用于测量交流电的方法和传感器与流程

本发明涉及一种用于使用罗氏线圈(Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule)测量输电线中的交流电的方法和传感器。

背景技术：

准确的电流测量在电气工程中具有核心重要性。因而，例如，控制回路中的电流测量通常直接决定了对应的整体系统的质量。使得能够以非常高的带宽进行测量的罗氏线圈可以用来测量在测量对象中流动的电流。

罗氏电流传感器包括：由具有环形设计的环形导体回路组成的至少一个罗氏线圈、测量设备以及位于所述测量设备与所述至少一个罗氏线圈之间的相应馈线。所述馈线和所述罗氏线圈在下文被称为测量线。所述馈线和所述罗氏线圈的线段在各自情况下它们本身也被称为测量线。为了在电流有待测量的线路系统中布置竖直环绕导体的罗氏线圈，环形导体回路的环圈可以具有开口。环形导体回路在所述开口处结束的回流线通常被引导经过罗氏线圈的内部。罗氏线圈代表一种用于标识电力线路系统中的电流的简单且可靠的方法。有待测量的电流引起环绕导体的磁场，所述导体在围绕导体的罗氏线圈中感生电压。然后可以从这个电压计算导体中的电流。罗氏电流传感器在较宽频率范围的交流电中使用。随着有待测量的交流电的渐增频率，测量干扰越来越多地占主导。

如上文所提及的，罗氏线圈由缠绕成环形线圈的测量线组成，所述线一般被作为螺旋形式的外向的导体来缠绕，并且在折返点之后作为环形线圈内的回流导体被引导回到环形线圈的起点。罗氏线圈(A.P.Chattock(1887)，伦敦物理学会报告(Proceedings of the Physical Society of London)23至26页，关于磁性电位计(On a magnetic potentiometer)；W.Rogowski和W.Steinhaus(1912)，磁性电压的测量：对磁场强度的线路积分的测量(Die Messung der magnetischen Spannung:Messung des Linienintegrals der magnetischen)，电气工程档案(Archiv für Elektrotechnik)，1(4):141-150)使用有待定位成绕测量电流或绕载有所述测量电流的导体的环形线圈。虽然如此，所述线圈不一定需要环绕导体，见S.Hain、M.Bakran(2014)，借助电感性电流传感器进行高度动态的电流测量-数值方法(Highly dynamic current measurements with inductive current sensors-a numerical recipe)，PCIM欧洲，1617至1624。为了通过罗氏线圈测量与有待测量的电流的导数成比例的电压信号，应该非常均匀地缠绕罗氏线圈。

罗氏线圈使得能够以从毫赫到兆赫范围的非常高的带宽对交流电进行测量。然而，当使用传统罗氏线圈进行电流测量时，在处于几兆赫频率的交流电的情况下，由于罗氏线圈的物理特征而产生限制。已经变得明显的是，具体在对应的罗氏线圈内以及在罗氏线圈与测量对象或大地之间所产生的电容对通过罗氏线圈测量的电流的测量准确度有影响。具体地，可以标识影响罗氏线圈的测量准确度的四类电容。

因而，具体在高频率的交流电流动穿过罗氏线圈的情况下，罗氏线圈的任何两个(具体为相邻的)绕组之间产生电容。这种电容具有的效果越强，对应的绕组之间的电压差就变得越高，因为所述电容与对应的绕组之间的电压差之间的耦合产生效果。一旦由于交流电的短波长而在罗氏线圈的相邻绕组之间已经产生电压差，这种类型的电压差就随着流动穿过线圈的对应交流电的频率而增大。而且，罗氏线圈的对应绕组之间的电压差随着对应绕组之间的物理距离的减小而增大。然而，为了提高对应罗氏线圈的灵敏度，罗氏线圈的对应绕组之间的距离被频繁地减小或最小化，并且绕组的数量被提高或被选定为尽可能地大，从而使得，根据上文所陈述的解释，促使绕组之间产生电容。

与罗氏线圈的对应绕组之间的电容类似，在对应的绕组与被引导在罗氏线圈内部的回流导体之间可以产生电容，并且可以被视为与任意两个绕组之间的电容实质上等效。

而且，罗氏线圈的每个独立导体部分与对应的测量对象或大地之间产生电容。罗氏线圈的对应导体部分与测量对象之间的耦合的影响随着电压和在测量对象中流动的电流的频率而增大。

如果罗氏线圈充当电气屏蔽，则在对应的罗氏线圈的每个独立导体部分与对应的屏蔽电势之间也产生耦合。

另外，对应的罗氏线圈的所有电容与对应的电感一起形成可能使得测量带宽成数量级地减小的滤波器或谐振。电容两端的阻抗一般随着有待测量的交流电的渐增频率而降低，出于此原因，在电容上特别频繁地产生信号和干扰，尤其是在高频率。

美国文献US 2008 0106 253 A1披露了一种具有均环绕有待测量的导体的两个罗氏线圈的罗氏线圈布置。两个线圈的信号都相对彼此偏移，以便识别对应的测得信号内的干扰。

