CN104246517B

CN104246517B - 具有罗果夫斯基类型的电流换能器的用于测量电流的装置

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Publication number: CN104246517B
Application number: CN201380020802.2A
Authority: CN
Inventors: J.帕斯卡尔; F.楚尔弗卢
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2017-11-24
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: BR112014025170A2; EP2653876A1; WO2013156103A1; CN104246517A; BR112014025170A8; US9557350B2; EP2653876B1; US20150028853A1

Abstract

本发明关于一种具有罗果夫斯基类型的电流换能器(9)和换能器电子设备(13)的用于测量电流的布置，其中电流换能器(9)具有：初级导体绕组(14)，具有用于携带要测量的额定电流i_R(t)的线匝的第一数量(N1)；次级导体绕组(16)，具有一对第二端子(17、18)和螺旋形状以及线匝的第二数量(N2)，所述次级导体绕组(16)以环形方式环绕初级导体绕组(14)，其特征在于第三导体绕组(10)具有一对第三端子(11、12)，带有线匝的第三数量(N3)，其中第三导体绕组适于接收校准电流信号i_Cal(t)，次级导体绕组(16)适于在其第二端子(17、18)对之间感应电压信号V_S'，所述电压信号V_S'包含线圈灵敏度S，并且是响应额定电流的导数di_R(t)/dt的额定电流电压信号V_S和响应校准电流信号i_Cal(t)的导数的附加校准信号V_cal的叠加，以及换能器电子设备(13)适于在同一放大器中放大电流电压信号V_S和校准信号V_cal，并且将经放大的电流电压信号除以经放大的校准信号中包含线圈灵敏度和增益的那个部分。

Description

具有罗果夫斯基类型的电流换能器的用于测量电流的装置

本发明涉及一种具有罗果夫斯基类型的电流换能器和换能器电子设备、用于测量电流的布置，电流换能器具有：初级导体绕组，具有用于携带待测量的额定电流的线匝的第一数量；次级导体绕组，具有一对端子和螺旋形状以及线匝的第二数量，所述次级导体绕组以环形方式环绕初级导体。

罗果夫斯基类型的电流换能器结合通常称作罗果夫斯基线圈的装置。它广泛地用作用于测量交流(AC)或高频电流脉冲的装置。这种类型的线圈具有优于其它类型的电流传感器的许多优点。通常通过将导电线施加到非磁和非导电载体上，来构成罗果夫斯基线圈。载体能够是基于塑料或玻璃或陶瓷的结构，并且形成封闭或者几乎封闭的环路，使得形成一种螺旋线圈导线。来自线圈的一端的引线可经过线圈的中心或者在线圈中心附近返回到另一端，使得两个端子均在线圈的同一端，并且使得螺旋线圈本身没有形成封闭环路。

罗果夫斯基线圈属于空心线圈的种类，因为线圈的载体是非磁的，即，其磁化率明显小于1。载体可以是刚性或柔性的，并且其形状可以是圆环、环形等。

当围绕携带电流的初级导体放置时，罗果夫斯基线圈按照安培定律生成与电流的导数成比例的电压。电压也与每单位长度的匝数和匝的面积成比例。一匝的面积近似等于线圈载体的截面面积。由于罗果夫斯基线圈中感应的电压与初级导体中的电流变化率成比例，所以线圈的输出通常连接到电子装置(在这里称作换能器电子设备或智能电子装置(IED))，其中信号经过积分和进一步处理，以便提供与电流成比例的准确信号。

罗果夫斯基线圈具有优于其它类型的电流测量装置的许多优点，最显著的是因它的非磁芯而具有优良线性度，其没有饱和效应的倾向。因此，罗果夫斯基线圈甚至在经受大电流(例如在输电、焊接或脉冲功率应用中使用的电流)时也是高度线性的。此外，由于罗果夫斯基线圈具有空心而不是磁芯，所以它具有低电感，并且能够响应快速变化电流。具有等距绕组的正确形成的罗果夫斯基线圈极大地免受电磁干扰。与常规基于铁磁芯的电流换能器相比，罗果夫斯基线圈电流换能器(RCCT)呈现更高动态范围、更小重要和尺寸以及更低生产成本。

