AT414048B - METHOD AND DEVICE FOR CURRENT MEASUREMENT - Google Patents
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Description
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AT 414 048 BAT 414 048 B
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur unterbrechungsfreien Strommessung, insbesondere an Leitern, Stromschienen, Sicherungen oder dgl. sowie eine Einrichtung zur unterbrechungsfreien Strommessung, insbesondere an Leitern, Stromschienen, Sicherungen oder dgl. mit einer Stromquelle zum Erzeugen eines Referenzstromes, einer Einrichtung zur Messung eines Span-5 nungsabfalls und einer Einrichtung zur Auswertung der Messwerte.The invention relates to a method for uninterruptible current measurement, in particular to conductors, busbars, fuses or the like. As well as a device for uninterrupted current measurement, in particular to conductors, busbars, fuses or the like. With a current source for generating a reference current, a device for measuring a chip -5 waste and a device for evaluating the measured values.
Der durch einen Leiter fließende Strom kann durch Auftrennung des Leiters, in dem der zu messende Strom fließt und Zwischenschalten eines Amperemeters erfasst werden. Häufig ist es jedoch nicht möglich oder zweckmäßig, die Leitung aufzutrennen, da dadurch eine Unterbre-io chung des Betriebs jenes Gerätes, in dem der Strom fließt, verbunden wäre. Zur Abhilfe dessen werden auch Stromzangen verwendet, mit Hilfe derer eine unterbrechungsfreie Strommessung möglich ist. Allerdings ist es bei den Stromzangen erforderlich, dass der Leiter im Wesentlichen vollständig von der Stromzange umgriffen wird, was beispielsweise bei sehr eng bei einanderliegenden Leitern oft nicht möglich ist. Dies ist in vielen Fällen auch nicht möglich. Darüber 15 hinaus sind Stromzangen in Bezug auf Fremdfeldempfindlichkeit, Genauigkeit und Aufwand nachteilig.The current flowing through a conductor can be detected by separating the conductor in which the current to be measured flows and interposing an ammeter. Often, however, it is not possible or expedient to disconnect the line, as this would be an interruption of the operation of that device in which the current flows, would be connected. To remedy this, current clamps are used, with the help of which an uninterrupted current measurement is possible. However, with the current clamps it is necessary for the conductor to be encompassed substantially completely by the current clamp, which is often not possible, for example, in the case of conductors which are very close together. This is not possible in many cases. In addition, current clamps are disadvantageous in terms of external field sensitivity, accuracy and effort.
Bei bekanntem Widerstand eines Teilstücks des Leiters, dessen Strom gemessen werden soll, kann durch Messung des Spannungsabfalls auf diesem Leiterstück der Strom nach dem Ohm'-20 sehen Gesetz berechnet werden. Allerdings ist der Widerstand in vielen Fällen nicht bekannt und hängt von verschiedenen Parametern, wie z.B. der Temperatur ab. Eine genaue Messung des Stromes über die Messung des Spannungsabfalls ist daher in diesen Fällen nicht möglich.With a known resistance of a section of the conductor whose current is to be measured, the current can be calculated according to the Ohm'-20 law by measuring the voltage drop on this conductor section. However, in many cases the resistance is not known and depends on various parameters, e.g. the temperature off. An accurate measurement of the current via the measurement of the voltage drop is therefore not possible in these cases.
