专利名称：带罗克夫斯基线圈的用于测量导体中交流电的钳式万用表的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及用于测量电路的导电体中的交流电流的电子测试仪表。更具体 地，本发明涉及一种万用表，其具有用于在不断开电路的情况下测量电流的两种不同传感
O
背景技术：
万用表，还称为数字万用表或“DMM”的万用表适于测量通常为维修、调试、和维护 应用所需的许多参数。这样的参数通常包括a. c.(交流)电压和电流、d. c.(直流)电压 和电流、和电阻或连通性。还可测量诸如频率、电容、和温度的其它参数，以满足特定应用的 要求。为了用通用型万用表测量电流，必须将具有已知电阻的内部电流分流器插入电流通 路，从而需要断开载流导体。然后测量电流分流器两端的电压降以确定电流。由于万用表测试线和线路承载电流的容量，所以采用内部电流分流器的通用型万 用表通常限于十安培的最大值。此外，为了安全原因和防止对万用表的损坏，通常必须用内 部熔丝保护万用表，以防止过高的电流水平流过万用表。去除烧断熔丝的困难、加上为取得 替换的熔丝所需的时间和成本使得需要获得一种不需要内部熔丝的非接触式电流测量仪 表。钳式万用表通过采用整体的电流钳提供相对通用型万用表改善的测量电流的能 力，该钳式万用表在无需切断载流导体或断开包括载流导体的电路的情况下感测载流导体 中的电流。电流钳通常设置在与利用单独的测试探针以常规方式测量诸如电压和电阻的其 它参数的万用表相同的壳体中。电流钳绕可包括铜丝和母线的载流导体闭合，以感测由电 流产生的磁场。电流钳提供用于由万用表测量的电压信号，该万用表计算和显示测得的电 流水平。由于不存在通过钳式万用表从载流导体分流的电流，所以很大程度上消除了可测 量的最大电流的限制。同样地，在钳式万用表中消除了内部熔丝。为了获得正确的电流测量，电流钳中的磁芯必须完全围绕载流导体，使得电流钳 完全闭合。必须机械地致动电流钳以打开卡爪，插入载流导体，然后卡爪围绕载流导体闭 合。在诸如电气柜的紧凑的物理空间中，插入钳式万用表和利用该技术进行电流测量是不 方便的和困难的。此外，必须对准卡爪以使磁芯闭合，以便获得正确的电流测量结果。因此， 钳式万用表难以在受限空间中使用，并且需要大的物理空间来打开电流钳的卡爪。由于在磁芯使用的相当量的铁，所以钳式万用表还将非常地重。此外，高水平的电 流可能使磁芯饱和。因此，将钳式万用表的电流测量容量局限在不使磁芯饱和的电流水平。
图1是根据本发明一个实施例的用于测量交流电的套件的分解视图。图2是根据本发明一个实施例的用于测量交流电的具有罗克夫斯基线圈 (Rogowski coil)的万用表的示意图。图3是根据本发明一个实施例的罗克夫斯基线圈的部件的示意图。
图4是根据本发明一个实施例的万用表的部件的框图。
发明内容
以下描述根据本发明关于包括一个导体的电路的实施例的具体细节。本发明的其 它实施例可具有与在本部分中所描述的不同的构造、部件、特征或程序。因此，本领域的技 术人员将相应理解的是，本发明可具有带有附加元件的其它实施例，或者本发明可具有不 带有以下参考图1-4所示出并描述的多个元件的其它实施例。图1是用于测量交流电(alternating current)的套件10的分解视图。套件10 包括万用表100、罗克夫斯基线圈200、和承载箱12。在图1中示出已从承载箱12取出的万 用表100和罗克夫斯基线圈200。还可将万用表100和/或罗克夫斯基线圈200插入承载 箱12，使得套件10可作为单个的单元(未示出)来运输。图2是耦联至罗克夫斯基线圈200的万用表100的示意图。万用表100包括具有 细长形状的壳体120，由此用户(未示出)能舒适地握住壳体120。壳体120上设置有夹钳140。夹钳140包括分别具有芯部144a和144b的一对夹 钳部142a和142b。夹钳芯部144a和144b可包括围绕由例如铁的可磁化材料制成的芯部 的绕组(未示出)。第一夹钳部142a活动地附连至、例如枢转地附连至壳体120，并且能够 运动至用点划线示出的布置。第二夹钳部142b可相对于壳体120固定。夹钳部142a和 142b分别包括端部146a和146b，并因此能够设置在打开布置中，在所述打开布置中，端部 146a和146b由间隙分开。