美国文献US 2010 0109 643 A1披露了具有布置在有待测量的导体附近的三个相连接的线圈元件的电流传感器。

美国文献US 2011 0089 933 A1中披露了具有电流传感器和电压传感器以及共用电磁屏蔽的组合测量设备。

美国文献US 2015 0028 852 A1披露了由两个共轴罗氏线圈组成的电流传感器。

国际文献WO 2014 060 106 A1披露了电流和/或电压感测设备，其中，电流传感器和/或电压传感器被布置在环绕有待测量的导体的环形线圈本体内。

技术实现要素：

在这个背景下，本发明的一个目的是提供用于快速且准确测量流经测量对象的电流的设施。

本发明的目的是通过如下项1-21来实现的：

1.一种用于测量流经测量对象的交流电的时间导数的方法，其中，罗氏线圈与所述测量对象对准，至少一条隔离线被插入所述罗氏线圈的线圈绕组中，所述隔离线使所述罗氏线圈的所述线圈绕组彼此的电容性耦合和/或使所述罗氏线圈的所述线圈绕组与至少一个另一电力线的电容性耦合最小化，并且测量所述交流电在包括所述罗氏线圈的至少一条测量线中感生的电压。

2.根据上述1所述的方法，其中，所述至少一条隔离线被馈送以所述测量对象中的所述交流电。

3.如上述1或2所述的方法，其中，所述至少一条隔离线通过终端阻抗连接至所述罗氏线圈。

4.如上述1或2所述的方法，其中，所述至少一条隔离线上的至少一个点与包括所述罗氏线圈的所述至少一条测量线上的距所述至少一条隔离线上的所述至少一个点最接近的点之间的电势差被最小化，其结果是，所述罗氏线圈内的所述至少一条隔离线吸收至至少一个介电有源对象的场线，并由此使所述罗氏线圈与所述至少一个介电有源对象的电容性耦合最小化。

5.如上述4所述的方法，其中，所述至少一条隔离线上的所述至少一个点的电势是通过来自以下电气调节元件列表的电气调节元件设定的：电位计、可调节电阻器或直流源。

6.根据上述1或2所述的方法，其中，所述至少一条隔离线与所述至少一条测量线以相同的阻抗终止。

7.如上述6所述的方法，其中，放大器的至少一个终端电阻和/或至少一个输入电阻被选定为所述阻抗。

8.如上述4所述的方法，其中，所述至少一条测量线上的至少一个点与所述至少一条隔离线上距所述至少一条测量线上的所述至少一个点最近的至少一个点被短路。

9.如上述4所述的方法，其中，在所述至少一条测量线上的至少一个点与所述至少一条隔离线上的距所述至少一条测量线上的所述至少一个点最近的至少一个点之间连接有电压源，通过所述电压源，根据所述至少一条测量线上存在的电压设定所述至少一条隔离线上存在的电压。

10.如上述9所述的方法，其中，所述电压源连接在所述至少一条隔离线和/或所述至少一条测量线的一端。

11.如上述1或2所述的方法，其中，将两条隔离线插入所述罗氏线圈中，其方式为使得所述罗氏线圈的对应绕组在第一侧被第一隔离线并且在第二侧被第二隔离线与所述罗氏线圈的相邻绕组至所述对应绕组内的电容性干扰辐射隔离开。

12.如上述11所述的方法，其中，在所述两条隔离线中的每一条隔离线上设定与所述至少一条测量线上存在的电势相对应的电势。

13.如上述12所述的方法，其中，在所述两条隔离线中的每一条隔离线上设定所述电势所需的电压是通过至少一条隔离线的多个绕组生成的，其中，选定所述绕组的数量和横截面积的方式为使得基于所述交流电的交变磁场设定所述所需的电压。

14.一种用于测量流经测量对象的交流电的时间导数的传感器，其中，所述传感器(100，200)包括至少一个测量设备、至少一条隔离线(106，212，404，406，706，806，808，906，1006，1008)以及包括罗氏线圈的至少一条测量线(102，202，402，702，802，902，1002)，其中，所述至少一条隔离线(106，212，404，406，706，806，808，906，1006，1008)被插入所述罗氏线圈的线圈绕组中，其结果是，所述线圈绕组彼此的电容性耦合和/或所述线圈绕组与至少一条另一电力线的电容性耦合被最小化。

15.如上述14所述的传感器，其中，所述至少一条测量线(102，202，402，702，802，902，1002)与所述至少一条隔离线(106，212，404，406，706，806，808，906，1006，1008)一起形成共轴线。

16.如上述14或15所述的传感器，其中，所述至少一条隔离线(106，212，404，406，706，806，808，906，1006，1008)在各自情况下被插入到所述罗氏线圈的两个绕组之间。

17.如上述14或15所述的传感器，其中，所述至少一条隔离线(106，212，404，406，706，806，808，906，1006，1008)比所述罗氏线圈具有更小或更大的环形横截面。

18.如上述14或15所述的传感器，其中，所述至少一条隔离线(106，212，404，406，706，806，808，906，1006，1008)被引导成绕所述罗氏线圈、在与所述罗氏线圈的内侧相反的一侧上。

19.如上述14或15所述的传感器，其中，所述至少一条隔离线(106，212，404，406，706，806，808，906，1006，1008)被引导成绕所述罗氏线圈、在面向所述罗氏线圈的内侧的一侧上。

20.如上述14或15所述的传感器，所述传感器被配置成实施一种根据上述1至13之一所述的方法。

21.一种用于提供根据上述14至20之一所述的传感器的方法，其中，将至少一条隔离线插入罗氏线圈的线圈绕组中，所述隔离线使得所述罗氏线圈的所述线圈绕组彼此的电容性耦合和/或所述罗氏线圈的所述线圈绕组与至少一条另一电力线的电容性耦合最小化。

