專利名稱：用于感測通過導體的電流的傳感器裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明的領域總體上涉及傳感器裝置和方法，且更具體而言，涉及感測通過導體的電流。
背景技術：
至少一些已知的電度表(或需給電表，utility meter)用于測量從電源供應至用戶的電力。為了能夠精確地測量供應至用戶的能量數(shù)額，電度表常常包括一個或多個傳感器裝置以感測流過電源與用戶之間的導體的電流。當包含在電度表中時，傳感器裝置意圖在運行的電壓和/或電流范圍內(nèi)精確地工作。多種已知的電流傳感器裝置在電度表中使用。例如，至少一些已知的變壓器式傳感器裝置包括在其上卷繞有磁線以感測流過導體的電流的磁芯。然而，通常已知的是包括變壓器的電流傳感器裝置體積龐大且昂貴。已知的電流傳感器裝置的另一實例是羅氏線圈(Rogowski coil)。羅氏線圈包括線圈并且通常小于變壓器式傳感器裝置。然而，已知的是羅氏線圈在一電壓范圍內(nèi)的低電流和/或高電流狀態(tài)期間僅提供受限的精度。結(jié)果，在制造期間，具有已知羅氏線圈的電度表常常經(jīng)歷多個校準過程以最大限度地減小這些不精確性的影響。盡管這些重復的校準過程可減少此類傳感器裝置的不精確性，但這些過程也增加了電度表的制造時間和成本。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供了一種用于感測通過導體的電流的傳感器裝置。該傳感器裝置包括限定孔口的羅氏線圈和至少部分地包封該羅氏線圈的介電材料。該介電材料具有至少約3. 5的介電常數(shù)。該介電材料構(gòu)造成使得當導體至少部分地插入孔口內(nèi)時，介電材料的至少一部分位于羅氏線圈與導體之間。在另一方面，提供了一種用于將來自電源的電能傳輸至用戶的電度表。該電度表包括導體和至少部分地包圍該導體的傳感器裝置。該傳感器裝置包括羅氏線圈和至少部分地包封該羅氏線圈的介電材料。該介電材料具有大于約3. 5的介電常數(shù)。介電材料的至少一部分位于羅氏線圈與導體之間。在又一方面，提供了一種制造用于感測通過導體的電流的傳感器裝置的方法。該方法包括提供羅氏線圈并將該羅氏線圈至少部分地包封在介電材料內(nèi)而使得當線圈圍繞導體定位時，介電材料位于羅氏線圈與導體之間。該介電材料具有大于或等于約3. 5的介電常數(shù)。


圖1是包括示例性傳感器裝置的示例性電度表的框圖。圖2是圖1中所示的傳感器裝置的部分地拆卸的視圖。圖3是圖1中所示的傳感器裝置的透視圖。
圖4是圖1中所示的傳感器裝置的平面圖。圖5是與圖1中所示的傳感器裝置一起使用的示例性基體(substrate)和線圈的
透視圖。圖6是可與圖1中所示的傳感器裝置一起使用的示例性繞線筒的截面圖。圖7是可與圖1中所示的傳感器裝置一起使用的示例性線圈和屏蔽體(shield)
的電路圖。圖8是包括四根引線的示例性傳感器裝置的透視圖。圖9是可與圖8中所示的傳感器裝置一起使用的示例性線圈和屏蔽體的電路圖。零件清單 10電度表
12傳感器裝置 14導體 15導體 15導體 16導體 17控制板 102基體 104線圈
106氣隙(或空氣間隙)
108介電材料 110 孔口 112封殼 116 支座(mount)
118第一部分 120第二部分 124繞線筒 126繞線筒 128繞線筒 130繞線筒 132繞線筒 134繞線筒 135凸緣 136引線 137鉸接接頭 138引線 140第一屏蔽體 142第二屏蔽體 144引線 200傳感器裝置 204線圈 236引線 238引線 240第一屏蔽體 242第二屏蔽體 244引線 245引線。
具體實施例方式圖1示出了示例性電度表10的框圖。在示例性實施例中，電度表10包括傳感器裝置12、導體14和聯(lián)接到傳感器裝置12上的表控制板17。導體14可包括匯流條、多股導線、單股導線、電纜或其它合適的導體，以將來自電源的電力傳輸至電力用戶。電源可包括而不限于電網(wǎng)和/或發(fā)電機系統(tǒng)，例如燃氣渦輪發(fā)動機、水力發(fā)電渦輪機、風力渦輪機、太陽能電池板，和/或其它合適的發(fā)電和/或傳輸系統(tǒng)。電源還可包括與表控制板17通信的智能電網(wǎng)。用戶可包括而不限于住宅用戶、商業(yè)用戶和/或任何層次的任何其他電力用戶。傳感器裝置12聯(lián)接到導體14上以感測流過導體14的電流。