CH368864A - Einrichtung zur Messung der Stromstärke - Google Patents

Einrichtung zur Messung der Stromstärke

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CH368864A
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For Dr Sun Sua
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Landis & Gyr Ag
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/205—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using magneto-resistance devices, e.g. field plates

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Description


  
 



  Einrichtung zur Messung der Stromstärke
Um die Stärke eines Stromes zu messen, ist es bekannt, stromdurchflossene magnetfeldabhängige Halbleiterelemente zu verwenden. Letztere werden dem durch den zu messenden Strom erzeugten magnetischen Feld ausgesetzt und die an ihnen auftretende Spannung, sei es die   Hallspannung    bei Verwendung von Hallgeneratoren oder der Spannungsabfall bei Verwendung magnetfeld abhängiger Widerstände, wird mit einem Messinstrument bestimmt.



   Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art sind zwei magnetfeld abhängige Widerstände in einer Messbrücke mit Nullabgleich angeordnet, welche von einer Batterie gespeist ist. Den magnetfeldabhängigen Widerständen ist je eine Erregerspule zugeordnet, welche die Widerstände mit einem konstanten magnetischen Feld gleicher Stärke, jedoch entgegengesetzter Richtung vorerregen. Der Strom in der Brückendiagonale wird mit einem als Abgleich- und Anzeigeinstrument dienenden Galvanometer gemessen, das die Stärke des zu messenden magnetischen Feldes angibt. Nachteilig ist bei dieser bekannten Einrichtung, dass sie eine verhältnismässig grosse magnetische Vorerregung erfordert, wenn die Anzeige des Galvanometers der Feldstärke tatsächlich proportional sein soll.

   Diese Proportionalität ist nämlich nur dann gegeben, wenn der Arbeitsbereich im linearen Teil der   Widerstands-Induktionskennlinie    der magnetfeld abhängigen Widerstände liegt. Die dadurch bedingte verhältnismässig hohe Induktion erfordert aber eine beträchtliche Anzahl Ampere Windungen der Erregerspulen, und es ergibt sich daher ein relativ grosser Aufwand.



   Gegenstand der Erfindung ist nun eine Einrichtung zur Messung der Stromstärke, eines Geichstromes grosser Intensität, unter Verwendung von magnetfeldabhängigen Widerstandskörpern, z. B. von Halbleiterelementen grosser   Trägerbeweglichkeit,    bei welcher Einrichtung die oben geschilderten Nachteile vermieden worden sind und welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die gleich grossen Felder durch je einen Dauermagneten und die beiden anderen Felder durch den zu messenden Gleichstrom erzeugt sind, wobei die auf die Widerstandskörper wirkenden Felder bei dem einen gleichsinnig und bei dem anderen gegensinnig gerichtet sind, und ferner, dass die Brückenschaltung zwischen den beiden Widerstandskörpern und den beiden Widerständen gespeist und parallel zu den in Reihe liegenden Widerstandskörpern ein Anzeige- und Abgleichsinstrument angeschlossen ist.



   In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt.



   Es zeigen:
Fig. 1 eine Einrichtung zur Messung starker Gleichströme,
Fig. 2 ein Diagramm zu Fig. 1 und
Fig. 3 einen   Erregerstromkreis.   



   In der Fig. 1 ist eine Einrichtung zur Messung der Stärke des in einem Gleichstromnetz 1, 2 fliessenden Gleichstromes verhältnismässig grosser Intensität dargestellt. Der Stromleiter 2 ist durch zwei Magnetkerne 3, 4 hindurchgesteckt, die in je einem Schenkel einen Dauermagneten 5 bzw. 6 von gleicher Stärke und mit der angegebenen Polarität aufweisen. In den Luftspalten der Magnetkerne 3, 4 ist je ein magnetfeld abhängiger Widerstandskörper 7 bzw.



  8 untergebracht, der aus einem der bekannten Halbleiterwerkstoffe grosser Trägerbeweglichkeit, wie z.   lndiumantimonid,    hergestellt ist. Die Widerstandskörper 7, 8 befinden sich in einer Brückenschaltung, die durch die   Widerstände    9, 10 ergänzt ist. Der Ohmwert der letzteren ist sehr hoch gegenüber dem höchstauftretenden Widerstandswert der Widerstandskörper 7, 8. Die Speisung  der Brückenschaltung erfolgt an den Diagonalpunkten 11, 12 über einen Vorwiderstand 13 durch das Gleichstromnetz 1, 2. Die beiden anderen Diagonalpunkte 14, 15, welche den Ausgang der Messeinrichtung bilden, sind an eine Spule 16 eines Quotientenmessinstrumentes 17 angeschlossen. Die zweite Spule 18 desselben ist über einen Vorschaltwiderstand 19 ebenfalls mit dem Gleichstromnetz 1, 2 verbunden.