但是，按照现有技术的罗果夫斯基线圈电流换能器却仍然遭受中等精度而在精度方面、特别是对于计量应用无法与常规基于高铁磁芯的电流换能器相比。其一个原因是当环境条件正发生变化(例如温度、机械约束、湿度、老化等)时的罗果夫斯基线圈的灵敏度S的未知变化。另一个原因是当环境条件正发生变化(例如温度、机械约束、湿度、老化等)时作为换能器电子设备的组成部分的电子放大器的增益的未知变化。

由于线圈灵敏度和放大器增益的这些非预期变化当前没有被IED中的电子信号处理来考虑，所以灵敏度和增益的这种改变对测量引入误差。这种限制阻碍了采用罗果夫斯基线圈电流换能器的组合来达到高精度。

本领域已知的只补偿罗果夫斯基线圈电流换能器的灵敏度变化的一种解决方案在于采用放置成接近罗果夫斯基线圈的温度传感器来测量温度。温度然后用来按照各罗果夫斯基灵敏度温度剖面来补偿灵敏度。在生产结束所执行的线圈的表征—所谓的校准—期间，测量环境温度下的罗果夫斯基线圈电流换能器灵敏度以及其温度相关性。给出应用于换能器电子设备中的信号的多项式校正的系数存储在放置于传感器壳体的EEPROM中。这个解决方案允许温度效应补偿，但是要求附加生产工作，例如各罗果夫斯基线圈电流换能器的校准和温度表征。此外，它不允许例如机械、湿度和老化效应的其它补偿。实际上，一旦将传感器递送给客户，则无法更新校正系数。实际上，为了补偿老化，常规方式要求维护工作以及对客户设备的额定电流测量的中断。罗果夫斯基线圈电流换能器必须从设备中取出，并且采用与工厂中的初始校准相同的过程周期地重新校准。

文献PCT/EP2011/001941和PCT/EP2011/058291提出读出电子布置，其在无需中断测量的情况下、即联机地自行补偿它们自己的增益漂移。但是，这些读出电子设备不允许对额定电流的测量同时补偿任何RCCT灵敏度变化。

本发明的目的是提供一种具有罗果夫斯基类型的电流换能器和换能器电子设备、用于测量电流的布置，其中换能器电子设备能够补偿罗果夫斯基线圈的灵敏度的漂移以及换能器电子设备本身的放大器增益的漂移。

按照本发明，上述目的通过根据本申请的用于测量电流的布置来实现。

按照本发明的一种用于测量电流的布置包括具有一对第三端子、带线匝的第三数量的第三导体绕组，其中第三导体绕组适于接收校准电流信号i_Cal(t)，次级导体绕组适于在其第二端子对之间感应电压信号V_S，所述电压信号V_S包含线圈灵敏度S并且是响应额定电流的导数di_R(t)/dt的额定电流电压信号V_S以及响应校准电流信号i_Cal(t)的导数的附加校准信号V_Cal的叠加，以及换能器电子设备13适于在同一放大器中放大电流电压信号V_S和校准信号V_Cal，并且将经放大的电流电压信号除以经放大的校准信号中包含线圈灵敏度和增益的那个部分。

按照本发明的一优选实施例，换能器电子设备 (IED) 13适于将校准电流信号i_Cal(t)馈入第三导体绕组10中。

按照本发明的另一个优选实施例，换能器电子设备具有：参考电路部件20，适于从DC参考电流I_CAL生成校准电流信号i_Cal(t)、生成参考电压V_REF(其与DC参考电流I_CAL成比例)、生成频率输出CLK_cal(其用于表征校准电流信号i_Cal(t)的实际频率(ω_CAL))；第一放大部件21，适于将电压信号V_S'与放大器增益G相乘，并且将它除以参考电压V_REF，以生成经放大的信号V_S''；第一滤波部件，适于从经放大的信号V_S''中滤出校准信号V_cal，并且生成经放大的电流信号V_S'''；第二滤波部件23和处理部件24，适于生成经放大的校准信号V_cal'；第四处理部件25，适于将经放大的电流信号V_S'''除以产生于经放大的校准信号V_cal'的幅度与校准电流信号i_Cal(t)的频率ω_CAL的商(quotient)，以得出抵消了罗果夫斯基线圈的灵敏度的漂移以及第一和第二电路的增益的漂移的影响的经校正的信号V_SoutCAL。