夹钳部142a和142b还能够设置在闭合布置中，在闭合布置中， 端部146a和146邻接接合。因此，在图2中以实线示出的夹钳140的闭合布置具有环状 形状。固定在第一夹钳部142a上的杠杆150可用于使第一夹钳部142a相对于第二夹钳部 142b和/或壳体120运动。夹钳140构造成在闭合布置中感应地感测由夹钳140围绕的 导体C中的交流电流。夹钳140可以包括霍尔效应传感器(未示出)，例如用于感测导体C 中的直流电流。夹钳140可在不断开包括导体C的电路(在图2中未示出)的情况下感测 电流。夹钳140可与所述电流相对应在第一电压范围中产生第一信号。壳体120包括用于感测其它电气参数的端口 180，例如在图1中示出三个插座端 子。引线(未示出)的端部上的插头可连接至端口 180，以向万用表100引入表示电压、电 阻和/或温度的各种信号。壳体可包括例如液晶显示器(IXD)的显示器130。显示器130示出由夹钳140感 应地感测的此种交流电流或交流频率的测得参数。具体地，由被夹钳140围绕的导体C中 的电流，在夹钳140中感生信号。显示器130还示出由经由端口 180接收的信号(包括由 罗克夫斯基线圈200产生的信号)感测的电气参数。壳体120包括例如按钮192和/或旋转开关194的一个或多个选择器190。选择 器190可导通和切断用于万用表100的电源(未示出)，和/或改变万用表100的测量模 式。例如，可转动旋转开关194，以选择用夹钳140测量交流电流的模式。可通过选择器190 选择用于测量电压、电阻、温度等的其它模式。根据本发明的实施例，选择器190还可用于 选择用罗克夫斯基线圈200测量交流电流的模式。罗克夫斯基线圈200包括回路210、悬架230、信号线缆240、和耦联器250。另外， 参考图3，回路210包括围绕弹性非磁性芯部214并套在弹性覆盖216中的环形线圈212。根据本发明的一个实施例，非磁性芯部214包括空气。覆盖216可具有足够的刚性，以保护 环形线圈212的形式，并且仍具有足够的弹性，以允许在长度和/或形状上调节回路210。 能用悬架230调节回路210的长度。环形线圈212a的起始圈与环形线圈212b的结束圈通 过信号线缆240电连接至耦联器250 (图2)。耦联器250可包括用于相对于万用表100电 耦联和电解耦罗克夫斯基线圈200的布置。例如，耦联器250可包括布置成协作地接合端 口 180的一个或多个插座端子的一个或多个插头。夹钳140和罗克夫斯基线圈200均能感测流过由夹钳140或回路210围绕的导体 的交流电流。然而，在罗克夫斯基线圈200与夹钳140之间存在多处差异。例如，回路210 比主要刚性的夹钳部142a和142b有更好的弹性且具有较小的横截面。因此，罗克夫斯基线 圈200可用于对夹钳140而言太紧凑和/或太小的受限空间。此外，可使回路210变形以围 绕横截面不能由夹钳140围绕闭合的导体。另一差异是与夹钳140相比较，罗克夫斯基线 圈200的较大电流测量能力。具体地，空气芯部在使芯部144a和144b的磁性材料饱和的 电流水平不会变饱和。又一差异是罗克夫斯基线圈200通过信号线缆240与万用表100分 开，而夹钳140的相对位置相对于万用表100固定。因此，可作为单个的单元操纵夹钳140 和万用表100，然而罗克夫斯基线圈200允许用户将显示器130设置在方便查看的取向。图4是根据本发明的实施例的万用表100的部件的框图。万用表100包括显示器 130、夹钳140、端口 180、选择器190和处理器110。夹钳140包括在不断开电路的情况下 感应地感测交流电流的绕组，并与交流电流对应在第一电压范围中产生第一信号。例如，可 以毫伏为单位测量第一电压范围。第一信号由向显示器130输出信号的处理器110接收。 类似地，来自于端口 180的其它信号也由处理器110接收。根据某些实施例，选择器190选 择处理器110用于在显示器130上显示预期测量结果的信号。罗克夫斯基线圈200在不断 开电路的情况下感应地感测交流电流，并与交流电流对应地在第二电压范围中产生第二信 号。例如，可以微伏为单位测量第二电压范围。万用表100还包括积分器112，以将来自罗 克夫斯基线圈200的第二信号缩放至第一电压范围，例如将罗克夫斯基线圈200的微伏输 出放大至处理器110能处理的毫伏信号。