CN108226601B - 具有有源电容补偿的罗氏电流传感器 - Google Patents

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Abstract

呈现了一种用于测量流经测量对象的AC电流的时间导数的方法和传感器，其中，将罗氏线圈(204)与所述测量对象对准，并且将至少一条分隔线(206)拉入所述罗氏线圈(204)的线中并借助以下事实使所述罗氏线圈(204)的所述线圈匝彼此之间的和/或与至少一条进一步电力线的电容性耦合最小化：通过有源反馈将与所述罗氏线圈(204)的所述线圈匝的电势相对应的电势施加到所述至少一条分隔线(206)上。

Description

具有有源电容补偿的罗氏电流传感器
技术领域
本发明涉及一种用于通过配备有有源电容补偿的罗氏线圈(Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule)来测量电流线中的AC电流的方法和传感器。
背景技术
准确的电流测量在电气工程中具有核心重要性。就此而言，例如，控制回路中的电流测量一般直接决定了对应的整体系统的质量。所谓的罗氏线圈可以用来测量测量对象中流动的AC电流，所述线圈允许以非常高的带宽进行测量。
罗氏电流传感器由至少一个罗氏线圈组成，所述至少一个罗氏线圈是由以圆形方式实施的环形导体回路构造的。为了在线路系统中安排竖直地环绕导体的罗氏线圈，环圈可以具有开口。环形导体回路在所述开口处结束的回流线路通常被引导经过罗氏线圈的内部。罗氏线圈组成了一种确定电力线路系统中的电流的简单且可靠的方法。有待测量的电流引起磁场，所述磁场环绕导体并且在位于导体周围的罗氏线圈中感生电压。然后可以通过所述电压计算导体中的电流。罗氏电流传感器用于宽频范围的AC电流中。在这种情况下，测量干扰朝向更高的频率变得越来越显著。
如上文所提及的，罗氏线圈由测量线组成，所述测量线缠绕成环形线圈，并且所述测量线一般作为采用螺旋形式的引出导体来缠绕，并且在折返点之后作为环形线圈内的回流导体被引导回至环形线圈的起点。罗氏线圈(见A.P.Chattock(1887)，伦敦物理学会报告(Proceedings of the Physical Society of London)23至26页，关于磁性电位计(On amagnetic potentiometer)；W.Rogowski和W.Steinhaus(1912)，测量磁性电势差：测量磁场强度的线路积分(Die Messung der magnetischen Spannung:Messung desLinienintegrals der magnetischen
Figure BDA0001501953030000021
)，电气工程档案(Archiv fürElektrotechnik)，1(4):141-150))使用有待放置成绕测量电流或绕载有所述测量电流的导体的环形线圈。与其有所不同，所述线圈不一定需要包围导体(见S.Hain、M.Bakran(2014)，“借助电感性电流传感器进行高度动态的电流测量——数值方法(Highly dynamiccurrent measurements with inductive current sensors–a numerical recipe”，PCIM欧洲，1617至1624)。为了通过罗氏线圈测量与有待测量的电流的导数成比例的电压信号，应该非常均匀地缠绕罗氏线圈。
罗氏线圈允许以从毫赫范围到兆赫范围的非常高的带宽对AC电流进行测量。然而，使用常规罗氏线圈进行电流测量时，在具有几兆赫频率的AC电流的情况下，由于罗氏线圈的物理特性而产生限制。已经发现的是，具体在对应的罗氏线圈内以及罗氏线圈与测量对象或地之间产生的电容对通过罗氏线圈所测量的电流的测量准确度有影响。具体地，在此可以标识影响罗氏线圈的测量准确度的四类电容。
就此而言，罗氏线圈的任意(特别是相邻的)两个线匝之间的电容具体以穿过罗氏线圈的AC电流的高频率发生。这种电容具有的效果越强，对应的线匝之间的电压差就越高，因为所述电容与对应的线匝之间的电压差之间的耦合产生效果。只要电压差已经在罗氏线圈的相邻线匝之间形成(由于AC电流的短波长)，这种电压差就随着穿过线圈的对应AC电流的频率而增大。而且，罗氏线圈的对应线匝之间的电压差随着对应线匝之间的空间距离的减小而增大。然而，为了提高对应罗氏线圈的灵敏度，罗氏线圈的对应线匝之间的距离通常被减小或保持尽可能地小，并且线匝数被增大或被选定为尽可能地高，从而使得根据上文所给出的解释，促使在线匝之间产生电容。