因而提出了一种用于测量流经测量对象的交流电的时间导数(zeitlichen Ableitung)的方法，其中，罗氏线圈与所述测量对象对准，至少一条隔离线被插入所述罗氏线圈的线圈绕组中，所述隔离线使所述罗氏线圈的线圈绕组彼此的电容性耦合和/或使所述罗氏线圈的线圈绕组与至少一个另一电力线的电容性耦合最小化或至少使所述电容性耦合减小，并且通过交流电在包括所述罗氏线圈的至少一条测量线中所感生的电压来计算所述测量对象中流动的所述交流电的时间导数。包括所述罗氏线圈的所述至少一条隔离线上的至少一个点与包括所述罗氏线圈的一条测量线上的距所述隔离线上的这个点最接近的点之间的电势差被最小化，其结果是，所述至少一条隔离线吸收所述罗氏线圈至至少一个介电有源对象的场线，并使所述罗氏线圈与所述至少一个介电有源对象的电容性耦合最小化。

在这种理想状况下，罗氏线圈上所感生的可测量的电压与有待测量的交流电的时间导数成比例。由于这种时间导数，所述电压还与有待测量的交流电的电压成比例。为了获得取决于电流的信号，即有待测量的交流电的直接值，必须相应地对电压的特征在时间上积分。

最终通过对所测量到的交流电的时间导数进行时间积分来测量交流电。

所提出的方法具体用来为罗氏电流传感器的对应测量线屏蔽来自罗氏线圈本身的电磁干扰和/或来自对应测量对象和/或大地中流动的电流的电磁干扰，或屏蔽罗氏线圈的对应测量线与罗氏线圈本身的一部分和/或流经对应的测量对象和/或大地的电流的电学相互作用。为此，具体提供的是，在至少一条隔离线上的至少一个点上与测量线上的相应最近点上，使得被插入罗氏线圈中的所述至少一条隔离线与包括罗氏线圈的所述测量线之间的电势差最小化。这意味着，所述至少一条隔离线被引入罗氏线圈或被布置在罗氏线圈上，其方式为使得，在任何时间，测量对象和/或所述至少一条隔离线中的任何给定介电对象中流动的电流所感生的电压引起的电势是或变得与罗氏线圈的所述至少一条测量线上的、与隔离线上的所述点最接近的点处的所相应地引起的电势基本上相等。

由于根据本发明提供的对根据本发明提供的所述至少一条隔离线与罗氏传感器的测量线之间的电压的最小化，或使得所述至少一条隔离线上的每个点与测量线上的最近点具有相同电势的所述至少一条隔离线的电势的相应设置，所述至少一条隔离线吸收(具体为具有罗氏线圈的)测量线至对应的介电有源对象的场线，并减少对应的介电有源对象与测量线之间的电容性耦合，或完全地防止对应的介电有源对象与测量线之间的电容性耦合。

为了减少或防止罗氏线圈的测量线与对应的介电有源对象之间的电容性耦合，根据本发明具体提供的是，对应的测量对象中流动的电流被用作电力源，从而用电力为根据本发明提供的隔离线供电，使得测量线或罗氏线圈与测量线的部分或罗氏线圈本身和/或测量对象和/或大地的电气耦合被最小化。为了做到这一点，隔离线减小现有电容与对应主导电压差之间的有效耦合C*ΔV。取决于要减小哪种耦合，隔离线必须具有相应的线路设置和/或阻抗和/或终端。

对应的测量对象中流动的电流(即，有待测量的对应电流)在罗氏线圈的对应测量线中以及隔离线中感生电场E和相关联的电压V。为了使得能够对电流进行最优测量并相应地最小化对测量线的电磁干扰，隔离线的特征必须被选定，其方式为使得一方面隔离线将测量线与电容性干扰辐射的对应相反极屏蔽，并且另一方面尽可能地由有待测量的电流在隔离线和测量线内感生相同的电势特征。有待测量的电流的磁场在隔离线和测量线两者中都感生电压，从而使得所述电压相对于测量线和隔离线两者中的参考电势增大。

在所提出的方法的一种可能设计中，提供的是所述至少一条隔离线上的、旨在相对于测量线上的与其最接近的点具有最小电势差的所述至少一个点的电势是通过来自以下电气调节元件列表的电气调节元件来设定的：电位计、可调整的电阻器或直流源。

为了使与测量线相比沿着隔离线(例如，由于制造容差或由于隔离线与测量线之间刻意提供的差异)产生的隔离线与测量线之间的电势相等，或为了在隔离线的整个长度上实现与测量线中的电压条件类似的电压条件，必须以与测量线电气地相似或完全相同的方式终止隔离线的对应端。测量线的电气终端可以包括例如放大器输入阻抗、至相应放大器的线路或用于防止反射的线路终端。相应的阻抗可以具有实分量(即，电阻)以及复相移分量(即，电感和/或电容)。出于这个目的，例如增加或减小隔离线的阻抗或增加或减小施加至隔离线的电压的电气调节元件可以例如作为终端件连接在隔离线上。

在所提出的方法的进一步可能设计中，提供的是所述至少一条隔离线与测量线以同样的阻抗终止，从而使得两个线圈的总阻抗或隔离线与测量线的总阻抗尽可能地彼此完全相同。

根据本发明提供的隔离线的终端可以用来使根据本发明提供的隔离线与测量线或罗氏线圈之间的制造容差或制造相关的、构造相关的或设计相关的差异相等。因而，例如，隔离线不一定必须具有长度为几米的馈线(正如测量线的情况下典型地提供的)，而是可以可替代地在罗氏线圈附近结束，其中，然而必须在隔离线上模拟与测量线相比短缺的接线电缆或馈线的阻抗。

