CN102854347A

CN102854347A - 电能表及其电流采样装置

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Publication number: CN102854347A
Application number: CN2012102824628A
Authority: CN
Inventors: 俞敏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2013-01-02

Abstract

本发明提供了一种电能表及其电流采样装置。电流采样装置包括采样电阻基体、第一导线、第二导线以及用于进行隔热的隔离机构。采样电阻基体两侧各设置有第一连接部、第二连接部，第一导线一端连接第一连接部，第二导线一端连接第二连接部。第一导线或第二导线在采样电阻基体表面延伸，以将采样电阻基体划分成有效磁通面积相等的两个区域，两个导线并列或部分螺旋绞合延伸。隔离机构用于在第一导线、第二导线与采样电阻基体之间进行隔热。通过上述方式，使电流采样装置对交变磁场的干扰具有较高的抗力，有效改善了因内部或外部磁场产生的感生电流引起的电流采样误差，并且因加入隔离机构而有效的防止了由于采样电阻基体过热使导线烧坏的情况发生。

Description

电能表及其电流采样装置

技术领域

本发明涉及电能计量产品领域，特别是涉及一种电能表及其电流采样装置。

背景技术

分流器是对电流进行测量的设备，广泛用于电子、通信、工业生产中电压或电流采样检测。现有的分流器一般为锰铜分流器，采用采样导线将流经锰铜分流器的电流转换成电压进行采样。

分流器的信号采样精度容易受到干扰而变差，例如，在电能表中，能够对采样单元产生干扰的可以分为内部干扰源和外部干扰源两部分，其中内部干扰源主要是变压器漏磁通，外部干扰源就是来自于电能表外的磁场。如前述，电能表是由锰铜分流器将电流信号转换成电压信号后，再输入到计量芯片进行计算处理的。根据欧姆定律，锰铜分流器采样端的电压为：V=IR。而当干扰漏磁通穿过锰铜分流器时，锰铜分流器会产生一个感生电动势V’，干扰了实际输入到计量芯片的采样电压信号，从而使误差增大。

综上所述，现有技术中，锰铜分流器在工作时对交变磁场的抗力不足，很容易被内部或者外部的交变磁场所影响，从而使电能表等电能计量工具产生较大误差，从而失去准确性。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种电能表及其电流采样装置，以提高对交变磁场具有较高的抗力，提高测量精度。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电流采样装置，包括采样电阻基体、第一导线、第二导线以及用于进行隔热的隔离机构。采样电阻基体两侧各设置有第一连接部、第二连接部，第一导线一端连接第一连接部，第二导线一端连接第二连接部，第一导线、第二导线各另一端用于接计量电路输入端口。其中第一导线、第二导线、或第一导线和第二导线在采样电阻基体表面延伸，以将采样电阻基体划分成至少第一区域和第二区域，第一区域和第二区域的有效磁通面积相等，并且第一导线、第二导线并列或部分螺旋绞合延伸。隔离机构用于在第一导线、第二导线与采样电阻基体之间进行隔热。

其中，隔离机构为设置于第一导线、第二导线上或设置于采样电阻基体上的保护套。

其中，保护套为黄蜡套管、玻璃纤维、瓷或环氧树脂中的一种或多种的组合。

其中，采样电阻基体上对应第一导线、第二导线的位置设置有固定装置，用于对第一导线、第二导线进行固定。

其中，固定装置是形状与第一导线、第二导线适配的槽体，第一导线或第二导线部分嵌于槽体中，且隔离机构至少部分设置于第一导线或第二导线与槽体之间。

其中，电流采样装置进一步包括屏蔽罩，屏蔽罩套设于第一导线、第二导线远离采样电阻基体的部分。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种电流采样装置，包括采样电阻基体、用于进行隔热的隔离机构以及第一导线、第二导线。采样电阻基体两侧各设置有第一连接部、第二连接部，第一导线一端连接第一连接部，第二导线一端连接第二连接部。其中第一导线和第二导线均绕采样电阻基体至少半周，以将采样电阻基体划分成至少第一区域和第二区域，第一区域和第二区域的有效磁通面积相等，并且第一导线、第二导线并列或部分螺旋绞合延伸。隔离机构用于在第一导线、第二导线与采样电阻基体之间进行隔热。