Verschiedene Strommessmethoden sind beispielsweise aus der GB 2 272 300 A, der 25 EP 560 148 A1 sowie der DE 39 41 495 A1 bekannt.Various current measuring methods are known, for example, from GB 2 272 300 A, 25 EP 560 148 A1 and DE 39 41 495 A1.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Einrichtung zur unterbrechungsfreien Strommessung im laufenden Betrieb an beliebigen Leitern, deren Widerstandswert nicht bekannt ist und sich auch zeitlich verändern kann. Das Ver-30 fahren soll überall angewendet werden können, wo eine Kontaktierung der Messstelle möglich ist. Das Verfahren soll möglichst einfach und rasch durchführbar sein. Die Einrichtung zur unterbrechungsfreien Strommessung soll möglichst einfach und kostengünstig aufgebaut sein.The object of the present invention is to provide a method and a device for uninterrupted current measurement during operation on any conductors whose resistance value is not known and can also change over time. The Ver-30 drive should be able to be used wherever a contacting of the measuring point is possible. The process should be as simple and quick as possible. The device for uninterrupted current measurement should be as simple and inexpensive as possible.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird in verfahrensmäßiger Hinsicht dadurch gelöst, dass dem 35 zu messenden Strom lm ein bekannter Referenzstrom lref überlagert wird, dass der Referenzstrom lref zur Unterscheidung vom zu messenden Strom lm gekennzeichnet ist, dass der durch den Referenzstrom lref hervorgerufene Spannungsabfall Uref gemessen wird und dass der zu messende Strom lm aus dem durch den zu messenden Strom lm hervorgerufenen Spannungsabfall U und dem aus dem Referenzstrom lref und dem durch den Referenzstrom lref hervorgeru-40 fenen Spannungsabfall Uref berechneten Widerstand R ermittelt wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es somit möglich, eine unterbrechungsfreie und genaue Strommessung an beliebigen Leitern, die sich auch zeitlich im Widerstandswert verändern können, vorzunehmen. Der an sich unbekannte und veränderbare Widerstand des Leiterstücks wird über den Referenzstrom lref, der dem zu messenden Strom lm überlagert wird und durch Messung des durch 45 den Referenzstrom lref hervorgerufenen Spannungsabfall Uref am Leiterstück ermittelt. Die erfindungsgemäße Kennzeichnung des Referenzstromes lref erlaubt eine Unterscheidung vom zu messenden Strom lm und somit auch eine Messung des durch den Referenzstrom lref alleine hervorgerufenen Spannungsabfalls Uref und somit eine Ermittlung des Widerstands des Leiters oder dgl. Nach Kenntnis des Widerstands kann der zu messende Strom lm in an sich bekannter so Weise über den durch den zu messenden Strom lm hervorgerufenen Spannungsabfall U ermittelt werden.The object of the invention is achieved in terms of the method in that the current to be measured lm is a known reference current lref is superimposed, that the reference current lref for distinguishing the current to be measured lm is characterized in that the voltage drop Uref caused by the reference current lref is measured and the current lm to be measured is determined from the voltage drop U caused by the current lm to be measured and the resistance R calculated from the reference current Iref and the voltage drop Uref produced by the reference current Iref. The inventive method, it is thus possible to make an uninterrupted and accurate current measurement on any conductors that can also change in time in resistance. The per se unknown and variable resistance of the conductor piece is determined by the reference current lref, which is superimposed on the current lm to be measured, and by measuring the voltage drop Uref at the conductor piece caused by reference current lref. The inventive designation of the reference current lref allows a distinction from the current to be measured lm and thus a measurement of the reference current lref alone induced voltage drop Uref and thus a determination of the resistance of the conductor or the like. After knowing the resistance of the current to be measured lm in in a known manner, the voltage drop U caused by the current lm to be measured is determined.
Zur speziellen Unterscheidung des Referenzstroms lref vom zu messenden Strom lm können verschiedene Verfahren dienen. Beispielsweise kann der Referenzstrom lref durch Modulation 55 mit einer bekannten Frequenz fref gekennzeichnet werden und der durch den Referenzstrom lref 3Different methods can be used to specifically distinguish the reference current lref from the current lm to be measured. For example, the reference current Iref can be characterized by modulation 55 with a known frequency fref and that by the reference current Iref 3
AT 414 048 B alleine hervorgerufene Spannungsabfall Uref durch entsprechende Filterung gemessen werden. Für die Kennzeichnung des Referenzstroms werden vorzugsweise Frequenzen fref herangezogen, welche üblicher Weise nicht verwendet werden und welche durch entsprechende Filter leicht vom zu messenden Strom lm abgetrennt werden können. 5AT 414 048 B alone caused voltage drop Uref be measured by appropriate filtering. Frequencies fref are preferably used for the identification of the reference current, which are usually not used and which can be easily separated by appropriate filters from the current lm to be measured. 5
Alternativ dazu kann der Referenzstrom lref auch durch Korrelation mit einer Signatur gekennzeichnet werden und der durch den Referenzstrom lret hervorgerufene Spannungsabfall Uref durch entsprechende Korrelationsverfahren gemessen werden. Dabei können verschiedene korrelative Methoden auf das Summensignal des Stromes lm + lref angewendet werden, um den io nur durch den Referenzstrom lref erzeugten Spannungsabfall Uref herausfiltern zu können.Alternatively, the reference current Iref can also be characterized by correlation with a signature and the voltage drop Uref caused by the reference current Iret can be measured by appropriate correlation methods. Various correlative methods can be applied to the sum signal of the current lm + lref in order to be able to filter out the voltage drop Uref generated by the reference current lref only.
