CH419335A - Magnetisches Übertragungssystem, insbesondere für eine Vorrichtung zum Messen eines in einem Leiter fliessenden elektrischen Stromes ohne Berührung des Leiters - Google Patents

Description

  



  Magnetisches   Übertragnngssystem,    insbesondere für eine Vorrichtung zum Messen eines in einem Leiter fliessenden elektrischen Stromes ohne Berührung des Leiters
Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisches   Übeitragungssystem,    insbesondere für eine   Vorrich-    tung zum Messen eines in einem Leiter   fliessenden    elektrischen Stromes ohne Berührung des Leiters.



   Im Patent Nr. 419338 ist eine Vorrichtung zum Messen eines in, einem Leiter fliessenden elektrischen Stromes ohne Berührung des Leiters beschrieben,.



  Diese Vorrichtung ist besonders geeignet zum Messen eines elektrischen Stromes, welchen man durch Rohre fliessen   lässt,    um diese Rohre mit einem kathodischen Schutz zu. versehen. Bis anhin w. ar es    infolgemagnetischerInterferenz,hervorgerufen    durch fremde magnetische Felder, welche von anderen stromführenden Rohren, die dem Rohr, dessen Strom gemessen werden soll,. sehr nahe liegen, stammen, nicht möglich gewesen, den in einem Rohr fliessenden elektrischen Strom in einfacher Weise zu messen. Das nachstehend beschriebene   Ubertra-      gungssystem    ist besonders, aber nicht   ausschliesslich    für den Gebrauch in der Vorrichtung   gemäss    dem vorerwähnten Patent geeignet.



   Die Erfindung betrifft ein   magnetischesUbertra-      gungssystem, insbesondere für eine    Vorrichtung zum Messen eines in einem Leiter   fliessenden    elektrischen Stromes ohne Berührung des Leiters, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Mehrzahl von   Magnetkernen besitzt,    welche in geringem Abstand   voneina.

   nder angeondnet sind, welche    Magnetkerne je einen geschlossenen Magnetkreis bilden und je eine separate, im wesentlichen identische   Eingangswick-    lung tragen, welche rund um den Magnetkern gewikkelt ist und sich   gleichmässig    über den ganzen Umfang des   Magnetkernes    erstreckt, dass eine Aus  gangswicklung    gleichmässig um alle Magnetkerne gewickelt ist, und dass   die Emgangswicklungen    in Serie geschaltet sind, das Ganze derart, dass ein an diese   Eingangswicklungen      gelegter    Wechselstrom die Magnetkerne so magnetisiert, dass keine   nennens-    werte Spannung in der Ausgangswicklung induziert wird, und dass ein stromführender Leiter, der das Übertragungssystem durchsetzt,

   in der   Ausgangs-      wickl, ung eine Ausgangsspannung hervorruft,    deren Höhe im wesentlichen vom Wert des durch den Leiter fliessenden Stromes abhängig ist.



   Dieses Übertragungssystem kann gross genug ausgeführt werden, um   flüssigkeitsführende    Rohre, wie solche z. B. in   Ölraffinerien    verwendet werden, zu umfassen, und es soll im wesentlichen durch fremde magnetische Felder nicht beeinflusst werden.



   Üblicherweise werden zwei Magnetkerne verwen , det, welche Seite an Seite nebeneinander angeordnet sind.



   Das Übertragungssystem kann aus zwei Hälften hergestellt werden, um es   1eichter um    den Leiter, z. B. ein Rohr, welcher den zu messenden Strom führt, legen zu können.



   Die Magnetkerne sind   zweckmässig    ringförmig ausgebildet und sie können n aus magnetischem Material in Form eines Gewebes oder Geflechtes, welches um ein Formstück aus nicht-magnetischem Material, z. B. Holz, gewickelt ist, bestehen.



   Die Magnetkerne können in einer Abschirmung bestehend aus einer Legierung hoher magnetischer Permeabilität und   niedrigen Hysteresisverlustes,    z. B. einer solchen aus Eisen, Nickel, Kupfer und Mangan, welche unter   Ider Markenbezeichnung  , u-Metall    bekannt ist, enthalten sein, welche sich rings um die Magnetkerne und ihre Peripherie erstreckt, wodurch eine Verminderung des Einflusses fremder Magnetfelder erzielt werden kann, ohne dass dabei die Sen  sibilität    des   Übertr. agungssystems gegenüber    dem Feld eines stromführenden Leiters, dessen Strom gemessen werden soll, vermindert wird.



   In der Zeichnung ist eine   beispielsweise Ausfüh-    rungsform des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Es zeigen :    Fig. 1    eine schaubildliche Darstellung des   Uber-      tragungssystems,   
Fig.   2a,      2b    und 2c graphische Darstellungen des in   den Wicklungen des Ubertra. gungssys. tems    nach der Fig.   1    erzeugten Stromflusses.



