CN105510671B - 钳表及钳状探头 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种钳表以及可以与该钳表匹配使用的钳状探头。所述钳表包括：具有接口连接器的主表体和一个或多个钳状探头，每个所述钳状探头均能够以可拆卸的方式连接到所述主表体的接口连接器。其中每个所述钳状探头均具有转换单元，所述转换单元将所述钳状探头测得的信号转换成在所述主表体的预定测量范围内的输出测量信号，并且每个所述钳状探头具有可由所述主表体读取的识别标志。由于根据本申请的钳表可以与多个不同测量范围的钳状探头匹配使用，用户只需购买一个主表体和相应型号的一个或多个钳状探头即可满足多种测量需求。这样既可以提高钳表的使用灵活性和可扩展性，还可以降低用户的经济负担。

Description

钳表及钳状探头
技术领域
本申请主要涉及一种电学测量工具，尤其涉及一种用于检测电流大小的钳表，以及可以与该钳表匹配使用的钳状探头。
背景技术
在电子行业中经常需要利用测量工具来测量载流导体中流过的电流。本领域已经发明出各种电流检测方法。例如，可以通过将万用表与电线串联来测量电流。另外，本领域的技术人员还发明了通过确定载流导体周围的磁场来测量电流大小的钳表。然而，目前市场上现有的钳表均是为某一特定的测量范围和应用场合而特别设计的。钳表的测量范围和应用场合不同，其夹钳部的结构(例如，形状、尺寸)和物理参数需要相应变化，并且钳表内的检测电路也需要相应调整。现有设计的某一钳表只能检测落入其测量范围内的电流。为了测量不同范围的电流，例如4-20mA，0-40A，0-400A，0-1000A，0-2000A等，用户需要准备与待测范围相适应的、不同型号的多套钳表，这一方面会增加用户的经济负担，另一方面还因需要更换不同型号的钳表而造成操作复杂、易于出错。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，根据本申请的一个方面，本申请提供一种钳表，该钳表包括：具有接口连接器的主表体和一个或多个钳状探头，每个所述钳状探头均能够以可拆卸的方式连接到所述主表体的接口连接器。其中每个所述钳状探头均具有转换单元，所述转换单元将所述钳状探头测得的信号转换成在所述主表体的预定测量范围内的输出测量信号，并且每个所述钳状探头具有可由所述主表体读取的识别标志。
根据本申请的另一个方面，所述钳表包括多个钳状探头。多个钳状探头中的每一个探头均可连接到主表体的接口连接器。
根据本申请的另一个方面，所述多个钳状探头构造成用于检测不同范围的电流。
根据本申请的另一个方面，每个所述钳状探头具有可被所述主表体读取的存储器。每个所述钳状探头的存储器可存储该钳状探头的识别标志。每个所述钳状探头的存储器还可存储该钳状探头的转换函数或转换图表。
根据本申请的另一个方面，所述识别标志可以呈序列号、或者其上带有特定条码的标签、或者射频识别标签、或者近场通讯识别标签的形式。
根据本申请的另一个方面，所述主表体可进一步包括无线通讯单元，所述无线通讯单元用于将根据所述输出测量信号获得的测量数据传送到接收系统和/或接收来所述自接收系统的指令信号和输入信息。
根据本申请的另一个方面，所述主表体向连接至所述主表体的钳状探头供电。
根据本申请的另一个方面，每个所述钳状探头具有夹钳部和适配连接器。每个所述钳状探头可进一步包括电连接所述夹钳部和所述适配连接器的电线。适配连接器可电连接至所述主表体的接口连接器。
根据本申请的另一个方面，适配连接器和接口连接器中的一个可构造成插座，而另一个构造成插头。
根据本申请的另一个方面，钳状探头的转换单元可设置在适配连接器中。
根据本申请的另一个方面，每个所述钳状探头的识别标志可包含关于该钳状探头的转换函数或转换图表的信息。每个所述钳状探头的识别标志也可包含关于该钳状探头的测量范围的信息。
根据本申请的另一个方面，所述主表体构造成可以显示连接至所述主表体的钳状探头的测量范围。