Ebenso kann der Referenzstrom lref durch Korrelation mit einem stochastischen Signal gekennzeichnet werden. Derartige stochastische Signalformen können beispielsweise durch rückgekoppelte Schieberegister erzeugt werden. Das Herausfiltem des nur durch den Referenzstrom 15 lref hervorgerufene Spannungsabfalls Uref aus der gemessenen Gesamtspannung Uges ist durch Anwendung von Methoden der Wahrscheinlichkeitsrechnung möglich. Die Verwendung eines pseudostochastischen Signalverlaufs als Signatur für den Referenzstrom l^ ergibt eine geringere Wahrscheinlichkeit der Übereinstimmung von Referenz- und Messsignal und erhöht die Unterdrückung im Falle des Zusammentreffens von Oberwellen von Referenz- und Messsignal. 20Likewise, the reference current Iref can be characterized by correlation with a stochastic signal. Such stochastic signal forms can be generated, for example, by feedback shift registers. The filtering out of the voltage drop Uref caused only by the reference current 15 lref from the measured total voltage Uges is possible by applying methods of probability calculation. The use of a pseudo-stochastic waveform as a signature for the reference current I ^ results in a lower probability of matching of reference and measurement signal and increases the suppression in the case of coincidence of harmonics of reference and measurement signal. 20
Weiters ist es möglich, den Referenzstrom lref durch seine Signalform zu kennzeichnen und den durch den Referenzstrom lref hervorgerufenen Spannungsabfall Uref durch entsprechende Filterung zu messen. 25 Dabei kann der Referenzstrom lref beispielsweise Rechtecksignalform aufweisen und die Filterung der Spannung Uref durch Synchrongleichrichtung erfolgen.Furthermore, it is possible to characterize the reference current Iref by its signal shape and to measure the voltage drop Uref caused by the reference current Iref by appropriate filtering. In this case, the reference current Iref can have, for example, a rectangular waveform and the filtering of the voltage Uref can be effected by synchronous rectification.
Ebenso kann der Referenzstrom lref durch eine Folge von Einzelimpulsen gebildet sein, welche periodisch oder nicht periodisch aufeinander folgen. Dadurch kann der Versorgungsstrom für 30 die Stromquelle bei gleichzeitig hohem Spitzenstrom der Impulse des Referenzstromes lref reduziert werden.Likewise, the reference current Iref may be formed by a series of individual pulses which follow one another periodically or not periodically. As a result, the supply current for the current source can be reduced while the peak current of the pulses of the reference current lref is simultaneously high.
Vorteilhafterweise ist die Größe des Referenzstroms lref im Wesentlichen in der gleichen Größenordnung wie der zu messende Strom lm. Dadurch wird eine größtmögliche Genauigkeit der 35 Strommessung erzielt.Advantageously, the magnitude of the reference current Iref is substantially of the same order of magnitude as the current Im to be measured. This achieves the greatest possible accuracy of the current measurement.
Wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der Referenzstrom lref getrennt von den Messpunkten zur Messung der Messspannung U eingeprägt wird, können Messfehler, welche durch die Übergangswiderstände entstehen, kompensiert werden. Bei dieser so genannten 40 vierpoligen Messung wird der Referenzstrom lref über zwei Pole eingeprägt und die Spannung Uref, U über zwei andere Pole abgegriffen. Dadurch kann der Übergangswiderstand kompensiert werden. Dies ist insbesondere bei Anwendungsfällen wichtig, bei denen der Übergangswiderstand größer als der Widerstand der zu messenden Leitung oder dgl. ist. Insbesondere bei Sicherungen, welche typischerweise Widerstände in der Größenordnung einiger mQ aufweisen, 45 ist die vierpolige Messmethode vorzuziehen.If, according to a further feature of the invention, the reference current Iref is impressed separately from the measuring points for measuring the measuring voltage U, measuring errors which arise due to the contact resistances can be compensated. In this so-called 40 four-pole measurement, the reference current Iref is impressed over two poles and the voltage Uref, U is tapped off via two other poles. As a result, the contact resistance can be compensated. This is particularly important in applications where the contact resistance is greater than the resistance of the line or the like to be measured. Especially with fuses, which typically have resistances in the order of a few mQ, 45, the four-pole measuring method is preferable.
