專利名稱：鉗形互感器、鉗形電流表和鉗形電流表自校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量電流或電壓的裝置，特別是一種用于測量電流的鉗形電流表。
背景技術(shù)：
測量電流一般采用安培表、萬用表等傳統(tǒng)電流測量儀器，將此類電流測量儀器串聯(lián)到電路中后，即可直接得出相應(yīng)支路的電流大小。然而，如果在高壓場合(例如測量高壓電線中的電流等等)沿用這種傳統(tǒng)的電流測量方法，則至少有以下兩點不足之處第一，必須要先將待測電路的電源切斷，接入電流測量儀器，然后再接通電源，不僅過程繁瑣，而且需要斷電，這對于公用電網(wǎng)會造成很大的困擾，因為頻繁停電不僅給居民用電帶來麻煩，而且會給工廠、機關(guān)造成很大的損失；第二，用此類方法測量高壓電線中的電流時，危險系數(shù)比較大，尤其是當測試者斷開或接通電源時，瞬間高壓變化可能會造成儀器損壞甚至人員傷亡。為了解決上述問題，業(yè)界研制出鉗形電流表。鉗形電流表是一種用于測量電流大小的裝置，其特點是可以在不斷開電源的情況下，利用電磁感應(yīng)進行電流測量。CN2125144U號中國實用新型專利的圖1中公開了鉗形電流表的基本原理通過繞在鐵芯上的感應(yīng)線圈將被測導(dǎo)線上的交流電流轉(zhuǎn)化為交流電壓信號，經(jīng)過二極管檢波后推動表頭顯示測量結(jié)果。雖然現(xiàn)在的鉗形電流表逐漸摒棄了模擬測量、顯示的方式，開始采用更加精確的數(shù)字采樣方法，而且在顯示結(jié)果時采用了數(shù)字顯示等更加先進的技術(shù)，但是原理上仍然和CN2125144U號中國實用新型專利所揭示的互感原理基本相同。
然而，鉗形電流表存在精度不夠高的問題，現(xiàn)有的鉗形電流表的測量誤差一般都在0.2％以上，而且此誤差是出廠時經(jīng)過精密校正的結(jié)果，在實際的應(yīng)用場合中，測試環(huán)境的影響以及鉗形電流表自身的老化均會導(dǎo)致測量誤差的進一步增大，從而給國家的電能計量造成很大的誤差。業(yè)界針對鉗形電流表也作了很多改進，力圖減小其測量誤差。例如CN2412283Y號中國實用新型專利公開了一種通過改變鉗口體積來提高鉗形電流表精度的技術(shù)方案；CN2518111Y號中國實用新型專利公開了一種通過增加功能檔數(shù)來提高鉗形電流表精度的方案。上述這些改進雖然一定程度上優(yōu)化了鉗形電流表的測量精度，但是仍未解決根本問題鉗形電流表在使用一段時間后，鉗口結(jié)合處極可能發(fā)生變形、生銹，從而導(dǎo)致鉗口結(jié)合不緊密，造成磁回路受阻，而縱觀現(xiàn)有的鉗形電流表，在測量之前均無法對上述不利因素進行誤差補償，即，現(xiàn)有的鉗形電流表均不具備自校正的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是提供一種鉗形互感器，其可與輔助電路結(jié)合而具備自校正功能。
本發(fā)明的第二目的是提供一種具備自校正功能的鉗形電流表；本發(fā)明的另一目的是提供一種鉗形電流表的自校正方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明給出的鉗形互感器包括殼體、容置在殼體中的鐵芯、設(shè)置在鐵芯上的檢測線圈以及校正線圈。通過輔助電路與校正線圈的結(jié)合，可以對互感器的誤差作出修正。
本發(fā)明給出的鉗形電流表包括鉗形互感器與輔助電路，鉗形互感器包括殼體、容置在殼體中的鐵芯、設(shè)置在鐵芯上的檢測線圈以及校正線圈。通過輔助電路與校正線圈的結(jié)合，可以對鉗形電流表的誤差作出修正。
本發(fā)明給出的鉗形電流表自校正方法是采用一個校正線圈，通過與輔助電路的結(jié)合，可對鉗形電流表的誤差進行校正。
本發(fā)明給出的鉗形互感器、鉗形電流表以及鉗形電流表自校正方法均采用了校正線圈，可在測試之前進行自校正，進而進行誤差補償。具體的結(jié)構(gòu)、方法體現(xiàn)在后述的具體實施方式
中。


圖1是鉗形互感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是鉗形電流表在校正狀態(tài)下的示意圖；圖3是鉗形電流表在測量狀態(tài)下的示意圖；圖4是鉗形電流表另一實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是鉗形電流表自校正方法的示意框圖。