电气阻抗形式的终端还适用于使例如由于测量线和隔离线的不同尺寸的环形线圈而产生的测量线与隔离线之间的差异相等，而不改变这两条线的对应安装路径。如果对应的测量线和对应的隔离线在对应的线长度上具有感生电压的仅仿射地线性不同的升高，从而根据方程(1)的关系对于两个常量C1和C2是可能的，可以通过隔离线的终端阻抗适配常量C1。相反地，可以通过相应的电势参考来设定常量C2。

dVmeas/dlmeas＝C1dVisol/dlisol+C2 (1)

其中，dVmeas/dlmeas指代在测量线的线路长度上的电压升高，并且dVisol/dlisol指代在隔离线的线路长度上的电压升高。

测量线或测量绕组与隔离线或隔离绕组之间的差异会例如由于绕组的对应环形线圈的不同尺寸的横截面积而产生。

例如，用于将对应的测量线或罗氏线圈与位于罗氏线圈外部且来自与有待测量的对应电流的耦合的电磁干扰相隔离的隔离线旨在连续地位于测量线或罗氏线圈外部，因此绕罗氏线圈的具有比测量线的半径更大的半径的环形部分内的测量线缠绕。相应地，由隔离线形成的环形线圈比由测量线形成的环形线圈具有更大的横截面积，从而使得与由测量线形成的环形线圈相比，由隔离线形成的环形线圈中产生随着沿对应的环形线圈的长度的更大的电压升高。由于隔离线所形成的环形线圈的终端阻抗的减小，随着沿环形线圈的长度的这种电压升高可以与测量线所形成的环形线圈相适配。

根据本发明提供的隔离线的终端阻抗的减小引起较低的测量电压，因为相应的电源(测量线所形成的环形线圈内的感生电压)具有有限的内部电阻并且会相应地被过高的电流耗尽。通过隔离线的终端阻抗的减小，可以实现以这种方式增加的耗尽。在零终端阻抗的情况下，即在短路的情况下，只有对应的罗氏线圈的内部电阻定义流经罗氏线圈的电流，并且罗氏线圈的对应端处的总电压逐渐消失，从而使得方程(2)适用：

通过来自方程(2)的实部和虚部的比例可以概括地设定隔离线的信号的相位以及因此隔离线上每个点处电压的相位。

根据本发明提供的隔离线的终端阻抗的增大具有相应抵消的效果，并且可以例如补偿隔离线的绕组的较小环形半径，例如在使得测量线与罗氏线圈内部的回流线隔离的情况下。

通过适配根据本发明的隔离线的终端阻抗，可以放弃对应的罗氏线圈或包括所述罗氏线圈的测量线的阻抗匹配(这会引起显著地恶化对应的测量信号的电源阻抗以及因此罗氏线圈或测量线的灵敏度和噪声行为的风险)。

根据本发明的方法基本上基于以下事实：有待测量的交流电在隔离线中感生与隔离线在空间中的位置相对应的电势。如果例如隔离线被定位在具有有待测量的对应电流的局部近似均匀磁场的两条测量线之间的轴线上，并且如果所有的线在远处完全相同的位置连接，电势Vp被近似地设定在隔离线上相应点，则根据泊松方程，所述电势近似地与这两条测量线上的与隔离线上的所述点相邻的对应点的对应电势(用对应的距离加权的)的平均值相对应。为了更改这些电势比例并且例如将隔离线上的点局部地带到所述测量线之一上最靠近的点的电势，隔离线上存在的电压必须被设定为使得隔离线上的点与测量线上最靠近的点之间的电压最小。

为了将隔离线上的对应点上存在的电压设定为测量线上的最近点上存在的电压，在所提出的方法的设计中可以提供的是，所述测量线上的至少一个点与所述隔离线上的、距所述测量线上的所述至少一个点最接近的至少一个点被短路。

而且，可以设定隔离线和测量线上彼此最接近的至少两个点的电压，其方式为使得替代性短路棒(Kurzschlussbügel)中的磁感应所生成的任何电压将被补偿。

在所提出的方法的进一步可能设计中，提供的是在所述测量线上的至少一个点与所述至少一条隔离线上的距所述测量线上的所述至少一个点最近的至少一个点之间连接有电压源，通过所述电压源，根据所述测量线上存在的电压设定所述至少一条隔离线上存在的电压。

在所提出的方法的进一步可能的设计中，提供的是所述电压源连接在所述至少一条隔离线和/或所述测量线的一端。

在隔离线与测量线上的任意两个点之间或在隔离线与测量线的对应端处使用替代性电压源(比如像直流源)明显地同样是可想到的，从而使得隔离线与测量线上的相应地距彼此最近的点之间的电压差相等。

在所提出的方法的进一步可能设计中，提供的是将两条隔离线缠绕至罗氏线圈中，其方式为使得所述至少一条测量线的(即，所述罗氏线圈的)对应绕组在第一侧被第一隔离线并且在第二侧被第二隔离线与所述至少一条测量线的(即，所述罗氏线圈的)相邻绕组至所述对应绕组内的电容干扰辐射隔离开。

为了使罗氏线圈的对应相邻绕组之间的电容最小化，使用至少两条隔离线是特别有利的，因为第一隔离线可以保护第一侧的对应绕组免受电磁干扰，并且第二隔离线可以保护第二侧的对应绕组免受电磁干扰。通过设定相应的电压，每条隔离线就其对照测量线的电势而言被加以参考。这种在对应的隔离线上的参考，即，施加电压(这导致与测量线相对应的电压)可以本质上在任意点发生，比如像在对应的隔离线的一端或中间。明显地还可以参考多个点，即，在适当的情况下可以为所述多个点提供电压，其中，必须考虑隔离线和测量线的对应绕组上的环电流的产生，从而避免测量线与隔离线的耦合增大以及相应地失真。

