用于非接触式测量电流强度的测量系统及方法与流程

本发明涉及一种具有测量线圈布置结构及补偿线圈布置结构的用于非接触式电流强度测量的测量系统，其中，测量线圈布置结构和补偿线圈布置结构的总信号可通过第一检测装置进行检测。

背景技术：

本发明还涉及一种用于非接触式测量电流引导件中电流强度的方法，其中，在测量线圈布置结构中，信号通过感应由电流引导件产生，并且为测量线圈布置结构配属有一个补偿线圈布置结构。

已知的是，采用所谓的电流钳进行非接触式电流强度测量，通过该电流钳将一个可打开的环形芯环绕电流引导件设置，且对带有芯的电流引导件的磁场进行捕获并感应性测量。所述环形芯在此对于每次的测量都必须打开和闭合，因此，如果多个电流引导件应被测定和/或如果电流引导件不易接近，这会是复杂的。

为了没有外面(即位于电流引导件外部)产生的磁场的干扰的测量，有利的是，芯或者线圈围绕电流引导件形成一个封闭的环。

也已知这样的线圈布置结构，其与此不同并且为了补偿干扰场而具有补偿线圈。在这种布置结构中，检测并且评估在测量线圈以及所属的补偿线圈中共同感应的信号。

技术实现要素：

本发明的任务在于，改善用于非接触式测量电流强度的测量系统的使用特性。

为解决上述任务，按照本发明将规定权利要求1所述的特征。因此，尤其是在开头所述类型的测量装置中按照本发明建议，该测量线圈布置结构的至少一个测量线圈的信号能够借助第二检测装置检测。在此有利的是，附加于物理上以补偿线圈补偿的测量值可提供第二测量值。利用第二测量值可进一步改善第一测量值的测量结果。利用第二测量值，替代或者附加地可实施测量情况的可靠性检验，方法是：例如可将第二(未经补偿)的测量值与第一(补偿)的测量值进行比较和对比。因此，本发明在一种叉形的刚性测量系统中实现了测量精度的改善。由于可放弃环形芯为了测量的打开和闭合，这改善了使用特性。

在一种有利的构造中可以设置为，测量线圈布置结构具有第一测量线圈和第二测量线圈。因此，可提供对唯一的、例如U形的测量线圈的替代。尤其是在此可设置为，第一测量线圈和第二测量线圈布置在电流引导件容纳部的彼此对置的侧上或两侧。在此有利的是，电流引导件的磁场在电流引导件两侧都可以被检测。

在一种有利的构造中可以设置为，为测量线圈布置结构的一个、尤其是每个测量线圈电气地配属补偿线圈布置结构的至少一个补偿线圈。例如可实现该电的配属，使得在测量线圈中感应出的电压和在所述至少一个补偿线圈中感应出的电压符号正确地相加以及因此排除外部的干扰影响。因此，也可以简单地在物理上实现对外部干扰场的补偿。优选地为所述或每个测量线圈电气地配属两个补偿线圈。每个测量线圈应用两个补偿线圈能够再次加强地抑制外部干扰场，例如抑制邻近的非待测电流引导件的干扰场。

在有利的构造中可以设置为，配属于一个测量线圈的补偿线圈布置在测量线圈的各一个端部上。由此，可以实现环形围绕电流引导件的测量线圈的特别好的接近。

在此或者替代地可以设置为，配属于一个测量线圈的补偿线圈相对于测量线圈以45°与135°之间的角度定向。在此有利的是，在补偿线圈中自动感应出电压，该电压对于位于由测量线圈布置结构所描述或者限定的电流引导件容纳部外部的电流引导件补偿在测量线圈中感应出的电压。该角度越接近90°，所述效果越好地实现。因此优选地，上述角度在80°与100°之间。因此特别优选地，所述角度例如在制造精度或制造公差的范围中几乎达到90°或者甚至精确地为90°。

在一种有利的构造中可以设置为，第一检测装置和第二件检测装置分别具有一个放大元件。在此有利的是，能够提供和进一步加工彼此独立获得的信号。

在有利的构造中可以设置为，在第一检测装置和第二检测装置上分别连接一个数字的信号处理装置。在此有利的是，借助快速的傅里叶变换(FFT)可执行进一步处理。这可实现对待测电流强度的简单过滤以及对待测电流强度频率进行设定。

在一种有利的构造中可以设置为，通过第二检测装置可检测测量线圈布置结构的例如已经提及的第一测量线圈的信号，通过第三检测装置可检测测量线圈布置结构的例如已经提及的第二测量线圈的信号。由此，可区分该外部电流引导件是设置在第一测量线圈那侧还是设置在第二测量线圈那侧。