   In der Fig.   1    ist ein Übertragungssystem dargestellt, welches zwei ringförmige Magnetkerne 11 und
12 besitzt, welche je in zwei Hälften hergestellt sind, die miteinander verbunden sind, um je einen ge  schlossenen    Magnetkreis zu bilden. Die Magnetkerne
11 und 12 bestehen aus weichem magnetischem Material, welches sich leicht magnetisch sättigt und eine geringe Koerzitivkraft besitzt. Die Magnetkerne
11 und 12 sollen so weitgehend als möglich identisch sein. Um   Gleichartigkeit    zu erzielen, ist es vorteilhaft, die Magnetkerne 11 und 12 durch Aufwickeln von. bandförmigem, magnetischem Material auf nicht magnetische Formstücke, z. B. solche aus Holz, herzustellen.



   Jeder der beiden Magnetkerne 11 und 12 trägt eine   Eingangswicklung    13 bzw. 14, welche um den ihnen zugeordneten Magnetkern 11 bzw. 12 gewikkelt sind und sich symmetrisch über den ganzen Umfang derselben erstrecken. Diese   Eingangswicklungen    13 und   14    sind in der Fig.   1    nur zum Teil dargestellt.



  Die beiden Eingangswicklungen 13 und 14 weisen vorzugsweise die gleiche Zahl von Windungen auf, und sie sind in Serie geschaltet. Ihre   Anschlussklem-    men sind mit 15 bezeichnet. Die Primärwicklungen 13 und 14 sind auf den Magnetkern 11 bzw. 12 in entgegengesetzter Richtung aufgewunden oder so verbunden, dass bei Anlegen eines   Wechselstromes    an die Anschlussklemmen 15 ein magnetischer   Fluss    erzeugt wir. d, welcher in den zwei   Magnetkernen    11 und 12 entgegengesetzt gerichtet ist.



   Die zwei Magnetkerne 11 und 12, welche die   Eingangswicklungen    13 und 14 tragen, sind eng beieinander angeordnet (aus zeichnerischen Gründen jedoch im Abstand voneinander gezeichnet) und sind von einer Ausgangswicklung 16   umwunden,    welche rund um beide Magnetkerne 11 und 12 gewunden ist und sich   gleichmässig um    den Umfang derselben erstreckt.



   Die Wirkungsweise dieses   Ubertragungssystems      wird nachstehend unter Bezugn. ahme auf    alle Figuren der Zeichnung beschrieben. In den Fig. 2a,   2b    und 2c bedeuten die Ordinaten 18 die   Magnetflusswerte    und die Abszissen 19 die Zeit.



   Wie vorstehend erwähnt bewirkt ein an die An  schlussklemmen      15 gelegter    Wechselstrom in den beiden   Magnetkernen    11 und 12 einander   entgegen-    gesetzt gerichtete   Magnetflüsse.    Diese   Magnetflüsse    se sind infolge der   rotations-symmetrischen    Bauart des Systems im wesentlichen gleich, aber einander entagegengesetzt gerichtet ; sie sind durch die Kurven   20    bzw. 21 in den Fig. 2a bzw.   2b    dargestellt.

   Daher werden im wesentlichen gleiche, aber   einander entge-      gengesetzte Spannungen    in der Ausgangswicklung 16 induziert und an deren Klemmen 17 tritt eine Aus  gangsspannung    von angenähert Null. auf.



   Ein Leiter   22,    welcher den geschlossenen Magnetkreis durchsetzt und einen Gleichstrom führt, bewirkt, dass das   Linienintegral    des magnetischen Flusses über einen geschlossenen Weg im   tlbertra-      gungssystem einen endlichen    Wert erhält. Die Wirkung auf die individuellen magnetischen Flüsse in   den Magnetkernen    11 und 12 ist in den Fig. 2a und 2b durch die zusätzlichen, gestrichelten Kurven 23 und 24 dargestellt und die resultierende Wirkung ist durch die Kurve 25 in der Fig. 2c gezeigt. Daher wird nun eine im wesentlichen   rechteckwellige    Spannung in der Au.   sgangswicklung    16 induziert, welche an   deren Klemm, en 17,    auftritt.

   Der Wert dieser   induzier-    ten Spannung ist im wesentlichen Ndem Wert des Stromes, welcher durch den Leiter 22 fliesst, proportional und kann   deshalb dazju benützt werden, den    Wert des Stromes im Leiter 22 anzuzeigen.



   Mit dem   beschriebenen Ubertragungssystem    ist es möglich, den Wert eines in einem Leiter, welcher das   Ubertragungssystem durchsetzt, fliessenden    Stromes ohne magnetische Interferenz, herrührend von Feldern, die durch andere stromführende Leiter, welcher in der Nähe des Übertragungssystems vorhanden sind, aber dieses nicht durchsetzen, zu messen.



   Das in der beschriebenen Weise ausgebildete   Ubertragungssystem kann    so gross gebaut werden, dass es   flüssigkeitsführende    Rohre umfassen kann.



