电流测量的分流组件制造技术

一种用于电流测量的分流组件，其特征在于：它包括基本为圆筒形且由ＺＴＣ材料制成的分流元件（２），在其端部具有一对扁平狭条（１０，１１）形的电流连接器。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关于电流测量，尤其是关于电流分流器。测量电流的标准技术是以电流通过已知电阻的电阻器并测出越过电阻器的电压降。因此电流是由电压测量装置或电阻分流电路有效测出的，因此该电阻称作为分流器。分流器具有4个终端或接头，两个端接头用以测量通过它们的电流，另两个接头(通常靠近电流接头)测出由电流引起的电压降。后两个终端被称作为读出终端或开耳芬(Kelvin)终端。读出终端与分流器的连接将与热一电效应有关(假定该连接器用与分离器不同的材料制成)。由于环境温度的变化和测量电流的热效应(假定为大电流)，分流器的温度将会改变；电流加热会由于分离器的热容量而滞后。为了避免温度敏感性，所以两个连接器通常采用同样的材料制成。为了精确测量电流，分流器必须具有已知值。为此必须精确控制分流器值。然后通过适当计算转换为电流值的电压测量值足以精确测出分流值。该分流器必须是稳定的。为了具有适当的低电阻，通常采用金属合金来制造分流器，金属合金的电阻高于良导体但又相当低。在这种分流器中不稳定的主要原因是温度变化。为此采用了一种具有电阻的零温度系数(ZTC)的合金。材料随温度的变化的电阻率可表示为温度的多项式函数，线性段通常是主要的，它的系数就是材料电阻的温度系数较高次项具有逐步减小的系数(如果温度范围很大，它们就有特殊意义)。然而，现在已研制了线性段的系数基本为零的材料。公知的这类合金被称为锰铜，它含有83～85％的Cu，10～13％的Mn和4％的Ni，它的电阻率函数的前段是二次的，在基本的温度范围上电阻率大致为常数。现有的其它材料如泽拉宁(Zeranin)，它们在很大的温度范围上电阻率为常数，对泽拉宁(Zeranin)来说，它的电阻率函数的线性和二次项两者均为零，因此在它的电阻率函数中的前段是三次的。对精度的进一步要求是分流器的电压对电流应具有线性特性。由于对一个一般的分流器来说，通过分流器本体的电流分布随电流大小仅稍有变化，结果是欧姆定律是近似的。这种现象被称为“电流聚集”。克服这个效应的现有技术包括将分流元件做成正弦或锯齿形，并采用若干读出触点来平均由于电流聚集引起的电压变化。分离器的物理尺寸也可提出某些要求。对读出大电流来说，对分流器的电流连接件将较大，横截面量级可达数mm2，这就要求分流器的截面尺寸大致相似，还要求分流器的长度达数mm，长度较短难于控制精度并会形成开自芬连接，而长度较长可导致一个不方便的大的分流器。本专利技术的目的是提供一种改进的分流器。按照本专利技术，提供一种用于测量电流的分流器组件，其特征在于它包括基本为圆筒形并由ZTC材料制成的分流元件，在其端部具有一对扁平狭条形的电流连接器。同样的ZTC材料制成的读出连接器通过连接器上的孔连接到分流器元件的端部。电流分流器的一项特殊用途是用在配电盒中，其中若干输入电缆输入若干输出电缆。典型的配电盒包括若干扁平狭条形的连接器或母线它们通常由铜制成，用以将输入端连到输出端，它们的通路具有一定角度或为锯齿形的。包含在母线中的电流分流器允许电流穿过它并监视电流。一般的分流器元件通常具有与铜狭条同样的截面，并且这些狭条通常处于同样的平面中。在分流元件和与之连接的铜狭条之间具有良好的(亦即稳定的)连接是很重要的，通常采用电子束焊接法来连接。这就在分流元件的长度上设定了一个实际的下限(在2mm范围内)，进而在分流器电阻方面设定一个实际的下限。对某些用途来说，要求分流器电阻很低(例如在70μΩ范围内)，采用这项技术是不能达到的。另外，如果铜狭条相互成直角，可能要求将分流元件安在它们的交会处(以一个狭条端部的延伸形成，连接到另一个狭条端部的侧缘上)。