   Der im Stromleiter 2 fliessende Strom erregt die Magnetkerne 3, 4, so dass auf die magnetfeldabhängigen Widerstände 7, 8 je zwei magnetische Felder einwirken, nämlich ein konstantes Feld Bo von den Dauermagneten 5, 6 herrührend und ein dem zu messenden Strom proportionales Feld   Bl.   



  Die Felder Bo und   Bl    sind im Widerstandskörper 7 gleich-, hingegen im Widerstandskörper 8 entgegengesetzt gerichtet, wie in der Zeichnung durch die Pfeile angedeutet worden ist. Die dargestellte Einrichtung nutzt den quadratischen Zusammenhang aus, der bei relativ kleiner Induktion zwischen letzterer und dem Widerstandswert eines magnetfeldabhängigen Widerstandskörper besteht. Für den Widerstandskörper 7 ist die Kennlinie Kl im Diagramm der Fig. 2 dargestellt.

   Für die Induktion Bo des konstanten Magnetfeldes ergibt sich der Arbeitspunkt   Al.    Da voraussetzungsgemäss die Kennlinien der beiden   Widerstandskörper    7 und 8 einander möglichst gleich sein sollen und letztere so geschaltet sind, dass sie einander entgegenwirken, ist in der Fig. 2 die Kennlinie K2 für den Widerstandskörper 8 gleich der Kennlinie   Kl,    aber mit negabiven Ordinaten und um die Arbeitspunktordinate für die Induktion Bo umgeklappt einzutragen. Wie aus dem Diagramm der Fig. 2 ersichtlich ist, erhält man als Kennlinie des Messbrückenkreises die durch Addition der Ordinaten der beiden Kennlinien K1, K2 sich ergebende Kennlinie K3, die einen linearen Verlauf aufweist.



   Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, dass auf den Widerstandskörper 7 eine Induktion Bo   + Bi    und auf den Widerstandskörper 8 eine Induktion   Bo-Bl    wirksam ist. Für die Kennlinie   Kl,    die im betrachteten Bereich einen quadratischen Verlauf aufweist, gilt    R7 = Ro + m (Bo + Bl) 2    und für die Kennlinie K2 entsprechend
R8 =   Ro      +    m(B,   2       wobei R gleich dem Widerstandswert der Wider-    standskörper 7 bzw. 8 bei der Induktion Null ist, welcher Wert für beide Widerstandskörper als gleich gross angenommen wurde, und m eine ebenfalls für beide Widerstandskörper gleich gross angenommene Konstante bedeutet.

   Man erhält nun, wie oben angedeutet, die Gleichung für die   Kennlienie    K3, indem man die beiden angeführten Gleichungen voneinander subtrahiert.



     R7-R8    =   4mBOBl,    das heisst die Kennlinie   K3    weist tatsächlich einen geradlinigen Verlauf auf.



   Wie aus dem Diagramm der Fig. 2 ersichtlich ist, ergibt die beschriebene Schaltungsanordnung eine Erhöhung der Empfindlichkeit dadurch, dass eine Änderung der Induktion   Bl    eine grössere Widerstandsänderung hervorruft als diejenige, welche an den Widerstandskörpern 7, 8 einzeln auftritt.



   Da die Ohmwerte der Widerstände 9, 10 gegenüber denjenigen der Widerstandskörper 7, 8 sehr gross sind, haben Widerstandsänderungen der letzteren keinen Einfluss auf die Stärke des sie durchfliessenden Stromes. Dieser Strom kann daher als konstant angenommen werden, so dass sich für die Ausgangsspannung    7 -R8) = 4n1BOBll    ergibt.



   Hieraus ist ersichtlich, dass die Ausgangsspannung dem magnetischen Feld   Bt,    und   damit    dem zu messenden Gleichstrom, direkt proportional ist und mit dem Instrument 17 gemessen werden kann. Anstelle des Gleichstromnetzes 1, 2 kann für die Speisung der Messbrücke auch eine Wechselstromquelle oder eine Batterie verwendet werden. Als Messinstrument ist in diesen Fällen ein entsprechendes Anzeigeinstrument vorzusehen.