在一种有利的构造中可以设置为，补偿线圈布置结构的补偿线圈基本上、例如除了制造公差或者为了所追求的测量精度可忽略的不同具有相同或甚至完全相同的横截面、绕线密度和/或匝数。在此有利的是，线圈的用于补偿外部的干扰场的设计可以简单地确定并且实现。例如，容许的偏差可以小于相应的名义值的10％，尤其是小于相应的名义值的5％。

在一种有利的构造中可以设置为，测量线圈布置结构的测量线圈具有基本上相同、例如除了制造公差或者为了所追求的测量精度可忽略的不同或者甚至究全相同的横截面、绕线密度和/或匝数。在此有利的是，测量线圈可相互协调并可简单补偿。例如，容许的偏差可以小于相应的名义值的10％，尤其是小于相应的名义值的5％。

在一种有利的构造中可以设置为，测量线圈布置结构的至少一个测量线圈的匝数大于补偿线圈布置结构的至少一个所属的补偿线圈的匝数。因此，在测量线圈中，可产生本身的测量信号，所述测量信号通过补偿线圈的感应出电压必要时进行补偿。优选地，每个测量线圈的匝数基本上、例如在电流强度测量的测量精度范围内或者甚至精确地与配属的补偿线圈的线圈匝数的总和相等。

在一种有利的构造中可以设置为，测量线圈和补偿线圈设置在一个连接于第一检测装置的回路上。在此有利的是，在由第一检测装置检测补偿信号之前，测量线圈和补偿线圈的感应电压物理相加。

在一种有利的构造中可以设置为，测量线圈和补偿线圈的绕线方向一致。因此，可以简单实现外部电流引导件的感应电压的物理补偿。

在一种有利的构造中可以设置为，测量线圈和/或补偿线圈构成为空心线圈。因此，可以放弃芯材料的使用。

在一种有利的构造中可以设置为，测量线圈布置结构和/或补偿线圈布置结构限定一个例如已提及的用于待测电流引导件的电流引导件容纳部。在此有利的是，测量线圈布置结构因此限定一敏感区域，在该区域中可测量电流引导件的电流强度，而抑制在电流引导件容纳部外部设置的电流引导件。在此，尤其是可以设置为，该电流引导件容纳部在测量线圈布置结构的例如已提及的第一测量线圈和测量线圈布置结构的例如已经提及的第二测量线图之间被限定和构成。因此，提供测量线圈的对称的或者向外界定电流引导件容纳部的布置结构。

在此，特别有利的是，电流引导件容纳部叉形和/或刚性、尤其是无活动部件地构成。因此，可提供能够特别简单地操作的和/或机械上坚固的测量系统。

在一种有利的构造中可以设置为，测量线圈布置结构和/或补偿线圈布置结构分别在空间上镜像对称地设置。因此能够提供一种简单的布置结构，对于该布置结构而言，特别简单地实现对于测量的外部影响的几乎完全补偿。优选地，可将镜像对称的镜面(对称面)关于例如已提及的电流引导件容纳部设置在中心。

在一种有利的构造中可以设置为，测量线圈布置结构和补偿线圈布置结构如此相互协调，使得测量线圈及补偿线圈中的对于处在电流引导件容纳部外部的电流引导件的磁通总和等于零。因此，可消除外部电流引导件对于电流强度测量的影响。

在一种有利的构造中可以设置为，设置测量误差识别装置，用于将一方面第一测量线圈和/或第二测量线圈的信号与另一方面测量线圈布置结构和补偿线圈布置结构的总信号进行比较。因此，可简单实施可靠性检验，因为仅外部电流引导件在测量线圈中产生未经补偿的信号，该未经补偿的信号大于被补偿的信号。因此，容易识别的是，当(单一)待检测电流引导件位于电流引导件容纳部外部时，存在测量误差。尤其是在此可设置为，当总信号小于第一测量线圈和/或第二测量线圈的信号时，测量误差识别装置设置用于输出测量误差指示。这能够使得使用者可简单识别测量误差，并且例如通过重复测量来避免测量误差。

在一种有利的构造中可以设置为，设置激活装置，以用于当信号满足存储的标准时检测测量线圈布置结构和/或补偿线圈布置结构的信号，并且激活用于处理和/或输出测量线圈布置结构的测量值的另一个部件。因此可放弃附加的用于激活测量系统的操作步骤。这例如可通过轮询的方式设置，即通过定期查询，测量线圈布置结构的按本发明所提供和/或获取的信号是否能表征装入的电流引导件。所存储的标准可以例如是超过测量线圈中的电压阈值和/或将测量线圈布置结构和补偿线圈布置结构的总信号与至少一个测量线圈的信号进行比较的结果。例如，当测线圈系统中的电压或补偿电压超过阈值并且测量线圈布置结构中的电压此外不大于补偿电压时，可实现激活。