Da die Erzeugung eines Referenzstroms lref mit hoher Genauigkeit aufwendig ist, kann dieser auch durch Anlegen einer bekannten Referenzspannung Uref an einem bekannten Referenzwiderstand Rref erzeugt werden. Die Auswertung des Messergebnisses erfolgt dann im Wesentli-50 chen über Auswertung der Verhältnisse der Widerstände R^f und des Widerstands der zu messenden Leitung R.Since the generation of a reference current lref with high accuracy is complicated, it can also be generated by applying a known reference voltage Uref to a known reference resistor Rref. The evaluation of the measurement result then takes place essentially by evaluating the ratios of the resistances R f and the resistance of the line R to be measured.
Vorteilhafterweise erfolgt die Überlagerung des Referenzstroms lref und die Messung der Referenzspannung Uref und die Ermittlung des zu messenden Stromes lm automatisiert. Zu diesem 55 Zweck kann ein Mikroprozessor oder Mikrokontroller die entsprechenden Programmschritte 4Advantageously, the superposition of the reference current lref and the measurement of the reference voltage Uref and the determination of the current to be measured lm is automated. For this purpose, a microprocessor or microcontroller can execute the corresponding program steps 4
AT 414 048 B enthalten.AT 414 048 B included.
Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe auch durch eine Einrichtung zur unterbrechungsfreien Strommessung, insbesondere an Leitern, Stromschienen, Sicherungen oder dgl. mit einer 5 Stromquelle zum Erzeugen eines bekannten Referenzstromes lref, einer Einrichtung zur Messung eines Spannungsabfalls Uref, U und einer Einrichtung zur Auswertung der Messwerte, wobei eine Einrichtung zur Kennzeichnung des Referenzstromes lref zur Unterscheidung vom zu messenden Strom lm und eine Einrichtung zur Filterung des durch den Referenzstrom U hervorgerufenen Spannungsabfalls Uref vorgesehen ist. Durch die erfindungsgemäße Messeinrich-io tung ist es somit möglich, einen Strom lm in Leitern, Stromschienen, Sicherungen oder dgl. ohne Unterbrechung des Leiters, Stromschienen, der Sicherung oder dgl. mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, wobei der Widerstand R des Messobjekts nicht bekannt ist. Lediglich ist es erforderlich die zu messende Stelle zu kontaktieren, worauf ein entsprechend gekennzeichneter Referenzstrom lref eingeprägt wird und der resultierende Spannungsabfall Uret ermittelt wird, wodurch 15 der Widerstand R des Messobjekts berechnet und in der Folge aus dem Gesamtspannungsabfall der zu messende Strom lm ermittelt werden kann. Die erfindungsgemäße Messeinrichtung ist besonders einfach und kann somit kostengünstig und relativ klein aufgebaut werden.The object according to the invention is also achieved by a device for uninterruptible current measurement, in particular on conductors, busbars, fuses or the like, with a current source for generating a known reference current Iref, a device for measuring a voltage drop Uref, U and a device for evaluating the measured values in which a device is provided for identifying the reference current lref for distinguishing between the current lm to be measured and a device for filtering the voltage drop Uref produced by the reference current U. It is thus possible by the measuring device according to the invention to determine a current lm in conductors, busbars, fuses or the like with high accuracy without interruption of the conductor, busbars, the fuse or the like, wherein the resistance R of the test object is unknown is. Only it is necessary to contact the point to be measured, whereupon a correspondingly marked reference current Iref is impressed and the resulting voltage drop Uret is determined, whereby the resistance R of the DUT is calculated and the current Im to be measured can be determined from the total voltage drop , The measuring device according to the invention is particularly simple and can thus be constructed inexpensively and relatively small.
Die Einrichtung zur Kennzeichnung des Referenzstromes lref kann durch einen Frequenzmodu-20 lator gebildet werden. Dadurch erhält der Referenzstrom lref eine vorgegebene Frequenz fref, welche idealerweise außerhalb der üblichen technischen Frequenzen liegt.The device for identifying the reference current Iref can be formed by a frequency modulator. As a result, the reference current Iref receives a predetermined frequency fref, which ideally lies outside the usual technical frequencies.