按照本发明的另一个实施例，存在换能器电子设备中的电流参考源，其适于生成电流i_Cal(t)的幅度I_CAL。

按照本发明的另一个优选实施例，换能器电子设备包括控制信号生成部件，其适于生成控制信号CLK_ctrl，以设置i_Cal(t)的频率f_CAL。

按照本发明的另一个优选实施例，换能器电子设备包括频率测量部件，其适于使用参考时钟来测量校准电流i_Cal(t)的有效频率。

按照本发明的另一个优选实施例，参考时钟是全球定位系统(GPS)时钟。

按照本发明的另一个优选实施例，参考时钟是换能器电子设备的内部振荡器。

按照本发明的另一个优选实施例，换能器电子设备包括处理部件，其适于进行频率检测以从其输入来提取校准电流i_Cal(t)。

按照本发明的另一个优选实施例，换能器电子设备包括幅度除法部件，其适于计算处理部件的输出的幅度，并且将它除以校准电流i_Cal(t)的频率ω_CAL。

按照本发明具有第三附加导体绕组的电流换能器提供一种通过只将校准电流馈入第三导体绕组中来校准罗果夫斯基线圈的灵敏度的简易方式。不要求附加的第二测量技术、例如按照现有技术的温度测量。罗果夫斯基线圈对于如在第二绕组的端子作为附加电压信号所测量的第三导体绕组中的校准电流的响应从物理和测量观点来看与罗果夫斯基线圈对于要在第一绕组中测量的额定电流i_R(t)的响应完全一致的。对经过第三导体绕组的校准电流的响应将遭受与对经过第一绕组的额定电流的响应相同或者接近相同的漂移和老化影响。与通过使用额外指示参数、例如温度的略微间接校准方法相比，这使校准方式变成更为准确和直接。

按照本发明的罗果夫斯基线圈换能器中的第三导体绕组提供脱机以及联机地校准罗果夫斯基线圈灵敏度的可能性，这取决于设计换能器电子设备的方式以及执行校准过程的方式。通过使用第三导体绕组，当额定电流测量例如在生产结束时在工厂中或者在安装地点维护操作期间的已安装换能器处没有联机运行时，能够测量和校准罗果夫斯基线圈的灵敏度。

第三附加导体绕组还提供在换能器电子设备中连续测量罗果夫斯基线圈电流换能器的灵敏度而无需中断额定电流I_R测量的可能性。因此，本发明的一个优点是修改始终罗果夫斯基线圈设计，使得它向IED(智能电子装置)给予联机地、即在无需中断额定电流测量的情况下连续校准罗果夫斯基线圈电流换能器灵敏度的可能性。

换能器电子设备的设计与按照本发明的具有第三导体绕组的RCCT设计相结合确保电流电压信号和校准信号均包含线圈灵敏度，并且以第一放大部件的相同增益来放大。结果在于，电流电压信号和校准信号经过第一放大部件的增益的相同漂移效应并且经过线圈灵敏度的相同漂移效应。通过基本上将经放大的电流电压信号除以经放大的校准信号中包含按照本发明的第四处理部件中的线圈灵敏度和增益的那个部分，第一放大部件的增益和线圈灵敏度被消除，并且第一放大部件的增益的漂移效应和线圈灵敏度的漂移效应也是如此。

总结起来，我们看到，按照本发明的罗果夫斯基线圈电流换能器(RCCT)与第三导体绕组和换能器电子设备的发明组合具有有利效果：通过经过RCCT注入校准电流i_Cal(t)，换能器电子设备能够校正RCCT灵敏度S以及其自己的增益G。RCCT灵敏度的漂移和换能器电子设备增益的漂移均在输出信号中得到补偿。因此，输出电压信号仅取决于在换能器电子设备中由稳定和准确电流源来生成的电流i_Cal(t)的幅度I_CAL。输出电压信号仅取决于校准电流I_CAL。因电子组件引起的所有漂移、例如增益G的漂移以及RCCT灵敏度漂移、在S上的漂移在输出电压信号中得到补偿。