傳感器裝置12向表控制板17提供代表所感測電流的信號?；趶膫鞲衅餮b置12接收的信號，表控制板17確定隨著時間的推移而經(jīng)導體14從電源傳輸至用戶的電量。由于從電源轉(zhuǎn)移到用戶的電力可能要收費，故希望傳感器裝置12非常精確以確保用戶基本上僅對所接收的電力付費，而不是基本上對電源運營商傳輸至用戶的全部電力付費。在該示例性實施例中，電度表10還包括導體15和16以及聯(lián)接到導體15上的另一個傳感器裝置12。應了解，任何數(shù)量的導體和/或傳感器裝置(例如一個、三個、六個等)都可用于其它電度表實施例中。此外，應了解的是傳感器裝置12并不限于僅在電度表10內(nèi)使用，而是可在實質(zhì)上任何應用中用來感測通過導體的電流，例如發(fā)電應用、公用事業(yè)、汽車應用、家用電器應用、電訊應用等。圖2是示例性傳感器裝置12的部分地拆卸的視圖。在示例性實施例中，傳感器裝置12包括基體102、包括圍繞基體102卷繞的多個盤圈(turn)的線圈104，以及介電材料108。線圈104包括限定在其中的孔口 110，該孔口構(gòu)造成(例如在尺寸、定向，和/或形狀等方面)用以將導體14接納于其中。介電材料108位于線圈104附近并至少部分地位于孔口 110內(nèi)。更具體而言，在此實施例中，當導體14定位成穿過孔口 110時，介電材料108至少部分地定位在線圈104與導體14之間。介電材料108可包括具有以各種方式構(gòu)成的各種特性的一種或多種介電材料。例如，介電材料108可具有在IO-1OOOHz時等于或大于約3. O的介電常數(shù)。在一些實施例中，該介電常數(shù)可大于約3. 5、約4. O、約5. O、約8. O、約12. O、約17. O和/或任何其它合適的介電常數(shù)。在一個示例性實施例中，介電材料108的介電常數(shù)可大致等于約3. 5。在另一示例性實施例中，介電材料108的介電常數(shù)可大致等于約6. O。此外，介電材料108具有至少一個厚度，并且可具有多種厚度。在示例性實施例中，位于線圈104附近并至少部分地位于孔口 110內(nèi)的介電材料108具有約3. O毫米的厚度。此外，在同一實施例中，位于線圈104附近但與孔口 110相對的介電材料108具有約1. 2毫米的厚度。應了解，介電材料108可具有使傳感器裝置12能夠如文中所述那樣起作用的任何厚度或多個厚度。一般而言，介電材料108的厚度至少部分地基于介電材料108的介電常數(shù)、線圈104與一個或多個導體14、15和16的接近性，和/或用于安裝傳感器裝置的預期環(huán)境中可獲得的空間等來選擇。在一些示范實施例中，介電材料108的厚度可在從約1. O毫米至約3. O厘米的范圍內(nèi)，或者在還有的其它實施例中更大。在示例性實施例中，介電材料108可由若干種材料中的一種或多種制成，例如而不限于塑料材料、熱塑性材料、熱固性材料、陶瓷材料、金屬材料、木質(zhì)材料、粘土材料、有機材料、它們的任何混合物，和/或適合如文中所述那樣起作用的其它材料。在圖2的示例性實施例中，介電材料108包括可從Valox 材料系列商購的PBT熱塑性材料。在各種實施例中，介電材料108包括而不限于以下材料中的一種或多種Kapton 帶、聚偏二氟乙烯(PVDF)材料、室溫硫化硅膠(RTV)聚合物、可從Valox 材料系列商購的PBT熱塑性材料(例如Valox 365或Valox V9561)、來自Rynite 材料系列的聚對苯二甲酸乙二酯(PET)熱塑性材料、可從Ryton 材料系列商購的PPS熱塑性材料、可從Primef 材料系列商購的PPS熱塑性材料、可從Zytel 、Stanyl 或RTP 材料系列商購的尼龍熱塑性材料、LCP熱塑性材料(例如Sumitomo E5008L或E4008L材料)等。介電材料108中的一種或多種可基于(多種)材料的介電常數(shù)、對一種或多種制造技術的適用性、尺寸穩(wěn)定性、成本、可塑性、可加工性、剛性，和/或其它特性來選擇。在至少一個實例中，介電材料108至少部分地基于其介電常數(shù)相對于溫度的變化性來選擇。圖3是導體14穿過孔口 110延伸的傳感器裝置12(示出為已組裝)的透視圖。如上所述，傳感器裝置12感測流過導體14的電流。具體而言，當電流流過導體14時，在線圈104中感生電流。在線圈104中感生的電流量代表流過導體14的電流量。當傳感器裝置12圍繞導體14定位時，線圈104與導體14間隔一距離。