以下結(jié)合各實施例及其附圖作進一步說明。
實施方式參見圖1所示，本發(fā)明所述的鉗形互感器1包括殼體11、容置在殼體11中的鐵芯12、設(shè)置在鐵芯12上的檢測線圈13以及校正線圈14。
殼體11具有“X”形手柄110，鐵芯12分為左半體120和右半體121，操作手柄110可使得左半體120與右半體121分離或閉合。當左半體120與右半體121閉合時，鐵芯12中形成完整的磁路。
檢測線圈13具有兩個接頭130、131，校正線圈14具有兩個接頭140、141。
圖2是本發(fā)明所述的鉗形電流表3的結(jié)構(gòu)示意圖。鉗形電流表3是由鉗形互感器1與輔助電路2組成的。圖2中虛線框內(nèi)的所有電路均可視作輔助電路2。輔助電路2的作用是對鉗形互感器1的誤差進行預(yù)先校正，并且與鉗形互感器1組合成具有電流測量功能的鉗形電流表3。
輔助電路2包括四部分校正支路、檢測支路、數(shù)字信號處理單元以及輸入輸出設(shè)備。校正支路包括可調(diào)信號發(fā)生器20、與可調(diào)信號發(fā)生器20串聯(lián)的V/I(電壓/電流)轉(zhuǎn)換器21、I/V(電流/電壓)轉(zhuǎn)換器22、與I/V轉(zhuǎn)換器22串聯(lián)的AD采樣器23，校正線圈14串聯(lián)于V/I轉(zhuǎn)換器21和I/V轉(zhuǎn)換器22之間；檢測支路包括I/V轉(zhuǎn)換器25和串聯(lián)于I/V轉(zhuǎn)換器25一端的A/D采樣器26，I/V轉(zhuǎn)換器25的另一端與檢測線圈13串聯(lián)。
本實施例中的數(shù)字信號處理單元可以是具備計算和控制能力的DSP(數(shù)字信號處理)芯片24，輸入輸出設(shè)備可以是鍵盤27和液晶顯示器28。A/D采樣器23和A/D采樣器26的采樣信號均輸入到DSP芯片24中，經(jīng)過DSP芯片24處理后，在液晶顯示器28上顯示出相應(yīng)的結(jié)果，鍵盤27可對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)操作。
開關(guān)29串聯(lián)于校正支路中，用于控制校正支路的連通或斷開。本實施例中，開關(guān)29設(shè)置在V/I轉(zhuǎn)換器21和校正線圈14之間。
本發(fā)明所述的鉗形電流表3可以在測試電壓之前進行誤差校正，其工作原理如下閉合開關(guān)29和鐵芯12(左半體120與右半體121閉合)，此時校正支路處于導(dǎo)通狀態(tài)。由可調(diào)信號發(fā)生器20產(chǎn)生一個標準電壓信號，此電壓信號經(jīng)過V/I轉(zhuǎn)換器21轉(zhuǎn)換成標準電流I1，標準電流I1流過校正線圈14并且通過互感使得檢測線圈13中產(chǎn)生互感電流I2，標準電流I1和互感電流I2分別經(jīng)過I/V轉(zhuǎn)換器22、I/V轉(zhuǎn)換器25后重新轉(zhuǎn)換成電壓信號，再分別經(jīng)過A/D采樣器23和A/D采樣26進行信號采樣，采樣結(jié)果為U1、U2，U1、U2均輸入到DSP芯片24中進行比較。假設(shè)本實施例中檢測線圈13與校正線圈14的匝數(shù)相同，則理論上DSP芯片24的比較結(jié)果應(yīng)該是U1＝U2，但是，由于U1是原始信號，其損耗和誤差較??；U2系經(jīng)過電流互感得到，在鐵芯12的左半體120和右半體121結(jié)合不夠緊密等前提下，可能存在較大的誤差，造成U1≠U2，因此，為了校正此誤差，DSP芯片24將在U2上乘以一個校正系數(shù)P(P可能大于1，也可能小于1)，使得U1＝PU2，DSP芯片24將校正系數(shù)P存儲至內(nèi)部的存儲器，然后控制液晶顯示器28顯示“已經(jīng)校正完畢”之類的信息。當然，上述校正過程可以重復(fù)多次后對校正系數(shù)P取平均值，以達到減小誤差的目的。
