用于感测穿过导体的电流的传感器装置及方法
【专利说明】用于感测穿过导体的电流的传感器装置及方法
[0001]相关串请的交叉引用
本申请为继续部分申请，其请求享有2011年9月9日提交的题为"Sensor Devicesand Methods for Use in Sensing Current Through a Conductor〃的美国专利申请序列第13/ 229, 038号的权益，该申请的公开内容在此通过应用以其整体并入本文中。
技术领域
[0002]本发明的领域总体上涉及传感器装置和方法，且更具体而言，涉及感测通过导体的电流。
【背景技术】
[0003]至少一些已知的电度表用于测量从电源供应至用户的电力。为了能够精确地测量供应至用户的能量数额，电度表常常包括一个或多个传感器装置以感测流过电源与用户之间的导体的电流。当包含在电度表中时，传感器装置意图在运行的电压和/或电流范围内精确地工作。
[0004]多种已知的电流传感器装置在电度表中使用。例如，至少一些已知的互感器式传感器装置包括在其上卷绕有磁线以感测流过导体的电流的磁芯。然而，通常已知的是包括互感器的电流传感器装置体积庞大且昂贵。具有磁芯的电流传感器装置可能易受外部磁场影响。暴露于外部磁场降低了磁芯电流传感器装置的准确性，且有时，准确性可降低至电流装置仅记录电流装置应当感测到的电流的8%那样小的程度。温度循环也可影响电流传感器的磁芯，且引起降低电流传感器的准确性的磁性漂移。
[0005]已知的电流传感器装置的另一实例是罗氏(Rogowski)线圈。罗氏线圈包括线圈并且通常小于互感器式传感器装置。然而，已知的是罗氏线圈在一电压范围内的低电流和/或高电流状态期间仅提供受限的精度。结果，在制造期间，具有已知罗氏线圈的电度表常常经历多个校准过程以最大限度地减小这些不精确性的影响。尽管这些重复的校准过程可减少此类传感器装置的不精确性，但这些过程也增加了电度表的制造时间和成本。
【发明内容】
[0006]在一个实施例中，提供了中用于将电能从电源传输至用户的电度表。电度表包括可至少部分地定位成围绕导体的传感器装置，以感测流过导体的电流且输出代表感测电流的信号。传感器装置包括:非磁性衬底；包括围绕衬底的多个匝圈的线圈，其中，线圈限定孔口，导体通过孔口被接收；以及介电材料，介电材料具有一定介电常数且定位成邻近线圈且至少部分在孔口内，使得介电材料在导体通过孔口被接收时在线圈与导体之间。电度表还包括表控制板，其与传感器装置连通来接收代表来自传感器装置的感测电流的信号，且确定随着时间的推移从电源通过导体传输至用户的电量。介电材料的介电常数选择成减小线圈与导体之间的电容耦合，且因此减小传感器装置的灵敏度，使得表控制板仅包括一个校准系数来在电流范围内校准传感器装置，且其中电流范围为约2.0A到约25000A。
[0007]在另一个实施例中，提供了一种制造用于电能从电源传输至用户的电度表的方法。该方法包括提供可至少部分地定位成围绕导体的传感器装置，以感测流过导体的电流且输出代表感测电流的信号。提供传感器装置包括形成线圈，线圈包括围绕非磁性衬底的多个匝圈，其中线圈限定孔口，导体通过孔口被接收，并且提供传感器装置包括将介电材料定位成邻近线圈且至少部分在孔口内的，使得介电材料在导体通过孔口被接收时在线圈与导体之间。该方法还包括使表控制板与传感器装置连接来接收代表来自传感器装置的感测电流的信号，且确定随着时间的推移从电源通过导体传输至用户的电量，且选择介电材料，使得介电材料的介电常数减小线圈与导体之间的电容耦合，且因此减小传感器装置的灵敏度，使得表控制板仅包括一个校准系数来用于在电流范围内校准传感器装置，其中电流范围为约2.0A到约25000A。
[0008]技术方案1.一种用于将电能从电源传输至用户的电度表，所述电度表包括:
传感器装置，其可定位成至少部分地围绕导体来感测流过所述导体的电流且输出代表所述感测电流的信号，所述传感器装置包括:
非磁性衬底；
包括围绕所述衬底卷绕的多个匝圈的线圈，所述线圈限定孔口，所述导体通过所述孔口被接收；以及
介电材料，其具有介电常数且定位成邻近所述线圈且至少部分地在所述孔口内，使得所述介电材料在所述导体通过所述孔口被接收时在所述线圈与所述导体之间；以及
表控制板，其与所述传感器装置连通来接收代表来自所述传感器装置的所述感测电流的所述信号，且确定随着时间的推移而通过所述导体从所述电源传输至用户的电量；