因此，在線圈104與導體14之間存在電容。該電容可影響傳感器裝置12在不同運行電壓(例如范圍從約30V至約277V)的精度。在示例性實施例中，介電材料108位于限定在線圈104與導體14之間的氣隙106的至少一部分內(nèi)。結(jié)果，介電材料108影響和/或有利于線圈104與導體14之間電容的減小，同時允許線圈104和導體14保持緊密貼近。電容的減小使得傳感器裝置12與已知的羅氏線圈或其它氣隙線圈相比能夠以提高的精度感測流過導體14的電流。更具體而言，通過減小耦接在線圈104與導體14之間的電容，減小了對運行電壓的敏感度。結(jié)果，在橫跨一范圍的不同電流(包括高電流和低電流)的不同運行電壓提供了一致的電流感測。因此，當電度表10中包括傳感器裝置12時，可省略校準已知傳感器裝置所需的一個或多個過程。具體而言，在示例性實施例中，與在不同電壓需要使用多個校準系數(shù)的已知電度表相比，傳感器裝置12橫跨不同的運行電壓精確地檢測電流的一致性可允許表控制板17對多個運行電壓僅使用一個校準系數(shù)。此外，線圈104與導體14之間電容的減小不僅有利于減少和/或簡化校準過程，而且有利于橫跨運行電壓/電流范圍以至少相同且常常提高的精度來減少制造成本、資源和/或時間。如圖3中所示，在該示例性實施例中，傳感器裝置12包括封殼112。封殼112可由各種材料和/或通過各種制造工藝形成。在示例性實施例中，封殼112基本上僅包括介電材料108，使得介電材料108位于線圈104周圍，與孔口 110相對。因此，當在具有三相導體14、15和16的電度表10內(nèi)使用時，傳感器裝置12可圍繞導體14定位并接近至少一個其它導體15 (如圖1中所示)，并潛在地接近導體16。類似于線圈104與導體14之間的相互作用，在線圈104與導體15之間存在電容，該電容可不利地影響和/或降低傳感器裝置12的精度。由于與孔口 110相對的介電材料108的定位，介電材料108位于線圈104與鄰近的導體15之間。因此，介電材料108還提供用來減小線圈104與導體15之間的電容。這樣，傳感器裝置12當用于具有多個導體的電度表10中時和/或當緊密貼近一個或多個其它導體使用時，與已知的氣隙線圈相比可提供提高的精度。在一些實施例中，封殼112除介電材料108外可包括一種或多種材料，例如具有不同特性的非介電材料或介電材料。在一個實施例中，封殼112包括介電材料108和添加劑材料，該添加劑材料提供用來相對于線圈104將介電材料108支承在一個或多個位置以使其能夠如文中所述那樣起作用。該添加劑材料可包括塑料材料、熱塑性材料、熱固性材料、陶瓷材料、金屬材料、木質(zhì)材料、粘土材料、有機材料、它們的任何混合物,和/或其它合適的材料。該添加劑材料可基于制造技術、尺寸穩(wěn)定性、成本、可塑性、可加工性、剛性，和/或材料的其它特性等來選擇。在此類實施例中，當介電材料108為成本較高的材料(與添加劑材料相比)時，添加劑材料的加入可減少傳感器裝置12的總成本。此外，可使用一種或更多添加劑材料來執(zhí)行一個或更多附加功能，例如支承介電材料108、保護線圈104和/或使線圈104絕緣等。如應該清楚的那樣，在各種實施例中，可使用添加劑材料作為封殼112的一部分。然而，在示例性實施例中，省略了添加劑材料，因為封殼112基本上僅包括介電材料108。封殼112可由介電材料制成、由介電材料108和至少一種添加劑材料一體地形成，或者由(多種)單獨的介電材料108和(多種)添加劑材料聚集而成。封殼112和/或介電材料108可使用一種或多種注入模塑工藝和/或其它合適的制造工藝來制造。在示例性實施例中，封殼112經(jīng)由單一注入模塑工藝構(gòu)成，在其中將介電材料108注入到構(gòu)造成用以形成封殼112的模具中。備選的是，封殼112可由多級注入模塑工藝構(gòu)成。在多級工藝中，通過初始模塑工藝將添加劑材料模塑成指定形狀。隨后，使模塑的添加劑材料位于模具內(nèi)，并將介電材料108注入到模具中。介電材料108流入限定在模具和/或添加劑材料之間的空隙中，以由介電材料108和添加劑材料形成封殼112。在各種實施例中，多級模塑工藝可允許成本相對高的介電材料相對于線圈104特定地定位以便實現(xiàn)如文中所述的期望性能，同時仍允許封殼112的其它部分由一種或多種成本相對低的材料構(gòu)成。應了解的是封殼112可通過其它制造技術構(gòu)成，以遍布線圈104和/或?qū)w14或者在相對于線圈104和/或?qū)w14的期望位置提供介電材料108。