CN100432680C - 钳形互感器、钳形电流表和钳形电流表自校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钳形互感器、钳形电流表以及钳形电流表的自校正方法，所述钳形互感器包括壳体、容置在壳体中的铁芯、设置在铁芯上的检测线圈、可与检测线圈发生互感效应的校正线圈，铁芯分成两个可分离的半体，所述壳体上还包括一个控制铁芯的两个半体分离或结合的机构。所述钳形电流表包括上述钳形互感器以及相应的辅助电路。由于采用了校正线圈，因此本发明所述的钳形互感器以及钳形电流表可以在检测之前对误差进行预先校正。

Description

钳形互感器、钳形电流表和钳形电流表自校正方法

技术领域

本发明涉及一种用于测量电流或电压的装置，特别是一种用于测量电流的钳形电流表。

背景技术

测量电流一般采用安培表、万用表等传统电流测量仪器，将此类电流测量仪器串联到电路中后，即可直接得出相应支路的电流大小。然而，如果在高压场合(例如测量高压电线中的电流等等)沿用这种传统的电流测量方法，则至少有以下两点不足之处：第一，必须要先将待测电路的电源切断，接入电流测量仪器，然后再接通电源，不仅过程繁琐，而且需要断电，这对于公用电网会造成很大的困扰，因为频繁停电不仅给居民用电带来麻烦，而且会给工厂、机关造成很大的损失；第二，用此类方法测量高压电线中的电流时，危险系数比较大，尤其是当测试者断开或接通电源时，瞬间高压变化可能会造成仪器损坏甚至人员伤亡。为了解决上述问题，业界研制出钳形电流表。钳形电流表是一种用于测量电流大小的装置，其特点是可以在不断开电源的情况下，利用电磁感应进行电流测量。CN2125144U号中国实用新型专利的图1中公开了钳形电流表的基本原理：通过绕在铁芯上的感应线圈将被测导线上的交流电流转化为交流电压信号，经过二极管检波后推动表头显示测量结果。虽然现在的钳形电流表逐渐摒弃了模拟测量、显示的方式，开始采用更加精确的数字采样方法，而且在显示结果时采用了数字显示等更加先进的技术，但是原理上仍然和CN2125144U号中国实用新型专利所揭示的互感原理基本相同。

然而，钳形电流表存在精度不够高的问题，现有的钳形电流表的测量误差一般都在0.2％以上，而且此误差是出厂时经过精密校正的结果，在实际的应用场合中，测试环境的影响以及钳形电流表自身的老化均会导致测量误差的进一步增大，从而给国家的电能计量造成很大的误差。业界针对钳形电流表也作了很多改进，力图减小其测量误差。例如CN2412283Y号中国实用新型专利公开了一种通过改变钳口体积来提高钳形电流表精度的技术方案；CN2518111Y号中国实用新型专利公开了一种通过增加功能档数来提高钳形电流表精度的方案。上述这些改进虽然一定程度上优化了钳形电流表的测量精度，但是仍未解决根本问题：钳形电流表在使用一段时间后，钳口结合处极可能发生变形、生锈，从而导致钳口结合不紧密，造成磁回路受阻，而纵观现有的钳形电流表，在测量之前均无法对上述不利因素进行误差补偿，即，现有的钳形电流表均不具备自校正的功能。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种钳形互感器，其可与辅助电路结合而具备自校正功能。

本发明的第二目的是提供一种具备自校正功能的钳形电流表；

本发明的另一目的是提供一种钳形电流表的自校正方法。

为实现上述目的，本发明给出的钳形互感器包括壳体、容置在壳体中的铁芯、设置在铁芯上的检测线圈以及校正线圈。通过辅助电路与校正线圈的结合，可以对互感器的误差作出修正。

本发明给出的钳形电流表包括钳形互感器与辅助电路，钳形互感器包括壳体、容置在壳体中的铁芯、设置在铁芯上的检测线圈以及校正线圈。通过辅助电路与校正线圈的结合，可以对钳形电流表的误差作出修正。

本发明给出的钳形电流表自校正方法是采用一个校正线圈，通过与辅助电路的结合，可对钳形电流表的误差进行校正。

本发明给出的钳形互感器、钳形电流表以及钳形电流表自校正方法均采用了校正线圈，可在测试之前进行自校正，进而进行误差补偿。具体的结构、方法体现在后述的具体实施方式中。

附图说明

图1是钳形互感器的结构示意图；

图2是钳形电流表在校正状态下的示意图；

图3是钳形电流表在测量状态下的示意图；

图4是钳形电流表另一实施方式的结构示意图；

图5是钳形电流表自校正方法的示意框图。

以下结合各实施例及其附图作进一步说明。

实施方式

参见图1所示，本发明所述的钳形互感器1包括壳体11、容置在壳体11中的铁芯12、设置在铁芯12上的检测线圈13以及校正线圈14。

壳体11具有“X”形手柄110，铁芯12分为左半体120和右半体121，操作手柄110可使得左半体120与右半体121分离或闭合。当左半体120与右半体121闭合时，铁芯12中形成完整的磁路。