在所提出的方法的进一步可能的设计中，提供的是在所述的两条隔离线中的每一条隔离线上设定与所述测量线上存在的电势相对应的电势。

进行参考所必需的电压可以例如由电压源(比如像电池单元、供电单元或任何其他电压源)生成。

在所提出的方法的进一步可能的设计中，提供的是在所述的两条隔离线中的每一条隔离线上设定所述电势所需的电压是通过所述隔离线或隔离绕组中的至少一者的多个附加绕组生成的，其中，选定所述绕组的数量和横截面积的方式为使得基于有待测量的对应电流的交变磁场来设定所述所需的电压。

而且，进行参考所必需的电压还可以通过测量线和隔离线上的相应点的直接导电连接提供，或可以通过隔离线中的附加绕组生成。电势参考绕组的核心参数是绕组的数量和对应的绕组的横截面积，所述电势参考绕组(具有合适的尺寸)由于有待测量的电流的交变磁场而自动地提供合适的电压。电势参考适配明显地可以在多个绕组上发生，所述多个绕组在各自情况下具有不同的横截面积。由对应的电势参考绕组生成电压受以下因素影响：

μAN/(2πR) (3)

在此“μ”代表磁导率，“A”为对应的电势参考绕组的横截面积，“N”是电势参考绕组的数量并且“R”是距有待测量的对应电流的距离。

在所提出的方法的进一步可能设计中，提供的是所述至少一条隔离线被设计的方式为使得电磁干扰波对所述至少一条测量线的影响被最小化。

伴随测量线关于进一步的介电有源对象或测量线的进一步部分的电磁耦合的减小，根据本发明提供的隔离线还充当对抗例如高频干扰和波所造成的电气影响的常规屏蔽。

在所提出的方法的进一步可能的实施方案中，提供的是通过所述至少一条隔离线保护所述至少一条测量线免受与干扰源的磁性相互作用，其中，所述至少一条隔离线被缠绕的方式为使得所述至少一条测量线中的磁性相互作用导致生成涡流，其结果是减少了磁性相互作用的能量。

可以例如通过根据本发明提供的隔离线磁性地屏蔽高频波。隔离线可以产生磁性屏蔽，所述磁性屏蔽是通过取决于频率范围的两个参数可调整的。

对于具有远高于对应的隔离线的厚度的波长的低频干扰而言，屏蔽效果取决于隔离线或隔离绕组的终端阻抗。所述终端阻抗必须很低，以至于这些对应的感生电流可以使电磁干扰辐射失去其能量的实质部分。

波长基本上在对应的隔离线的区域内或仅略微大于对应的隔离线的直径的高频干扰会导致隔离线中的涡流，其结果是减少了能量。

所提出的罗氏传感器具体用来实施所提出的方法。

在所提出的罗氏传感器的一种可能的设计中，提供的是所述至少一条测量线与所述至少一条隔离线一起形成共轴线。

藉由测量线被隔离线环绕的同轴线，隔离线对测量线的屏蔽可以在所有方向上生效。

在所提出的罗氏传感器的进一步可能的设计中，提供的是所述至少一条隔离线在各自情况下被插入所述至少一个罗氏线圈的两个绕组之间。

藉由被交织到由测量线形成的线圈中的并形成隔离线的至少一部分的线圈，就可以特别有利地减少测量线的对应部分之间的相互作用，即对应的绕组对彼此的影响。

在所提出的罗氏传感器的进一步可能的设计中，提供的是所述至少一条隔离线被引导在与罗氏线圈的内部相反的侧上围绕罗氏线圈。

通过将隔离线引导在与罗氏线圈内部相反的侧上(即，罗氏线圈的外侧上)，就可以特别有利地减小大地对象对罗氏线圈的测量线的电磁干扰或另一介电有源对象对罗氏线圈的测量线的电磁干扰。

在所提出的罗氏传感器的进一步可能的设计中，提供的是所述至少一条隔离线被引导为在面向罗氏线圈的内部的侧上围绕罗氏线圈。

通过将隔离线引导在面向罗氏线圈内部的侧上(即，罗氏线圈的内侧上)，就可以特别有利地最小化对应的测量对象的电磁干扰。

还提供了一种用于提供这种类型的罗氏线圈的方法，其中，将至少一条隔离线插入罗氏线圈的线圈绕组，所述隔离线具有所述罗氏线圈的所述线圈绕组与彼此的电容性耦合和/或与至少一条另一电力线的电容性耦合。

附图说明

从说明书和附图中可以找到进一步的优点和设计。

显然，以上指定的这些特征以及在下文还将进行解释的特征明显不仅能够以对应地指明的组合方式来使用，而且还能在并不背离本发明的范围的情况下以其他组合方式使用或者单独使用。