結(jié)合圖3所示，經(jīng)過上述步驟的校正之后，切斷開關(guān)29，使得校正支路斷開，鉗形電流表3進測量狀態(tài)。操作手柄110，使得鐵芯12的左半體120和右半體121分開，將被測電線4從開口處伸入到鐵芯12中并閉合鐵芯12，此時，被測電線4相當于一個單匝的線圈，其中的被測電流I3與檢測線圈13經(jīng)過互感效應(yīng)，在檢測線圈13中產(chǎn)生一個互感電流I4(設(shè)檢測線圈13的匝數(shù)為n，則I4＝I3/n)，互感電流I4經(jīng)過I/V轉(zhuǎn)換器25、A/D采樣器26后輸入至DSP芯片24，DSP芯片24將得到的采樣值乘以校正系數(shù)P，在經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，即可計算出相應(yīng)的被測電流I3并顯示在液晶顯示器28上。
顯然，從上述描述中可以看出，由于在測量被測電流I3之前使用校正支路對鉗形電流表3進行了誤差校正，并得到了校正系數(shù)P，因此，在測量被測電流I3時，將測量結(jié)果乘以此校正系數(shù)P即可對I3的誤差進行校正。
以上只是本發(fā)明的鉗形互感器1和鉗形電流表3的較為典型的實施方式，實際上本發(fā)明的鉗形互感器1和鉗形電流表3并不局限于上述的結(jié)構(gòu)。事實上，圖2中所描述的輔助電路2只是電路的結(jié)構(gòu)示意圖，而輔助電路2完全可以被整合在一個模塊之內(nèi)，此模塊可以安裝在鉗形互感器1之中，進而形成一個完整的鉗形電流表；如果考慮到縮小鉗形互感器1的體積(有益于操作者握持)，那么也可以將輔助電路設(shè)計成外接式的設(shè)備，此外接式的設(shè)備可以通過線纜與鉗形互感器1相連接，或者設(shè)計成可插拔的形式，使用過程中將檢測線圈13的兩個接頭130、131和校正線圈14的兩個接頭140、141分別插入對應(yīng)的插孔中即可，實際上，這種電子設(shè)備的設(shè)計方案是非常常見的。
此外，本發(fā)明所述的鉗形互感器1和鉗形電流表3還可以有很多不同的實施方式，例如圖4中的鉗形電流表，其在可調(diào)信號發(fā)生器20與DSP芯片24之間加入了反饋線路240，使得可調(diào)信號發(fā)生器20所產(chǎn)生的信號大小、相位等根據(jù)DSP芯片的反饋進行適當?shù)恼{(diào)整，使得電路更為優(yōu)化。此外，非常明顯的是，上述實施例中采用了電壓采樣的方式，如果換成電流采樣方式是同樣可行的，事實上，采用電流采樣方式后，V/I轉(zhuǎn)換器和I/V轉(zhuǎn)換器都可以省略，只需要對信號發(fā)生器和A/D采樣器做出調(diào)整即可。以下對鉗形電流表自校正方法的描述中可清楚體現(xiàn)出這一點。
本發(fā)明所述的鉗形電流表自校正方法可以從圖5中清楚的表現(xiàn)出來。圖5所述的實施例中采用了可調(diào)電流信號發(fā)生器50以及可對電流進行采樣的A/D采樣器51。具體校正方法如下閉合開關(guān)52，使得鉗形電流表進入校正狀態(tài)，由可調(diào)電流信號發(fā)生器50產(chǎn)生一個電流信號，此電流信號流過具有鉗形互感器的校正線圈之后，分別從校正線圈以及檢測線圈中流出信號電流1與信號電流2，假設(shè)校正線圈與檢測線圈的匝數(shù)相同，則通過A/D采樣器51分別對信號電流1與信號電流2進行采樣，并將采樣結(jié)果輸入到DSP芯片中，DSP芯片將信號電流1與信號電流2進行比較，如果二者不相等(根據(jù)校正線圈與檢測線圈的匝數(shù)關(guān)系，二者應(yīng)該相等)，則將信號電流2乘以一個校正系數(shù)P，使其數(shù)值與信號電流1相等，并通過輸入輸出設(shè)備顯示相應(yīng)的結(jié)果。
從上述過程可以看出，在現(xiàn)有的鉗形電流表的結(jié)構(gòu)上加入一個校正線圈，經(jīng)過上述的自校正過程之后，即可對誤差進行修正，提高測量的精度。
