[发明专利]带电流检测器的万用表

说明书

本发明概括地说涉及电子测试仪表，具体地说涉及具有用以测量电流的电流检测器和用以测量电压和电阻的测试引线的万用表。

万用表，也叫作数字万用表或“DMM”，适用于测量为维修、调试和保养用途通常所需的多种参数。这些参数一般包括交流电压和电流、直流电压和电流、以及电阻或连续性。还可轻易地添加诸如频率、电容、温度等其它参数，以满足特殊用途的需要。为了用通用的万用表测量电流，必须在电流路径中插入具有已知电阻的内部电流分路，这就需要使载流导体断开。然后测量电流分路的电压降，以确定电流。

采用内部电流分路的通用万用表由于其测试引线和载流电路的容量的缘故，一般限于10安培最大电流。此外，为了安全起见以及防止损坏万用表，万用表通常必须用内部熔丝予以保护，防止过大的电流电平流过万用表。拆卸熔断的熔丝时的困难连同完成替换熔丝所需的时间和成本使得人们希望获得一种不需要内部熔丝的非接触型电流测量仪表。

与通用万用表相比，夹持式万用表通过采用一个不必切断或断开载流导体而检测载流导体中的电流的整体电流夹，从而提高了测量电流的能力。电流夹一般与万用表配置在同一个外壳中，万用表则用独立的测试探针以传统的方式测量诸如电压和电阻等的其它参数。电流夹是绕载流导体闭合的，以检测由电流所形成的磁场，载流导体可以是铜线和母线。电流夹通过万用表提供测量的电压信号，万用表计算和显示测量的电流值。由于电流没有从载流导体流过夹持式万用表分流出去，基本上消除了对可能测量的最大电流的限制。同样，在夹持式万用表中免去了内部熔丝。

为了获得有效的电流测量，电流夹中的磁芯必须围绕载流导体，使得电流夹完全闭合。电流夹必须用机械方法启动，使爪开启、插入载流导体、然后使爪围绕载流导体闭合。在诸如控电板等的密集物理空间中，插入夹持式万用表以及采用这种技术进行电流测量是既不方便又很困难的。由于爪的对正而形成完整的磁芯对获得有效的测量是很重要的，电流夹会受到断裂、误用，而且容易变赃和污染。因此夹持式万用表会有可靠性的问题，以及启动电流夹的爪所需的物理空间颇大。而且，由于大量的铁用于磁芯，因此，夹持式万用表往往实际上很重。

现在有具有带一个接受载流导体用以测量导体的电流的固定凹口的C形电流检测器的电流计。日本的Multi公司200型万能夹持式电表(UCM)在其外壳的一端有一个电流检测器，另一端有一个C形电流夹。UCM是一种混合式仪表，说明了用C形电流检测器克服上文讨论的电流夹的缺点的必要性。然而，电流夹尽管有其缺点，但是仍然没有从UCM淘汰。C形电流检测器是不补偿的，因此使测量精度较差，很大程度上取决于载流导体在固定凹口中的几何位置。电流夹基本上不受载流导体几何位置的影响，其测量精度远远超过UCM中所实施的C形电流检测器的精度，这样就使C形电流检测器限于电流监测而不是电流度量的较有限的作用，而电流夹则用来获得较精确的电流测量。

在1991年10月15日授予GeraldL.Edwards，转让给Sensorlink公司的题为“交流电流检测器”的美国专利No.5,057,769中，描述了一种具有用以显著提高测量精度的补偿线圈的C形电流检测器。Sensorlink公司所制造的Ampstik电流测量产品容许测量流过高压线路的电流，而不必实际环绕载流导体。电流表是由带有与安装在整体外壳中的电子测量电路相耦合的补偿线圈的C形电流检测器所组成的。在其预定的应用中，为了进行电流测量，电流表放置在“带电操作杆”(hot stick)的端部。带电操作杆是一种用于电力工业中高压电力线路的不导电的杆子。

为了适应公用事业电气用途中所遇到的两和四英寸母线，电流表实际上必然很大。同时，使Ampstik电流表最佳化，以在高达400,000伏的电压环境下工作，能测量高达5,000安的电流。因此，Ampstik电流表并非旨在用作手持万用表，也没有用于一般的维修和保养用途中电流电平下工作的灵敏度，而且物理体积比上文讨论的现有技术的夹持式万用表显著地大。