本发明是在这些附图中基于多个实施方案示意性示出的，并且参照附图予以示意性的详细说明。

图1在示意性表示中示出了根据本发明的传感器的实施方案，所述传感器在本说明书的上下文中还被称为罗氏传感器。

图2在示意性表示中示出了根据本发明的罗氏传感器的实施方案内、根据本发明提供的隔离线的(根据本发明的)连接的可能电路图。

图3在示意性表示中示出了贯穿根据本发明提供的隔离线的两个相邻线圈绕组的上部部分以及罗氏线圈的截面。

图4在示意性表示中示出了根据本发明提供的罗氏传感器的实施方案内、根据本发明提供的两条隔离线的(根据本发明的)连接的进一步实施方案的电路图。

图5在示意性表示中展示了根据本发明提供的隔离线的一个实施方案的运行模式。

图6示出了根据本发明提供的隔离线关于相应地提供的测量线的不同布置。

图7示出了根据本发明提供的隔离线关于所提供的测量线的布置的进一步可能性。

图8在示意性表示中示出了根据本发明提供的罗氏线圈和隔离线的根据本发明的布置的一种可能实施方案。

图9示出了根据本发明提供的罗氏线圈和隔离线的根据本发明的布置的进一步可能实施方案。

图10示出了罗氏线圈和所提供的两条隔离线的根据本发明的布置的进一步可能实施方案。

图11基于有限元仿真示出了测量线的两个绕组的电场。

图12基于有限元仿真示出了测量线的两个绕组和隔离线的电场。

图13基于有限元仿真示出了测量线的两个绕组和两条隔离线的电场。

图14基于有限元仿真示出了测量线的一系列绕组和来自两条隔离线的一系列绕组的电场。

图15基于有限元仿真示出了测量线的一系列绕组和来自三条隔离线的一系列绕组的电场。

图16基于有限元仿真示出了测量线的一系列绕组和来自三条隔离线的一系列绕组的电场。

具体实施方式

以下适用于说明书的上下文中：

罗氏线圈将被理解为测量线的一部分，或者测量线被至少部分地缠绕从而形成至少一个罗氏线圈。

图1示出了罗氏(线圈)传感器100，所述罗氏(线圈)传感器包括罗氏线圈101，所述罗氏线圈被设计成测量线102的一部分，并且根据本发明，隔离线106已经被交织至所述罗氏线圈中。通过所示的实施方案，隔离线106尽可能地沿其整体长度具有与罗氏线圈101的相邻测量线102上的最近点相同的电势。罗氏传感器100内的隔离线106的合适连接使得罗氏线圈101的测量线102与电导体之间的电压差ΔV尽可能在任何时间都保持接近零。在进一步的附图中示出了这种连接的可能实施方式。电导体(测量线102或测量线102的每个单独导体部分可以与该电导体形成电压差或具有电容)可以是罗氏线圈101本身的任何绕组、内部回流导体104、电流流经的测量对象或大地(大地电势)、或可能存在的屏蔽。隔离线106使前述电容C不变，但借助于合适的连接所实现的电压差ΔV的最小化导致了有效耦合CΔV的减小，这是因为在某种程度上说，至其他介电有源对象的电场线被吞没。隔离线106被馈送以有待测量的电流、即测量对象(在此未示出)中的交流电，所述交流电由于环绕它的磁场而将电压感生进入测量线102和隔离线106中，所述电压提高了相对于罗氏传感器100内的参考电势的电压。

图2示出了罗氏传感器200内或罗氏线圈201内的隔离线212的连接的电路图。由于旨在使得尽可能相似的电压比在罗氏线圈201的整体长度上在测量线202中和隔离线212中占主导，所以隔离线212的对应端214和216必须以与测量线202的对应端204和206电气相似或完全相同的方式来终止。在测量线202中，电气终端必须由例如到达放大器210和/或阻抗208的线224和226组成，所述阻抗可以代表放大器输入阻抗或线路终端(例如，从而防止反射)。阻抗208可以具有实分量(电阻)还以及复相移分量(电感和/或电容)。为了在测量线202中和隔离线212中实现尽可能相似的电压比，因此可以在最简单的情况下以终端阻抗Xterm终止隔离线212。Xterm旨在与阻抗208具有相同的量，从而使得测量线202的和隔离线212的总阻抗尽可能地相等。

而且，这种通过终端阻抗218来终止隔离线212可以用来使与制造相关的、与构造相关的、或与设计相关的测量线202和隔离线212之间的差异相等，这些差异会例如造成测量干扰的略微过补偿或欠补偿。

而且，隔离线212可能已经靠近罗氏线圈201终端，从而使得隔离线212没有必要具有测量线202在罗氏线圈201与放大器210之间的馈线路径相同的馈线路径(例如，几米的长度)。然而，在这种情况下，必须通过选择终端阻抗Xterm来补偿与测量线202的馈线路径相比不足的阻抗。

终端阻抗还适用于使隔离线212和测量线202的绕组的差异均等化。例如如果隔离线212的绕组与作为测量线202的一部分的罗氏线圈201的绕组相比具有不同的横截面积，则会出现这种类型的差异。如果两个绕组在线长度上所感生的电压中仅具有仿射地线性不同的升高，方程dVmeas/dlmeas＝C1dVisol/dlisol+C2适用，其中，测量电压Vmeas、测量线长度lmeas、隔离电压Visol、隔离线长度lisol、以及常量C1和C2。可以通过终端阻抗218来适配常量C1。相反地，可以通过相应的电势参照来设定C2。作为这种过程有利的示例，可以引用一实施方案，在该实施方案中，至少一条隔离线连续地位于测量线外部，以用于隔离罗氏线圈的外部以及耦合对有待测量的电流的影响。因此，隔离线的绕组的横截面积大于作为测量线的一部分的罗氏线圈的横截面积，并且因此，感生到隔离线中的电压大于感生到测量线中的电压，或电压V的更大的升高dV/dl伴随线圈长度l而发生。可以通过减小终端阻抗使这个dV/dl与测量线相适配。

终端阻抗的减小引起更低的测量电压，因为电源(感生到环形线圈内的电压)具有有限的内阻并且因此会被过高的电流耗尽。这种渐增的耗尽是通过终端阻抗的减小实现的。在终端阻抗计为0(短路)的情况下，只有线圈的内阻仍然限定电流。末端处的总电压以及因此升高dV/dl的积分在整个线圈长度上逐渐消失。通过实部和虚部的比例可以广泛地设定隔离线的信号的相位以及因此每个点处电压的相位。