  Ein Versuchsmodell des Übertragungssystems wurde mit   Magnetkernen von    ca. 35 cm Durchmesser versehen. Bei diesem Modell wiesen die   Eingangswick-    lungen und die Ausgangswicklung je 2000   Windun-    gen auf. Ei. n Wechelstrom einer Spannung von 20 Volt und einer Frequenz von 2, 5 Kilohertz wurde an die Eingangsklemmen 15 gelegt und erzeugte in den Eingangswicklungen einen Strom von etwa 30 Milliampere. An den Ausgangsklemmen wurde dabei eine   Ausgangsspannung von l Millivolt    pro   Ampère    des durch den Leiter   22    fliessenden Stromes gemessen.



   Es ist nicht möglich, Überlagerungen, welche durch, fremde Felder hervorgerufen werden,   vollstän-    dig zu eliminieren, weil, es unmöglich ist, die Magnetkerne und Wicklungen genau gleich zu machen. Solche Überlagerungen können jedoch dadurch weiter reduziert werden, dass man das Übertragungssystem mit einer ringförmigen Abschirmung 26,   vorzugs-    weise eines solchen aus    ,      cs-Metall  , welche    in der Fig.   1    nur zum Teil dargestellt ist, umgibt.

     Diese Ab-    schirmung 26,   welche das Übertragungssystom    voll   ständigeinschlissst,vermindertdieWirkungfremder    Felder, ohne die Empfindlichkeit des   Übertragungs-    systems auf konstante Felder, welche von   stromfüh-    renden Leitern, die das Übertragungssystem durchsetzen, hervorgerufen wenden, zu beeinträchtigen.



   Die beiden Magnetkerne, welche beim beschriebenen Ausführungsbeispiel Seite an Seite   nebenein-    ander liegen, können auch so vorgesehen sein, dass der eine Magnetkern im anderen Magnetkern angeordnet ist, aber eine solche Anordnung ist nicht ganz zufriedenstellend, weil dabei die Magnetkerne nicht d, ie gleichen Dimensionen aufweisen.



   In der Praxis sind die beiden Hälften des Über  tragungssystems    so ausgebildet, dass sie, um einen Leiter gelegt, mit Klemmen zusammengeschlossen werden können, z. B. durch zangenartige Ausbildung, durch gelenkige Verbindungen u. s. w.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Magnetisches Übertragungssystem, insbesondere für eine Vorrichtung zum Mes. sen eines in einem Leiter fliessenden elektrischen Stromes ohne Berührung des Leiters, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Mehrzahl von Magnetkernen besitzt, welche in gerin gem Abstand voneinander.

   angeordnet sind, welche Magnetkerne je einen geschlossenen Magnetkreis bilden und je eine separate, im wesentlichen identische Eingangswicklung tragen, welche rund um den Magnetkern gewickelt ist und sich gleichmässig über den ganzen Umfang des Magnetkernes erstreckt, dass eine Ausgangswicklung gleichmässig um alle Magnetkerne gewickelt ist, und dass die Eingangswicklungen in Serie geschaltet sind, das Ganze derart, dass ein. an diese Eingangswicklungen gelegter Wechselstrom die Magnetkerne so magnetisiert, dass ke. ine nen.

   nens- werte Spannung in der Ausgangswicklung induziert wird, und dass ein stromfühmender Leiter, der das Ubertragungssystem durchsetzt, in der Ausgangswicklu, eine Ausgangsspanmung hervorruft, deren Höhe im wesentlichen vom Wert des durch den Leiter fliessenden Stromes, abhängig ist.

   UNTERANSPRUCHE 1. Magnetisches Ubertragungssystem nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gleiche Magnetkerne Seite an Seite angeordnet sind.

   2. Magnetisches tlbertragungssystem nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es aus zwei Hälften besteht, zum Zwecke, es leicht um einen. Leiter legen, zu können, dessen Strom gemessen werden soll.

   3. Magnetisches Ubertragungssystem nach Patent- anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkerne ringförmig ausgebildet sind.

   4. Magnetisches tlbertragungssystem nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkerne aus magnetischem Material in Form eines Gewebes oder Geflechtes hergestellt sind, welches Ge webe oder Geflecht um ein Formstück aus nicht-m. a- gnetischem Material gewickelt ist.

   5. Magnetisches Übertragungssystem nach Patent- anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkerne in einer Abschirmung aus magnetischem Material hoher magnetischer Permeabilität und niedrigen Hysteresisverlustes, welche sich rund um die Magnet- kerne und deren Umfang erstreckt, angeordnet sind, zum Zwecke, die Wirkung fremder Felder zu vermin- dern, ohne die EmpfindlichkeitdesUbsrtragungssy- stems auf das Feld eines stromführenden Leiters, dessen Strom zu messen ist, zu beeinträchtigen.