用于探测电导线中的电流的电流计

文档序号:835260 发布日期:2021-03-30 浏览:6次 >En<

阅读说明:本技术 用于探测电导线中的电流的电流计 (Current meter for detecting current in electrical conductor ) 是由 马丁·扬科夫斯基 于 2019-08-07 设计创作,主要内容包括:本发明涉及用于探测电导线(3)中的电流的电流计(1),其包括壳体(10)和布置在该壳体(10)上的、用于将该壳体(10)固定在支承轨道(2)上的固定装置(106)和至少一个磁场传感器(15,15A,15B)。在此设定,壳体(10)具有第一壳体部件(100)和第二壳体部件(101),其共同形成用于在该壳体部件(100,101)之间容纳电导线(3)的容纳装置(104,105),其中该壳体部件(100,101)可彼此分离,以将电导线(3)附接至该电流计(1)上,并且可彼此附接,以将该电导线(3)在容纳装置(104,105)中容纳在壳体部件(100,101)之间,其中该至少一个的磁场传感器(15,15A,15B)形成用于探测容纳在容纳装置(104,105)中的电导线(3)处的磁场。(The invention relates to a current meter (1) for detecting a current in an electrical line (3), comprising a housing (10) and a fastening device (106) and at least one magnetic field sensor (15,15A, 15B) which are arranged on the housing (10) for fastening the housing (10) to a support rail (2). It is provided that the housing (10) has a first housing part (100) and a second housing part (101) which together form a receiving device (104,105) for receiving the electrical line (3) between the housing parts (100,101), wherein the housing parts (100,101) can be separated from one another in order to attach the electrical line (3) to the current meter (1) and can be attached to one another in order to receive the electrical line (3) between the housing parts (100,101) in the receiving device (104,105), wherein the at least one magnetic field sensor (15,15A, 15B) is formed for detecting a magnetic field at the electrical line (3) received in the receiving device (104, 105).)

用于探测电导线中的电流的电流计

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于探测电导线中的电流的电流计。

背景技术

这种电流计包括壳体,布置在该壳体上的、并且用于将该壳体固定在支承轨道上的固定装置以及至少一个磁场传感器。

这种类型的电流计尤其可以用于监控太阳能设备上的所谓的串电流。太阳能电池板通常通过线路例如彼此串联连接,使得电流-即所谓的串电流-在太阳能电池板之间流动。出于监控串电流的目的,希望探测这种类型的导线上的电流。

然而,这种电流计也可以用于过程工业或电动汽车领域以测量电流。

这里讨论的类型的电流计可以布置在支承轨道上,并且可以以柔性方式与其他电气或电子设备组合,以便在支承轨道上提供电气和/或电子设备的布置。这种电流计也可以例如与支承轨道上的其他电流计组合,以便测量多条电导线上的电流。

背景技术出于监视串电流的目的,已知通常需要断开要在其上探测电流的电导线的电流计。这是复杂的,并且也构成对该系统的相当大的干预。

在DE 10 2014 119 276 A1中公开的电流计中,电导线可放置在半壳体之间,以便通过磁场传感器探测电导线上的磁场并推断出电导线中的电流。为了将电流计连接到要监控的电导线,必须将两半壳体分开。在连接位置,电导线穿过电流计的壳体延伸。

发明内容

本发明的目的是提供一种电流计,其使得可以以简单的方式探测电导线上的电流并且可以与其他电气或电子装置一起布置在支承轨道上。

该任务通过具有权利要求1的特征的主题来解决。

因此,壳体具有第一壳体部件和第二壳体部件,其一起形成用于在壳体部件之间容纳电导线的容纳装置。壳体部件可以彼此分开,以便将电导线放置在电流计上,并且可彼此附接,以将该电导线在容纳装置中容纳在壳体部件之间,其中该至少一个的磁场传感器形成用于探测容纳在容纳装置中的电导线处的磁场。