检测线圈13具有两个接头130、131，校正线圈14具有两个接头140、141。

图2是本发明所述的钳形电流表3的结构示意图。钳形电流表3是由钳形互感器1与辅助电路2组成的。图2中虚线框内的所有电路均可视作辅助电路2。辅助电路2的作用是对钳形互感器1的误差进行预先校正，并且与钳形互感器1组合成具有电流测量功能的钳形电流表3。

辅助电路2包括四部分：校正支路、检测支路、数字信号处理单元以及输入输出设备。校正支路包括可调信号发生器20、与可调信号发生器20串联的V/I(电压/电流)转换器21、I/V(电流/电压)转换器22、与I/V转换器22串联的AD采样器23，校正线圈14串联于V/I转换器21和I/V转换器22之间；检测支路包括I/V转换器25和串联于I/V转换器25一端的A/D采样器26，I/V转换器25的另一端与检测线圈13串联。

本实施例中的数字信号处理单元可以是具备计算和控制能力的DSP(数字信号处理)芯片24，输入输出设备可以是键盘27和液晶显示器28。A/D采样器23和A/D采样器26的采样信号均输入到DSP芯片24中，经过DSP芯片24处理后，在液晶显示器28上显示出相应的结果，键盘27可对数据进行相应操作。

开关29串联于校正支路中，用于控制校正支路的连通或断开。本实施例中，开关29设置在V/I转换器21和校正线圈14之间。

本发明所述的钳形电流表3可以在测试电压之前进行误差校正，其工作原理如下：闭合开关29和铁芯12(左半体120与右半体121闭合)，此时校正支路处于导通状态。由可调信号发生器20产生一个标准电压信号，此电压信号经过V/I转换器21转换成标准电流I₁，标准电流I₁流过校正线圈14并且通过互感使得检测线圈13中产生互感电流I₂，标准电流I₁和互感电流I₂分别经过I/V转换器22、I/V转换器25后重新转换成电压信号，再分别经过A/D采样器23和A/D采样26进行信号采样，采样结果为U₁、U₂，U₁、U₂均输入到DSP芯片24中进行比较。假设本实施例中检测线圈13与校正线圈14的匝数相同，则理论上DSP芯片24的比较结果应该是U₁＝U₂，但是，由于U₁是原始信号，其损耗和误差较小；U₂系经过电流互感得到，在铁芯12的左半体120和右半体121结合不够紧密等前提下，可能存在较大的误差，造成U₁≠U₂，因此，为了校正此误差，DSP芯片24将在U₂上乘以一个校正系数P(P可能大于1，也可能小于1)，使得U₁＝PU₂，DSP芯片24将校正系数P存储至内部的存储器，然后控制液晶显示器28显示“已经校正完毕”之类的信息。当然，上述校正过程可以重复多次后对校正系数P取平均值，以达到减小误差的目的。

结合图3所示，经过上述步骤的校正之后，切断开关29，使得校正支路断开，钳形电流表3进测量状态。操作手柄110，使得铁芯12的左半体120和右半体121分开，将被测电线4从开口处伸入到铁芯12中并闭合铁芯12，此时，被测电线4相当于一个单匝的线圈，其中的被测电流I₃与检测线圈13经过互感效应，在检测线圈13中产生一个互感电流I₄(设检测线圈13的匝数为n，则I₄＝I₃/n)，互感电流I₄经过I/V转换器25、A/D采样器26后输入至DSP芯片24，DSP芯片24将得到的采样值乘以校正系数P，在经过转换后，即可计算出相应的被测电流I₃并显示在液晶显示器28上。

显然，从上述描述中可以看出，由于在测量被测电流I₃之前使用校正支路对钳形电流表3进行了误差校正，并得到了校正系数P，因此，在测量被测电流I₃时，将测量结果乘以此校正系数P即可对I₃的误差进行校正。

以上只是本发明的钳形互感器1和钳形电流表3的较为典型的实施方式，实际上本发明的钳形互感器1和钳形电流表3并不局限于上述的结构。事实上，图2中所描述的辅助电路2只是电路的结构示意图，而辅助电路2完全可以被整合在一个模块之内，此模块可以安装在钳形互感器1之中，进而形成一个完整的钳形电流表；如果考虑到缩小钳形互感器1的体积(有益于操作者握持)，那么也可以将辅助电路设计成外接式的设备，此外接式的设备可以通过线缆与钳形互感器1相连接，或者设计成可插拔的形式，使用过程中将检测线圈13的两个接头130、131和校正线圈14的两个接头140、141分别***对应的插孔中即可，实际上，这种电子设备的设计方案是非常常见的。

此外，本发明所述的钳形互感器1和钳形电流表3还可以有很多不同的实施方式，例如图4中的钳形电流表，其在可调信号发生器20与DSP芯片24之间加入了反馈线路240，使得可调信号发生器20所产生的信号大小、相位等根据DSP芯片的反馈进行适当的调整，使得电路更为优化。此外，非常明显的是，上述实施例中采用了电压采样的方式，如果换成电流采样方式是同样可行的，事实上，采用电流采样方式后，V/I转换器和I/V转换器都可以省略，只需要对信号发生器和A/D采样器做出调整即可。以下对钳形电流表自校正方法的描述中可清楚体现出这一点。