In diesem Fall kann die Filtereinrichtung durch einen Quadraturmodulator bei Verwendung eines sinusförmigen Referenzsignals zur Multiplikation mit dem zu messenden Strom lm gebildet 25 sein.In this case, the filter device may be formed by a quadrature modulator using a sinusoidal reference signal for multiplication with the current lm to be measured.
Weiters kann die Einrichtung zur Kennzeichnung des Referenzstromes lref auch durch einen Korrelator gebildet sein, durch welchen der Referenzstrom lref mit einer bestimmten Signatur korreliert wird und die Filterung der durch den Referenzstrom lref hervorgerufenen Referenz-30 Spannung Uref durch entsprechende Filterung erhalten wird.Furthermore, the device for characterizing the reference current Iref can also be formed by a correlator, by means of which the reference current Iref is correlated with a specific signature and the filtering of the reference Iref voltage Uref caused by the reference current Iref is obtained by appropriate filtering.
Die Einrichtung zur Kennzeichnung des Referenzstromes lref kann auch durch einen Signalgenerator, insbesondere durch einen Rechteckgenerator und die Filtereinrichtung durch einen Synchrongleichrichter gebildet sein. Dies stellt eine einfache Realisierungsmöglichkeit der 35 vorliegenden Erfindung dar.The device for identifying the reference current Iref can also be formed by a signal generator, in particular by a square-wave generator, and the filter device by a synchronous rectifier. This represents a simple realization possibility of the present invention.
Zur Kompensation der Übergangswiderstände sind die Kontaktpunkte zum Einprägen des Referenzstromes lref vorteilhafterweise von den Messpunkten zum Messen der Spannungsabfälle Uref, U verschieden. Durch diese vierpolige Messmethode wird die Genauigkeit der Strom-40 messung erhöht.To compensate for the contact resistances, the contact points for impressing the reference current Iref are advantageously different from the measuring points for measuring the voltage drops Uref, U. This four-pole measuring method increases the accuracy of the current measurement.
Die Stromquelle zur Erzeugung des Referenzstromes lref kann auch durch eine Spannungsquelle Uref in Kombination mit einem bekannten Widerstand Rref gebildet werden. 45 Vorteilhafterweise ist eine Anzeige zur Darstellung der Messwerte vorgesehen.The current source for generating the reference current Iref can also be formed by a voltage source Uref in combination with a known resistor Rref. Advantageously, a display for displaying the measured values is provided.
Weiters kann ein Speicher zum Speichern der Messwerte vorgesehen sein, um auch Messergebnisse in zeitlicher Folge aufnehmen zu können. so Die Messeinrichtung kann eine beliebige Daten-Schnittstelle zur Übertragung der Messwerte in analoger oder digitaler Form, beispielsweise an einen Rechner oder dgl. aufweisen. Diese Schnittstelle kann eine Feldbusstruktur aufweisen, und beispielsweise durch eine RS-485-, RS-232- oder eine computerbasierende Ethernet- oder eine CAN (Controller Area Network)-Schnittstelle gebildet sein. CAN-Schnittstellen sind insbesondere in der Automobilindustrie 55 üblich. Drahtlose Schnittstellen, wie beispielsweise Bluetooth oder Wireless LAN kommen auch 5Furthermore, a memory for storing the measured values may be provided in order to be able to record measurement results in chronological order. The measuring device can have any desired data interface for transmitting the measured values in analog or digital form, for example to a computer or the like. This interface can have a fieldbus structure, and be formed for example by an RS-485, RS-232 or a computer-based Ethernet or a Controller Area Network (CAN) interface. CAN interfaces are common in the automotive industry 55 in particular. Wireless interfaces, such as Bluetooth or wireless LAN are also 5
AT 414 048 B in Frage. Bei sehr geringem Eigenstromverbrauch der Messeinrichtung und der Schnittstelle, wie beispielsweise der sogenannten drahtlosen Schnittstelle ZigBee nach dem Standard IEEE 802.15.4 könnte die Versorgung auch aufgrund des Spannungsabfalls am Leiter erfolgen. 5 Zur Automatisierung des Messablaufs kann eine Automatisierungseinrichtung, insbesondere in Form eines Mikroprozessors vorgesehen sein.AT 414 048 B in question. With very low power consumption of the measuring device and the interface, such as the so-called wireless interface ZigBee according to the IEEE 802.15.4 standard, the supply could also be due to the voltage drop at the head. For automation of the measurement process, an automation device, in particular in the form of a microprocessor, can be provided.