例如,每个壳体部件可以具有容纳凹槽,其中,壳体部件的容纳凹槽一起形成用于容纳电导线的容纳装置。每个容纳凹槽例如可以具有半圆形的横截面,从而在组装壳体部件后产生用于(至少区域性)具有圆形横截面的电导线的容纳通道。

电流计可以通过其固定装置固定在至支承轨道上。在这种情况下,电流计的壳体由两个壳体部件形成,两个壳体部件可以彼此分开,以便在壳体部件之间铺设电导线。通过组装壳体部件,将电导线这样容纳在壳体部件之间,使得可以通过一个或多个磁场传感器来探测流过电导线的电流,并且可以(定量和/或定性)评估该电流。

由于可以将电流计放置在支承轨道上,因此可以将电流计以任意方式与其他电气和/或电子设备,例如其他电流计组合。因此,可以例如在开关柜中在支承轨道上提供可灵活配置的电气设备。

在一种构造中,第一壳体部件具有一个或多个第一磁场传感器和/或第二壳体部件具有一个或多个第二磁场传感器。原则上,单个磁场传感器足以探测要监视的电导线上的磁场。这样的磁场传感器可以布置在第一壳体部件或第二壳体部件上。但是,通过在第一壳体部件和/或第二壳体部件上使用多个磁场传感器可以改善电流测量,这是由于可以通过外部磁场来消除干扰场影响,这可以改善测量精度。

例如,在一种构造中,如果壳体部件彼此附接,则可以在每个壳体部件上布置两个或更多个磁场传感器,该磁场传感器以均匀分布的方式围绕要监视的电导线布置。当组装壳体部件后,磁场传感器相对于要监视的电导线以紧密的位置关系布置并且围绕电导线分组,由此由于电流流过电导线而产生的磁场可以经由磁场传感器共同探测,以便基于由磁场传感器产生的传感器信号得出电导线中电流的结论。

如果在第一壳体部件和第二壳体部件上均布置有磁场传感器,则壳体部件优选地经由合适的插接连接器装置彼此电连接。当壳体部件彼此附接后,壳体部件之间的电连接通过该插接连接装置建立,由此,来自磁场传感器的传感器信号可以传递到布置在壳体部件之一上的控制装置。。

在一种构造中,第一壳体部件具有第一通量集中器部件,和/或第二壳体部件具有第二通量集中器部件,用于引导容纳在容纳装置中的电导线的磁通量。这种通量集中器部件可以例如形成为铁磁衔铁的形式。在这种情况下,每个壳体部件可以具有半环形式的通量集中器部件,当将壳体部件彼此附接后,该通量集中器部分形成超环面形式的闭合通量集中器环,以用于环形地引导围绕容纳在容纳装置中的电导线周围的磁通,其中,至少一个的磁场传感器布置在磁通集中器环上。例如,至少一个的磁场传感器可以集成在通量集中器部件之一中。

通量集中器部件用于将磁通密度集中在容纳在壳体部件之间的电导体上。优选地一起形成超环面形式形的通量集中器部分将场线聚集在导体周围并使它们均匀化,这也使得可以测量电导体中的小电流。

一个或多个磁场传感器可以在通量集中器部件上以所谓的开环配置或闭环配置彼此连接。

在一种构造中,至少一个的磁场传感器由磁阻传感器形成。这种磁阻传感器利用所谓的磁阻效应,由此,材料的电阻根据外部磁场而变化。可以探测和评估这样的电阻变化,以便基于电阻变化来推断磁场的强度,并由此推断出电导体中流动的电流的强度。

这通过这种类型的磁阻传感器,可以以与电导线中的直流电中的不随时间变化的磁场相同的方式探测交流电中的时变交流磁场,从而在待监控的电导线上既可以探测交流电又可以探测直流电。

固定装置例如可以布置在第二壳体部件上。通过该固定装置可将第二壳体部件,并且由此将电流计的壳体例如以形状配合的方式固定到支承轨道上,方法是通过将第二壳体部件与支承轨道卡合。在固定位置,电流计固定地保持在支承轨道上,并且可以在支承轨道上例如与其他电气或电子设备结合。