其中，固定装置是形状与第一导线、第二导线适配的槽体，第一导线和第二导线均嵌入采样电阻基体表面的槽体内，均绕采样电阻基体后继续沿采样电阻基体中心处并列或螺旋绞合延伸引出。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种电能表，包括电流采样装置，电流采样装置包括采样电阻基体、用于进行隔热的隔离机构以及第一导线、第二导线。采样电阻基体两侧各设置有第一连接部、第二连接部，第一导线一端连接第一连接部，第二导线一端连接第二连接部。其中第一导线和第二导线均绕采样电阻基体至少半周，以将采样电阻基体划分成至少第一区域和第二区域，第一区域和第二区域的有效磁通面积相等，并且第一导线、第二导线并列或部分螺旋绞合延伸。隔离机构用于在第一导线、第二导线与采样电阻基体之间进行隔热。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的电能表及其电流采样装置由于其中的采样电阻基体被导线分成两块有效磁通面积相同的区域，同时导线固定并螺旋绞合延伸，因此被导线将其有效磁通面积变为两部分。该两部分对称分布，面积大小相同，但因磁通产生的采样电流方向相反，在导线回路上产生的合并后的采样电流几乎为零，从而使电流采样装置对交变磁场的干扰具有较高的抗力，有效的改善了因内部或外部磁场产生的感生电流引起的电流采样误差。并且，由于导线与采样电阻基体之间设置有用于隔热的隔离机构，有效的防止了由于采样电阻基体过热使导线烧坏的情况发生。

附图说明

图1是本发明第一实施例的电流采样装置的结构示意图；

图2是图1中采样电阻基体受磁场影响后的等效电流图；

图3是本发明第二实施例的电流采样装置的结构示意图；

图4是图3中的采样电阻基体部分的结构示意图；

图5是本发明第三实施例的电流采样装置的结构示意图；

图6是本发明第四实施例的电流采样装置的结构示意图。

具体实施方式

请参见图1，图1是本发明第一实施例的电流采样装置的结构示意图。在本实施例中，电流采样装置10包括采样电阻基体11、隔离机构12、第一连接部13、第二连接部14、第一导线15、第二导线16、接线座17、屏蔽罩18以及第三导线19。

第一连接部13与第二连接部14分别设置于采样电阻基体11的两侧。第一导线15的一端连接第一连接部13，第二导线16的一端连接第二连接部14，第一导线15与第二导线16的另一端连接计量电路输入端口。具体来说，本实施例的电流采样装置10为锰铜分流器，采样电阻基体11为锰铜电阻体，第一连接部13与第二连接部14为采样端点，第一导线15、第二导线16为采样线。采样电阻基体11的两侧各设置有紫铜，第一连接部13与第二连接部14在本实施例中设置于采样电阻基体11两侧的紫铜上，在其他实施例中，第一连接部13与第二连接部14 还可直接设置于采样电阻基体11上。进一步的，在其他实施例中，采样电阻基体11上可在对应第一导线15、第二导线16的位置设置有固定装置，用于对第一导线15、第二导线16进行固定。在优选实施例中，固定装置是形状与第一导线15、第二导线16适配的槽体，第一导线15或第二导线16部分嵌于槽体中，且隔离机构12至少部分设置于第一导线15或第二导线15与槽体之间。

在本实施例中，第一导线15在采样电阻基体11表面延伸，以将采样电阻基体11划分成第一区域113和第二区域114。在优选实施例中，第一区域113和第二区域114的有效磁通面积（下简称面积）相等。并且，第一导线15、第二导线16以及第三导线19部分螺旋绞合延伸。在本实施例中，第三导线19为地线。在电流采样装置工作时，第三导线19与第一导线15、第二导线16之间也会形成环路，增加采样误差，将第三导线19与第一导线15、第二导线16一起螺旋绞合延伸则可减小这个影响。在其他实施例中，第一导线15、第二导线16以及第三导线19可并列延伸，并不进行绞合，或者仅第一导线15与第二导线16进行螺旋绞合延伸。