万用表100的壳体120包括处理器110、积分器 112、显示器130、夹钳140、端口 180、选择器190。根据某些实施例，仅罗克夫斯基线圈200 可与壳体120分开。在说明书和附图中提出了本发明实施例的具体细节，以提供这些实施例彻底的理 解。然而，本领域的技术人员应理解的是，可在没有这些细节中的若干细节的情况下实践本 发明，或者可向本发明增加补充细节。众所周知的结构和功能没有被详细地示出或描述，以 避免不必要地使本发明的实施例难以理解。除非上下文清楚地另外要求，否则遍及说明书和权力要求书，“包括”及相似的表 达应被解释为包含的意义，而与排他或详尽的意义相反；也就是说，解释为包括但不局限于 的意义。另外，“在此”、“以上”、“以下”和相似的含意的文字当用于本发明时，应指的是整 个的本发明，而不是本发明任何特定的部分。在上下文允许的情况下，在以上发明内容中使 用单数或复数数字的文字也可分别地包括复数或单数。当“或”被用于一列两个或两个以 上的项时，其意义涵盖以下的所有解释该列中的任一项、该列中的所有项、和该列中的项 的任一组合。以上实施例的详细说明不应被认为是详尽的或将本发明限制于以上公开的精确
7形式。如相关领域的技术人员所能认识到的，以上本发明的特定的实施例和示例的描述是 以说明为目的，在本发明的范围内可能有各种等同的变型。 尽管本发明某些方面以以下某些权利要求的形式表述，但发明人可以任意数量的 权利要求的形式设想本发明的各个方面。因此，发明人保留在提交本申请之后增加附加权 利要求的权利，以便为本发明的其它方面争取附加的权利要求形式。
权利要求
一种用于测量电路的导电体中的交流电流的钳式万用表，包括数字显示器，其构造成示出所述导电体中的交流电流的测量结果；壳体，其包括所述数字显示器；第一传感器，其具有构造成在不断开所述电路的情况下感应地感测交流电的可磁化材料芯部，所述第一传感器包括固定地联接至所述壳体的第一夹钳部和枢转地联接至所述第一夹钳部的第二夹钳部，其中所述导电体在所述第一传感器的打开布置下穿过处于所述第一夹钳部与所述第二夹钳部之间的间隙，并且所述第一夹钳部与所述第二夹钳部在所述第一传感器的闭合布置中围绕所述导电体；第二传感器，其包括具有非磁性芯部并构造成在不断开所述电路的情况下感应地感测交流电的罗克夫斯基线圈；处理器，其设置在所述壳体中，并构造成接收第一电压范围中的输入信号以及向所述数字显示器发送输出信号；以及积分器，其设置在所述壳体中，并构造成将来自所述第二传感器的处于第二电压范围中的信号缩放至所述第一电压范围；其中，所述壳体包括所述处理器、所述积分器、和选择器，所述选择器构造成从(a)所述第一传感器和(b)所述积分器中的一个选择输入到所述处理器的输入信号。
2.根据权利要求1所述的钳式万用表，其中，所述壳体包括构造成相对于所述积分器 电耦联和电解耦所述第二传感器的端口。
3.一种用于测量电路的导电体中的交流电流的钳式万用表，包括 数字显示器，其构造成示出所述导电体中的交流电流的测量结果； 壳体，其包括所述数字显示器；第一传感器，其具有构造成在不断开所述电路的情况下感应地感测交流电的可磁化材 料芯部，所述第一传感器包括固定地联接至所述壳体的第一夹钳部和枢转地联接至所述第 一夹钳部的第二夹钳部，其中所述导电体在所述第一传感器的打开布置中穿过处于所述第 一夹钳部与所述第二夹钳部之间的间隙，并且所述第一夹钳部与所述第二夹钳部在所述第 一传感器的闭合布置中围绕所述导电体；处理器，其设置在所述壳体中，并构造成接收第一电压范围中的输入信号和向所述数 字显示器发送输出信号；以及端口，其构造成将罗克夫斯基线圈与所述处理器电耦联；其中，所述壳体包括所述处理器、所述端口、和选择器，所述选择器构造成从(a)所述 第一传感器和(b)所述端口这两者中的一个选择输入到所述处理器的输入信号。
4.根据权利要求3所述的钳式万用表，还包括将所述端口电耦联至所述处理器的积分 器，其中所述积分器设置在所述壳体中，并构造成将来自所述罗克夫斯基线圈的处于第二 电压范围中的信号缩放至所述第一电压范围。
5.一种用于测量电路的导电体中的交流电流的钳式万用表，包括第一传感器，其构造成在不断开所述电路的情况下感应地感测交流电，其中所述第一 传感器具有可磁化材料芯部；以及第二传感器，其构造成在不断开所述电路的情况下感应地感测交流电，其中所述第二 传感器具有非磁性芯部。