在一個實例中，介電材料108與添加劑材料分開地構(gòu)成，并且隨后用添加劑材料轉(zhuǎn)換和/或構(gòu)成以形成封殼112。在又一個實例中，可將管狀介電材料插入由添加劑材料形成的孔口中以形成封殼112。在該示例性實施例中，封殼112包括限定孔口 110的支座116。當導體14接納在孔口 110中時(如圖3中所示)，氣隙106形成在支座116與導體14之間。同時，支座116與導體14之間形成摩擦配合。支座116可包括介電材料108和/或其它材料。應了解，支座116可形成為設計成用以接納各種類型、形狀和/或定向的導體和/或聯(lián)接到其上的各種不同形狀。在至少一個實施例中，支座116限定構(gòu)造成與矩形的匯流條導體形成摩擦配合的孔口。再次參照圖2，封殼112包括第一部分118和第二部分120。第一部分118可釋放地聯(lián)接到第二部分120上，以便將基體102和線圈104基本上包封于其中。具體而言，當已組裝時，如圖3中所示，第一部分118通過至少一個搭接接頭(ship-lap joint)而聯(lián)接到第二部分120上以形成封殼112。應了解，第一部分118和第二部分120可通過各種不同的方法聯(lián)接在一起，包括而不限于一個或多個對接接頭、螺紋接頭、鉸鏈接頭、接片-槽布置結(jié)構(gòu)、榫舌-凹槽布置結(jié)構(gòu)、緊固件等。雖然封殼112具有大體環(huán)形形狀，如圖3中所示，但應了解，其它封殼實施例可限定確定尺寸和/或操作成至少部分地包封基體102、線圈104和/或屏蔽體并且使介電材料108能夠如文中所述那樣起作用的任何形狀和/或尺寸。此外，在示例性實施例中，介電材料108的厚度遍及封殼112而變化。第一部分118與第二部分120之間的搭接接頭提供了第一部分118與第二部分120的重疊。具體而言，在該示例性實施例中，第一部分118和第二部分120在孔口 110處均具有約1. 2毫米的厚度。當?shù)谝徊糠?18和第二部分120已組裝時，第一部分118和第二部分120在搭接接頭處至少部分地重疊(沿孔口 110)以形成約2. 4毫米的總厚度。此外，在該示例性實施例中，第一部分118和第二部分120構(gòu)造成使得封殼112在局部搭接接頭(與孔口 110相對)處的外側(cè)周圍的總厚度小于約1. 2毫米。應了解，可使用各種形成封殼112的方法來提供封殼112和/或介電材料108的一個或多個不同厚度。在各種其它實施例中，封殼112和/或介電材料108的厚度可介于約O. 5毫米與約3. O厘米之間。在一些實施例中，封殼和/或介電材料108的一個或多個厚度介于約1. O毫米與6. O毫米之間。此外，在各種實施例中，封殼和/或介電材料108的一個或多個厚度介于約1. O毫米與4. O毫米之間。應了解，封殼112和/或介電材料108可潛在地基于組裝/制造方法、所選擇的介電材料的(多個)特性，和/或(多個)期望的性能特性而在其它實施例中具有不同厚度。此外，用于封殼112的其它形狀、尺寸和/或接頭可用于至少部分地包封線圈104，同時使介電材料108相對于線圈104定位以起到與本公開內(nèi)容的一個或多個方面一致的作用。在示例性實施例中，線圈104包括示例性羅氏線圈。然而，應了解，傳感器裝置12可包括羅氏線圈以外的線圈。此外，本公開內(nèi)容的方面并不限于僅與如文中所述和所示的羅氏線圈一起使用。圖5是與封殼112分開的基體102和線圈104的透視圖。在示例性實施例中，基體102包括六個繞線筒124、126、128、130、132和134 (統(tǒng)稱為繞線筒124-134)。每個繞線筒124-134都具有大致圓形截面，且更具體而言，是在相對的端部處包括保持線圈104的凸緣135的直圓柱體。在其它實施例中，基體102可具有不同數(shù)量、形狀和/或尺寸的繞線筒。例如，基體102可包括五個繞線筒、八個繞線筒、十個繞線筒、十三個繞線筒，或其它偶數(shù)或奇數(shù)個繞線筒。此外，基體102可包括具有不同形狀，和/或卵形截面、橢圓形截面、或矩形截面等的繞線筒。在還有的其它實施例中，基體102除凸緣135外或者不同于凸緣135可包括用于支承線圈104的不同結(jié)構(gòu)。在至少一個實施例中，線圈104足夠剛性以省略基體102。在該示例性實施例中，繞線筒124-134經(jīng)由鉸接接頭137聯(lián)接在一起。