隔离机构12用于在第一导线15、第二导线16与采样电阻基体11之间进行隔热，比如对应第一导线15、第二导线16与采样电阻基体11之间邻近的位置设置。隔离机构12除了进行隔热之外，还可以用于进行绝缘以及固定，防止采样电阻基体11在工作时产生的热量导致第一导线15或第二导线16损坏。在本实施例中，隔离机构12为设置于第一导线15、第二导线16上或设置于采样电阻基体11上的保护套，以间隔开第一导线15、第二导线16与采样电阻基体11，同时实现隔热的效果。保护套优选为黄蜡套管，也可为由玻璃纤维、瓷等绝缘隔热材料制成，也可在第一导线15、第二导线16或采样电阻基体11的部分区域涂布环氧树脂，以形成热隔离机构12。或者，也可采用上述材料中的至少两者结合形成隔热机构12。上述材料因都具备硬体效果，因此可对第一导线15、第二导线16进行固定。并且，上述材料都为绝缘材料。

在其他实施例中，可在采样电阻基体11的表面的中心设置槽体，将经过隔离机构12的导线15、16通过槽体弯曲，以保证导线15、16经过采样电阻基体11的中心线，从而使导线15、16能够将采样电阻基体11分为面积相同的两个区域。

第三导线19的一端连接于采样电阻基体11一侧的紫铜上，接线座17设置于采样电阻基体11及采样电阻基体11一侧的紫铜上，对应第一导线15、第二导线16以及第三导线19的位置。接线座17用于对自采样电阻基体11延伸出的第一导线15、第二导线16以及第三导线19进行固定。在本实施例中，接线座17套设于第一导线15、第二导线16以及第三导线19未进行螺旋绞合的部分，并且邻近或接触采样电阻基体11。

在本实施例中，屏蔽罩18套设于第一导线15、第二导线16以及第三导线19螺旋绞合延伸的部分。在其他实施例中，屏蔽罩18会根据具体的情况套设于第一导线15及第二导线16远离采样电阻基体11的部分。屏蔽罩18可对电场或磁场进行屏蔽，以进一步降低电场或磁场对第一导线15、第二导线16或第三导线19的影响。

在另一是实例中，第一连接部13与第二连接部14设置于电流采样装置10相对的两个表面上，即将第一实施例中的第二连接部14设置于与当前表面相对的另一表面上。为了使第一导线15更加容易定位，在采样电阻基体11远离第一连接部13的一侧紫铜上设置通孔。该通孔贯穿紫铜，以使第一导线15在将采样电阻机体11的面积分为相等的第一区域113和第二区域114后，能够穿设于通孔中。并且，第一导线15穿过通孔后，再与第二导线16进行并列或螺旋绞合延伸。通过此种方式，使得第一导线15的固定更加精准简便，防止因为固定上出现误差或松动而使第一区域113与第二区域114的面积不等，而使电流采样的误差变大。

下面对电流采样装置的具体工作原理进行说明。

电能表是由电流采样装置将电流采样信号转换成电压信号后，再输入到计量芯片（图未示）进行计算处理的。

根据欧姆定律，连接部13、14的电压为：V=IR。

而当干扰漏磁通穿过电流采样装置时，电流采样装置会产生一个感生电动势V’，干扰了实际获得的采样信号，从而增大了采样误差。

根据法拉第电磁感应定律，感生电动势为：

V^{'} = - \frac{d F_{m}}{dt}

（V’为感生电动势）

F_m=BS

而由于

dF_m=dBS

所以有

V^{'} = - \frac{d F_{m}}{dt} = - S \frac{dB}{dt}

因磁力线与电流采样装置可能产生的夹角，所以

V^{'} = - \frac{d F_{m} \cos a}{dt} = - S \cos a \frac{dB}{dt}

a为外加磁场方向与平面法线的夹角，而平面法线是电流采样装置与导线所围平面的平面法线，S为电流采样装置与导线所围成的平面的有效面积。

当磁通方向与电流采样装置的采样电阻基体11表面成90度时，对采样干扰最大，而电流采样装置中导线15、16所包含的有效面积S也和干扰电动势的大小成正比关系。因为干扰源的方向无法把控，因此在本实施例中，采用的是将S分割为相等的两部分S1与S2，使分割后的S1与S2所产生的感应电动势大小相同、方向相反而相抵消。