本发明所述的钳形电流表自校正方法可以从图5中清楚的表现出来。图5所述的实施例中采用了可调电流信号发生器50以及可对电流进行采样的A/D采样器51。具体校正方法如下：闭合开关52，使得钳形电流表进入校正状态，由可调电流信号发生器50产生一个电流信号，此电流信号流过具有钳形互感器的校正线圈之后，分别从校正线圈以及检测线圈中流出信号电流1与信号电流2，假设校正线圈与检测线圈的匝数相同，则通过A/D采样器51分别对信号电流1与信号电流2进行采样，并将采样结果输入到DSP芯片中，DSP芯片将信号电流1与信号电流2进行比较，如果二者不相等(根据校正线圈与检测线圈的匝数关系，二者应该相等)，则将信号电流2乘以一个校正系数P，使其数值与信号电流1相等，并通过输入输出设备显示相应的结果。

从上述过程可以看出，在现有的钳形电流表的结构上加入一个校正线圈，经过上述的自校正过程之后，即可对误差进行修正，提高测量的精度。

显然，上述钳形互感器、钳形电流表以及钳形电流表自校正方法都可以做出很多改进和等效变换，例如钳形互感器的手柄可以采用其它的任何适于控制铁芯的左右两个半体开合的结构，校正线圈与检测线圈也可以灵活多变：既可以分别位于铁芯的两个半体上，也可以位于同一个半体上；DSP芯片也可以使用其它的具有计算能力的芯片或设备进行取代；此外，上述实施例仅仅介绍了对电流大小进行较正的过程，事实上，在采用合适的DSP芯片后，也可以采用类似的方法和结构对相位上的误差也进行校正。诸如此类的微小改变以及等效变换均应包含在权利要求所述的范围之内。

Claims (10)

1、钳形互感器，包括壳体、容置在壳体中的铁芯、设置在铁芯上的第一线圈，铁芯分成两个可分离的半体，所述壳体上还包括一个控制铁芯的两个半体分离或结合的机构，其特征在于：铁芯上还设置有第二线圈，所述第二线圈串联在信号发生器和第二采样器之间，所述第二采样器同数据处理单元电连接，所述第二线圈受所述信号发生器激发在所述第一线圈中生成感应电流，所述数据处理单元比较流过所述第二线圈的激发电流和流过所述第一线圈的所述感应电流后生成同所述第一线圈的所述感应电流保持自乘关系的校正系数。

2、根据权利要求1所述的钳形互感器，其特征在于：控制铁芯的两个半体分离或结合的机构为“X”形手柄。

3、根据权利要求1所述的钳形互感器，其特征在于：第一线圈与第二线圈分别位于两个半体上，且第一线圈的匝数与第二线圈的匝数相等。

4、钳形电流表，包括钳形互感器和辅助电路，所述钳形互感器包括壳体、容置在壳体中的铁芯、设置在铁芯上的第一线圈，铁芯分成两个可分离的半体，辅助电路包括与第一线圈串联的第一采样器，其特征在于：所述钳形互感器进一步包括一个可与第一线圈发生互感效应的第二线圈，辅助电路进一步包括连接在第二线圈一端的信号发生器、连接在第二线圈另一端的第二采样器以及数据处理单元，所述第一采样器与第二采样器均与数据处理单元相连接，所述第二线圈受所述信号发生器激发在所述第一线圈中生成感应电流，所述数据处理单元比较流过所述第二线圈的激发电流和流过所述第一线圈的所述感应电流后生成同所述第一线圈的所述感应电流保持自乘关系的校正系数。

5、根据权利要求4所述的钳形电流表，其特征在于：所述辅助电路还包括与数据处理单元相连接的输入输出设备。

6、根据权利要求4所述的钳形电流表，其特征在于：所述第一采样器与第二采样器的前端均设置一个I/V转换器。

7、根据权利要求4所述的钳形电流表，其特征在于：所述信号发生器与数据处理单元之间包括一反馈电路。

8、根据权利要求4所述的钳形电流表，其特征在于：所述信号发生器与第二线圈之间设置一电开关。

9、钳形电流表自校正方法，所述钳形电流表包括钳形互感器和辅助电路，所述钳形互感器包括壳体、容置在壳体中的铁芯、设置在铁芯上的第一线圈和可与第一线圈发生互感效应的第二线圈，铁芯分成两个可分离的半体，辅助电路包括与第一线圈、第二线圈串联的第一采样器、第二采样器，第一采样器与第二采样器均与数据处理单元相连接，所述方法包括以下步骤：

将一标准电信号输入到第二线圈中，并在第一线圈中产生一个互感电信号；

使用第一采样器、第二采样器对标准电信号和互感电信号分别进行采样；

在数据处理单元中将上述两个采样结果进行比较，并确定一个校正系数P。

10、根据权利要求9所述的钳形电流表自校正方法，其特征在于：所述第一线圈的匝数与第二线圈的匝数相等，在此前提下，互感信号等于标准信号与校正系数P的乘积。

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