在一种构造中,电流计具有电子组件,该电子组件被封闭在壳体中并且具有控制装置,该控制装置用于评估经由至少一个磁场传感器接收的传感器信号。该电子组件例如可以具有印刷电路板,在该印刷电路板上布置了至少一个磁场传感器和用于实现控制装置的电子芯片。该至少一个的磁场传感器与控制装置连接并且将其传感器信号传递给控制装置,该控制装置分析传感器信号,以便基于传感器信号推断出在附接到电流计上的电导线中的电流。

电子组件例如可以布置在第一壳体部件上。如果将固定装置布置在第二壳体部件上,则得到了壳体这样的构造形式,其中壳体部件在功能上构建为不同的。通过第一壳体部件的电子组件,电流计承担电气和电子功能,尤其是控制和评估功能。电流计可以通过第二壳体部件上的固定装置机械地固定在支承轨道上。

在一种构造中,电流计具有校准组件,该校准组件具有可以施加有测试电流的测试导体,该测试导体相对于壳体中的至少一个磁场传感器被布置为可以借助于测试电流来对探测到的磁场的评估进行校准。例如,在控制装置的控制下,可以通过可控电流源产生测试电流,以便通过测试导体传导经定义的电流。在这种情况下,测试导体相对于磁场传感器中的至少一个磁场传感器以经定义的位置关系布置,从而在一个或多个磁场传感器处基于测试电流探测磁场。由于已知的测试电流和测试导体相对于至少一个磁场传感器的已知的位置关系,可以通过以此方式探测到的磁场进行校准,以便由通过至少一个磁场传感器探测到的传感器信号确定在电导线中流动的电流。

在这种情况下,可以使磁场传感器组件中的每个磁场传感器都对应一个测试导体,从而可以分别校准磁场传感器和测试其功能。然而,也可以考虑仅使一个磁场传感器对应于测试导体,以便通过一个测试导体整体上校准电流计。

所述测试导体可以被设计为例如相对于所对应的磁场传感器以经定义的位置关系布置的单独的,例如电绝缘的导体。但是也可以想到并且可能的是例如通过在印刷电路板上的导体电路来形成测试导体。

在一种配置中,电流计具有连接装置,该连接装置用于连接用于提供电源和/或用于传输数据信号的导线。例如,可以经由连接装置对电流计进行供电,以便给封闭在壳体中的电子组件供电。在这种情况下,数据信号,例如显示流经电导线的电流的测量值,或例如0/4至20mA或-20mA至20mA范围内的模拟标准信号或例如0到10V,0到5V,-10V到+10V范围内的电压信号等也可以通过该连接装置传输到上级组件。

如果连接装置设计为数据连接部,则可以将连接装置设计为USB接口,RS485连接部,以太网连接部或其他串行接口。在一种有利的设计方案中,可以想到并且可能的是,通过该连接装置既可以进行供电又可以进行数据传输。

连接装置例如布置在第一壳体部件上,电子组件也布置在该第一壳体部件上。因此,一条或多条馈电导线可以通过连接装置连接到电子组件。

附图说明

下面基于附图中示出的实施例来详细解释本发明所基于的概念。

图1示出了在支承轨道上的电流计的视图;

图2示出了具有彼此分开的壳体部件的电流计的一个实施例的视图;

图3示出了具有彼此分开的壳体部件的电流计的另一实施例的视图;

图4示出根据图3的电流计的视图,示出了用于评估经由磁场传感器接收的传感器信号的电子组件;

图5示出了围绕电导线分组的磁场传感器的一个实施例的视图;

图6示出了电流计在支承轨道上的布置的视图;

图7示出了电流计的一个实施例的原理电路图的示意图;和

图8示出了校准组件的测试导体相对于磁场传感器的布置的视图。

具体实施方式

图1示出了电流计1的一个实施例,该电流计具有由两个壳体部件100、101组成的壳体10,并且可以布置在支承轨道2上,可能情况下与其他电气或电子装置组合。电流计1用于测量通过容纳在壳体部件100、101之间的电导线3的电流。