其中所述介电材料的介电常数选择成减小所述线圈与所述导体之间的电容耦合，且因此降低所述传感器装置的灵敏度，使得所述表控制板仅包括一个校准系数来在电流范围内校准所述传感器装置；以及
其中所述电流范围为约2.0A到约25000A。
[0009]技术方案2.根据技术方案1所述的电度表，其特征在于，所述介电材料包括热塑性材料和热固性材料中的至少一者。
[0010]技术方案3.根据技术方案2所述的电度表，其特征在于，所述介电材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料和聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)热塑性材料中的至少一者。
[0011]技术方案4.根据技术方案1所述的电度表，其特征在于，所述衬底包括多个绕线筒，所述多个匝圈中的至少一个匝圈围绕所述多个绕线筒中的各个卷绕。
[0012]技术方案5.根据技术方案1所述的电度表，其特征在于，所述电度表还包括至少部分地定位在所述孔口内的安装件，所述安装件构造成支承定位在所述孔口中的导体，且其中所述安装件至少部分地由所述介电材料制成。
[0013]技术方案6.根据技术方案5所述的电度表，其特征在于，所述电度表还包括至少部分地包围所述衬底和所述线圈的封壳，所述封壳包括所述安装件。
[0014]技术方案7.根据技术方案1所述的电度表，其特征在于，所述介电材料包围所述线圈的至少一部分和所述衬底的至少一部分。
[0015]技术方案8.根据技术方案7所述的电度表，其特征在于，所述传感器装置包括与所述导体形成摩擦配合的安装件，其中所述安装件在所述传感器装置与所述导体之间限定至少一个空气间隙，且其中所述安装件包括所述介电材料的至少一部分。
[0016]技术方案9.根据技术方案1所述的电度表，其特征在于，所述传感器装置构造成在约2.0安到约320安的电流范围中，在穿过所述导体的实际电流的约±0.2%内感测穿过所述导体的电流。
[0017]技术方案10.根据技术方案1所述的电度表，其特征在于，所述传感器装置构造成在约2.0安到约25000安的电流范围中，在穿过所述导体的实际电流的约±0.5%内感测穿过所述导体的电流。
[0018]技术方案11.根据技术方案8所述的电度表，其特征在于，所述衬底包括多个绕线筒，其中所述多个匝圈中的至少一个匝圈设置成围绕所述多个绕线筒中的各个，且其中所述多个绕线筒中的各个均包括热塑性材料。
[0019]技术方案12.根据技术方案11所述的电度表，其特征在于，所述导体包括汇流条和多股式导线。
[0020]技术方案13.根据技术方案8所述的电度表，其特征在于，所述电度表还包括第二传感器装置，其可定位成至少部分地围绕第二导体，且与所述表控制板连通。
[0021]技术方案14.根据技术方案13所述的电度表，其特征在于，所述电度表还包括第三传感器装置，其可定位成至少部分地围绕第三导体，且与所述表控制板连通。
[0022]技术方案15.—种制造用于将电能从电源传输至用户的电度表的方法，所述方法包括:
提供传感器装置，其可定位成至少部分地围绕导体来感测流过所述导体的电流且输出代表所述感测电流的信号，其中提供所述传感器装置包括:
形成包括围绕非磁性衬底卷绕的多个匝圈的线圈，所述线圈限定孔口，所述导体通过孔口被接收；以及
将介电材料定位成邻近所述线圈且至少部分地在所述孔口内，使得所述介电材料在所述导体通过所述孔口被接收时在所述线圈与所述导体之间；以及
使表控制板与所述传感器装置连接来接收代表来自所述传感器装置的所述感测电流的所述信号，且确定随着时间的推移通过所述导体从所述电源传输至用户的电量；
选择所述介电材料使得所述介电材料的介电常数减小所述线圈与所述导体之间的电容耦合，且因此减小所述传感器装置的灵敏度，使得所述表控制板仅包括一个校准系数来在电流范围内校准所述传感器装置；以及
其中所述电流范围为约2.0A到约25000A。
[0023]技术方案16.根据技术方案15所述的方法，其特征在于，将所述介电材料定位成邻近所述线圈包括将所述线圈至少部分地包围在封壳内，所述封壳包括所述介电材料。
[0024]技术方案17.根据技术方案15所述的方法，其特征在于，形成所述线圈包括将所述线圈的至少一个匝圈卷绕在所述衬底的多个绕线筒