根据本申请的另一个方面，所述主表体可携带有电池。
根据本申请的另一个方面，提供了一种钳状探头，该钳状探头包括：转换单元，该转换单元用于将所述钳状探头检测到的信号转换成预定测量范围内的输出测量信号；和识别标志，该识别标志包含关于所述钳状探头的信息。
由于根据本申请的钳表的主表体可以与多个不同测量范围的钳状探头匹配使用，用户只需购买一个主表体和相应型号的钳状探头即可满足多种不同的测量需求，这样既可以提高钳表的使用灵活性和可扩展性，还可以降低用户的负担。
附图说明
本申请的上述及其他特征将通过结合以下附图和所附权利要求书进一步说明。应当理解，这些附图仅展示了根据本申请的某些实施例，因此不应被视为是对本申请范围的限制。除非特别说明，附图不必是成比例的，并且其中类似的标号一般表示类似的部件。
图1示出了根据本申请一实施方式的钳表的结构示意图；
图2示出了图1所示钳表各功能单元之间信号传输关系的方块图；
图3示出了根据本申请另一实施方式的钳表的结构示意图；
图4示出了图3所示钳表各功能单元之间信号传输关系的方块图。
具体实施方式
以下的详细说明中引用了作为本文组成部分的附图。详细说明、附图和权利要求书中描述的示例性的实施例并非出于限制目的。还可以采用其他的实施例和做出其他改变而不脱离本申请的精神和主题范围。应当理解，在此说明并图示的本申请的各个方面可以被布置、替换、组合、分离和设计成很多的不同配置，这些不同配置都包括在本申请保护的范围之内。
在下文中，为了对具体实施例进行清楚的描述，将采用一些特定的术语。然而采用这些术语的本意并非限制本申请的保护范围，这些术语的范围应该扩展至任何以大致相同的手段达到大致相同目的的等同替换。
首先将参考图1-2来说明根据本申请一实施例的钳表10。如图1所示，钳表10包括主表体100和多个钳状探头200。主表体100具有接口连接器110，各个钳状探头200能够以可拆卸的方式分别连接到主表体100的接口连接器110。主表体100还包括用于显示测量结果和其他相关信息的显示器120，以及用于输入测量指令等信息的输入装置130。在本申请中，显示器120可以是任何合适类型的显示器，例如液晶显示器、发光二极管显示器、有机发光二极管显示器、等离子显示器或者电子墨水显示器。在图1所示的实施方式中，输入装置130构造为多个按键。但本申请的钳表10还可采用其他任何合适的实体的或虚拟的输入装置，例如旋钮、触摸屏、手写板等。
此外，主表体100还可携带有电源(例如，电池或电池组)，用于对主表体100内的各功能单元和钳状探头200供电。主表体100还包括检测单元140，所述检测单元140可根据由钳状探头200输入的信号以及其他输入信息而检测流经载流导体的电流。在某些实施方式中，主表体100还包含无线通讯单元(未示出)，例如蓝牙通讯单元、无线保真通讯单元、蜂群通讯单元、近场通讯单元等。主表体100可通过无线通讯单元与诸如计算机、掌上电脑、智能移动终端等的接收系统进行通讯，以便将钳表10测得的结果传送到接收系统和/或接收来自接收系统的指令信号和输入信息。
在图1中示出的实施方式中，钳表10包括三个不同型号的钳状探头200，这些钳状探头200的形状和构造不同，分别用于测量不同范围的电流。可以理解的是，根据本申请，钳状探头200的数量不限于图1中所示的数量。根据实际应用的需要，钳状探头200的数量可以是一个、两个、三个、四个、五个或者更多个。
钳状探头200包括转换单元240，用于将钳状探头200测得的电信号转换成预定范围内的电信号，该预定范围在主表体100的测量范围之内，所以该预定范围内的电信号可以被主表体100接受并处理，由此测量得到载流导体中的电流的大小和/或极性。在本申请的某些实施方式中，钳状探头200测得的电信号为电压信号，转换单元240可以将所述电压信号转换到0-1伏(0-1V)的范围内，该转换后的电压信号作为输出测量信号被传送到主表体100。