在本实施例中，由于采样电阻基体11的面积被分为两部分，使电流采样装置10总体产生的感生电动势V’变小，降低了对实际输入到计量芯片的电压信号的干扰，从而减小误差。

并且，采样电阻基体11被导线15、16将其有效磁通面积变为两部分，因两部分对称分布，面积大小相同，便相当于将采样电阻基体分为两个电流循环。参阅图2，图2是图1中采样电阻基体受磁场影响后的等效电流图。采样电阻基体11的第一区域113和第二区域114由于受到同一个磁场的影响，因此采样电流方向相同。但由于导线15位于第一区域113的下方且位于第二区域114的上方，因此由磁通产生的采样电流的方向在沿采样电阻基体11表面延伸的导线15上相反，所以在导线15回路上产生的合并后的采样电流几乎为零，从而使电流采样装置10对交变磁场的干扰具有较高的抗力，有效地改善了因内部或外部磁场产生的感生电流引起的电流采样误差。并且，由于导线15、16与采样电阻基体11之间设置有用于隔热的隔离机构12，有效的防止了由于采样电阻基体11过热使导线15、16烧坏的情况发生。

参阅图3与图4，图3是本发明第二实施例的电流采样装置的结构示意图，图4是图3中的采样电阻基体部分的结构示意图。在本实施例中，电流采样装置20包括采样电阻基体21、隔离机构22、第一连接部23、第二连接部24、第一导线25、第二导线26、接线座27、屏蔽罩（未图示）、第三导线29以及第三连接部291。第三连接部291设置于采样电阻基体21一侧的铜上，第三导线29连接第三连接部291。

与第一实施例所不同的是，在本实施例中，第一导线25与第二导线26先进行螺旋绞合，然后绕采样电阻基体21一周。即第一导线25与第二导线26均绕采样电阻基体21一周。并且，固定装置是在采样电阻基体21上设置的形状与第一导线25及第二导线26适配的槽体211，第一导线25和第二导线26均嵌入采样电阻基体21表面的槽体211内。槽体211设置于采样电阻基体21的中间位置，以使第一导线25与第二导线26绕采样电阻基体21一周后将采样电阻基体21分为面积相同的第一部分213与第二部分214。

在优选实施例中，第一导线25与第二导线26进行螺旋绞合并绕采样电阻基体21一周的部分所对应的隔热机构22为黄蜡套管，第一导线25与第二导线26进行螺旋绞合并绕采样电阻基体21一周的部分套设于黄蜡套管中。并且，在第一导线25与第二导线26延伸出采样电阻基体21并未与第三导线29进行螺旋绞合的部分涂布环氧树脂，并使环氧树脂粘贴于采样电阻基体21上，用于进一步固定并进行隔热与绝缘。

参阅图5，图5是本发明第三实施例的电流采样装置的结构示意图。与第二实施例所不同的是，在本发明中，第一导线35、第二导线36以及第三导线39先进行螺旋绞合，然后绕采样电阻基体31半周。此种方式同样将采样电阻基体31分为面积相同的第一部分与第二部分，能够与上一实施例达到相同的效果。

参阅图6，图6是本发明第四实施例的电流采样装置的结构示意图。在本实施例中，与第二、第三实施例的不同处在于，第一导线45、第二导线46先分别均绕采样电阻基体41三周，然后再进行螺旋绞合延伸。当然，第一导线45、第二导线46同样将采样电阻基体41分为面积相同的第一部分与第二部分。并且，在本实施例中，并未在采样电阻基体41上进行槽体，而是直接使用隔离机构42对第一导线45与第二导线46进行固定。例如将隔离机构套设于第一导线45及第二导线46上，使其固定于采样电阻基体41的中间位置。