与罗氏线圈的对应线匝之间的电容类似地，对应线匝与在罗氏线圈内部被引导的回流导体之间的电容可以产生并且被等效地视为任意两个线匝之间的电容。
而且，在罗氏线圈的每个独立导体部分与对应的测量对象或地之间产生电容。在这种情况下，罗氏线圈的对应导体部分与测量对象之间的耦合的影响随着电压和在测量对象中流动的电流的频率而增大。
此外，如果存在静电屏蔽(见例如年度IEEE电力电子专家会议35:1143页至1148页，C.Hewson,W.F.Ray(2004)，“电力电子应用中针对宽带宽电流测量而设计的罗氏线圈的静电屏蔽效应(The effect of electrostatic screening of Rogowski coils designedfor wide-bandwidth current measurement in power electronic applications)”)，则存在罗氏线圈的每个单独导体部分与屏蔽电势之间的耦合。
另外，对应的罗氏线圈的所有电容与对应的电感一起形成可以使得测量带宽成数量级地减小的滤波器或谐振。一般地，跨电容的阻抗随着有待测量的AC电流的渐增频率而减小，为此原因，信号和干扰会经受更大的串扰，尤其是在跨电容的高频率下。
对理解和功能重要的是，清楚地在导体中的电压(例如，罗氏线圈的提供测量信号的末端之间)与导体相对于地的参考电势之间进行区分。在这种情况下，电压仅被定义为差，并且具体是由于有待测量的AC电流的感应而形成的。在这种情况下，导体的两个点之间的电压按照定义对应于这两个点的电势之差。然而，电压(包括由待测量电流所感生的电压)不定义相应导体的电势。然而，此电势对使电容性耦合最小化具有核心重要性。
文献WO 2015 104 189 A1描述了一种电流测量设备，所述电流测量设备提供具有两个屏蔽件的罗氏线圈。在这种情况下，罗氏线圈绕第一屏蔽件被缠绕，同时第二屏蔽件环绕罗氏线圈。由于所述屏蔽件，减小了罗氏线圈的测量不准确性并且增大了带宽。
文献WO 2010 041 139 A1描述了一种用于在电导体中进行电流测量的线圈，其中，所述线圈包括至少一个几何上完全闭合的环路，即未以螺旋的形式实施，与罗氏线圈情况下的例行实践相反。在此，相邻的环路彼此电连接。
文献EP 2 084 721 B1描述了一种罗氏线圈安排，所述罗氏线圈安排包括分别被磁性屏蔽件环绕的两个罗氏线圈，其中，继电器将这两个线圈的电压信号彼此相减，以便使电气干扰最小化。
文献DE 35 44 508 A1描述了一种用于同时测量导体上的电流和电压的组合式传感器，其中，提供了被金属的非磁性屏蔽件环绕的罗氏线圈。在这种情况下，由屏蔽件与有待测量的导体形成电容器，所述电容器用于测量导体中的电压。
文献US 7 545 138 B2公开了一种电流测量设备，其中，线圈导体被完全地绕线圈铁芯缠绕一次，然后完全以相反的方向缠绕。另外，测量电流被法拉第屏蔽件环绕。
发明内容
在这个背景下，本发明的目的是呈现一种具有如下项1和10的特征的方法和传感器，借此使产生电容的效果最小化。
在相应的项2-9和11-18和以下的说明中可以收集本发明的多种构型。
1.一种用于测量流经测量对象的AC电流的时间导数的方法，其中，将罗氏线圈与所述测量对象对准，并且将至少一条分隔线拉入所述罗氏线圈的线圈匝中，并借助以下事实使所述罗氏线圈的所述线圈匝彼此之间的电容性耦合和/或使所述罗氏线圈的所述线圈匝与至少一条另一电力线的电容性耦合最小化：通过有源反馈将与所述罗氏线圈的所述线圈匝的电势相对应的电势施加到所述至少一条分隔线上。
2.如上述1所述的方法，其中，至少一个电压源用于所述有源反馈。
3.如上述中任一项所述的方法，其中，至少一个滤波器用于所述有源反馈。
4.如上述1或2所述的方法，其中，至少一个放大器元件用于所述有源反馈。
5.如上述1或2所述的方法，其中，至少一个可校准偏置件用于所述有源反馈。
6.如上述1或2所述的方法，其中，在所述分隔线的多个位置处实现对电势的所述有源反馈。
7.如上述6所述的方法，其中，在至少一个位置处，用于所述有源反馈的对应部件具有有限输出电阻。