终端阻抗的增大具有相应抵消效果，并且可以例如补偿隔离绕组的较小环形半径，例如在测量线的测量绕组与罗氏线圈内通常设置类型的内部回流导体隔离的情况下。

从前述过程明显的是，可以放弃对测量线202的终端阻抗的更改从而放弃其适配。因此，不存在通过这种类型的适配不利地影响罗氏传感器200的灵敏度和噪声行为的风险。

图3示出了穿过罗氏线圈上的点A和B处的两个相邻线圈绕组的、以及在两个相邻线圈绕组之间交织的隔离线上的点P处的上部部分的横截面。有待测量的电流在点P感生进入隔离线的电势，所述电势与隔离线上的点P在空间中的位置相对应。如果例如隔离线位于点A和B处的两条测量线之间的轴线上的点P处、具有有待测量的电流的局部近似均匀的磁场，并且测量线和隔离线在远处完全相同的位置连接至同一参考电势，则在隔离线上的点P处近似地设定电势VP，根据泊松方程，所述电势大致地对应于测量线上相邻点A和B的(用距离dA和dB加权的)电势VA和VB的平均值，VP＝(dBVA+dAVB)/(dA+dB)。可以采取以下措施来更改这些电势比例，以便例如使得隔离线上的点P局部地为测量线上最接近的点A的电势。

有待测量的电流所引起的具有量B的磁通密度222(见图2)首先通过测量线202和隔离线212彼此接近定位的导体路线设置而在单位长度上感生相同的电压。

为了最小化点A处的测量线与隔离线上的最接近的点P之间的电压差，伴随着单位导体长度或导体位置上的相同电压，即因此伴随相同的电势升高，测量线的至少一个电势还必须以隔离线上的至少一个点的电势为参考。这对应于测量线上的至少一个点与隔离线上的至少一个点之间的电压的设定。

测量线对隔离线的参考可以发生在任何点。例如，这可以在罗氏线圈的末端之一或中间执行。而且，可以参考多个点。

在理想情况下，此电压可以被设定为使得彼此具有最小距离的两个点(其中之一在测量线上，另一个在隔离线上)之间的电压为或变得无穷小。

在不限制进一步的实施方案的情况下，这可以例如通过将隔离线上的任一点与位于空间上最接近的测量线的点进行短路(电压零)来实现。

而且，对测量线和隔离线上彼此最接近的至少两个点之间的电压加以设定可以使得替代性短路棒中的磁感应所生成的电压能够被补偿。

而且，这可以通过在测量线与隔离线之间的任意两个点之间使用电压源来实现。

而且，这可以通过在线圈的末端之一处使用电压源来实现，例如图2中的电压源220所示。

可以用从现有技术已知的电压源生成必要的电压，例如通过蓄电池单元或供电单元。还可以通过导电连接来使用测量线和隔离线上具有必要电势差的点。而且，可以将如下绕组另外地并入罗氏线圈，所述绕组以合适的尺寸(绕组数量、横截面尺寸)藉由有待用测量的电流的交变磁场而自动地提供必要电压。

感生到这些绕组中的至少一个绕组中的电压受同样适用于罗氏线圈的因子μAN/(2πR)影响，其中，μ是磁导率，A是相应可适配绕组的横截面积，N是绕组的数量并且R是距有待测量的电流的距离。而且，可以使用具有不同横截面的多个绕组进行电压适配。为了避免与测量线的灵敏度和频率行为相干扰，有利地在隔离线的绕组上执行用于提供必要的电压的前述适配。

图4示出了两条隔离线404和406的使用。使用至少两条隔离线对最小化绕组到绕组的电容特别有利。这些线被缠绕至进一步提供的罗氏线圈401中，从而使得包括所述罗氏线圈的测量线402的各绕组在一侧被隔离线404并且在另一侧被另一隔离线406与测量线402和401的最近绕组隔离开。隔离线404、406各自旨在就其相对于测量线402的电势方面例如通过电压源408和410来被参考。

图5使用板电容器的布置示意性地展示了隔离线相对于测量线的运行模式。示出了极端情况，其中，绕组的导体长度根据位置而对应于电势特性510的半波长，如在附图的上部区域中的图中所示，并且因此测量线的相邻绕组具有相反的电势。

在上部布置501中，通过贯穿板电容器盘的截面以理想化的形式示出了测量线的三个绕组504、506和508。基于电压差建立电场(该电场的场线用向量箭头512和514表示)，如用特征510所示的。这些场线还展示了耦合。

中间布置502中额外地并入了两条隔离线的绕组。电容器板516和518代表第一隔离线的两个绕组，同时用电容器板520和522代表第二隔离线的进一步的两个绕组。与上部布置501中的向量场512保持不变的向量场524示出了，隔离线的并入的绕组或电容器板516、518、520和522(在不使它们与代表测量线的板504、506和506有特定的电势关系的情况下)并未总体上有利地改变场条件。曲线510示出了隔离线的电势特征以及测量线的电势特征。

在下部布置503中，电容器板516、518、520和522所表示的环绕测量线的隔离线现在被被动地或主动地带到相关联的测量线在此点的电势上。现在由509关于电容器板516和518、并由511关于电容器板520和522给出对应的隔离线根据位置的电势特征。测量线与隔离线之间的空间526变成无场的并且耦合停止存在。测量线的被示为略微较长的电容器板504、506和506旨在表明，对于罗氏线圈中存在的测量线的圆形绕组，在下部的图中用电容器板516、518、520和522表示的隔离线不能完全地屏蔽测量线的场，而是相反，场线528由于边缘效应而绕过屏蔽线延伸。