转换单元240可以采用本领域已知的任何合适转换电路来实现钳状探头所测电信号到输出测量信号的转换。例如，转换电路可以包括模拟/数字(A/D)转换器、数字调制电路和数字/模拟(D/A)转换器。其中，A/D转换器可首先将夹钳部230测得的模拟电压信号U0转换成数字信号；接着，数字调制电路对该数字信号进行调制处理，例如该数字信号乘以合适的增益变化系数G1，从而得到调制数字信号；最后，D/A转换器再将该调制数字信号转换到主表体100可接受范围(例如，0-1V)内的电压信号U1，并将其作为输出测量信号输出。在本申请的某些实施方式中，转换电路也可以包括具有某一特定增益系数G2的模拟放大电路。通过该模拟放大电路将夹钳部230测定的模拟电压信号U0转换成主表体100可接受范围内的电压信号U1，并将其作为输出测量信号输出。
为了便于识别不同的钳状探头200，钳状探头200具有可由主表体100读取的识别标志。不同型号的钳状探头200所具有的识别标志各不相同，以便区分各种类型的钳状探头。在某些实施方式中，钳状探头200包括可被主表体100读取的存储器150。存储器150例如可以构造成可编程只读存储器(PROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存(FlashMemory)等非易失性存储器。钳状探头200的识别标志可存储在存储器150中。在某些实施方式中，识别标志是存储在存储器150中的、主表体100可读格式的电子文件，该文件中包含关于钳状探头200的信息，例如该钳状探头200的型号、生产批号、测量范围、转换函数/转换图表等等。在某些实施方式中，识别标志是存储在存储器150中的电子序列号，所述电子序列号可以由一串数字组成，分别用其中的某一位或某几位数字来代表相应钳状探头200的信息，例如该钳状探头200的型号、生产批号、测量范围等信息；另外，该钳状探头200的存储器150中还可以存储与该钳状探头相关的其他信息，例如与该钳状探头200对应的特定转换函数/转换图表等等。
钳状探头200的转换函数/转换图表可以根据钳状探头的检测原理、具体物理参数等来确定，也可以通过实验获得。例如，在本申请的某些实施方式中，可以通过以下方式确定与某一钳状探头对应的转换函数或转换图表：用钳状探头检测有标准电流(例如1A，2A，3A，4A，5A，10A，20A，100A等)流过的载流导体，测量钳状探头输出的相应输出测量信号的大小。根据不同输出测量信号与相应标准电流之间的对应关系，拟合出该钳状探头的转换函数，或者由该对应关系制作该钳状探头的电流—输出测量信号图表(即转换图表)。
如图1所示，钳状探头200还包括夹钳部230，夹钳部230的两个钳夹臂231可相对彼此打开和闭合。夹钳部230可采用霍尔器件、电流互感器、罗氏线圈等传感元件来检测载流导体中的电流。作为示例，在本申请的一个实施方式中，钳夹臂231内设有磁性材料(例如铁磁性材料，高导磁合金等)制成的芯部和围绕芯部的线圈。钳夹臂231可打开以将载流导体置于两个钳夹臂231之间；然后，钳夹臂231闭合，两钳夹臂231的自由端彼此抵接而形成包围载流导体的闭合环。当夹钳部230闭合而形成包围载流导体的闭合环时，被夹钳部230包围的载流导体相当于变压器的初级线圈，而围绕芯部的线圈相当于变压器的次级线圈。流经载流导体的电流在夹钳部230的芯部中感应产生磁通量，进而在夹钳部230的线圈内产生感应电压。该感应电压信号被传送到转换单元240，由转换单元240将该感应电压信号转换到落入主表体100可接受的范围(例如0-1V)内的电压信号，即输出测量信号。
在本申请的一个实施方式中，钳状探头200将输出测量信号传输到主表体100，由主表体100内的检测单元140根据该输出测量信号并利用从与主表体100相连的钳状探头200的存储器150读取的转换函数/转换图表来计算或者查表得到载流导体中的电流大小和/或极性。