8.如上述1或2所述的方法，其中，具有高分布电阻的导体材料被用于至所述分隔线的至少一个位置的馈线。
9.如上述1或2所述的方法，其中，至少两条分隔线位于所述罗氏线圈的所述线圈匝之间，并且它们各自单独以一电势为基准。
10.一种用于执行如上述中任一项所述的方法的传感器，所述传感器包括罗氏线圈，并且其中，至少一条分隔线被拉入所述罗氏线圈的线圈匝中，通过有源反馈将与所述罗氏线圈的所述线圈匝的电势相对应的电势施加到所述至少一条分隔线上。
11.如上述10所述的传感器，所述传感器包括：用于对所述电势进行有源反馈的至少一个电压源。
12.如上述10或11所述的传感器，所述传感器包括：用于对所述电势进行有源反馈的至少一个滤波器。
13.如上述10或11所述的传感器，所述传感器包括：用于对所述电势进行有源反馈的至少一个放大器元件。
14.如上述10或11所述的传感器，所述传感器包括：用于对所述电势进行有源反馈的至少一个可校准偏置件。
15.如上述10或11所述的传感器，所述传感器包括：所述分隔线的、用于对所述电势进行有源反馈的多个位置。
16.如上述15所述的传感器，所述传感器包括在用于对所述电势进行有源反馈的至少一个位置处具有有限输出电阻的部件。
17.如上述10或11所述的传感器，所述传感器包括：至所述分隔线的至少一个位置的、由具有高分布电阻的导体材料组成的馈线。
18.如上述10或11所述的传感器，所述传感器包括至少两条分隔线，所述至少两条分隔线位于所述罗氏线圈的所述线圈匝之间，并且所述分隔线各自单独以一电势为基准。
根据本发明的方法被配置用于测量流经测量对象的AC电流的时间导数，其中，将罗氏线圈与所述测量对象对准，并且将至少一条分隔线拉入所述罗氏线圈的线圈匝中并借助以下事实使所述罗氏线圈的所述线圈匝彼此之间的电容性耦合和/或使所述罗氏线圈的所述线圈匝与至少一条另一电力线的电容性耦合最小化：在所述罗氏线圈的至少一个点到所述至少一条分隔线的至少一个点处，通过电势的有源反馈将与所述罗氏线圈的所述线圈匝的电势相对应的电势施加到所述至少一条分隔线上。
通过至少一个反馈环路进行所述有源反馈。所述至少一个反馈环路产生所述至少一条分隔线的至少一个点与所述罗氏线圈的至少一个点之间的电连接。为此目的，反馈环路主动地将罗氏线圈的电势施加到所述至少一条分隔线中。之前在罗氏线圈的线圈匝上结束的一大部分电场线现在在所述至少一条分隔线上结束，其结果是，减小了罗氏线圈的电容性负载。
反馈环路可以由来自以下列表的至少一个电气部件组成：电压源、滤波器、放大器、偏置件、电阻器、具有高分布电阻的导线。所述反馈环路可以单独地或组合地包括电气部件。
交织的分隔线减小了由电容与电压差之积组成的有效电容性耦合。最初可以借助交织的分隔线被动地减小电压差，所述交织的分隔线尽可能准确地遵循罗氏线圈的线路设置。不同的线路设置将导致电势的不同表现，这将降低分隔线的效果。进一步的被动措施在于终止阻抗的相等性。在此，应该将至罗氏线圈的馈线以及至所述至少一条分隔线的馈线的可能不同长度考虑在内。
根据本发明的方法结合或代替被动措施或选择其用于减小有效电容性耦合提出了进行对电势的有源反馈。首先，在罗氏线圈中建立特定电势，这可以例如由于接地或由于与固定电势的不同连接而产生。为了最优地屏蔽罗氏线圈，所述至少一条分隔线应该在每个位置具有电势，所述电势尽可能地接近罗氏线圈的几何上最接近的点的电势。以简化的表达方式，分隔线的每个点与相关联的罗氏线圈的最接近的点之间的电压应该几乎为零。相应地，罗氏线圈与所述至少一条分隔线之间将不产生可估量的电场。然而，同时，在分隔线的单独线匝之间或可能的进一步分隔线之间，电场强度增大。必须主动地提供用于这种状态的能量。分隔线的单独线匝之间或可能的进一步分隔线之间的电场的电荷反转借助有待在外部提供的能量而发生，但同时，罗氏线圈不再需要引起场的电荷反转并且相应地解除了那个负担。反馈环路被用于这个目的，所述反馈环路主动地馈入罗氏线圈的一个点的电势，或者在彼此电隔离的每条分隔线的至少一个点处与这个电势相关的电势。
反馈环路可以具有作为电气部件的放大器，所述放大器总体上引起小于1的增益因数从而防止正反馈的振荡并保证稳定性。