将参照附图、通过一个实施例的描述更详细地描述本发明，附图包括

图1示出现有技术罗果夫斯基线圈电流换能器的原理，

图2示出按照本发明的罗果夫斯基线圈电流换能器设计的原理，以及

图3示出按照本发明的换能器电子设备的示意原理框图。

图1示出现有技术罗果夫斯基线圈电流换能器1的原理，其中校准系数通过在工厂表征传感器来得到。携带要测量的额定电流i_R(t)初级导体3经过常规罗果夫斯基线圈2的中心。在次级导体绕组6的第二端子4、5对之间，存在额定电流感应的电压信号V_S，其能够确定为V_S=S×d(i_R(t))/dt，其中S是罗果夫斯基线圈的灵敏度。

测量温度的温度传感器7放置成接近罗果夫斯基线圈2。将额定电流电压信号V_S和温度测量馈入换能器电子设备IED中。在IED中，温度测量用来按照各罗果夫斯基灵敏度温度剖面来补偿灵敏度S。给出应用于换能器电子设备中的信号的多项式校正的系数存储在放置于传感器壳体的EEPROM 8中。经校正的灵敏度S_corrected由将原始线圈灵敏度S和校正多项式相乘的积(α₁×T+α₂×T²+…)组成。经校正的额定电流电压信号V_Scorrected然后计算为

V_Scorrected=S_corrected×d(i_R(t))/dt=(α₁×T+α₂×T²+…)×S×d(i_R(t))/dt。

线圈的表征在线圈的生产结束时执行。在这个所谓的校准期间，测量环境温度下的罗果夫斯基线圈电流换能器灵敏度以及其温度相关性。这个解决方案允许温度效应以及初始误差补偿、例如因环境温度引起的初始误差，但是要求附加生产工作，例如各罗果夫斯基线圈电流换能器的校准和温度表征。

因此，温度传感器7以及包含系数的EEPROM 8允许联机温度补偿，但是没有考虑老化、湿度或机械效应，因为不能动态更新系数。

图2示出按照本发明的罗果夫斯基线圈电流换能器(RCCT)9设计的原理。它包括罗果夫斯基线圈15，其中初级导体绕组14携带要测量的额定电流i_R(t)，并且经过具有次级导体绕组16的常规罗果夫斯基线圈15的中心。

罗果夫斯基线圈电流换能器9包括第三导体绕组10，其具有一对第三端子11、12，带有线匝的第三数量(N3)。

换能器电子设备(IED)13配置成将校准电流信号i_Cal(t)馈入第三导体绕组10中。响应经过第三导体绕组10的校准电流信号的导数(di_Cal(t)/dt)，在次级导体绕组16的第二端子17、18对之间创建附加校准信号(V_cal)：V_cal=N3×dI_cal/d_t。

次级导体绕组16的第二端子17、18对之间的额定电流电压信号V_S'(其被馈入换能器电子设备中)能够确定为V_s'=V_s+V_cal=S×(d(i_R(t)+N3×i_Cal(t))/dt)，其中S是罗果夫斯基线圈的灵敏度。V_S'能够被理解为额定电流电压信号V_S=S×di_R(t)/dt和校准电压信号V_cal=S×N3×dI_cal/d_t的叠加。

换能器电子设备 (IED) 13配置成处理额定电流电压信号V_S'和校准信号V_cal，以便得出经校准的电压信号V_SoutCAL=S_cal.×d(i_R(t))/dt，其中具有经校准的灵敏度S_cal。

因此，附加绕组N3设计用于RCCT，其通过校准电流来馈送。校准电流的频率在待测量额定电流i_R(t)的频率范围之外。这个附加绕组提供在换能器电子设备 (IED) 13中连续测量经校正的RCCT灵敏度S_cal而无需中断额定电流i_R(t)测量的可能性。

