用于探测电导线中的电流的电流计
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(30)中的电流的电流计(1),其包括壳体(10)和被包围在该壳体(10)中的磁场传感器(13,14)的组件。在此设定,壳体(10)具有多个形成在壳体壁(101)上的容纳凹槽(100),其中可分别从外部插入一根电导线(30),其中该壳体(10)包围由壳体壁(101)限定的内部空间(102),在该内部空间内部布置有用于探测插入该容纳凹槽(100)中的电导线(30)处的磁场的磁场传感器(13,14)的组件。通过这种方式给出了电流计,其以简单的方式实现了在多个导体处探测电流,可以在室外使用并且在可能情况下可以加装到已存在的设备,尤其太阳能设备上。(The invention relates to a current meter (1) for detecting a current in an electrical line (30), comprising a housing (10) and an assembly of magnetic field sensors (13,14) enclosed in the housing (10). It is provided that the housing (10) has a plurality of receiving recesses (100) formed in a housing wall (101), in which an electrical line (30) can be inserted from the outside in each case, wherein the housing (10) encloses an interior space (102) which is delimited by the housing wall (101) and in which an assembly of magnetic field sensors (13,14) for detecting a magnetic field at the electrical line (30) inserted into the receiving recesses (100) is arranged. In this way, a current meter is provided which, in a simple manner, makes it possible to detect the current at a plurality of conductors, which can be used outdoors and, if applicable, can be retrofitted to existing installations, in particular solar installations.)
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的用于探测电导线中电流的电流计。
背景技术
这种类型的电流计包括壳体和包围在壳体中的磁场传感器组件。
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。
为了监控串电流，已知的电流计通常需要将要探测电流的电导线断开。这很麻烦并且另外对系统造成明显干预。
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外壳延伸，这可能使得难以以防潮的方式将外壳针对外部密封以供室外使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种电流计，该电流计能够以简单的方式探测多个导体上的电流，可以在室外使用并且可以在可能情况下加装现有设备，特别是太阳能设备上。
该目的通过具有权利要求1的特征的主体解决。
由此，壳体具有形成在壳体壁上的多个容纳凹槽，电导线可以分别从外部插入到容纳凹槽中。壳体包围由壳体壁界定的内部空间，在该内部空间中布置有用于探测插入到容纳凹槽中的电导线处的磁场的磁场传感器装置。
因此，在电流计的壳体的壳体壁上形成有容纳凹槽，多条电导线可以插入该容纳凹槽中。容纳凹槽向外敞开，从而电导线可以从外部插入容纳凹槽中，而在这种情况下不必打开壳体。这使得将导线连接到电流计变得简单和方便，并且尤其还使得可以以简单的方式在现有设备上加装电流计，而不必对设备进行复杂的修改，尤其是断开导线。
磁场传感器的组件被封闭在壳体内部。特别地，在这种情况下可以规定，在壳体壁的第一侧上形成容纳凹槽，并且可以在第一侧上将电导线插入到容纳凹槽中，同时将磁场传感器的组件布置在壳体壁的背离第一侧的第二侧上。因此，壳体壁将壳体的外部与壳体的内部分开。第一侧对应于壳体壁的外部，而第二侧面对内部。因此，磁场传感器被封闭在壳体内部，通过壳体壁与插入到容纳凹槽中的电导线分开，并且可以以这样的方式相对于外部封装，使得水分和污垢不会进入壳体并且不会到达在磁场传感器的区域。
在一种构造中，容纳凹槽在壳体上彼此平行地延伸。因此，多条电导线可以彼此平行地附接到壳体上并且被容纳在容纳凹槽中。在这种情况下，容纳凹槽形成为在壳体的壳体壁上的凹部并且其内部净宽适配于将要附接到壳体上的电导线。
在一种构造中，壳体以防潮的方式针对外部密封。壳体尤其可以满足期望的防护等级，例如IP67(根据EN 60529)等，并且因此是耐候的，使得电流计可以在室外区域使用。