以上示例性地对根据本申请一个实施方式的夹钳部进行了说明。但本申请无意对夹钳部的具体构造进行限定，夹钳部的具体形状和构造可采用本领域常用的任何合适的方案。例如，本申请可以采用美国专利公开文献U.S.201101960 A1或美国专利公开文献U.S.2012169324 A1所述的夹钳部结构，这些专利文献的内容通过引用而整体结合到本文中。
钳状探头200还包括适配连接器220，该适配连接器220可与主表体100的接口连接器110配合并与之连接，从而实现钳状探头200到接口连接器110的电连接。适配连接器220与主表体100的接口连接器110是可拆卸的，因而可以分别将不同的钳状探头200连接到主表体100，以实施不同测量范围的测量。进一步地，钳状探头200还可以包括电线210，用于电连接夹钳部230和适配连接器220。在某些实施方式中，也可以省略电线210，而使夹钳部230直接与适配连接器220电连接。
在图1所示的实施方式中，适配连接器220被构造成插头形式，而接口连接器110被构造成与适配连接器220相配合的插座的形式。但本领域技术人员可以很容易地想到其他的可拆卸连接方式也可以用于本申请的钳表。例如，可以将适配连接器220构造成插座形式，而将接口连接器110构造成插头的形式；或者将适配连接器220和接口连接器110构造成适于可拆卸地连接的其他连接结构，例如螺旋连接结构、卡合结构等。
在某些实施方式中，转换单元240设置在适配连接器220中。在某些实施方式中，转换单元240设置在夹钳部230内。但转换单元240的设置位置不限于此，其还可设置在钳状探头200的其他合适的部位。
图2示出了钳表10的各功能单元之间信号传输关系的方块图。以下将结合图2说明钳表10的工作原理。在利用钳表10进行测量时，操作人员将某一测量范围的钳状探头200的适配连接器220连接到主表体100的接口连接器110。当钳状探头200连接到主表体100后，主表体100的检测单元140可读取存储在钳状探头200的存储器150内的识别标志和其他信息(例如转换函数/转换图表等)，从而获得关于该钳状探头200的类型、测量范围、转换函数/转换图表等信息。在某些实施方式中，显示器120可以显示连接到主表体100的钳状探头200的测量范围。接下来，操作人员打开钳夹臂231并将载流导体置于两钳夹臂231之间，然后使钳夹臂231闭合而包围载流导体。载流导体中流过的电流在夹钳部230上产生感应电压，钳状探头200的转换单元240将感应电压转换为主表体100(即检测单元140)可以接受的范围(例如，0-1V)内的、电压形式的输出测量信号，并将该输出测量信号输出到主表体100的检测单元140。基于从钳状探头200的存储器150读取的关于该钳状探头200的转换函数/转换图表和来自钳状探头200的输出测量信号，检测单元140可以通过转换函数计算或查询转换图表得到流经载流导体的电流大小和/或极性。关于电流大小和/或极性的信息可被进一步送至主表体100的显示器120进行显示，以供操作人员读取。在某些实施方式中，关于电流大小和极性的信息还可通过钳表10包括的无线通讯单元传送给诸如智能移动终端之类的接收系统。
以下将结合图3-4说明根据本申请另一实施例的钳表10’。图3所示的钳表10’的构造与图1所示的钳表10大致相同。因此，在下面的说明中，将重点说明钳表10’与图1所示钳表10不同的部件，未详细描述的部件可参见上面对钳表10各部分的说明。
如图3所示，钳表10’包括主表体100’和多个钳状探头200’。主表体100’具有接口连接器110’，其中钳状探头200’能够以可拆卸的方式连接到主表体100’的接口连接器110’。
钳状探头200’包括转换单元240’，用于将钳状探头200’测得的电信号转换成主表体100’可接受的预定范围(例如，0-1V)内的输出测量信号。转换单元240’可以采用与转换单元240相同或相似的构造。
钳状探头200’包括用于测量流过载流导体中的电流的夹钳部230’。夹钳部230’可以是本领域公知的合适类型的夹钳部，具体可参见前面结合图1所作的说明。钳状探头200’还包括适配连接器220’，该适配连接器220’可与主表体100’的接口连接器110’配合并与之连接，从而实现钳状探头200’到接口连接器110’的可拆卸的电连接。