上述实施例为第一导线、第二导线以及第三导线螺旋绞合延伸的实施例，但本发明并非限制于第一导线、第二导线以及第三导线必须进行螺旋绞合延伸，在其他实施例中，可为仅第一导线与第二导线螺旋绞合延伸，也可为第一导线与第二导线并列延伸。当第一导线与第二导线并列延伸时，优选第一导线与第二导线贴靠设置或相邻设置。

在其他实施例中，并非仅能使用槽体来对第一导线与第二导线进行定位，也可使用支架来对第一导线及第二导线进行定位。只需使用耐高温，柔韧性好的材料制成支架，然后安装于电流采样装置的对应位置上即可。例如，可以采用PPS塑料（聚苯硫醚，Phenylene sulfide）制成支架。

总结第二、第三以及第四实施例，第一导线和第二导线均绕采样电阻基体至少半周，以将采样电阻基体划分成第一区域和第二区域，并使第一区域和第二区域的有效磁通面积相等。此种设计使得第一导线与第二导线长度相同且对称分布，采样信号为差分信号，受到的干扰为共模干扰（干扰幅度相同，互相抵消），因此可有效提高采样信号的抗干扰能力，从而获取更为可靠的采样信号。并且第一导线与第二导线并列或部分螺旋绞合延伸，更可使电流采样装置对交变磁场的干扰具有较高的抗力，有效的减少了因内部或外部磁场产生的感生电流引起的电流采样误差。而当导线与采样电阻基体的距离过近时，采样电阻基体过热会使导线烧坏，严重影响导线的寿命。因此，由于导线与采样电阻基体之间设置有用于隔热的隔离机构，有效地防止了由于采样电阻基体过热使导线烧坏的情况发生。并且，采用第一导线和第二导线均绕采样电阻基体至少半周的设计方式，可更加便于第一导线与第二导线的固定，从而减少工艺，节约成本。

本发明进一步提供了使用上述电流采样装置的电能表。

本发明的电能表与现有的电能表进行测试对比：

根据中国国家标准GB/T17215-2002《1级和2级静止式交流有功电能表》中关于外磁感应强度0.5mT对电表误差产生的影响量实验的描述：

外部0.5mT的磁感应强度由施加给仪表电压相同频率的电流产生，并在最不利的相位和方向的条件下，仪表以百分数误差表示的改变量不应超过规定值。

可使用中心能放置仪表的环形电流线圈产生该磁感强度场。环形线圈的平均直径为1m，截面为矩形，并且相对直径具有较小的径向宽度。磁场强度为400安匝。

实验条件：使用同一只单相电子式电能表，先后更换现有的电流采样装置与本发明的电流采样装置，在干扰最强烈的点进行电能表误差实验。

实验结果：

电流采样装置样品	0.5mT感应强度下误差改变
		传统电流采样装置	1.7%
改进后的电流采样装置	0.2%
		改进后加屏蔽罩的电流采样装置	0.05%

由此可见，本发明的电能表及其电流采样装置由于其中的采样电阻基体被导线分成两块面积相同的区域，同时导线固定并螺旋绞合延伸，因此被导线将其有效磁通面积变为两部分，因两部分对称分布，面积大小相同，但因磁通产生的采样电流方向相反，在导线回路上产生的合并后的采样电流几乎为零，从而使电流采样装置对交变磁场的干扰具有较高的抗力，有效的改善了因内部或外部磁场产生的感生电流引起的电流采样误差。并且，由于导线与采样电阻基体之间设置有用于隔热的隔离机构，有效的防止了由于采样电阻基体过热使导线烧坏的情况发生。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种电流采样装置，其特征在于：

所述电流采样装置包括采样电阻基体、第一导线、第二导线以及用于进行隔热的隔离机构；

所述采样电阻基体两侧各设置有第一连接部、第二连接部，所述第一导线一端连接第一连接部，所述第二导线一端连接第二连接部，所述第一导线、第二导线各另一端用于接计量电路输入端口；