而且，反馈环路可以包括滤波件。反馈滤波器可以被配置为例如使得没有或只有一点反馈远低于经测量线圈的自然谐振频率，因为固有电容的负面影响在这个范围内呈现为可忽略的。然而，同时，此外应该反馈具有正增益因数的DC电流分量，因为这产生了稳定的电势关系。反馈滤波器还可以实现例如从电容补偿结构的谐振频率开始进行的向下调节，从而防止谐振被放大。
此外，反馈环路可以包含作为电气部件的偏置件，所述偏置件是用户可调的或已被制造商校准的。
可以在多个点处实施通过有源反馈进行的电势馈入。在这种情况下，分隔线不直接依赖于所感生的电压，以充分地确立整个长度上相对于罗氏线圈上最接近的点的电势差。这引起分隔线的特性的灵活性，例如关于形状、横截面、导体几何形状、导体材料、阻抗等。
类似的情形适用于具有截然不同的几何形状从而所感生电压的同轴分隔线。馈入在对应的分隔线第一次也是最后一次到达罗氏线圈附近的点附近是有利的，即，例如，在环形导体环路起点之前的外向导体上以及当其在末端处从环形导体环路出现时的回流导体上。在这种情况下，终止阻抗既可以减小所感生电压的能量以使其相对于反馈的电压而衰减，又可以设定频率响应。
优选地，在两侧都进行反馈的情况下(其中，外向导体的在环形导体环路的起点之前的点代表一侧并且回流导体的当其在末端处从环形导体环路出现时的点代表另一侧)，至少一侧包括有限输出电阻从而防止可估量的电流经过分隔线从一反馈侧流动到另一反馈侧。然而，优选地，在使用输出电阻的情况下，反馈将跨越这种输出电阻而发生，从而使得虽然所述输出电阻限制了电流，但是输出电阻下游的电势被调节并且后者两端的电压降从而被补偿。
代替或除了电流在分隔线中受一个或多个输出电阻限制之外，还可以使用具有高分布电阻的导体材料。借助高分布电阻，可以非常准确地设定分隔线自进行电势馈入处的对应点的电势分布，既不需要造成高电流也不需要对抗由待测量电流所感生的电压。
为了使线匝到线匝的电容最小化，至少两条分隔线的交织是特别有利的。在恰好两条分隔线的情况下，如果它们被交织到罗氏线圈中从而使得罗氏线圈的线匝在一侧通过一条分隔线并且在另一侧通过另一条分隔线与其本身最接近的线匝分隔，这是有利的。分隔线中的每一条以其相对于罗氏线圈的电势为基准，这可以例如通过电压源来实现。
而且，为了执行根据本发明的方法，要求保护一种传感器，所述传感器包括罗氏线圈，并且其中，至少一条分隔线被拉入所述罗氏线圈的线圈匝中，通过有源反馈将与所述罗氏线圈的所述线圈匝的电势相对应的电势施加到所述至少一条分隔线上。
根据一种可能的实施例，所述传感器包括用于对所述电势进行所述有源反馈的电压源。
作为其替代方案或除此之外，所述传感器还可以包括滤波器。
在进一步的实施例中，所述传感器还可以包括用于对所述电势进行所述有源反馈的放大器元件。
此外，所述传感器还可以具有可校准偏置件。
而且，所述传感器可以具有分隔线，在所述分隔线处，对所述电势的有源反馈在多个位置处发生。
另外，所述传感器可以包括在所述分隔线的用于对所述电势进行有源反馈的位置中的至少一个位置处具有有限输出电阻的部件。
而且，所述传感器可以包括到所述分隔线的至少一个位置的由具有高分布电阻的导体材料组成的馈线。
根据进一步实施例，所述传感器包括至少两条分隔线，所述至少两条分隔线位于所述罗氏线圈的所述线圈匝之间，其中，它们各自单独以一电势为基准。
附图说明
本发明的进一步优点和构型从说明书和附图中变得明显。
不言自明的是，以上提及的这些特征以及以下将要解释的特征不仅可以被用在所对应地指明的组合中，也可以用在其它的组合中或者以它们自身来使用而不脱离本发明范围。
图1在示意性图示中示出了根据本发明的传感器的一个实施例，所述传感器包括根据本发明提供的线圈，所述线圈在本发明的上下文中还被称为罗氏线圈，并且其中分隔线被拉入。
图2在示意性图示中示出了根据本发明的罗氏传感器的一个实施例内根据本发明的具有分隔线的互连的可能电路图。
图3在示意性图示中示出了在一侧实现有源反馈的可能电路图。
图4在示意性图示中示出了可以在其中设置偏置件的可能电路图。
图5在示意性图示中示出了在两侧都可以实现有源反馈的可能电路图。
图6在示意性图示中示出了有源反馈另外具有终端电阻的可能电路图。
图7在示意性图示中示出了根据本发明的罗氏传感器的一个实施例内、根据本发明的具有两条分隔线的互连的可能电路图。
图8在示意性图示中示出了根据本发明的具有两条分隔线的互连的可能电路图，针对这两条分隔线，仅在一个位置处执行每条分隔线的有源反馈。
