每個被定位以拾取由電纜10產生的磁場的y分量Hy。
如圖7所示來連接線圈-線圈a1x和b1x彼此同相連接，而線圈c1x和d1x雖然彼此同相連接但是與線圈a1x和b1x反相連接，以在輸入端向電阻器R1x提供總的輸出電壓V1x。
-線圈a2x和b2x彼此同相連接，而線圈c2x和d2x雖然彼此同相連接但是與線圈a2x和b2x反相連接，以在輸入端向電阻器R2x提供總的輸出電壓V2x(電壓V2x被示出為負，這是因為線圈a2x到d2x的整體串聯以反極性連接到線圈a1x到d1x)。
-線圈a1y和b1y彼此同相連接，而線圈c1y和d1y雖然彼此同相連接但是與線圈a1y和b1y反相連接，以在輸入端向電阻器R1y提供總的輸出電壓V1y。
線圈a2y和b2y彼此同相連接，而線圈c2y和d2y雖然彼此同相連接但是與線圈a2y和b2y反相連接，以在輸入端向電阻器R2y提供總的輸出電壓V2y(再一次，電壓V2y被示出為負，這是因為線圈a2y到d2y的整體串聯以反極性連接到線圈a1y到d1y)。
電阻器R1x和R2x共同地連接到放大器AMP1的負輸入端，并且被選擇使得R1xR2x=(r12r22)]]>因此，Voutx被給出為VoutX=-R1+jωcR(V1xR1x-V2xR2x)]]>對于感興趣的頻率范圍，jωRc比1大得多，因此VoutX=-1jωc(V1xR1x-V2xR2x)]]>=jωcR1x(V1x-R1xV2xR2x)]]>類似地，電阻器R1y和R2y共同地連接到放大器AMP2的負輸入端，并且被選擇使得R1yR2y=(r12r12)]]>因此，Vouty被給出為Vouty=-R1+jωcR(V1yR1y-V2yR2y)]]>對于感興趣的頻率范圍，jωRc比1大得多，因此Vouty=-1jωc(V1yR1y-V2yR2y)]]>=jωcR1y(V1y-R1yV2yR2y)]]>最后，通過求取Vout=(Voutx)2+(Vouty)2]]>和在諸如LCD板(未示出)的顯示器上顯示的所測量電流來在處理器30中計算在電纜中流動的電流?？梢酝ㄟ^使用在使用印刷電路板(PCB)技術的母板20上布置的導電軌道(未示出)來實現在各種線圈之間的連接?？梢杂杉呻娐芳夹g和在母板20上或在設備外殼中的其它位置上定位的IC芯片來形成放大器AMP1和AMP2以及處理器30。
在本實施例中使用總共16個線圈，并且理想的，這些線圈的匝數面積乘積應當在至少1％內相同以獲得精確的結果。精確到這個容許偏差的16個線繞線圈的成本對于許多應用會太昂貴。平面磁印刷電路板線圈制造起來便宜得多和更精確。但是，對于在圖6和7中所示的裝置的實際實現方式，在每對正交線圈中，用于拾取Hx分量的線圈a1x、b1x等的每個的幾何中心應當位于與用于拾取Hy分量的對應線圈a1y、b1y等的幾何中心相同的位置上。使用US5,652,506的圖9中所示的技術但是不帶有平面磁線圈，則這是可能的，因為軌道被限制到一個平面上，并且使用當今的技術不可能同時具有在同一印刷電路板中的正交平面上的軌道。但是，對于平面磁印刷電路板線圈的略為折中效果很好，這種結構被示出在圖8(a)-8(c)中。圖8實際上示出了兩個正交線圈對a1x/a1y和a2x/a2y的印刷電路板實現方式，但是同一原理適用于在母板20的其它三個象限的每個上的、相同半徑的兩個正交線圈對。