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der vorliegenden Zeichnungen näher erläutert. io Darin zeigen Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer Strommessung; Fig. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Messeinrichtung; Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung; und Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 15 Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild zur Veranschaulichung der unterbrechungsfreien Messung eines Stromes lm an einem Leiter 1, eine Sicherung oder dgl. mit einem Widerstand R gemäß dem vorliegenden Verfahren. Der Strom lm erzeugt am Widerstand R eine Spannung U, welche mit einem entsprechenden Messgerät erfasst werden kann. Bei Kenntnis des Widerstands R kann der Strom lm nach dem Ohm'schen GesetzThe present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. In the figures: FIG. 1 shows the block diagram of a current measurement; FIG. Fig. 2 is a block diagram of the measuring device according to the invention; 3 shows a schematic circuit diagram of an embodiment of the measuring device according to the invention; and Fig. 4 is a schematic circuit diagram of another embodiment of the invention. FIG. 1 shows the block diagram for illustrating the uninterrupted measurement of a current lm on a conductor 1, a fuse or the like with a resistor R according to the present method. The current Im generates at the resistor R a voltage U, which can be detected with a corresponding measuring device. With knowledge of the resistance R, the current lm can according to Ohm's law
ermittelt werden. Wenn der Widerstand R unbekannt und darüber hinaus allenfalls veränderbar 25 (z.B. in Abhängigkeit der Temperatur) ist, kann der Spannungsabfall U nicht für die Bestimmung des Absolutwertes des Stromes lm alleine herangezogen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht daher auf der Methode der Einprägung eines bekannten Referenzstromes lref, der dem zu messenden Strom lm überlagert wird. An dem zu messenden Leiter 1 oder dgl. wird somit der in einer Stromquelle 2 erzeugte Referenzstrom U über zwei Kontakte 3, 4 eingeprägt. 30 Prinzipiell kann das erfindungsgemäße Messverfahren an beliebigen Leitern 1 angewendet werden, bei denen der Widerstand R unbekannt ist und allenfalls auch zeitlich veränderlich ist. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Strommessung an Sicherungen, insbesondere im Automobilbereich. Auf diese Weise kann durch die Messung des Stromes durch die Sicherung auf Fehler in den entsprechenden elektronischen Modulen des 35 Automobil rückgeschlossen werden. In Automobilen halten immer mehr elektronische Komponenten Einzug, wodurch die Häufigkeit von Fehlfunktionen steigt. Es ist daher ein großes Bedürfnis, rasch den jeweiligen Fehler diagnostizieren zu können. Dies kann beispielsweise durch eine Strommessung an den Sicherungen erfolgen, wodurch beispielsweise ein zu hoher Stromverbrauch sofort erkannt werden kann, der auf eine allfällige Fehlfunktion der Komponente 40 hinweist. Darüber hinaus wird durch eine rasche Diagnose und Behebung des Fehlers verhindert, dass durch den zu hohen Stromfluß die Autobatterie entleert wird. Abgesehen von dieser Anwendung eignet sich das erfindungsgemäße Strommessverfahren jedoch für verschiedenste Leiter, die von außen kontaktiert werden können. 45 Erfindungsgemäß wird nunmehr kontinuierlich ein bekannter Referenzstrom lref eingeprägt und dem zu messenden Strom lm überlagert. Mit Hilfe einer Einrichtung 5 zur Messung des Spannungsabfalls U am Widerstand R des Leiters 1 kann die Gesamtspannung U am Widerstand R ermittelt werden. Um den Widerstand R bestimmen zu können, kann mit Hilfe des Spannungsmessers 5 auch nur jener Spannungsabfall Uref, der vom Referenzstrom l^ am Widerstand R so hervorgerufen wird, gemessen werden. Dafür ist es notwendig, dass der Referenzstrom lref speziell gekennzeichnet wird, um eine Unterscheidung vom Messstrom lm zu ermöglichen. Diese Kennzeichnung bzw. Signatur des Referenzstroms lref kann unterschiedlich vorgenommen werden. Die Messgenauigkeit wird durch Verwendung von getrennten Anschlüssen 3, 4 für die Einprägung des Referenzstroms lref und Anschlüssen 6, 7 zur Messung der Spannungen U, 55 Uref erhöht, da die Übergangswiderstände in diesem Fall das Messergebnis nicht beeinflussen. 