6.根据权利要求5所述的万用表，其中，所述第一传感器包括能在打开布置与闭合布 置之间活动的夹钳，所述打开布置构造成允许所述导电体穿过所述第一夹钳部与所述第二 夹钳部之间的间隙，而所述闭合布置构造成闭合所述间隙，从而用所述第一夹钳部和所述 第二夹钳部围绕所述导电体。
7.根据权利要求6所述的万用表，其中，所述第一夹钳部和所述第二夹钳部包括可磁 化材料芯部。
8.根据权利要求5所述的万用表，其中，所述第二传感器包括罗克夫斯基线圈。
9.根据权利要求5所述的万用表，其中，所述第二传感器包括围绕非磁性材料芯部缠 绕的环形线圈。
10.根据权利要求5所述的万用表，其中所述第一传感器产生第一电压范围中的第一 信号，而所述第二传感器产生第二电压范围中的第二信号，并且所述万用表还包括显示器，其构造成示出所述导电体中的交流电流的测量结果；处理器，其构造成接收所述第一电压范围中的输入信号和向所述显示器发送输出信号；积分器，其构造成将所述第二信号从所述第二电压范围缩放至所述第一电压范围；以及壳体，其包括所述显示器、所述处理器和所述积分器。
11.根据权利要求10所述的万用表，其中，所述第一电压范围比所述第二电压范围大 大约103倍。
12.根据权利要求10所述的万用表，其中，所述第一传感器包括固定地联接至所述壳 体的第一夹钳部和枢转地联接至所述第一夹钳部的第二夹钳部。
13.根据权利要求5所述的万用表，还包括构造成闭合所述电路中的断开并从而感测 交流电的第三传感器。
14.根据权利要求13所述的万用表，还包括构造成电耦联至所述第三传感器的测试线。
15.根据权利要求5所述的万用表，还包括构造成测量交流电压、交流电频率、直流电 压、电阻和温度中的至少一个的至少一根测试线。
16.根据权利要求5所述的万用表，其中，所述第一传感器构造成在不断开所述电路的 情况下感测直流电流。
17.根据权利要求5所述的万用表，其中，所述第一传感器包括霍尔效应传感器。
18.一种用于测量电路的导电体中的交流电流的套件，包括 万用表，其包括数字显示器，其构造成示出所述导电体中的交流电流的测量结果； 夹钳，其具有构造成在不断开所述电路的情况下感应地感测交流电的可磁化材料芯 部，并且与所述交流电相对应产生第一电压范围中的第一信号，所述夹钳包括第一夹钳部 和枢转地联接至所述第一夹钳部的第二夹钳部，其中所述导电体在所述夹钳的打开布置中 穿过处于所述第一夹钳部与所述第二夹钳部之间的间隙，并且所述第一夹钳部与所述第二 夹钳部在所述夹钳的闭合布置中围绕所述导电体；处理器，其构造成接收所述第一电压范围中的输入信号和向所述数字显示器发送输出信号；以及积分器，其构造成将第二电压范围中的第二信号缩放至所述第一电压范围； 其中，所述壳体包括所述显示器、所述处理器、所述积分器、以及构造成接收所述第二 信号的端口 ；以及罗克夫斯基线圈，其具有非磁性芯部，并构造成在不断开所述电路的情况下感应地感 测交流电，和与所述交流电相对应在所述第二电压范围中产生所述第二信号。
19.根据权利要求18所述的套件，其中，所述罗克夫斯基线圈包括构造成与所述端口 耦联和解耦的匹配特征。
20.根据权利要求18所述的套件，还包括构造成容纳所述万用表和所述罗克夫斯基线 圈的承载箱。
全文摘要
一种钳式万用表，测量导电体中的交流电流。所述万用表包括显示器、包括所述显示器的壳体、第一传感器、第二传感器、处理器和积分器。第一传感器具有可磁化材料芯部并且感应地感测交流电。第一传感器包括固定在壳体上的第一夹钳部和枢转地联接至第一夹钳部的第二夹钳部。第二传感器包括具有非磁性芯部并感应地感测交流电的罗克夫斯基线圈。处理器接收第一电压范围中的输入信号和向数字显示器发送输出信号。积分器将来自第二传感器的处于第二电压范围中的信号缩放至第一电压范围。壳体包括处理器、积分器、和选择器，该选择器构造成从第一传感器和积分器这两者中的一个选择输入到处理器的输入信号。
文档编号G01R15/12GK101957394SQ201010231489
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月19日 优先权日2009年7月17日
发明者罗伯特·M·格林伯格 申请人:福禄克公司