線圈a1y和a2y基本上相同，并且每個被形成為在絕緣基底42上的導電軌道40。雖然在圖8(c)中看到了僅僅基底的一側，但是軌道40被形成在基底的每個相對表面上，并且通過中央通孔44來串聯。兩個軌道40形成其相對端連接到相應的焊盤46的線圈，所述焊盤46形成在從基底42的主體向下延伸的垂片上。
通過對比，每個線圈a1x和a2x以兩個部分形成。考慮線圈a1x，它形成為兩個部分a1x(1)和a1x(2)。所述部分a1x(1)和a1x(2)形成為在相應的絕緣基底52上的導電軌道50。但是，所述部分a1x(1)和a1x(2)的每個具有線圈a1y的一半的匝數面積乘積。這可以通過提供兩倍于在部分a1x(1)和a1x(2)上的匝數的在線圈aly上的匝數來實現。
類似地，所述線圈a2x形成為兩個部分a2x(1)和a2x(2)，它們再次被形成為在相應的絕緣基底52上的導電軌道50，并且每個具有為線圈a2y的匝數面積乘積的一半的匝數面積乘積。實際上，在這個實施例中，在一個公共的基底52上形成a1x(1)和a2x(1)，并且同樣，在另一個公共基底52上形成a1x(2)和a2x(2)，但是這不是必須的。
基底42、52被通過向母板中的槽中插入焊片46、56而垂直直立地安裝在母板20中，并且被焊接到在母板上的軌道上。所述結構如在圖8(a)所示。線圈a1y在每側上被與其垂直的線圈a1x(1)和a1x(2)包圍，線圈a2y在每側上被與其垂直的線圈a2x(1)和a2x(2)包圍。通過在母板20上的導電軌道連接焊片56以將線圈a1x(1)和a1x(2)同相串聯而形成線圈a1x，并且將線圈a2x(1)和a2x(2)同相串聯而形成線圈a2x。因為被組合的線圈部分a1x(1)和a1x(2)具有與線圈a1y相同的匝數面積乘積，并且在線圈a1y的任何一端等距相間，所以，作為一對，它們具有與線圈a1y相同的幾何中心。類似地，作為一對，線圈部分a2x(1)和a2x(2)具有與線圈a2y相同的幾何中心。剩余的連接如圖7所示。
可以對上述實施例進行修改。例如，線圈a2x到d2x的匝數面積乘積可以與線圈a1x到d1x不同，只要在電阻器R1x和R2x的相對值或在電路中的其它位置對此留余量。類似地，線圈a2y到d2y的匝數面積乘積可以與與線圈a1y到dly不同，只要在其它位置留適當的余量。而且，如果來自外部源的干擾在使用中可能要遇到的情況中是不可能的，則可以省略外部線圈組、即在圖6中位于半徑r2的圓上的正交線圈對。而且，因為在完全相對的線圈組主要被提供來提供較大的信號、并且還降低外部干擾以及降低由于電纜從中心點P的移動而導致的誤差，因此可以僅僅使用兩組以90°為間隔的線圈來實現本發(fā)明，例如在圖6的3點和6點位置的線圈組。
本發(fā)明不限于在此所述的實施例，可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下修改或改變所述實施例。
權利要求
1.一種用于測量在導線中的交流電流的裝置，所述裝置包括第一和第二線圈部件，它們具有大致相同的匝數面積乘積和大致平行的軸，所述第一和第二線圈部件位于一個假想圓的圓周上，并且第一線圈部件的軸與所述圓相切，第二線圈部件的軸在圓的徑向上延伸，所述裝置還包括第三和第四線圈部件，它們也具有大致相同的匝數面積乘積和大致平行的軸，所述第三和第四線圈部件位于所述假想圓的圓周上，并且分別靠近第一和第二線圈部件，第三線圈部件的軸在圓的徑向上延伸，第四線圈部件的軸與所述圓相切，以便第一和第三線圈部件形成具有大致正交的軸