如图2和3所示,电流计1的壳体10的壳体部件100、101分别具有容纳凹槽104、105,该容纳凹槽104、105一起形成用于在壳体部件100、101之间容纳电导线3的容纳装置。壳体部件100、101可以被接合,以便在彼此附接的状态下将电导线3包围并固定在壳体部件100、101之间,并监视通过电导线3的电流。

在彼此附接的位置中,壳体部件100、101经由闩锁连接件103可释放地彼此连接。壳体部件100、101可以彼此分离,以便从电流计中再次取出电导线3,并且在可能情况下在外壳部分100、101之间放置另一条电导线3。

壳体部件100、101中的至少一个具有磁场传感器15、15A,15B(参见图4和5),该磁场传感器用于检测容纳在壳体部件100、101之间的电导线3上的磁场并将产生的传感器信号传递给控制装置16(见图7),以便基于传感器信号得出流经电导线3的电流的结论。

可以想到并且可能的是,电流计1有不同的构造。

例如,磁场传感器15A,15B可以布置在每个壳体部件100、101上,如在根据图5的实施例中实现的那样。在这种情况下,在第一壳体部件100上布置有磁场传感器15A,而在第二壳体部件101上布置了磁场传感器15B。当壳体部件100、101彼此附接后,磁场传感器15A、15B彼此分组并以均匀分布的方式布置在要监测的电导线3周围,从而可以通过磁场传感器15A,15B依次检测电导线3上的磁场,以根据由磁场传感器15A,15B产生的传感器信号对电导线3中的电流得出结论。

如果将磁场传感器15A,15B布置在每个壳体部件100、101上,则壳体部件100、101在彼此附接的状态下优选地经由电插接连接器装置11彼此电连接,如图2所示,由此,来自第二壳体部件101的磁场传感器15B的传感器信号例如可以经由插接连接器装置11传递到第一壳体部件100上的控制装置16。

在另一种构造中,磁场传感器15仅布置在第一壳体部件100上。参照图4,其中,在该实施例中,第一壳体部件100和第二壳体部件101分别具有呈半环形式的通量集中器部件13、14,当壳体部件100、101彼此附接时,该通量集中器部分13、14彼此连接以形成超环面形式的圆周通量集中器环。

这种磁通集中器环用于将磁通集中在电导线3周围。如图4所示,由磁通量集中器部件13、14形成的磁通量集中器环在此被第一壳体部件100侧面上的磁场传感器15中断,使得由磁通量集中器环所引导的磁通量可以被磁场传感器15探测到。

在根据图3和图4所示的实施例中,第二壳体部件101相对于电流测量是无源的。在这种情况下,不需要用于将壳体部件100、101彼此电连接的插接连接器装置11。

磁场传感器15、15A、15B例如可以由磁阻传感器形成。磁阻传感器形式的磁场传感器15、15A,15B具有电阻,该电阻根据电导线3产生的磁场而变化。磁场传感器15、15A,15B通过连接导线连接至电子组件12,尤其是印刷电路板,使得可以经由磁场传感器15、15A,15B接收取决于电导线3上存在的磁场的传感器信号,并且可以被评估,以便基于传感器信号得出有关流过电导线3的电流的结论。

电导线3具有被电绝缘的护套31包围的导线芯30,并且在与电导线3连接的上级电气设备的运行期间电流流过该导线芯。由于电流在电导线3上产生磁场,该磁场圆形地围绕电导线3,并且还穿过磁场传感器15、15A、15B,并在磁场传感器15、15A,15B处由于磁阻效应而对电阻产生影响。因此,可以借助于例如磁场传感器15、15A、15B上的电压降来推断电导线3周围的磁场的场强,以便由此得出关于通过电导线3的电流的结论。