6be determined. If the resistance R is unknown and, moreover, at most variable (for example as a function of the temperature), the voltage drop U can not be used for the determination of the absolute value of the current lm alone. The inventive method is therefore based on the method of impressing a known reference current lref, which is superimposed on the current to be measured lm. The reference current U generated in a current source 2 is thus impressed on the conductor 1 or the like to be measured via two contacts 3, 4. In principle, the measuring method according to the invention can be applied to arbitrary conductors 1, in which the resistance R is unknown and, at best, is also time-changeable. In particular, the method according to the invention is also suitable for current measurement on fuses, in particular in the automotive sector. In this way, by measuring the current through the fuse, errors in the corresponding electronic modules of the automobile can be deduced. In automobiles, more and more electronic components are moving in, increasing the frequency of malfunctions. It is therefore a great need to be able to quickly diagnose the respective error. This can be done, for example, by a current measurement at the fuses, whereby, for example, an excessive power consumption can be detected immediately, which indicates a possible malfunction of the component 40. In addition, a quick diagnosis and correction of the fault prevents the car battery from being drained due to the excessive current flow. Apart from this application, however, the current measuring method according to the invention is suitable for a variety of conductors that can be contacted from the outside. According to the invention, a known reference current Iref is now impressed continuously and superimposed on the current Im to be measured. With the aid of a device 5 for measuring the voltage drop U across the resistor R of the conductor 1, the total voltage U across the resistor R can be determined. In order to be able to determine the resistance R, it is also possible to measure, with the aid of the voltmeter 5, only that voltage drop U ref which is thus caused by the reference current I 1 at the resistor R 1. For this purpose, it is necessary that the reference current Iref be specially marked in order to enable a distinction from the measuring current Im. This marking or signature of the reference current Iref can be made differently. The measurement accuracy is increased by using separate terminals 3, 4 for impressing the reference current Iref and terminals 6, 7 for measuring the voltages U, 55 Uref, since the contact resistances in this case do not affect the measurement result. 6
AT 414 048 BAT 414 048 B
Der Abstand zwischen den Anschlüssen 3, 4 und den Anschlüssen 6, 7 ist dabei irrelevant. Aus der Differenz der Gesamtspannung U am Widerstand R und dem vom Referenzstrom lref erzeugten Spannungsabfall üref und dem aus dem Referenzstrom lref und dem durch den Referenzstrom lref erzeugten Spannungsabfall Uref ermittelbaren Widerstand R kann der durch das 5 Leiterstück fließende Strom lm als Absolutwert gemäß folgender Formel bestimmt werden: , JUges-Uref) io Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung zur unterbrechungsfreien Strommessung an einem Leiter 1 oder dgl. Der Leiter 1, die Sicherung oder dgl. weist einen nicht bekannten Widerstand R auf, der allenfalls zeitlich veränderbar ist. Im Leiter 1 fließt der zu messende Strom lm. Erfindungsgemäß wird in einer Stromquelle 5 ein Referenzstrom lref erzeugt und über Kontakte 3, 4 dem Leiter 1 eingeprägt und dem zu messenden Strom lm überla-15 gert. Über zwei Kontakte 6, 7, die vorzugsweise von den Kontakten 3, 4 zum Einprägen des Referenzstroms lref unterschiedlich sind, wird die Spannung U, Uref mit Hilfe einer Spannungsmesseinrichtung 5 ermittelt. In einer Einrichtung 8 werden die Messwerte ausgewertet und schließlich einer Anzeige 9 oder einer Datenschnittstelle 10 zugeführt. Erfindungsgemäß wird der Referenzstrom lref speziell gekennzeichnet, wozu eine Einrichtung 11 zur Kennzeichnung 20 des Referenzstroms lref vorgesehen ist. Diese Kennzeichnungseinrichtung 11 verleiht dem Referenzstrom lref eine eindeutige Signatur, durch welche er vom zu messenden Strom lm unterscheidbar ist. Die Einrichtung 12 filtert die durch den Referenzstrom lref am Widerstand R des Leiters 1 oder dgl. hervorgerufene Spannung Uref. Dadurch kann eine Ermittlung des Widerstands R des Leiters 1 und schließlich nach oben genannter Formel eine Ermittlung des zu 25 messenden Stromes lm erfolgen. Über einen Speicher 13 können allenfalls die ermittelten Messwerte oder Zwischenergebnisse gespeichert werden. Eine Einrichtung 14, insbesondere ein Mikroprozessor oder dgl., kann zur Automatisierung des Messablaufs dienen.The distance between the terminals 3, 4 and the terminals 6, 7 is irrelevant. From the difference of the total voltage U across the resistor R and the voltage drop uref generated by the reference current Iref and the resistance R generated by the reference current Iref and the voltage drop Uref generated by the reference current Iref, the current Im flowing through the conductor