更具體而言，繞線筒124和126鉸接地聯(lián)接以允許二者之間的樞轉(zhuǎn)運動。在各種實施例中，繞線筒124-134可線性地對準以使線圈104能夠高效卷繞和/或相對于彼此樞轉(zhuǎn)而形成大致圓形形狀，如圖5中所示?；w102的繞線筒124-134中的每一個都是非磁性結(jié)構(gòu)，使得繞線筒124-134由一種或多種非磁性材料構(gòu)成，包括例如熱塑性材料、陶瓷材料、木質(zhì)材料，或其它類型的(多種)合適材料。在該示例性實施例中，繞線筒124-134中的每一個都由潛在地與介電材料108 —致的介電材料制成。通過使用非磁性基體102，與包括一個或多個磁芯的已知傳感器裝置相比可實現(xiàn)成本節(jié)省。此外，在示例性實施例中，基體102成形和/或確定尺寸為與包括體積龐大磁芯的已知傳感器裝置相比提供了在電度表10內(nèi)和/或在表控制板17上的改善的安裝。此外，在該示例性實施例中，繞線筒124-134與封殼112分開形成。然而，應了解的是在其它傳感器裝置實施例中，繞線筒124-134可與封殼112 —體地形成和/或形成封殼112的一個或多個部分。在示例性實施例中，線圈104是卷繞在每個繞線筒124-134上的多個盤圈。更具體而言，在示例性實施例中，線圈104包括單個磁線，該磁線使線圈104能夠以每個繞線筒124-134上若干盤圈而從繞線筒124卷繞到繞線筒134，然后以每個繞線筒124-134上的附加盤圈而卷繞回到繞線筒124上。應了解的是在其它實施例中，可在繞線筒124-134上使用其它不同的卷繞模式。與橫跨繞線筒124-134的上述卷繞模式一致，線圈104的第一端和第二端在繞線筒124處終止。線圈104的第一端終止于引線136，而線圈104的第二端終止于引線138，如下文進一步描述的圖7中所示。除線圈104外，在示例性實施例中，將一個或多個屏蔽體施加到基體102上。具體而言，圖6示出了傳感器裝置12在繞線筒124處的局部截面圖。在示例性實施例中，繞線筒124包括第一屏蔽體140和第二屏蔽體142。第一屏蔽體140位于繞線筒124與線圈104之間。第二屏蔽體142位于線圈104附近并與第一屏蔽體140相對，使得線圈104位于第一屏蔽體140與第二屏蔽體142之間。每個繞線筒124-134都包括與圖6中所示大致相同的屏蔽體-線圈-屏蔽體模式。在其它實施例中，繞線筒124-134可包括其它卷繞模式，包括在其中卷繞模式從一個繞線筒到另一個繞線筒變化的卷繞模式。在示例性實施例中，每個屏蔽體140和142都提供法拉第屏蔽。更具體而言，在該示例性實施例中，第一屏蔽體140和第二屏蔽體142表現(xiàn)為與法拉第籠大致一致，以便有利于減少傳感器裝置12上的普通模式噪音和/或提供用于高頻噪音過濾的低通濾波器。結(jié)果，第一屏蔽體140和第二屏蔽體142在用于電磁界面(EMI)和/或電磁兼容性(EMC)的一個或多個工業(yè)標準的背景下有利于提高性能。在制造期間，磁線的多個盤圈從繞線筒124到繞線筒134卷繞在每個繞線筒124-134上以形成第一屏蔽體140。線圈104然后從繞線筒124卷繞到繞線筒134上并如上所述回到繞線筒124。隨后，第一屏蔽體140的磁線以每個繞線筒124-134上多個盤圈而從繞線筒134卷繞回到繞線筒124，以形成第二屏蔽體142。因此，在示例性實施例中，第一屏蔽體140和第二屏蔽體142由單個磁線形成。單個磁線包括兩個端部，這兩個端部可端接在一起并聯(lián)接到引線138上，和/或聯(lián)接到一個或多個附加引線上，如下文所述。應了解，第一屏蔽體140和第二屏蔽體142可包括任何合適的材料，例如但不限于銅、鋁或其它非鐵導電材料。更一般而言，屏蔽材料可作為片材、帶、絲線、枝狀物(spray)和/或使繞線筒124-134能夠包括屏蔽體140和142的任何其它形式而形成。因此，屏蔽體140和/或142的施加可經(jīng)由例如而不限于卷繞、纏繞和/或噴射來形成。在各種實施例中，第一屏蔽體140和第二屏蔽體142可與線圈104分開形成并隨后施加到線圈104上。再次參照圖5，傳感器裝置12包括自其延伸的三根引線136、138和144。圖7示出了引線136、138和144的聯(lián)接的電路圖。具體而言，在示例性實施例中，第一屏蔽體140和第二屏蔽體142由單個磁線形成，其中每個端部都聯(lián)接在一起并聯(lián)接到引線144上。