准确校准信号i_Cal(t)经过附加绕组N3来注入。准确地知道线匝的数量N3和电流i_Cal(t)、即其幅度和频率，就能够分离次级电压中的i_R(t)和i_Cal(t)，并且检测RCCT灵敏度的任何变化。这样，提供一种校准灵敏度S_cal而无需中断额定电流i_R(t)的测量的方式。

i_Cal(t)的幅度能够比i_R(t)要小许多，因为较小电流能够更易于在电子设备中生成，并且可具有较高频率。例如，对于I_R=100A(i_R(t)的幅度)和f_r=50Hz的值，能够选择组合f_cal>5 kHz、I_cal=10 mA(i_Cal(t)的幅度)、N3=100个线匝。这样，则具有：di_R(t)/dt=N3·di_Cal(t)/dt，因此校准电流的信号创建与额定电流大致相同的信号幅度。这对于实现校准中的最佳分辨率和精度是有利的。f_cal在典型应用中将在初级电流的所指定带宽外部来选择，即，高于待测量的最高谐波。

因此，如果需要将电流i_Cal(t)的幅度I_CAL限制成比额定电流i_R(t)的幅度I_R要小许多(因为i_Cal(t)必须在换能器电子设备IED中创建，所以这可以被要求)，则能够在比额定电流信号要高10至100倍的频率来应用i_Cal(t)。由于能够假定罗果夫斯基线圈电流换能器(RCCT)在其频域的非常线性行为(这通常在10 Hz与10 kHz之间的范围)，所以i_R(t)与i_Cal之间的这个频率差异没有显著影响灵敏度估计，其然后将在比额定电流频率要高10至100倍的频率来计算。甚至有可能达到更高频率、即更小电流幅度，同时停留在线性体制中。

在许多情况下，在罗果夫斯基线圈周围存在电屏蔽，以便保护它免受来自初级导体或者来自其它源的电串扰。在这种情况下，有利的是将校准绕组放置在屏蔽与绕组N2之间，以便保护它免受外部影响，因而使得更易于执行清洁校准。

在绕组N2的极高同质性的情况下，N3能够是只覆盖N2的一部分的短筒形绕组。

但是，为了对RCCT灵敏度计算准确地考虑绕组N2可能的局部非同质性，有利的是，绕组N3覆盖线圈的全周长。适当数量的线匝比能够在N2/N3=10与N2/N3=100之间来选择。这个数量的线匝还促成限制必要电流幅度I_cal(t)。因此，线匝的数量N3能够小于线匝的次级绕组数量N2，但是N3应当覆盖整个RRCT周长，以便降低绕组不同质性的效果。比率N2/N3取决于预计N2绕组同质性。绕组N2越同质，则N2/N3可越高(N3越低)。

绕组N3可放置在绕组N2与屏蔽之间，因而保护它免受外部摄动。

校准电流的信号以及待测量电流在换能器电子设备IED中基于分频滤波器来分离。从罗果夫斯基线圈传感器的输出信号中去除由校准电流所生成的信号。因此，由校准电流所感应的信号用来校正罗果夫斯基线圈传感器的输出信号的幅度。

若干校准频率能够依次使用，以便得到更准确校准系数。备选地，能够对后续校准系数求平均，以便改进精度。

经校准的灵敏度S_cal能够在换能器电子设备IED中连续地或者基于调度来计算，并且应用于额定信号i_R(t)，从而确保对通过诸如老化、温度、机械应变或湿度之类的变化条件的额定电流测量的最高精度。如果准确地控制校准电流，则因这些影响引起的校准的维度变化将不会使校准过程的精度退化。

能够使额定电流i_R(t)测量从不中断。它不受连续注入校准电流i_Cal(t)影响。这个原理称作连续联机校准。

为了避免传感器信号的阻尼和相移，应当采取适于措施，以便防止初级电流在校准绕组中感应电流。这能够通过将附加有效阻抗插入校准电流的通路中进行。这能够采用高通滤波器或者采用校准电流的主动控制来实现，这使它变成理想电流源。

显然，如以上在图2的上下文中所述的校准过程能够联机或脱机应用。在脱机校准的情况下，例如在工厂中的生产结束时或者在现场的安装地点传感器维护操作期间，换能器电子设备13按照脱机模式连接到罗果夫斯基线圈换能器9。

现在将考虑图3。图3示出按照本发明的换能器电子设备13的示意原理框图。换能器电子设备13(又称作IED)接收作为输入的额定电流电压信号V_S'和GPS所传送的外部参考时钟GPSCLK。参考时钟也可同嵌入式参考振荡器来生成。在这种情况下，GPSCLK输入是过时的。