   Falls das vom zu messenden Strom erzeugte Feld   Bl    genügend stark ist, erübrigen sich die Magnetkerne 3, 4. Die Widerstandskörper 7, 8 werden dann je zwischen zwei Dauermagneten angeordnet.



   Um etwaige Ungleichheiten zwischen den Widerstandskörpern 7, 8 ausgleichen zu können, ist die Brückenschaltung gemäss der Fig. 3 mit zwei Potentiometern 20, 21 versehen. Das Potentiometer 20 ersetzt die Widerstände 9 und 10. Die Widerstandswerte der Potentiometer sind in der Grössenordnung derjenigen der Widerstände bzw. der Widerstandsköper 7, 8. Der Brückenstrom bleibt in diesem Fall unbeeinflusst von Änderungen der Leitwerte der Widerstandskörper 7, 8. Beide Potentiometer 20, 21 sind aus   temperaturempfiindlichem    Widerstandsdraht gewickelt. Sie sind derart einzustellen, dass bei Einwirkung von gleich starken magnetischen Feldern, die Spannung am Messbrückenausgang 14, 15 über den ganzen Arbeitsbereich Null ist.



   Die erfindungsgemässe Einrichtung hat den Vorteil, dass die bei bekannten Einrichtungen mit magnetfeld abhängigen Widerständen auftretenden störenden Nebeneffekte nicht in Erscheinung treten, so dass eine grössere Messgenauigkeit erreicht wird. Ferner ist die Temperaturkompensation nur für die Kompensation der Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstandes der Widerstandskörper vorzusehen und kann somit hiefür optimal bemessen werden. Gegenüber den bekannten Messeinrichtungen ergibt sich der Vorteil, dass mit kleinen Induktionen gearbeitet wird. Die Magnetkerne fallen demzufolge viel kleiner aus.   

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Einrichtung zur Messung der Stromstärke eines Gleichstromes grosser Intensität, unter Verwendung einer zwei magnetfeld abhängige Widerstandskörper und zwei Widerstände aufweisende Brückenschaltung, bei welcher jeder Widerstandskörper zwei Feldern ausgesetzt ist, von denen ein Feld des einen Widerstandskörpers gleich gross wie das eine Feld des anderen Widerstandskörpers ist, dadurch gekennzeichnet, dass die gleich grossen Felder (Bo) durch je einen Dauermagneten (5, 6) und die beiden anderen Felder durch den zu messenden Gleichstrom erzeugt sind, wobei die auf die Widerstandskörper wirkenden Felder bei dem einen gleich- und bei dem anderen gegensinnig gerichtet sind, und ferner, dass die Brückenschaltung (7 bis 10) zwischen den beiden Widerstandskörpern (7, 8) und den beiden Widerständen (9, 10)
    gespeist und parallel zu den in Reihe liegenden Widerstandskörpern (7, 8) ein Anzeige- und Abgleichsinstrument (17) angeschlossen ist.
    UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die gleich grossen Felder (Bo) durch je einen einen Teil eines Magnetkernes (3 bzw.
    4) bildenden Dauermagneten (5, 6) erzeugt sind, durch welche Magnetkerne (3, 4) ein den zu messenden Gleichstrom führender Stromleiter (2) hindurchgeführt ist.
    2. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die gleich grossen Felder (Bo) durch je einen mit einem Widerstandskörper (7 bzw.
    8) zusammengebauten Dauermagneten (5 bzw. 6) erzeugt sind, welche in dem durch den zu messenden Gleichstrom erzeugten Feld (Bl) liegen.
    3. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisung der Brückenschaltung (7 bis 10) über zwei in ihr eingeschaltete Potentiometer (20, 21) erfolgt.
    4. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Quotientenmessinstrument (17) vorgesehen ist, dessen eine Spule (16) an den Ausgang (14, 15) und dessen andere Spule (18) an die Speisespannungsquelle der Brückenschaltung (7 bis 10) angeschlossen sind.
CH7254159A 1959-04-25 1959-04-25 Einrichtung zur Messung der Stromstärke CH368864A (de)

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AU4414579A (en) * 1978-02-22 1979-08-30 General Electric Company Limited, The Carrier domain current transducer
CH651671A5 (de) * 1980-12-24 1985-09-30 Landis & Gyr Ag Anordnung zur messung elektrischer leistung oder energie.

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