[發明專利]用于測量直流電流和交流電流的傳感器設備

有效

• 申請號: 202010075183.9
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111521856B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: S·格利茨
• 申請（專利權）人: 保時捷股份公司
• 主分類號: G01R15/20
• 分類號: G01R15/20;G01R19/00
• 代理公司: 北京匯知杰知識產權代理有限公司 11587
• 代理人: 李潔;董江虹

本發明涉及一種用于測量通過導體(2)的直流電流和交流電流的傳感器設備(1)，其中該傳感器設備(1)具有羅氏線圈(3)，其中該羅氏線圈(3)的主延伸平面與該導體(2)的主延伸方向大體上正交，其中該導體(2)被該羅氏線圈(3)圍繞，其特征在于，該傳感器設備(1)具有多個磁場傳感器(4)。

技術領域

本發明涉及一種用于測量電導體中的直流電流和交流電流的傳感器設備。

背景技術

精確的電流測量是功率電子技術和EMV技術的核心元素。在此，電子系統相互間的調節通常借助所執行的電流測量來進行。為了在對電子系統的運行品質的高要求下保證電子系統的穩定運行，電流測量必須具有多種特性。在此，對電流測量的核心要求是大的頻譜帶寬，即，在低頻交流電流和高頻交流電流中電流測量運作良好、測量偏差小、測量漂移小、動態范圍大并且測量相位準確。

檢測具有大的動態范圍(例如從幾個μA直至達多個kA)的交流電流通常通過其磁場以非常高的準確性來實現。在此，除了大多導致大的測量偏差的霍爾傳感器之外，羅戈夫斯基-施泰恩豪斯-查托克(Rogowski-Steinhaus-Chattock)線圈(在下文中一般通常僅被稱為“羅氏線圈(Rogowski-Spule)”)也引人關注，該羅氏線圈通常以沒有磁芯并且因此沒有使高頻測量變得困難的磁慣性的狀態來使用。羅氏線圈允許從毫赫茲范圍至兆赫茲范圍的非常大的帶寬，但會產生如下測量信號，該測量信號由磁感應而產生并且因此與所測量的電流的時間導數成比例。羅氏線圈以非常簡單的測量原理為基礎，該測量原理獲取有待測量的電流的導數并且因此與變壓器非常相似地運作。基于通過法拉第感應定律(Faraday’sche?Induktion)來獲取有待測量的電流的時間導數的測量原理，羅氏線圈原理上不可以測量直流電流。雖然通過提高敏感度可以檢測幾乎任意低的頻率。但純直流分量是難以實現的。面臨于此引起對直流電流分量測量的較高的興趣。從現有技術中已知一種系統，該系統在將傳感器設備插到有待測量的電流導線或匯流條上之前在一開始就藉由對電流的導數信號進行數學積分而得出有待測量的電流的等效值。然而該系統是極不準確的并且帶寬有限的，原因在于針對這種功能在低頻譜范圍內進行優化，而對應地針對高頻率下的高電流值不再有這種品質。雖然原理上可能開發出這樣的系統，這些系統使用多個獨立的電流測量系統并且隨后將其信息整合在數字處理器中，然而大多數的羅氏線圈借助預期模擬信號輸入的模擬測量系統或示波器來使用。數字組合可能產生延遲，潛在隨后的、重新的模擬變換(為了將其傳遞給另外的模擬信號處理)可能造成信號的品質明顯地劣化并且由于所有轉換器必須具有大的頻譜帶寬和分辨率而造成不必要的高成本。

發明內容

因此，本發明的目的在于，提供一種傳感器設備，該傳感器設備不具有現有技術的缺點，而是提供成本有效地并且準確地測量交流電流和直流電流的可能性。

該目的通過一種用于測量通過導體的直流電流和交流電流的傳感器設備來實現，其中該傳感器設備具有羅氏線圈，其中該羅氏線圈的主延伸平面與該導體的主延伸方向大體上正交，其中該導體被該羅氏線圈圍繞，其特征在于，該傳感器設備具有多個磁場傳感器。

根據本發明的傳感器設備可以實現測量直流電流以及交流電流。在此，借助羅氏線圈來測量交流電流，并且借助磁場傳感器來測量直流電流。羅氏線圈是環形的空心線圈。導電線圍繞由空氣形成的環形的核心部纏繞成幾乎封閉的圓形區段并且磁中性地從繞組的末端通過核心部返回至繞組的起始端。當將羅氏線圈插到導體上時，流動通過導體的交流電流的交變磁場在羅氏線圈中感應產生電壓。通常，以高電阻的方式來測量羅氏線圈中的電壓，從而使得羅氏線圈中的電流幾乎為零并且因此感應電壓與有待測量的交流電流的時間導數成比例。導體中的直流電流通過其磁場借助于磁場傳感器來測量。

可設想的是，羅氏線圈僅以小的彈性并且幾乎沒有彈性地制造而成。因此可以實現，羅氏線圈被布置在相對于導體在空間上準確地被限定的位置中。此外可設想的是，多個磁場傳感器包括四個磁場傳感器并且優選包括七個磁場傳感器。測量誤差隨著磁場傳感器的數量的增加而減小。在此，七個磁場傳感器已經證明對于誤差減小與生產耗費的關系而言是特別有利的。