的緊密相鄰的第一對線圈部件，第二和第四線圈部件形成具有大致正交的軸的緊密相鄰的第二對線圈部件，所述第一到第四線圈部件被安裝在一個支撐部件上，所述支撐部件被配置來使得導線可以被引入所述圓的中心，并且所述導線的軸與包含第一到第四線圈部件的平面垂直，所述裝置還包括將第一和第二線圈部件反相串聯電連接并且將第三和第四線圈部件反相串聯電連接的部件、用于得出在所述導線中的交流電流的部件，所述交流電流作為在串聯的第一和第二線圈部件和串聯的第三和第四線圈部件中的感應的電壓的函數。
2.按照權利要求1的裝置，還包括第五和第六線圈部件，它們具有大致相同的匝數面積乘積和大致平行的軸，所述第五和第六線圈部件位于第二假想圓的圓周上，所述第二假想圓與第一假想圓同心并且具有比其大的直徑，第五線圈部件位于第一線圈部件的徑向外部，并且其軸與所述第二圓相切，第六線圈部件位于第二線圈部件的徑向外部，并且其軸在所述第二圓的徑向上延伸，所述裝置還包括第七和第八線圈部件，它們也具有大致相同的匝數面積乘積和大致平行的軸，所述第七和第八線圈部件位于第二假想圓的圓周上，所述第七和第八線圈部件位于所述第二假想圓的圓周上，并且分別靠近第五和第六線圈部件，第七線圈部件的軸在第二圓的徑向上延伸，第八線圈部件的軸與所述第二圓相切，以便第五和第七線圈部件形成具有大致正交的軸的緊密相鄰的第三對線圈部件，第六和第八線圈部件形成具有大致正交的軸的緊密相鄰的第四對線圈部件，所述裝置還包括將第五和第六線圈部件反相串聯電連接并且將第七和第八線圈部件反相串聯電連接的部件、用于得出在所述導線中的交流電流的部件，所述交流電流作為在串聯的第一和第二線圈部件、串聯的第三和第四線圈部件、串聯的第五和第六線圈部件和串聯的第七和第八線圈部件中的感應的電壓的函數。
3.按照權利要求1或2的裝置，其中，每對正交線圈部件具有大致相同的一對正交線圈部件，它們對稱地位于在第一假想圓的中心的完全相對的側上，并且與其對稱對方具有相同的方向，每個線圈部件和其對稱對方同相串聯。
4.按照前述的任何權利要求的裝置，其中，所有的線圈部件具有大致相同的匝數面積乘積。
5.按照權利要求4的裝置，其中，所有線圈部件的匝數面積乘積相同，誤差在1％內。
6.按照前述的任何權利要求的裝置，其中，每個線圈部件被形成為在至少一個絕緣基底上的導電線圈形成的軌道，并且所述支撐部件包括絕緣母板，所述基底垂直直立在所述板上，并且在所述基底上的線圈形成軌道通過在母板上的導電軌道而連接。
7.按照權利要求6的裝置，其中，至少一對正交線圈部件包括第一絕緣基底，用于承載第一線圈形成軌道，所述第一線圈形成軌道限定所述一對的正交線圈部件之一；第二和第三絕緣基底，它們與第一基底大致垂直設置，并且分別承載第二和第三線圈形成軌道，所述第二和第三線圈形成軌道串聯在一起，并且一起限定所述一對正交線圈部件的另一個。
8.按照權利要求7的裝置，其中，第二和第三線圈形成軌道具有與第一線圈形成軌道大致相同的組合匝數面積乘積。
9.按照權利要求6、7或8的裝置，其中，至少兩個線圈形成軌道被形成在一個公共的基底上。
全文摘要
一種用于測量在導線中的交流電流的裝置，所述裝置包括第一和第二線圈部件a
文檔編號G01R15/20GK1795391SQ200480014112
公開日2006年6月28日 申請日期2004年3月29日 優(yōu)先權日2003年3月27日
發(fā)明者托馬斯·索倫森 申請人:蘇派魯爾斯有限公司