此夕卜，線圈104(由單個磁線形成)的第一端聯(lián)接到引線136上，而線圈104的第二端聯(lián)接到引線138上。如圖5中所示，引線136、138和140從封殼112延伸并形成扭絞線束。因此，引線144起到低通濾波器元件的作用，以抑制噪音從第一屏蔽體140和/或第二屏蔽體142傳入由傳感器裝置12所提供的電流信號的返回路徑中。扭絞線束具有至少約O. 25英寸的長度。在其它實施例中，扭絞線束可具有至少約1. O英寸的長度，或至少約3. O英寸的長度。在更多實施例中，扭絞線束可具有至少約6. O英寸的長度。應了解，在其它傳感器裝置實施例中，可能的是基于引線和/或扭絞線束起到濾波器的作用以抑制噪音傳入從傳感器裝置12傳輸?shù)碾娏餍盘栔械男阅芏刹捎闷渌L度的引線和/或扭絞線束。圖8-9示出了另一個示例性傳感器裝置200。在示例性實施例中，傳感器裝置200包括與上述線圈104以及屏蔽體140和142大致一致的線圈204以及第一屏蔽體240和第二屏蔽體242。然而，傳感器裝置200包括四個引線236、238、244和245。具體而言，形成第一屏蔽體240和第二屏蔽體242的磁線的每一端都聯(lián)接到單獨的引線244和245上，以形成濾波器元件。另外，在該示例性實施例中，兩個引線236和238聯(lián)接到線圈204上。如圖8中所示，引線236、238、244和245形成扭絞線束，該扭絞線束與上文參照圖5所述的扭絞線束大致一致地起作用。當聯(lián)接到表控制板17上時，每個引線244和245都可聯(lián)接在一起并聯(lián)接到引線238上。在一些實施例中，扭絞的引線244和245可起到濾波器元件的作用。另外，或備選的是，濾波器元件可聯(lián)接在引線244和245與引線238之間。此類濾波器元件可包括而不限于電阻器-電容器電路、電感器-電容器電路、電阻器-電感器電路，和/或電阻器-電感器-電容器電路。再次參照圖3和圖7，在又一實施例中，形成屏蔽體140和142的磁線的每一端都可聯(lián)接在一起并聯(lián)接到引線138上(即線圈104的一端)，而不是單獨的引線144。在這種示例性實施例中，傳感器裝置12可包括引線136和138，同時省略引線144，從而提供雙線傳感器裝置12。在示例性實施例中，來自第一屏蔽體140和/或第二屏蔽體142的一些噪音可傳入從傳感器裝置12所提供的電流信號的返回路徑中，同時提供用于期望運行環(huán)境的充分精度和/或可重復性。在還有的其它實施例中，可從傳感器裝置實施例中省略引線以供安裝在例如表控制板17的電路板上。在這種實施例中，濾波器元件可由表控制板17上的跡線(trace)提供，跡線具有充分的長度以起到如上文參照引線144所述的作用。另夕卜，或備選的是，濾波器元件可包括電阻器-電容器電路、電感器-電容器電路、電阻器-電感器電路，和/或電阻器-電感器-電容器電路，以抑制噪音從第一屏蔽體140和/或第二屏蔽體142傳入用于由傳感器裝置12所提供的電流信號的返回路徑中。在示例性實施例中，傳感器裝置12在約IOHz至約IOOOHz之間運行，并且基本上不受該范圍以外的信號影響。更具體而言，導體14可充當天線以拾取射頻(RF)信號并向傳感器裝置12再發(fā)射不希望的噪音。第一屏蔽體140和第二屏蔽體142起到低通濾波器的作用以抑制噪音信號傳播，從而提供高信噪比(SNR)輸出。更具體而言，當感測到通過導體14的低電流時，第一屏蔽體140和第二屏蔽體142排斥再發(fā)射的RF信號(和/或其它噪音信號)以提供用于傳感器裝置12的輸出的高SNR。通過減少噪音對電流信號的影響，與已知的傳感器裝置相比，傳感器裝置12在可應用標準內(nèi)的有效電流感測范圍更寬。在示例性實施例中，第一屏蔽體140和第二屏蔽體142可允許省略一個或多個附加濾波器元件(用于低和/或高電流性能)。此外，第一屏蔽體140和第二屏蔽體142基本上抑制EMI影響傳感器裝置12的精度。更具體而言，第一屏蔽體140和第二屏蔽體142有利于抑制位于傳感器裝置12附近的EMI源(例如，認為會與傳感器裝置12和/或電度表10的精度發(fā)生干擾的鄰近電子元件和/或裝置)的影響。另外，通過省略磁芯，與已知的傳感器相比，傳感器裝置12提供了 EMI對精度影響的增強免疫性。因此，與存在一個或多個EMI源的其它已知傳感器裝置相比，傳感器裝置12提供了更可靠和/或精確的電流傳感器裝置。傳感器裝置12的精度可理解為流過導體14的電流的實際值的百分比。