图9在示意性图示中示出了根据本发明的具有两条分隔线的互连的可能电路图，针对这两条分隔线，在两侧都执行每条分隔线的有源反馈。
具体实施方式
图1示出了罗氏传感器的测量线圈100，所述测量线圈包括作为测量线102的一部分被实施的罗氏线圈101，根据本发明，分隔线106已经被编织到所述罗氏线圈101中。在所示的实施例中，分隔线106在最大可能程度上采取与罗氏线圈101的伴随设置的测量线102的最接近的点相同的几何路线。罗氏传感器内的分隔线106的合适互连可以实现的是，分隔线具有尽可能地与罗氏线圈101的电势轮廓完全相同的电势轮廓。在进一步的附图中示出了所述互连的可能实现方式。电导体(测量线102或测量线102的每个单独导体部分可以与该电导体形成电压差ΔV或具有电容C)在这种情况下可以是罗氏线圈101本身的任意线匝、内部回流导体104、电流流经的测量对象、或地(地电势)、或另外可能存在的屏蔽件。虽然分隔线106使所述电容C不变，罗氏线圈101的和交织的分隔线106的最大可能电势相等性(Potenzialgleichheit)(以适当的互连实现所述电势相等性)允许电场线的一大部分在分隔线106上结束，并因此减小电压差ΔV以及因而有效耦合CΔV，所述有效耦合干扰了通过罗氏线圈101发生的测量过程。
图2在示意性图示中示出了根据本发明的罗氏传感器200的一个实施例内、根据本发明的具有分隔线206的互连的可能电路图。如图1中所示，分隔线206被交织到罗氏线圈204中，从而使得向所述两者施加相同的磁通量202。由于尽可能相似的电压条件旨在在罗氏线圈204和分隔线206中占主导，因此对应的末端可以类似地或完全相同地电气终止。在罗氏线圈204的情况下，电气终止可以例如由阻抗210组成，所述阻抗可以组成放大器输入阻抗或可替代地线路终止(例如，用于防止反射)。为了在罗氏线圈204和分隔线206中实现尽可能相似的电压条件，因而在最简单的情况下可以以具有与阻抗210相同幅值的终止阻抗来终止分隔线206。
此外，借助终止阻抗208对分隔线206进行终止可以用于补偿罗氏线圈204与分隔线206的(可能导致例如对测量干扰的轻微过补偿或欠补偿的)制造、构造决定的或另外设计决定的差别。
此外，分隔线206的终止可能已经在罗氏线圈204附近被实现，从而使得分隔线206不需要例如在罗氏线圈204与放大器212之间具有多米长度的完全相同的馈线路线。然而，在这种情况下，必须通过选择终止阻抗208来补偿与馈线路线相比缺少的阻抗。
在完全相同的终止阻抗上或上方，根据本发明，通过有源反馈使分隔线206上最接近的点与罗氏线圈204之间的电压差最小化。这意味着，除了通过每个导体长度或导体位置的交织所实现的相同电压以及因此相同的电势增大之外，分隔线206的至少一个点的电势同样以罗氏线圈204的点的至少一个电势为基准。此基准通过以罗氏线圈204处的点的电势对分隔线206的点处的电势进行有源反馈实现，这对应于对这两个点之间的电压进行设置，并且由图2中的电气部件214来表示。将通过电压源来提供电气部件214的一种简单实现方式。
图3在示意图示中示出了根据本发明的包括罗氏线圈304的罗氏传感器300的一个实施例内、根据本发明的具有分隔线306的互连的可能电路图。将相同的磁通量302施加到分隔线306和罗氏线圈304。罗氏线圈304设置有终止阻抗310并且其测量信号被传导至放大器312。用电压源314、用于校正频率响应316的滤波器以及可调放大器318来表示有源反馈。在这种情况下，优选地选择增益，从而使得产生小于1的总增益，其中，应该将所有进一步滤波器特性以及还有可以影响增益的所有部件的物理特性考虑在内。如果滤波器316或可调放大器318在此电路图中被视为可选的，则也可以实现有源反馈。最终，在此还可以将分隔线306的终止阻抗308视为可选的。
图4在示意图示中示出了根据本发明的包括罗氏线圈404的罗氏传感器400的一个实施例内、根据本发明的具有分隔线406的互连的可能电路图。将相同的磁通量402施加到分隔线406和罗氏线圈404。罗氏线圈404设置有终止阻抗410，并且其测量信号被传导至放大器412。有源反馈包括电压源414、滤波器416和放大器418。此外，偏置件420作为电气部件被插入。偏置件420可以是用户可调的或者可以被制造商校准。可以可选地省略终止阻抗408和410。