钳状探头200’上还设有可由主表体100’读取的识别标志。不同钳状探头200’的识别标志各不相同，从而可以区分各种类型的钳状探头。如图3所示，识别标志构造成具有特定可视条码的识别标签260，并且识别标签260设置在钳状探头200’的适配连接器220’的外表面上。在本申请中，识别标签260上的可视条码可以是由按一定规律在平面上分布的黑白相间的图形所形成的二维条形码，或者是由各种颜色的条带或图形构成的彩色条形码，或者是其他可表示特定信息的黑白或彩色图形。在某些实施方式中，钳状探头200’的识别标签260可以构造成射频识别标签。而在另外一些实施方式中，钳状探头200’的识别标签260可以构造成近场通讯识别标签。识别标签260可以加载关于相应钳状探头200’的相关信息，包括但不限于，钳状探头200’的型号、生产批号、测量范围、转换函数/转换图表等等。转换函数或转换图表可以根据本领域的公知常识计算得出，或者通过实验(例如上面提到的实验方法)来获得。
可选地，识别标签260也可以设置在钳状探头200’的夹钳部230’上，或者钳状探头200’的其他合适的位置处。
主表体100’上设置有用于读取识别标签260的标签读取器160，以便读取相应识别标签260上加载的、关于钳状探头200’的信息。标签读取器160的具体类型与识别标签260的类型相对应。当识别标签260为其上具有特定可视条码的识别标签时，标签读取器160可构造成诸如摄像头、条码扫描仪等的光学读取元件。当识别标签260为射频识别标签或近场通讯识别标签时，标签读取器160相应地构造成射频识别标签读取器或者近场通讯识别标签读取器。在图3所示的实施例中，标签读取器160设置在主表体100’的一个侧面。可选地，标签读取器160还可设置在主表体100’的底面、顶面或其他合适的位置处。
图4示出了钳表10’的各功能单元之间信号传输关系的方块图。以下将结合图4说明钳表10’的工作原理。在利用钳表10’进行测量时，操作人员需要首先选定合适的钳状探头200’，然后利用标签读取器160读取该钳状探头200’的识别标签260，获得关于该钳状探头200’的信息(例如，钳状探头的类型、测量范围、转换函数/转换图表等)并将所述信息传送至检测单元140’。然后，将钳状探头200’的适配连接器220’连接到主表体100’的接口连接器110’。接着，将载流导体置于夹钳部230’的两钳夹臂231’之间然后使钳夹臂231’闭合而包围载流导体。载流导体中流过的电流在夹钳部230’上产生感应电压，钳状探头200’的转换单元240’将该感应电压转换为主表体100’可以接受范围内的输出测量信号，例如，在0-1伏的范围内的电压信号，并将该输出测量信号输出到主表体100’的检测单元140’。基于由标签读取器160’读取的关于钳状探头200’的信息和输出测量信号，检测单元140’可以确定流经载流导体的电流大小和/或极性。关于电流大小和/或极性的信息可被送至主表体100’的显示器120’进行显示，以供操作人员读取。
尽管在此公开了本申请的各个方面和实施例，但本申请的其他方面和实施例对于本领域技术人员而言也是显而易见的。在此公开的各个方面和实施例仅用于说明目的，而非限制目的。本申请的保护范围和精神由所附的权利要求书来确定。

Claims (26)

1.一种钳表，包括：
具有接口连接器的主表体；和
多个钳状探头，其中所述多个钳状探头中的每个钳状探头均能够单独地以可拆卸的方式连接到所述主表体的同一个接口连接器，
其中每个所述钳状探头均具有转换单元，所述转换单元将所述钳状探头测得的模拟信号转换成在所述主表体的预定测量范围内的模拟输出测量信号，每个所述钳状探头还具有识别标志，所述识别标志可由所述主表体读取，所述识别标志向所述主表体指示所述钳状探头的信息，从而使所述主表体能够解读所述模拟输出测量信号并确定由所述钳状探头所测量的电流的特征，且所述钳状探头具有不同的检测范围，用于检测不同范围的电流，并且每个所述钳状探头的识别标志包含关于该钳状探头的检测范围的信息。