然而通过这种分流元件的电流配置是不对称的，分流器内部的电流密度比外部要大。因此这种一般的布局会产生电流聚集效应和电阻随电流变化。在本专利技术中，构成母线的狭条当然是在不同的平面中，它们偏置分流元件的长度。如果必须将两个狭条转到一个共同平面上，可将一个狭条弯曲。然而在很多情况下要求两个狭条处在不同的平面上，本专利技术自动改变了两个狭条之间的平面，因此对这种情况尤其适用。通过适当选择分流元件的尺寸可在很宽的范围内调节平面间的距离。另外两个狭条与分流元件端部的连接是分开的，因此两个狭条可相互设定成需要的角度，例如成一直线或成一直角。本专利技术的分流器易于制造，成本低并且精度高。下面将参照附图以示例形式来描述本专利技术的分流组件，通过这些描述本专利技术的进一步特征将更清楚。附图说明图1是分流组件的透视简图，图2是图1分流组件的剖面图，图3是改型的分流元件的透视图。参见图1，分流组件包括一对狭条10和11，狭条具有连在它们之间的ZTC分流元件12。正如图所示，狭条10和11处于不同但相互平行的平面中，分流元件12的轴垂直于狭条的平面。图中示出两个狭条的夹角为90°，显然，它们之间的夹角可以是任何值(包括0°，成一直线)。对于已给定的符合要求的分流电阻来说，通过适当选择分流元件的直径可以在合理的限度内调节两个平面之间的距离。(为使电阻保持为常数，分流元件的直径应按其长度的平方根增大)越过分流元件的电压由两个读出接头12和13读出。这两个接头须与分流元件的端部接触。采用固持在分流元件12和狭条10和11端部之间的具有凸出接头的圆盘可形成这样的接触。然而最好通过连接到分流元件的端部中心来构成这些接触。因此，读出接头通过穿过狭条10和11的孔15和16(图2)连接到分流元件的端部。读出接头可用任何合适的材料制成，并可连接到分流元件的端部上，然而最好将它们插入分流元件端部的孔中，也最好采用锰铜(即与分流元件同样材料)制成，单根锰铜线的长度如图2所示穿过分流元件整个长度的轴向孔。在分流元件内起作用的部分导线成为分流元件的一部分。用和分流元件同样的材料作读出接头也可减小热-电效应。图3表示另一种形式的分流元件，它是具有从其端部伸出的整体接头13′和14′的圆筒12′。采用加上简单的焊料并加热的方法，亦即在组件的合适区域涂上焊膏并加热的方法可将分流组件的各种元件焊接在一起。我们已发现，这样做可使组件具有高的稳定的性能。需要焊接在一起的表面是分流元件的端部及构成母线的狭条的贴合面，穿过分流元件的孔和孔内连接导线部分。我们也已发现，不管狭条中的孔15和16是否填充焊料，这样布局能容许产生如焊接不良等质量问题。我们已经发现，这种分流组件在电流通常为200mA～100A的范围上均具有高稳定的电性能。锰铜杆的直径通常被选成为能与所测电流范围相匹配。如果直径很小，可以测出很小的电流。在极限情况下，同一个锰铜杆或线可用作分流电阻器，又可作为读出接头。如果电流很大，可采用并联的多根杆，可用其一根作读出接头，亦可全作为连在一起的读出接头(或取其输出平均值)。通过分流元件的中心(附近的)部分的电流配置似乎是很均匀的，但是通过分流元件的端部和母线部分附近的电流配置将可能具有很复杂的型式。然而无论是没有大的电流聚集还是有电流聚集的影响，都几乎平衡。正如上面提到的，本专利技术的目的是获得一个稳定的性能而不是精确确定一个值。通过将分流元件现有的锰铜杆切成合适的长度，可达1～5％的精度。(需要测量锰铜杆的直径而不是用高精度的标称值，这是由于锰铜杆通常由挤压而成，在挤压模磨损时直径将会增大)。然而如果能精确控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：基思·罗伯特·埃米，戴维·布雷迪，马丁·保罗·穆尔，
申请(专利权)人：遥测系统有限公司，
类型：发明
国别省市：