在示例性實施例中，傳感器裝置12在處于約2安培與約200安培之間的范圍內(nèi)的實際值的約±0. 2%內(nèi)工作。更具體而言，傳感器裝置12在等級(Class)O. 2內(nèi)工作，也即在O. 2%的精度內(nèi)在約60V與約600V之間、更具體而言約240V的運行電壓以O.1A至200A。應了解，與本公開內(nèi)容的一個或多個方面一致的傳感器裝置12在不同的運行電流/電壓可符合一個或多個不同的精度標準，這可能的是取決于預期應用和/或與預期應用相關的一個或多個精度要求。文中描述了用于制造用于感測通過導體的電流的傳感器裝置的各種方法。雖然下文參照傳感器裝置12描述這些方法，但應理解，這些方法并不限于傳感器裝置12并且可用來制造其它傳感器裝置實施例。同樣，傳感器裝置12和傳感器裝置200可由與下文描述的方法不同的方法制造。制造用于感測通過導體14的電流的傳感器裝置12的一種示例性方法包括對線圈104提供圍繞非磁性基體102的多個盤圈并使介電材料108鄰近線圈104，使得當導體14布置在由傳感器裝置12所限定的孔口 110內(nèi)時，介電材料108位于導體14與線圈104之間。在若干實施例中，該示例性方法可包括至少部分地和/或基本上將線圈104和/或基體104包封在封殼112內(nèi)。制造用于感測通過導體14的電流的傳感器裝置12的另一種示例性方法包括提供羅氏線圈104并將羅氏線圈104至少部分地包封在介電材料108內(nèi)而使得當羅氏線圈104布置在導體14周圍時，介電材料108布置在羅氏線圈104與導體14之間。介電材料108具有大于或等于約3. 5的介電常數(shù)。在若干個實施例中，該示例性方法可包括組裝封殼的第一部分和封殼的第二部分，其中羅氏線圈布置在二者之間以至少部分地包封羅氏線圈。封殼包括介電材料。另外，或備選的是，該示例性方法可包括在具有多個熱塑性繞線筒的基體上形成羅氏線圈。此外，該示例性方法可包括由介電材料形成多個熱塑性繞線筒。制造用于感測通過導體14的電流的傳感器裝置12的又一種示例性方法包括圍繞基體的多個繞線筒中的每一個而卷繞磁線的第一屏蔽體，圍繞基體的多個繞線筒中的每一個而卷繞線圈，以及圍繞基體的多個繞線筒中的每一個而卷繞磁線的第二屏蔽體。例如，參照圖3的傳感器裝置12，示例性方法可包括將磁線的第一端和第二端聯(lián)接到傳感器裝置12的基準引腳144上，將線圈的第一端聯(lián)接到傳感器裝置12的第一引腳136上，以及將線圈的第二端聯(lián)接到傳感器裝置12的第二引腳138上。此外，該示例性方法可包括將線圈以及第一屏蔽體和第二屏蔽體至少部分地包封在封殼內(nèi)，該封殼包括至少一種介電材料。制造用于感測通過導體14的電流的傳感器裝置12的另一示例性方法包括提供傳感器裝置12，該傳感器裝置包括限定孔口 110的非磁性基體102、具有圍繞非磁性基體102的至少一部分的多個線圈盤圈的線圈104、布置在各基體102與多個線圈盤圈之間的第一屏蔽體140、與第一屏蔽體140相對的貼近多個線圈盤圈布置的第二屏蔽體142。該示例性方法還包括將引線144聯(lián)接到第一屏蔽體140和第二屏蔽體142中的至少一者上，將引線136聯(lián)接到線圈104的第一端上，將引線138聯(lián)接到線圈104的第二端上，以及由引線136、138和144形成扭絞的引線束。在各種實施例中，將引線144聯(lián)接到第一屏蔽體140和第二屏蔽體142中的至少一者上包括將引線144聯(lián)接到第一屏蔽體140和第二屏蔽體142中的每一者上。在其它實施例中，將引線聯(lián)接到第一屏蔽體和第二屏蔽體中的至少一者上包括將引線244聯(lián)接到第一屏蔽體140上以及將引線245聯(lián)接到第二屏蔽體142上。上述實施例中的一個或多個提供了非常精確的傳感器裝置。更具體而言，文中描述的傳感器裝置、電度表和方法可提供非常精確的傳感器裝置，該傳感器裝置與已知的線圈傳感器相比以降低的校準要求而提供了擴大的運行范圍。例如，所公開的介電材料可提供線圈與一個或多個導體之間的減小的電容，從而橫跨一電流和/或電壓范圍提供了提高的精度。通過制造期間更少的校準過程，可實現(xiàn)提高的精度，從而減少了制造成本和/或時間。在另一實例中，所公開的屏蔽技術對源自其它電子元件和/或防拆裝置的EMI提供經(jīng)改善的排斥。雖然本發(fā)明的各種實施例的特定特征可能在一些附圖中示出而在其它附圖中未示出，但這僅是為了方便。