2.如权利要求1所述的钳表，其特征在于，每个所述钳状探头具有可被所述主表体读取的存储器。
3.如权利要求2所述的钳表，其特征在于，每个所述钳状探头的存储器存储该钳状探头的识别标志。
4.如权利要求2所述的钳表，其特征在于，每个所述钳状探头的存储器存储该钳状探头的转换函数或转换图表。
5.如权利要求1所述的钳表，其特征在于，所述识别标志呈序列号、或者其上带有特定条码的标签、或者射频识别标签、或者近场通讯识别标签的形式。
6.如权利要求1所述的钳表，其特征在于，所述主表体进一步包括无线通讯单元，所述无线通讯单元用于将根据所述输出测量信号获得的测量数据传送到接收系统和/或接收来自所述接收系统的指令信号和输入信息。
7.如权利要求1所述的钳表，其特征在于，所述主表体向连接至所述主表体的钳状探头供电。
8.如权利要求1所述的钳表，其特征在于，每个所述钳状探头具有夹钳和适配连接器。
9.如权利要求8所述的钳表，其特征在于，每个所述钳状探头进一步包括电连接输送夹钳和所述适配连接器的电线。
10.如权利要求8所述的钳表，其特征在于，所述适配连接器可电连接至所述主表体的接口连接器。
11.如权利要求8所述的钳表，其特征在于，所述适配连接器和所述接口连接器中的一个构造成插座，另一个构造成插头。
12.如权利要求8所述的钳表，其特征在于，所述钳状探头的转换单元设置在所述适配连接器中。
13.如权利要求1所述的钳表，其特征在于，每个所述钳状探头的识别标志包含关于该钳状探头的转换函数或转换图表的信息。
14.如权利要求1所述的钳表，其特征在于，所述主表体构造成可以显示连接至所述主表体的钳状探头的测量范围。
15.如权利要求1所述的钳表，其特征在于，所述主表体携带有电池。
16.一种钳表，其特征在于，该钳表包括：
具有接口连接器的主表体；
多个钳状探头，
其中所述多个钳状探头中的每个钳状探头均能够单独地以可拆卸的方式连接到所述主表体的同一个接口连接器，
每个钳状探头具有转换单元，所述转换单元将所述钳状探头检测到的模拟信号转换成所述主表体的预定测量范围内的模拟输出测量信号；以及
每个钳状探头具有识别标志，所述识别标志可由所述主表体读取，所述识别标志向所述主表体指示所述钳状探头的信息，从而使所述主表体能够解读所述模拟输出测量信号并确定由所述钳状探头所测量的电流的特征；
其中每个钳状探头的识别标志包含关于该钳状探头的检测范围的信息；
所述主表体配置成显示连接至所述主表体的钳状探头的检测范围。
17.如权利要求16所述的钳表，其特征在于，每个钳状探头进一步具有存储器。
18.如权利要求17所述的钳表，其特征在于，所述存储器存储所述钳状探头的识别标志。
19.如权利要求17所述的钳表，其特征在于，所述存储器存储所述钳状探头的转换函数或转换图表。
20.如权利要求16所述的钳表，其特征在于，所述识别标志呈序列号、或者其上带有特定条码的标签、或者射频识别标签、或者近场通讯识别标签的形式。
21.如权利要求16所述的钳表，其特征在于，每个钳状探头具有夹钳和适配连接器。
22.如权利要求21所述的钳表，其特征在于，所述钳状探头进一步包括电连接夹钳和所述适配连接器的电线。
23.如权利要求21所述的钳表，其特征在于，所述适配连接器构造成插头或插座。
24.如权利要求21所述的钳表，其特征在于，所述转换单元设置在所述适配连接器中。
25.如权利要求16所述的钳表，其特征在于，所述钳状探头的识别标志包含关于所述钳状探头的转换函数或转换图表的信息。
26.如权利要求16所 述的钳表，其特征在于，所述钳状探头中的至少一个可连接到电流表，所述电流表构造成接收并处理来自所述钳状探头的输出测量信号。
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