piece can be determined as an absolute value according to the following formula 2 shows a block diagram of the device according to the invention for uninterruptible current measurement on a conductor 1 or the like. The conductor 1, the fuse or the like has an unknown resistor R, which is possibly variable in time. In conductor 1, the current lm to be measured flows. According to the invention, a reference current Iref is generated in a current source 5 and impressed via contacts 3, 4 to the conductor 1 and superimposed on the current I m to be measured. Via two contacts 6, 7, which are preferably different from the contacts 3, 4 for impressing the reference current lref, the voltage U, Uref is determined with the aid of a voltage measuring device 5. In a device 8, the measured values are evaluated and finally fed to a display 9 or a data interface 10. According to the invention, the reference current Iref is specially marked, for which purpose a device 11 for designation 20 of the reference current Iref is provided. This marking device 11 gives the reference current Iref a unique signature, by means of which it can be distinguished from the current I m to be measured. The device 12 filters the voltage Uref caused by the reference current Iref across the resistor R of the conductor 1 or the like. As a result, a determination of the resistance R of the conductor 1 and, finally, according to the above-mentioned formula, the ascertaining of the current lm to be measured can be determined. At most, the determined measured values or intermediate results can be stored via a memory 13. A device 14, in particular a microprocessor or the like, can be used to automate the measurement process.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung, bei der die Kenn-30 Zeichnung des Referenzstroms lref durch den speziellen Signalverlauf des Referenzstroms lref in Form eines Rechtecksignals erfolgt. Die Einrichtung 12 zur Filterung des durch den Referenzstrom lref am Widerstand R hervorgerufenen Spannungsabfalls üref wird durch einen Synchrongleichrichter gebildet. Somit kann durch den durch die Schalter symbolisch dargestellten Synchrongleichrichter die Filterung des durch den Referenzstrom lref hervorgerufenen Spannungs-35 abfalls Uref vorgenommen werden. Der zu messende Strom lm ergibt sich somit bei symmetrischem Rechtecksignal und Mittelwertbildung aus U gemäß folgender Formel:Fig. 3 shows an embodiment of the measuring device according to the invention, in which the characteristic drawing of the reference current lref by the special waveform of the reference current lref takes place in the form of a square wave signal. The device 12 for filtering the voltage drop uref caused by the reference current Iref at the resistor R is formed by a synchronous rectifier. Thus, by the symbolically represented by the switch synchronous rectifier, the filtering of the caused by the reference current lref voltage -35 drop Uref can be made. The current lm to be measured thus results for symmetrical square-wave signal and averaging from U according to the following formula:
L 40 45 50L 40 45 50
Schließlich zeigt Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung, bei der der Referenzstrom lref durch Verwendung eines definierten Referenzwiderstands 15 und einer Spannungsquelle 16 erzeugt wird. Die Erzeugung eines genauen Referenzstroms lref entfällt und beschränkt sich auf die unkritische Spannungsquelle 16 zusammen mit dem definierten Referenzwiderstand 15. Durch Ermittlung des Spannungsabfalls am Widerstand 15 mit Hilfe einer Spannungsmesseinrichtung 17 kann der genaue Wert des Referenzstroms lref festgestellt werden.Finally, FIG. 4 shows a further embodiment of the measuring device according to the invention, in which the reference current Iref is generated by using a defined reference resistor 15 and a voltage source 16. The generation of an accurate reference current Iref is eliminated and limited to the uncritical voltage source 16 together with the defined reference resistor 15. By determining the voltage drop across the resistor 15 by means of a voltage measuring device 17, the exact value of the reference current Iref can be determined.
Es ergibt verschiedene Verfahren der Kennzeichnung des Referenzstroms lref und der zugehörigen Filterung des durch den Referenzstrom lref hervorgerufenen Spannungsabfalls Uref zur Ermittlung des Widerstands R des zu messenden Leiters oder dgl. 55There are various methods of labeling the reference current Iref and the associated filtering of the voltage drop Uref caused by the reference current Iref to determine the resistance R of the conductor to be measured or the like 55
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