IED 13产生要馈入第三导体绕组的校准电流i_Cal(t)作为输出信号以及经校准的电压信号V_SoutCAL。经校准的电压信号V_SoutCAL包含额定电流的导数di_R(t)/dt和DC参考电流I_cal。放大器的增益G和罗果夫斯基线圈的灵敏度S因IED中的内部信号处理而已经消除，因此因电子组件引起的所有漂移、对增益G的漂移以及RCCT灵敏度漂移、对S的漂移也在经校准的电压信号V_SoutCAL中得到补偿。

换能器电子设备IED具有参考电路部件20，其适于从DC参考电流I_CAL来生成校准电流信号i_Cal(t)。此外，存在参考电压V_REF，其与DC参考电流I_CAL成比例，还存在用于表征校准电流信号i_Cal(t)的实际频率ω_CAL的频率输出CLK_cal。存在第一放大部件21，其适于将电压信号V_S'与放大器增益G相乘，并且将它除以参考电压V_REF，以生成信号V_S''，第一滤波部件22适于从信号V_S''中滤出校准信号V_cal，并且生成电流信号V_S'''。此外，第二滤波部件23和处理部件24适于生成校准信号V_cal'。第四处理部件25适于将电流信号V_S'''除以产生于校准信号V_cal'的幅度和校准信号i_Cal(t)的频率ω_CAL的商，以得出已经抵消罗果夫斯基线圈的灵敏度的漂移和第一放大电路的增益的漂移的影响的经校正的信号V_SoutCAL。

现在更详细描述IED 13内部的功能块。

第一放大部件21接收电流电压信号V_S'，并且执行滤波、放大和模数转换，将输入电压V_S'与参考电压V_REF进行比较。

参考电路部件20从DC参考电流I_CAL来生成AC参考电流i_CAL(t)。电流i_CAL(t)如上所述注入RCCT的附加第三导体绕组10中。参考电路部件20还从I_CAL来生成DC参考电压V_REF。i_Cal(t)的频率从GPS所传送的参考时钟来生成，或者备选地能够由嵌入式参考振荡器来生成。参考电路部件20最终还生成输出CLK_CAL，其给出i_Cal(t)的实际频率。

电流参考源26是实际稳定电流参考源，以产生DC参考电流I_CAL。

控制信号生成部件27生成控制信号CLK_ctrl，以设置i_CAL(t)的频率f_CAL。f_CAL设置成高于额定频率，并且选择成不同于额定信号频率谐波。f_CAL能够动态改变，以便在幅度除法部件28中检测(下面进行描述)参考i_Cal(t)与初级额定信号i_R(t)中出现的污染信号或者与外部摄动的可能叠加。

频率测量部件29使用参考时钟、即GPS时钟或内部振荡器来测量i_Cal(t)的有效频率。

第一滤波部件22和第二滤波部件23是传递2个不同数据速率的2个数字抽选滤波器。第一滤波部件22的输出包含额定信号i_R(t)，并且滤出校准信号V_cal。第二滤波部件23的输出处于较高频率，并且包含信号i_R(t)和i_Cal(t)。

处理部件24进行频率检测，以从其输入中提取i_Cal(t)。

幅度除法部件28计算处理部件24的输出的幅度，并且将它除以i_Cal(t)的频率、即ω_CAL。处理部件24的输出是完全正弦信号，这使得有可能经过简单rms计算来计算其幅度。