按照本發(fā)明的原理，附圖的任何特征都可結(jié)合任何其它附圖的任何特征進行參照和/或主張權(quán)利。本書面描述使用了包括最佳模式在內(nèi)的實例來公開本發(fā)明，并且還使本領域的任何技術人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造和利用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何所結(jié)合的方法。本發(fā)明可取得專利的范圍通過權(quán)利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果此類其它實例沒有不同于權(quán)利要求的文字語言所描述的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的文字語言無實質(zhì)性區(qū)別的同等結(jié)構(gòu)元件，則認為此類其它實例包含在權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測導體(14)中的電流的傳感器裝置(12)，所述傳感器裝置包括限定孔口 (110)的羅氏線圈(104);以及至少部分地包封所述羅氏線圈的介電材料(108)，所述介電材料具有至少約3. 5的介電常數(shù)，所述介電材料構(gòu)造成使得當導體至少部分地插入所述孔口內(nèi)時，所述介電材料的至少一部分位于所述羅氏線圈與所述導體之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其特征在于，所述傳感器裝置還包括至少部分地包封所述羅氏線圈(104)的封殼(112)，所述封殼包括所述介電材料(108)的至少一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器裝置，其特征在于，所述介電材料(108)具有至少約 5. O的介電常數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器裝置，其特征在于，所述介電材料(108)具有至少約 8.0的介電常數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器裝置，其特征在于，所述介電材料(108)具有至少約10.O的介電常數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器裝置，其特征在于，所述介電材料(108)包括聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)熱塑性材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器裝置，其特征在于，所述封殼(112)包括第一部分 (118)和可釋放地聯(lián)接到所述第一部分上的第二部分(120)以基本上包封所述羅氏線圈 (104)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器裝置，其特征在于，所述介電材料(108)的至少一部分限定約1. O毫米與約8. O毫米之間的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其特征在于，所述傳感器裝置還包括構(gòu)造成用以支承所述羅氏線圈(104)的非磁性基體(102)，所述基體包括多個繞線筒(124，126，128， 130，132，134)，所述多個繞線筒包含第二介電材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于感測通過導體的電流的傳感器裝置和方法。具體而言，公開了傳感器裝置和相關方法。一個示范的傳感器裝置(12)包括限定孔口(110)的羅氏線圈(104)和至少部分地包封該羅氏線圈的介電材料(108)。該介電材料具有至少約3.5的介電常數(shù)。該介電材料構(gòu)造成使得當導體(14)至少部分地插入孔口內(nèi)時，介電材料的至少一部分位于羅氏線圈與導體之間。
文檔編號G01R19/00GK102998506SQ20121032804
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者S.S.查馬蒂, S.L.比伊茨 申請人:通用電氣公司