在一种有利的构造中可以设置为，设置测量范围转换装置，以用于在信号超过阈值时从测量线圈布置结构和补偿线圈布置结构的总信号处理转换至仅测量线圈布置结构的信号处理。在此有利的是，无补偿的测量线圈可用于大电流强度，而补偿测量线圈可用于小电流强度，其中，外部的干扰场会引起较大的相对误差，其中，可以放弃附加的例如用于测量范围转换的操作步骤。

为解决所述任务，在一种方法中，规定针对方法的并列权利要求的特征。因此尤其是在在开头所述类型的方法中按照本发明为了解决上述任务提出，检测测量线圈布置结构和补偿线圈布置结构的总信号，以及附加地检测测量线圈布置结构的至少一个测量线圈的信号。因此，获得独立的第二信号，该信号使得评估测量情况、激活测量和/或改善测量精度成为可能。由此分别形成电流强度测量中的改善的需求特点。

在一种有利的构造中可以设置为，当总信号小于至少一个测量线圈的信号时，输出测量误差指示。在此有利的是，将外部电流引导件的测量与电流引导件装入电流引导件容纳部中的测量简单地区分。

在一种有利的构造中可以设置为，当相关信号超过阈值，将对总信号的评估转换到对至少一个测量线圈的信号的评估。在此有利的是，实施自动的测量范围转换。另外，也放弃通过使用者实施的操作步骤。

在一种有利的构造中可以设置为，应用按照本发明的测量系统，尤其是如前面所描述的测量系统和/或按照针对测量系统的权利要求的测量系统。

附图说明

现在借助一个实施例详细描述本发明，但不仅局限于所述实施例。其他的实施例通过各个或者多个权利要求特征的彼此组合和/或以该实施例的各个或多个特征形成。

以强烈简化的示图示出：

图1示出按本发明的测量系统的部分示图。

图2示出依据图1的测量系统的按照本发明的布线。

具体实施方式

图1以强简化的示图示出整体以1表示的按本发明的用于非接触式测量电流强度的测量系统的前部。

为了简化视图，测量系统1的具有评估电子装置、用于例如通过显示器输出测量值的器件及操纵元件的把手没有进一步示出。

按照本发明的测量系统1具有一个测量线圈布置结构2和一个补偿线圈布置结构3。

图2示出了相关的布线。

测量系统1因而包括一个第一检测装置4，通过该第一检测装置可检测测量线圈布置结构2和补偿线圈布置结构3的信号。

测量系统1还包括一个第二检测装置5，通过该第二检测装置，可检测与补偿线圈布置结构3分开的测量线圈布置结构2的第一测量线圈6的信号。

测量线圈布置结构2具有一个第二测量线圈7。第一测量线圈6和第二测量线圈7设置在叉形的电流引导容纳部8的彼此对置的侧面35、36的两侧。

待测量的电流引导件可置入电流引导件容纳部8中。

电流引导件容纳部8刚性地没有活动部分地构成。

测量线圈6、7因此被设置在各一个叉臂9、10中。

补偿线圈布置结构3具有四个补偿线圈11、12、13、14。

在图2中可见的是，补偿线圈11、12电气地配属于第一测量线圈6，而补偿线圈13、14电气地配属于第二测量线圈7。

在根据图1的示图中可见的是，在每个测量线圈6、7上在端部15、16、17、18上分别设置有一个补偿线圈11、12、13、14。

每个补偿线圈11、12、13、14在此以90度的角度34相对于分别所配属的测量线圈6、7定向。

第一检测装置4具有一个放大元件19和一个下游的数字信号处理装置21。

第二检测装置5同样具有一个放大元件20和一个下游的数字信号处理装置22。

另外，测量系统1还具有一个第三检测装置23，利用该第三检测装置可检测测量线圈布置结构2与补偿线圈布置结构3分开的第二测量线圈7的信号和第一测量线圈6的信号。

第三检测装置23类似具有一个放大元件24和一个数字信号处理装置25。

数字信号处理装置21、22、25是数字信号处理件26的组成部分，而放大元件19、20、24是信号放大件27的一部分。

补偿线圈11、12、13、14彼此相同地构成，且因此具有一致的横截面、绕线密度和匝数。

测量线圈6、7彼此相同地构成并且因此具有一致的横截面、绕线密度和匝数。

测量线圈6、7的匝数分别多于补偿线圈11、12、13、14的匝数。

在此，一个测量线圈6、7的补偿线圈11、12、13、14的匝数总和等于相应所属的测量线圈6、7的匝数。

测量线圈6、7和补偿线圈11、12、13、14布置在一个共同的回路28(Masche)上，并连接于第一检测装置4上。在图2中可看到，测量线圈6和所属的补偿线圈11、12具备一致的绕向。同样，测量线圈7和配属的补偿线圈13、14也具备一致的绕向。