图5在示意性图示中示出了根据本发明的罗氏传感器500的一个实施例内、根据本发明的具有分隔线506的互连的可能电路图，其中，在两侧(即在罗氏线圈504的对应起点和末端)实现有源反馈。将相同的磁通量502施加到分隔线506和罗氏线圈504。罗氏线圈504设置有终止阻抗510，并且其测量信号被传导至放大器512。有源反馈的电气部件在两侧分别包括电压源514和522、偏置件520和528、滤波器516和524、以及放大器518和526。可以可选地省略终止阻抗508和510。
如上文所描述的，可在多个点处通过有源反馈施加电势。在这种情况下，分隔线506不直接依赖于所感生电压，以充分地确立整个长度上相对于罗氏线圈504上最接近的点的电势差。因此，这种方案获得了分隔线的显著进一步灵活性，例如关于形状、横截面、导体几何形状、导体材料、阻抗等。类似的情形适用于具有截然不同的几何形状以及因而不同的感生电压的同轴分隔线。在这种情况下，终止阻抗508既可以减小所感生电压的能量以使其相对于反馈的电压而衰减，又可以设定频率响应。
图6在示意性图示中示出了根据本发明的包括罗氏线圈604的罗氏传感器600的一个实施例内、根据本发明的具有分隔线606的互连的可能电路图，其中，在两侧实现有源反馈。将相同的磁通量602施加到分隔线606和罗氏线圈604。罗氏线圈604设置有终止阻抗610，并且其测量信号被传导至放大器612。有源反馈的电气部件在两侧分别包括电压源614和622、偏置件620和628、滤波器616和624、以及放大器618和626。可以可选地省略终止阻抗608和610。此外，有源反馈的两侧分别包括有限输出电阻634和630，从而防止可估量的电流经过分隔线从一个反馈流动到另一反馈。
然而，优选地，在使用输出电阻的情况下，反馈将跨越这种输出电阻而发生(分别用线条636和632来表示)，从而使得虽然所述输出电阻限制了电流，但是输出电阻下游的电势被调节，因而后者两端的电压降被补偿。
图7在示意性图示中示出了根据本发明的罗氏传感器700的一个实施例内、根据本发明的具有第一分隔线706和第二分隔线716的互连的可能电路图。分隔线706和716两者都已经被交织到罗氏线圈704中。为了使线匝到线匝的电容最小化，如果两条分隔线被交织到罗氏线圈704中从而使得罗氏线圈704的线匝在一侧通过一条分隔线并且在另一侧通过另一条分隔线与其本身最接近的线匝分隔，则对所述两条分隔线进行交织是特别有利的。分隔线706和716两者以及罗氏线圈704都经历相同的磁通量702。分隔线中的每一条以就其相对于罗氏线圈704的电势为基准，例如经由借助馈线720和722连接至这两条分隔线706和716的电压源714。而且，分隔线706和708两者都可以设置有对应的终止阻抗708和718。罗氏线圈704设置有终止阻抗710并且其测量信号被传导至放大器712。
图8在示意性图示中示出了根据本发明的具有两条分隔线的互连的可能电路图，针对这两条分隔线，仅在一个位置处执行每条分隔线的有源反馈。
图9在示意性图示中示出了根据本发明的具有两条分隔线的互连的可能电路图，针对这两条分隔线，在两侧都执行每条分隔线的有源反馈。

Claims (18)

1.一种用于测量流经测量对象的AC电流的时间导数的方法，其中，将罗氏线圈(101，204，304，404，504，604，704)与所述测量对象对准，并且将至少一条分隔线(106，206，306，406，506，606，706)拉入所述罗氏线圈(101，204，304，404，504，604，704)的线圈匝中，并借助以下事实使所述罗氏线圈(101，204，304，404，504，604，704)的所述线圈匝彼此之间的电容性耦合和/或使所述罗氏线圈(101，204，304，404，504，604，704)的所述线圈匝与至少一条另一电力线的电容性耦合最小化：通过有源反馈将与所述罗氏线圈(101，204，304，404，504，604，704)的所述线圈匝的电势相对应的电势施加到所述至少一条分隔线(106，206，306，406，506，606，706)上。