第四处理部件25通过将第一滤波部件22的输出除以幅度除法部件28的输出来消除灵敏度S和增益G的影响。

因此，IED输出V_SoutCAL仅取决于电流参考源26中生成的DC准确和稳定电流I_CAL。这产生下式：

V_SoutCAL=1/I_CAL×di_R(t)/dt

在输出信号V_SoutCAL中已经消除因IED中的电子组件漂移或者因RCCT的灵敏度变化引起的所有幅度漂移。

参考标号列表

1 罗果夫斯基线圈电流换能器

2 罗果夫斯基线圈

3 初级导体

4 第二端子

5 第二端子

6 次级导体绕组

7 温度传感器

8 EEPROM

9 罗果夫斯基线圈电流换能器

10 第三导体绕组

11 第三端子

12 第三端子

13 换能器电子设备

14 初级导体绕组

15 罗果夫斯基线圈

16 次级导体绕组

17 第二端子

18 第二端子

20 参考电路部件

21 第一放大部件

22 第一滤波部件

23 第二滤波部件

24 处理部件

25 第四处理部件

26 电流参考源

27 控制信号生成部件

28 幅度除法部件

29 频率测量部件。

Claims

1.一种用于测量电流的装置，具有罗果夫斯基类型的电流换能器(9)和换能器电子设备(13)，

其中，所述电流换能器(9)具有

初级导体绕组(14)，具有用于携带要测量的额定电流i_R(t)的线匝的第一数量(N1)，

次级导体绕组(16)，具有一对第二端子(17，18)和螺旋形状以及线匝的第二数量(N2)，所述次级导体绕组(16)以环形方式环绕所述初级导体绕组(14)，

其特征在于，具有

第三导体绕组(10)，具有一对第三端子(11，12)，带有线匝的第三数量(N3)，

其中所述第三导体绕组适于接收校准电流信号i_Cal(t)，

所述次级导体绕组(16)适于在其成对的第二端子（17，18）之间感应电压信号V_S'，所述电压信号V_S'包含线圈灵敏度S并且是下列项的叠加：

i. 响应所述额定电流的导数di_R(t)/dt的额定电流电压信号V_S，以及

ii. 响应所述校准电流信号i_Cal(t)的导数的附加校准信号V_cal，以及

所述换能器电子设备(13)适于在同一放大器中放大所述电流电压信号V_S和所述校准信号V_cal，并且将所述放大的电流电压信号除以包含所述线圈灵敏度和增益的所述放大的校准信号的那部分。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述换能器电子设备(13)适于将校准电流信号i_Cal(t)馈入所述第三导体绕组(10)中。

3.如权利要求1所述的装置，其特征还在于：

所述换能器电子设备(13)，具有

参考电路部件(20)，适于生成

- 来自DC参考电流I_CAL的所述校准电流信号i_Cal(t)，

- 参考电压V_REF，与所述DC参考电流I_CAL成比例，

- 用于表征所述校准电流信号i_Cal(t)的实际频率ω_CAL的频率输出CLK_cal

第一放大部件(21)，适于将所述电压信号V_S'与增益G相乘，并且将它除以所述参考电压V_REF，以生成信号V_S''，

第一滤波部件(22)，适于从所述信号V_S''中滤出所述校准信号V_cal，并且生成电流信号V_S'''，

第二滤波部件(23)和处理部件(24)，适于生成经放大的校准信号V_cal'

第四处理部件(25)，适于将所述电流信号V_S'''除以产生于所述放大的校准信号V_cal'的幅度和所述校准电流信号i_Cal(t)的频率 ω_CAL的商，以得出已经抵消所述线圈灵敏度的漂移和所述第一放大部件的增益的漂移的影响的经校正的电压信号V_SoutCAL。

4.如权利要求3所述的装置，其特征还在于，所述换能器电子设备(13)中的电流参考源(26)，其适于生成所述校准电流信号i_Cal(t)的幅度I_CAL。

5.如权利要求4所述的装置，其特征还在于，所述换能器电子设备(13)中的控制信号生成部件(27)，所述控制信号生成部件(27)适于生成控制信号CLK_ctrl，以设置i_Cal(t)的频率f_CAL。

6.如权利要求5所述的装置，其特征还在于，所述换能器电子设备(13)中的频率测量部件(29)，所述频率测量部件(29)适于使用参考时钟来测量所述校准电流信号i_Cal(t)的有效频率。

7.如权利要求6所述的装置，其中，所述参考时钟是全球定位系统(GPS)时钟。

8.如权利要求6所述的装置，其中，所述参考时钟是所述换能器电子设备(13)中的内部振荡器。

9.如权利要求6所述的装置，其特征还在于，处理部件(24)，其适于进行频率检测，以从其输入中提取所述校准电流信号i_Cal(t)。

10.如权利要求9所述的装置，其特征还在于，所述换能器电子设备(13)中的幅度除法部件(28)，所述幅度除法部件(28)适于计算所述处理部件(24)的输出的幅度，并且将它除以所述校准电流信号i_Cal(t)的频率ω_CAL。