放大元件19、20、24在外部连接至供给电压29。

测量线圈6、7和补偿线圈11、12、13、14不含芯地构成为空心线圈(Luftspule)。

从图1可见，测量线圈6、7在其之间限定电流引导件容纳部8，其中，测量线圈6、7的布置结构和补偿线圈11、12、13、14的布置结构关于电流引导件容纳部8的中心平面30空间上镜像对称地构成。

补偿线圈布置结构3与测量线圈布置结构2这样协调，使得对于位于电流引导件容纳部8外部的电流引导件，测量线圈6、7及补偿线圈11、12、13、14中的磁通总和为零。因而，在电流引导件容纳部8外部的由电流引导件所产生的磁场刚好如此得到补偿，使得在第一检测装置4中没有测量信号产生。

在数字信号处理件26中构成有一个测量误差识别装置31，通过该测量误差识别装置，可将一方面第一测量线圈6和第二测量线圈7的信号分别自身并且另一方面测量线圈布置结构2及补偿线圈布置结构3的总信号进行比较，同时可将一方面放大元件20、24上的信号和另一方面放大元件19上的信号进行比较。测量误差识别装置31如此设置：使得对于总信号小于第一测量线圈6的信号或小于第二测量线圈7的信号的情况，输出一个测量误差提示。该参数比预示着，电流引导件没有处于电流引导件容纳部中，而是处于电流引导件容纳部8外部。因此，该测量误差提示显示，可能是错误的电流引导件或者根本没有电流引导件在电流引导件容纳部8中抓持。

此外，数字信号处理件26还具有一个激活装置32，通过该激活装置可检测测量线圈布置结构2和补偿线圈布置结构3的至少一个信号。

如果所检测到信号满足标准，按照所述标准，第一测量线圈6和/或第二测量线圈7上的信号超过存储的阈值且同时该信号不大于第一检测装置4上的补偿电压，则激活另一个用于处理和/或输出测量线圈布置结构的测量值的部件。由此开始(einschalten)测量系统1的正常运行。

此外，在数字信号处理件26上还构成有一个测量范围转换装置33。

该测量范围转换装置33设置用于从第一检测装置4上的总信号处理向第二检测装置5上的信号的处理和/或第三检测装置23上的信号处理进行转换。这在如下情况下实现，即信号足够强，以使得电流强度测量能仅通过测量线圈6、7无需补偿地进行实施。

因此，利用测量系统1可实施用于在电流流过的电流引导件中的非接触式测量电流强度的方法，其中，电流引导件装入电流引导件容纳部8中。

因此，利用测量线圈布置结构2通过感应产生一个电信号。

此外，在补偿线圈布置结构3中同样感应地产生电信号，其中，所述信号至少部分补偿线圈测量系统2的信号。

在第一检测装置4中检测测量线圈布置结构2和补偿线圈布置结构3的总信号，即补偿信号，且在第二检测装置5和第三检测装置23中分别附加检测测量线圈6或测量线圈7本身的信号。

如果测量线圈6的信号或测量线圈7的信号大于第一检测装置4上的总信号，则将输出测量误差指示，因为于是测定的电流引导件必定位于电流引导件容纳部8的外部。

如果检测装置4、5、23之一上的信号超过预设最低值，将用于测量值获取的总信号分析转换到测量线圈6、7的单独信号分析。

在此使用的是，放大元件20、24调节至与放大元件19不同的测量值范围，在其上施加补偿信号。

因此，通过测量范围转换可实施对装入的具有小的电流强度的电流引导件的补偿测量，以及同样也可实施对具有大的电流强度的电流引导件的非补偿测量。

在用于非接触式测量电流强度的测量系统1中提出，通过第一检测装置4检测测量线圈布置结构2和补偿线圈布置结构3的总信号，且通过第二检测装置5、23对测量线圈布置结构2的测量线圈6、7的信号与此分离地进行检测。

附图标记列表

1.测量系统

2.测量线圈布置结构

3.补偿线圈布置结构

4.第一检测装置

5.第二检测装置

6.第一测量线圈

7.第二测量线圈

8.电流引导件容纳部

9.叉臂

10.叉臂

11.补偿线圈

12.补偿线圈

13.补偿线圈

14.补偿线圈

15. 6的端部

16. 6的端部

17. 7的端部

18. 7的端部

19.放大元件

20.放大元件

21.数字信号处理装置

22.数字信号处理装置

23.第三检测装置

24.放大元件

25.数字信号处理装置

26.数字信号处理件

27.信号放大件

28.回路

29.供给接头

30.中间平面

31.测量误差识别装置

32.激活装置

33.测量范围转换装置

34.角度

35. 8的侧面

36. 8的侧面