在一种构造中，每个容纳凹槽对应有至少一个磁场传感器。例如，可以在每个容纳凹槽的区域中布置两个或更多个磁场传感器，该磁场传感器用于探测由插入到容纳凹槽中的电导体在容纳凹槽的区域中产生的磁场，以输出传感器信号，借助于该传感器信号可以推断出在电导体中的电流。因此，这种类型的磁场传感器可用于间接电流测量，方法是通过磁场推断电导体中电流强度的测量值，可能情况下使用适当的校准。
例如，两个磁场传感器可以在所对应的容纳凹槽的两侧彼此相对布置。磁场传感器接收其间的容纳凹槽，从而使插入容纳凹槽中的电导线位于磁场传感器之间。因此，磁场传感器布置在插入到容纳凹槽中的电导线附近，以便探测由流过电导线的电流产生的磁场并产生取决于磁场的传感器信号。
在一种构造中，至少一些或全部磁场传感器由磁阻传感器形成。这种类型的磁阻传感器利用所谓的磁阻效应，其结果是，材料的电阻根据外部磁场而变化。可以探测和评估这种类型的电阻变化，以便基于电阻变化推断出磁场强度，并由此推断出在电导体中流动的电流强度。
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，从而在插入容纳凹槽中的电导线上既可以探测交流电又可以探测直流电。
在一种构造中，电流计具有封闭在壳体中的电子组件，该电子组件具有用于评估经由磁场传感器组件而获得的传感器信号的控制装置。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有磁场传感器和用于实现控制装置的电子芯片。磁场传感器与控制装置连接，并将其传感器信号馈送到评估传感器信号的控制装置，以便借助传感器信号推断出附接到电流计上的电导线中的电流。
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磁场传感器的组件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组件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。
在一种构造中，电流计具有第一连接部，用于连接用于提供电源和/或用于传输数据信号的导线。例如可以经由该第一连接部来给电流计供电，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第一连接部传输到上级组件。
如果将第一连接部设计为数据连接部，则可以将第一连接部设计为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，通过第一连接部既可以进行供电又可以进行数据传输。
此外，电流计可以具有第二连接部，用于将电流计连接到另一电流计，以探测另外的电导线上的电流。因此，电流计可以具有例如两个连接部，这使得电流计能够彼此级联连接，从而可以经由电流计的级联布置来监视大量(基本上任意数量)的电导线。
每个电流计例如可以具有四个或八个接收凹槽，用于插入四根或八根电导线。但是，在每个电流计上也可以考虑不同数量的容纳凹槽。
附图说明
在下文中，将借助于附图中所示的实施例更详细地解释本发明的基本概念。图中：
图1示出了电气设备连同电流计的视图；
图2示出电流计的另一视图；
图3示出了电流计的磁场传感器的组件；
图4示出了多个电流计的级联连接的视图；
图5示出了电流计的原理电路图的示意图；
图6示出了在电流计的壳体的容纳凹槽上的电导线的示意图；和
图7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的视图，该电流计用于监视电气设备3，例如太阳能设备的电导线30上的电流。
在太阳能设备的范围内，用于从太阳能产生电流的多个太阳能模块例如经由电导线30彼此串联连接。在这种情况下，在太阳能模块之间流动的电流将被(定性和定量地)监控，为此使用电流计1。
这种电流计1的一个实施例在图2中示出。电流计1具有壳体10，该壳体在壳体壁101上具有多个彼此平行延伸的容纳凹槽100以容纳电导线30。(恰好)一条电导线100可以插入到每个容纳凹槽100中，使得电导线30例如在插入状态下容纳在所对应的容纳凹槽100中，并且以夹紧的方式保持在容纳凹槽100中。
容纳凹槽100在外部被模制到壳体壁101中，使得电导线30可以从外部插入到容纳凹槽100中。因此，没有必要打开电流计1的壳体10以将电导线30连接到电流计1。此外，不必以任何方式断开电导线30以任何其他方式修改电气设备，这使得可以以简单的方式在电气设备上加装一个或多个电流计1。
如图3所示，在所示的示例性实施例中，每个接收凹槽100对应于两个磁阻传感器的形式的磁场传感器13、14用于探测接收凹槽100的区域中的磁场。相应的容纳凹槽100所对应的磁场传感器13、14彼此相对，并且在电导线30附接至容纳凹槽100的情况下将电导线30容纳在其间，其中，磁场传感器13、14被封闭在壳体10内并且经由壳体壁101与在外部附接到外壳10的电导线30分隔开，如图6示意性所示。
呈磁阻传感器形式的磁场传感器13、14具有根据由电导线30产生的磁场而变的电阻。磁场传感器13、14经由连接线130、140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13、14获得并评估取决于电导线30上存在的磁场的传感器信号，以便借助于传感器信号得出关于流经电导线30的电流的结论。