2.如权利要求1所述的方法，其中，至少一个电压源(214，314，414，514，522，614，622，714)用于所述有源反馈。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，至少一个滤波器(316，416，516，524，616，624)用于所述有源反馈。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，至少一个放大器元件(318，418，518，526，618，626)用于所述有源反馈。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中，至少一个可校准偏置件(420，520，528，620，628)用于所述有源反馈。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中，在所述分隔线(106，206，306，406，506，606，706)的多个位置处实现对电势的所述有源反馈。
7.如权利要求6所述的方法，其中，在至少一个位置处，用于所述有源反馈的对应部件具有有限输出电阻。
8.如权利要求1或2所述的方法，其中，具有高分布电阻的导体材料被用于至所述分隔线(106，206，306，406，506，606，706)的至少一个位置的馈线。
9.如权利要求1或2所述的方法，其中，至少两条分隔线(706，716)位于所述罗氏线圈(704)的所述线圈匝之间，并且它们各自单独以一电势为基准。
10.一种用于执行如前述权利要求中任一项所述的方法的传感器，所述传感器包括罗氏线圈(101，204，304，404，504，604，704)，并且其中，至少一条分隔线(106，206，306，406，506，606，706，716)被拉入所述罗氏线圈(101，204，304，404，504，604，704)的线圈匝中，通过有源反馈将与所述罗氏线圈(101，204，304，404，504，604，704)的所述线圈匝的电势相对应的电势施加到所述至少一条分隔线上。
11.如权利要求10所述的传感器，所述传感器包括：用于对所述电势进行有源反馈的至少一个电压源(214，314，414，514，522，614，622，714)。
12.如权利要求10或11所述的传感器，所述传感器包括：用于对所述电势进行有源反馈的至少一个滤波器(316，416，516，524，616，624)。
13.如权利要求10或11所述的传感器，所述传感器包括：用于对所述电势进行有源反馈的至少一个放大器元件(318，418，518，526，618，626)。
14.如权利要求10或11所述的传感器，所述传感器包括：用于对所述电势进行有源反馈的至少一个可校准偏置件(420，520，528，620，628)。
15.如权利要求10或11所述的传感器，所述传感器包括：所述分隔线(106，206，306，406，506，606，706，716)的、用于对所述电势进行有源反馈的多个位置。
16.如权利要求15所述的传感器，所述传感器包括在用于对所述电势进行有源反馈的至少一个位置处具有有限输出电阻的部件。
17.如权利要求10或11所述的传感器，所述传感器包括：至所述分隔线(106，206，306，406，506，606，706，716)的至少一个位置的、由具有高分布电阻的导体材料组成的馈线。
18.如权利要求10或11所述的传感器，所述传感器包括至少两条分隔线(706，716)，所述至少两条分隔线位于所述罗氏线圈(704)的所述线圈匝之间，并且所述分隔线各自单独以一电势为基准。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7058548B2 (ja) * 2018-05-09 2022-04-22 日置電機株式会社 電流センサ及び測定装置
DE102019102567B3 (de) * 2019-02-01 2020-03-05 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Sensorvorrichtung zur Messung von Gleich- und Wechselströmen

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004257905A (ja) * 2003-02-26 2004-09-16 Tektronix Japan Ltd 電流プローブ