从根据图7的原理电路图可以看出,在一个示例性实施例中,电流计1具有例如布置在印刷电路板上的处理器形式的控制装置16,对应于不同的容纳凹槽100的磁场传感器15、15A,15B与该控制装置连接。控制装置16用于评估通过磁场传感器15、15A,15B获得的传感器信号,以便得出关于待监控的电导线3上的电流的结论。

借助于所获得的传感器信号,例如可以基于校准来确定电导线3中的电流强度。出于校准的目的,如在根据图7的实施例所示,电流计1例如可以具有校准组件17,该校准组件使得可以进行电流计1的自校准。这种类型的自校准可以在启动之前以及在进行中的运行期间进行,以便在启动之前和运行期间校准电流计1。

校准组件17具有测试导体170,该测试导体相对于相关的磁场传感器15以经定义的位置关系布置,并且例如延伸通过磁通量集中器部件13、14,从而可以借助于流过测试导体170的电流来执行校准,该校准可以得出关于电流计1处的电导线3中的电流强度的结论。

测试导体170与可经由控制装置16控制的电流源171连接,借助该电流源可将定义的电流引导通过测试导体170。借助于定义的电流和经由磁场传感器15接收的传感器信号结合测试导体170相对于所对应的磁场传感器15和磁通量集中器部件13、14的位置关系,可以进行校准,该校准将电流值与探测到的与磁场相关的传感器信号相关联,从例如而可以创建校准表格,根据该校准表格,可以在实际运行期间借助通过至少一个的磁场传感器15、15A,15B探测到的传感器信号确定在电导线3中流动的电流的电流强度。

如图8的实施例中所示,测试导体170可以被设计成绝缘电导线,其具有被封装在电缆护套中的导线芯,该绝缘电导线沿着纵向方向延伸,沿着该纵向方向将电导线3容纳在壳体10上,并且该绝缘电导线以相对于相关的磁场传感器15A、15B的定义的位置关系布置。

附加地或替代地,测试导体172也可以由印刷电路板18上的导体电路形成,在该印刷电路板上还布置有电流计1的其他电气和电子部件(尤其是磁场传感器15、15B和控制装置16)。

测试导体170、172分别与用于引入测试电流的电流源171连接。

电流计1在第一壳体部件100上具有连接装置102,通过该连接装置可以将馈电线连接到电流计1,以便在电流计1处提供电源和/或将数据传输至电流计1或从电流计1传输至上级组件。

如果连接装置102被设计用于数据传输,则连接装置102例如可以通过USB接口,RS485接口或以太网接口来实现。

在一种有利的设计方案中,连接装置102构造用于在电流计1处提供电源并且还传输数据。

如图4所示,在所示的实施例中,电子组件12封闭在第一壳体部件100中,该电子组件的组成部分是控制装置16,并且连接装置102也连接至该电子组件。电子组件12尤其具有印刷电路板,在该印刷电路板上布置有电气和电子部件。例如,控制装置16可以通过印刷电路板上的电子芯片来实现。

在第二壳体部件101中背向第一壳体部件100的一侧上布置有用于将电流计1以闩锁方式固定到支承轨道2的固定装置106。如图6所示,电流计1可以与在支承轨道2上的其他电气或电子设备,例如其他电流计1'组合,以便在例如在开关柜中的支承轨道2上提供电气设备。

本发明所基于的概念不限于上述示例性实施例,而是也可以以完全不同的方式来实现。

所述类型的电流计不仅特别适合于监视太阳能设备中的串电流,而且原则上可以用于测量完全不同的电气设备中的电流,例如在过程技术或电动汽车领域中。

附图标记说明

1,1'电流计

10壳体

100、101壳体部件

102连接装置

103闩锁连接

104、105容纳装置(容纳凹槽)

106固定装置

11插接连接装置

12电子组件(印刷电路板)

13、14通量集中器部件

15、15A、15B磁场传感器

16控制装置

17校准组件

170测试导体

171电流源

172测试导体

18印刷电路板

2支承轨道

20连接部

3导线

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