其中所述第一导线、第二导线、或第一导线和第二导线在所述采样电阻基体表面延伸，以将所述采样电阻基体划分成至少第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域的有效磁通面积相等，并且第一导线、第二导线并列或部分螺旋绞合延伸；

所述隔离机构用于在第一导线、第二导线与采样电阻基体之间进行隔热。

2.根据权利要求1所述的电流采样装置，其特征在于，所述隔离机构为设置于所述第一导线、第二导线上或设置于所述采样电阻基体上的保护套，并进一步用于绝缘以及固定所述第一导线或第二导线。

3.根据权利要求2所述的电流采样装置，其特征在于，所述保护套为黄蜡套管、玻璃纤维、瓷或环氧树脂中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的电流采样装置，其特征在于，所述采样电阻基体上对应第一导线、第二导线的位置设置有固定装置，用于对所述第一导线、第二导线进行固定。

5.根据权利要求4所述的电流采样装置，其特征在于，所述固定装置是形状与第一导线、第二导线适配的槽体，所述第一导线或第二导线部分嵌于所述槽体中，且所述隔离机构至少部分设置于所述第一导线或第二导线与所述槽体之间。

6.根据权利要求1所述的电流采样装置，其特征在于，所述电流采样装置进一步包括屏蔽罩，所述屏蔽罩套设于第一导线、第二导线远离所述采样电阻基体的部分。

7.一种电流采样装置，其特征在于：

所述电流采样装置包括采样电阻基体、用于进行隔热的隔离机构以及第一导线、第二导线；

所述采样电阻基体两侧各设置有第一连接部、第二连接部，所述第一导线一端连接第一连接部，所述第二导线一端连接第二连接部；

其中所述第一导线和第二导线均绕采样电阻基体至少半周，以将所述采样电阻基体划分成至少第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域的有效磁通面积相等，并且第一导线、第二导线并列或部分螺旋绞合延伸；

8.根据权利要求7所述的电流采样装置，其特征在于，所述隔离机构为设置于第一导线、第二导线上或设置于采样电阻基体上的保护套。

9.根据权利要求8所述的电流采样装置，其特征在于，所述保护套为黄蜡套管、玻璃纤维、瓷或环氧树脂中的一种或多种的组合。

10.根据权利要求7所述的电流采样装置，其特征在于，所述采样电阻基体上对应第一导线、第二导线的位置设置有固定装置，用于对所述第一导线、第二导线进行固定。

11.根据权利要求10所述的电流采样装置，其特征在于，所述固定装置是形状与第一导线、第二导线适配的槽体，所述第一导线和第二导线均嵌入采样电阻基体表面的槽体内，均绕所述采样电阻基体后继续沿所述采样电阻基体中心处并列或螺旋绞合延伸引出。

12.根据权利要求7所述的电流采样装置，其特征在于，所述电流采样装置进一步包括屏蔽罩，所述屏蔽罩套设于第一导线、第二导线远离所述采样电阻基体的部分。

13.一种电能表，其特征在于，所述电能表包括电流采样装置，所述电流采样装置包括采样电阻基体、用于进行隔热的隔离机构以及第一导线、第二导线；

14.根据权利要求13所述的电能表，其特征在于，所述隔离机构为设置于第一导线、第二导线上或设置于采样电阻基体上的保护套。

15.根据权利要求14所述的电能表，其特征在于，所述保护套为黄蜡套管、玻璃纤维、瓷或环氧树脂中的一种或多种的组合。

16.根据权利要求13所述的电能表，其特征在于，所述采样电阻基体上对应第一导线、第二导线的位置设置有固定装置，用于对所述第一导线、第二导线进行固定。

17.根据权利要求16所述的电能表，其特征在于，所述固定装置是形状与第一导线、第二导线适配的槽体，所述第一导线和第二导线均嵌入采样电阻基体表面的槽体内，均绕所述采样电阻基体后继续沿所述采样电阻基体中心处并列或螺旋绞合延伸引出。

18.根据权利要求13所述的电能表，其特征在于，所述电流采样装置进一步包括屏蔽罩，所述屏蔽罩套设于第一导线、第二导线远离所述采样电阻基体的部分。