顯然，上述鉗形互感器、鉗形電流表以及鉗形電流表自校正方法都可以做出很多改進和等效變換，例如鉗形互感器的手柄可以采用其它的任何適于控制鐵芯的左右兩個半體開合的結(jié)構(gòu)，校正線圈與檢測線圈也可以靈活多變既可以分別位于鐵芯的兩個半體上，也可以位于同一個半體上；DSP芯片也可以使用其它的具有計算能力的芯片或設(shè)備進行取代；此外，上述實施例僅僅介紹了對電流大小進行較正的過程，事實上，在采用合適的DSP芯片后，也可以采用類似的方法和結(jié)構(gòu)對相位上的誤差也進行校正。諸如此類的微小改變以及等效變換均應(yīng)包含在權(quán)利要求所述的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.鉗形互感器，包括殼體、容置在殼體中的鐵芯、設(shè)置在鐵芯上的第一線圈，鐵芯分成兩個可分離的半體，所述殼體上還包括一個控制鐵芯的兩個半體分離或結(jié)合的機構(gòu)，其特征在于鐵芯上還設(shè)置有第二線圈，此第二線圈可與第一線圈發(fā)生互感效應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉗形互感器，其特征在于控制鐵芯的兩個半體分離或結(jié)合的機構(gòu)為“X”形手柄。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉗形互感器，其特征在于第一線圈與第二線圈分別位于兩個半體上，且第一線圈的匝數(shù)與第二線圈的匝數(shù)相等。
4.鉗形電流表，包括鉗形互感器和輔助電路，所述鉗形互感器包括殼體、容置在殼體中的鐵芯、設(shè)置在鐵芯上的第一線圈，鐵芯分成兩個可分離的半體，輔助電路包括與第一線圈串聯(lián)的第一采樣器，其特征在于所述鉗形互感器進一步包括一個可與第一線圈發(fā)生互感效應(yīng)的第二線圈，輔助電路進一步包括連接在第二線圈一端的信號發(fā)生器、連接在第二線圈另一端的第二采樣器以及數(shù)據(jù)處理單元，所述第一采樣器與第二采樣器均與數(shù)據(jù)處理單元相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉗形電流表，其特征在于所述輔助電路還包括與數(shù)據(jù)處理單元相連接的輸入輸出設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉗形電流表，其特征在于所述第一采樣器與第二采樣器的前端均設(shè)置一個I/V轉(zhuǎn)換器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉗形電流表，其特征在于所述信號發(fā)生器與數(shù)據(jù)處理單元之間包括一反饋電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉗形電流表，其特征在于所述信號發(fā)生器與第二線圈之間設(shè)置一電開關(guān)。
9.鉗形電流表自校正方法，所述鉗形電流表包括鉗形互感器和輔助電路，所述鉗形互感器包括殼體、容置在殼體中的鐵芯、設(shè)置在鐵芯上的第一線圈和可與第一線圈發(fā)生互感效應(yīng)的第二線圈，鐵芯分成兩個可分離的半體，輔助電路包括與第一線圈、第二線圈串聯(lián)的第一采樣器、第二采樣器，第一采樣器與第二采樣器均與數(shù)據(jù)處理單元相連接，所述方法包括以下步驟將一標準電信號輸入到第二線圈中，并在第一線圈中產(chǎn)生一個互感電信號；使用第一采樣器、第二采樣器對標準電信號和互感電信號分別進行采樣；在數(shù)據(jù)處理單元中將上述兩個采樣結(jié)果進行比較，并確定一個校正系數(shù)P。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鉗形電流表自校正方法，其特征在于所述第一線圈的匝數(shù)與第二線圈的匝數(shù)相等，在此前提下，互感信號等于標準信號與校正系數(shù)P的乘積。
全文摘要
本發(fā)明涉及鉗形互感器、鉗形電流表以及鉗形電流表的自校正方法，所述鉗形互感器包括殼體、容置在殼體中的鐵芯、設(shè)置在鐵芯上的檢測線圈、可與檢測線圈發(fā)生互感效應(yīng)的校正線圈，鐵芯分成兩個可分離的半體，所述殼體上還包括一個控制鐵芯的兩個半體分離或結(jié)合的機構(gòu)。所述鉗形電流表包括上述鉗形互感器以及相應(yīng)的輔助電路。由于采用了校正線圈，因此本發(fā)明所述的鉗形互感器以及鉗形電流表可以在檢測之前對誤差進行預(yù)先校正。
文檔編號G01R35/00GK1920580SQ20051003667
公開日2007年2月28日 申請日期2005年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月24日
發(fā)明者王銀章, 肖增林, 張翔, 向長清, 王峰 申請人:珠海市科薈電器有限公司