CN101178417A (zh) * 2006-09-29 2008-05-14 通用汽车环球科技运作公司 高精度罗氏电流互感器
CN101495874A (zh) * 2006-07-26 2009-07-29 西门子公司 电流检测装置和电流检测方法
CN103235172A (zh) * 2013-04-24 2013-08-07 常熟开关制造有限公司(原常熟开关厂） 一种电流测量方法及测量装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3544508A1 (de) 1985-12-17 1987-06-19 Ulrich Dipl Ing Adolph Kombinationswandler zur gleichzeitigen messung von strom und spannung an rohrummantelten leitern
US7545138B2 (en) 2006-07-06 2009-06-09 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Precision, temperature-compensated, shielded current measurement device
US7564233B2 (en) 2006-11-06 2009-07-21 Cooper Technologies Company Shielded Rogowski coil assembly and methods
WO2010041139A1 (en) 2008-10-11 2010-04-15 University Of Witwatersrand, Johannesburg Electrical current measuring coil
US9429595B2 (en) * 2011-09-09 2016-08-30 Aclara Meters Llc Sensor devices and methods for use in sensing current through a conductor
EP2653876B1 (en) * 2012-04-20 2014-09-03 ABB Technology AG Arrangement for measuring a current with a current transducer of the Rogowski type
GB201400197D0 (en) 2014-01-07 2014-02-26 Power Electronic Measurements Ltd High bandwidth rogowski transducer with screened coil

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004257905A (ja) * 2003-02-26 2004-09-16 Tektronix Japan Ltd 電流プローブ
CN101495874A (zh) * 2006-07-26 2009-07-29 西门子公司 电流检测装置和电流检测方法
CN101178417A (zh) * 2006-09-29 2008-05-14 通用汽车环球科技运作公司 高精度罗氏电流互感器
CN103235172A (zh) * 2013-04-24 2013-08-07 常熟开关制造有限公司(原常熟开关厂） 一种电流测量方法及测量装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
The Rogowski Coil Principles and Applications:A Review;Samimi et al.;《IEEE SENSORS JOURNAL》;20150228;第15卷(第2期);第651-658页 *

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US20180164346A1 (en) 2018-06-14

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