电导线30具有被电绝缘护套301围绕的导线芯300，在上级电气设备3的运行期间，电流流过该导线芯。由于电流流动而在电导线30上产生磁场，该磁场以圆形方式围绕电导线30，并且还穿透磁场传感器13、14，并且由于磁阻效应而在磁场传感器13、14上对电阻产生影响。因此，例如可以借助于磁场传感器13、14处的电压降来推断电导线30周围的磁场的场强，以便得出关于从电导线30流过电流的结论。
如在根据图5的原理电路图中可以看到的那样，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13，14与该控制装置连接(在图5中仅示意性地示出了两个容纳凹槽100)。控制装置16用于评估通过磁场传感器13、14获得的传感器信号，以便得出关于容纳在容纳凹槽100中的电导线30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30中的电流强度。出于校准的目的，如在根据图5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14以经定义的位置关系布置，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在容纳凹槽100中的电导线30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所对应的磁场传感器13、14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磁场传感器13，14探测到的传感器信号确定在电导线30中流动的电流的电流强度。
如图7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30放置在容纳凹槽100中，并且该绝缘电导线以相对于相关的磁场传感器13、14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13、14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。
如图6所示，与容纳凹槽100相对应的磁场传感器13、14布置在由壳体10包围的内部空间102内部。相反，电导线30可以从外部插入形成在壳体壁101上的容纳凹槽100中，使得电导线30在插入状态下位于容纳凹槽100中，但是在壳体10的外部，并且磁场传感器13、14通过壳体壁101与电导线30分开。磁场传感器13、14通过连接线130、140与电子组件12的印刷电路板连接，并连接到控制装置16(见图5)。
如图2所示，电流计1具有第一连接部11，通过该第一连接部，导线2可以连接到电流计1，以便在电流计1处提供电源和/或将数据传输到电流计1或从电流计1传输到上级组件。
如果连接部11被设计用于数据传输，则连接部11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，连接部11被设计用于向电流计1提供电源并且另外用于数据传输。为此，如图5中示意性地示出，连接部11可以具有不同的接触组件110、111，通过其一方面可以传输馈电电流(接触组件110)，另一方面，可以传输数据(接触组件111)，从而通过连接部11既可以供电，也可以传输数据以例如用于将测量值从电流计1发送到上级组件。
在一个实施例中，电流计1另外具有第二连接部15，如图4和图5所示，通过其可以将另外的电流计1'连接到电流计1，以便创建电流计1、1'的级联布置。通过连接部15，可以将电流计1通过导线2'与另一个电流计1'相连，其中，经由连接部15的接触组件150、151依旧一方面进行供电，另一方面进行数据传输。
可以通过级联多个电流计1、1'来创建用于测量基本上任意数量的电导线30上的电流强度的电流计装置。在这种情况下，可以将每个电流计1、1'例如设计用于接收八根导线30，从而可以通过连接多个电流计1、1'在多倍于八根导线30上测量电流。
在另一种构造中，每个电流计1上例如可以附接四根电导线30，并且相应地，每个电流计1例如可以具有四个容纳凹槽100。然而，在电流计1上也可以想到并且可能具有不同数量的容纳凹槽100。
其中封闭有具有磁场传感器13、14和控制装置16的电子组件12的壳体10优选以防潮的方式封装并且可以对应于期望的防护等级，例如IP67。这使得电流计1可以在室外使用。
所述类型的电流计1可以被附接到电气设备3。电流计1的壳体10为此可以与电气设备拧紧在一起，或者为此目的以其他方式固定到电气设备。也可以想到并且可以以这样的方式来设计电流计1，使得其可以被布置在支承轨道上并且可以与其他电气或电子设备组合。
本发明的基本概念不限于先前描述的示例性实施例，而是也可以以完全不同的方式来实现。
尤其地，所说明类型的电流计不仅适合于监视太阳能设备上的串电流，而且原则上可以用于完全不同的电气设备上的电流测量。
附图标记说明
1，1'电流计
10壳体
100容纳凹槽
101壳体壁
102内部空间
11连接部
110、111接触组件
12电子组件(印刷电路板)
13、14磁场传感器
130、140连接导线
15连接部
150、151接触组件
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
2，2'导线
20连接部
3电气组件(太阳能模块)
30导线
300导线芯
301导线护套