图6示出了旨在屏蔽测量线的隔离线的不同布置。在此在(介)电屏蔽效果与磁屏蔽效果之间加以区分。在(介)电屏蔽效果的情况下，隔离线(还减小测量线与其他线相关的或与测量线本身的绕组相关的电磁耦合)还充当对例如高频干扰和波的电气干扰辐射的常规屏蔽。另外，隔离线还可以产生磁屏蔽效果。然而，这在大多数情况下是不想要的。因此，根据本发明的方法的优点是取决于频率范围，通过前述两个参数以有目标的方式设定磁屏蔽效果。对于波长远高于测量线厚度的低频干扰，屏蔽效果取决于隔离线的终端阻抗。所述终端阻抗必须低到使得感生的电流可以使干扰辐射失去其能量的实质部分。由于测量线中的测量效果还同时基于有待测量的电流的低频场，隔离线的这种磁屏蔽效果一般是不想要的。对导体直径区域内的或仅比导体直径高几个数量级的波长的高频干扰会引起导体中的涡流并因此减少能量。

现在示出测量线A和B以及屏蔽线PA、PB或PA,I的布置的一些示例。

布置α示出了标准，带有直接接近地缠绕上(即，绕组之间具有或不具有间隙)的一条或多条测量线(例如在此用A和B指代)。

在布置β中，至少一条测量线(在此例如测量线A)被隔离线P环绕。这两条线之间可以存在更大或更小的距离。隔离线P理想地具有与测量线A非常相似的线阻抗(电感和电阻)。实施方式可以被实现为例如同轴线。隔离线可以类似地由多条单独的导体来实施。

布置γ示出了测量线的两个绕组之间插入隔离线的情况(图2中已经展示)。

在布置δ中，两条隔离线PA和PB被插入测量线的两个绕组(A和B是同一测量线的绕组)之间或两条测量线(A是一条测量线的绕组，B是另一测量线的绕组)之间。隔离线PA(PB)将其相邻的测量线A(B)与最接近的测量线绕组B(A)及其隔离线PB(PA)隔离开(并且反之亦然)。隔离线还可以离对应的测量线具有更短的距离。在所展示的情况以外，还可以插入进一步的隔离线。

在布置ε中，测量线A的绕组被三条隔离线PA,i包围，其中，i＝1，2，3。这可以延伸至测量线的所有绕组。还可以绕一条测量线布置不止所述三条展示的隔离线。

图7示出了测量线702的绕组与测量线702的、在绕组内延伸的回流导体704的隔离。隔离线706被有利地绕测量线702的绕组定位成在测量线702的环形线圈内具有更小的环形截面。应该选定隔离线706的绕组的电势，其方式为使得隔离线706的绕组上的点与测量线702的绕组上最接近的点之间的电压尽可能在任何时间都变得无穷小。另外示出了隔离线的回流导体708。

作为通过多条隔离线进行隔离的示例，图8示出了测量线802的绕组通过两条隔离线806和808与回流导体804的隔离。通过使用不止一条隔离线，可以将回流导体804与测量线802的绕组之间的更多的场线屏蔽，并且可以减小电容性介电耦合。隔离线的回流导体810同样是内部延伸的。在此还应该选定隔离线806和808的绕组的电势，其方式为使得隔离线806和808的对应绕组上的对应点与测量线802的绕组上最接近的点之间的电压尽可能在任何时间都变得无穷小。

图9示意性地示出了罗氏线圈和位于距离d的对象910的布置，所述对象可以是测量对象、外部介电干扰源或大地电势(大地)。在这种情况下，隔离线906的绕组有利地被设有比测量线902的环圈更大的环形截面。

与图9类似，图10示出了借助两条外部隔离线1006和1008的隔离。另外，还可以使用进一步的外部隔离线进行隔离。

图11基于有限元仿真示出了测量线的两个绕组的电场。线对应于通过电场的积分曲线。线的密度近似地反应了场强度。

图12基于有限元仿真示出了测量线的两个绕组以及位于接近测量线的左侧绕组的隔离线的电场。隔离线具有与测量线相同的电势，并且携带电场的最显著部分并且因此与右侧绕组的介电耦合。

图13基于有限元仿真示出了测量线的两个绕组以及两条隔离线的电场，所述两条隔离线定位成在测量线之间并且在各自情况下接近测量线之一，其中，一条隔离线被定位成接近测量线之一并且另一隔离线被定位成接近相应的另一测量线，其中，隔离线在各自情况下处于相关联的测量线的电势。

图14基于有限元仿真示出了测量线的一系列绕组和来自被定位成接近测量线的对应绕组的左侧和右侧的两条隔离线的一系列绕组的电场，其中，隔离线在各自情况下处于测量线的相关联绕组的电势。

图15基于有限元仿真示出了测量线的一系列绕组和来自被以类似的方式布置在测量线的绕组中的每个绕组周围的三条隔离线的一系列绕组的电场，其中，隔离线在各自情况下处于测量线的相关联绕组的电势。产生未被屏蔽并到达从测量线的一个绕组到测量线的相邻绕组的直接路径的场线。

图16基于有限元仿真示出了测量线的一系列绕组和来自三条隔离线的一系列绕组的电场，所述隔离线在绕过一圈之后被在测量线的绕组周围的轮替布置，其中，隔离线在各自情况下处于测量线的相关联绕组的电势。由此有利地防止了图15中出现在测量线的两个相邻绕组之间的直场线。