CH667535A5 - Verfahren zum messen eines magnetfeldes und einrichtung zur ausfuehrung des verfahrens. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen eines Magnetfeldes gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

Solche Magnetfeld-Messungen können z.B. in Elektrizitätszählern angewandt werden zur Ermittlung des für den Energieverbrauch massgebenden elektrischen Stromes, indem das durch diesen elektrischen Strom erzeugte proportionale Magnetfeld gemessen wird.

Stand der Technik

Bekannt ist aus der CH-PS 591 699 eine Strommessung nach dem sogenannten Kompensationsmessverfahren, bei welchem ein Magnetfeldsensor die Differenz zweier Magnetfelder misst. Das erste Magnetfeld ist dabei das durch den zu messenden Strom mit Hilfe einer ersten Spulenwicklung erzeugte proportionale Magnetfeld und das zweite Magnetfeld ein durch das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors nach entsprechender Verstärkung mit Hilfe einer zweiten Spulenwicklung erzeugtes Kompensations-Magnetfeld. Die beiden Spulenwicklungen sind räumlich so angeordnet, dass beide Magnetfelder parallele, aber entgegengesetzte Richtungen besitzen. Die Messschaltung arbeitet dermassen, dass die Differenz beider Magnetfelder auf Null geregelt wird. In diesem Fall sind beide Magnetfelder und damit auch die Amperewindungszahlen beider Spulenwicklungen gleich. Besitzt der zu messende Strom einen sehr hohen Wert und sind die Windungszahlen beider Spulenwicklungen annähernd gleich gross, so bedeutet dies, dass auch der Strom in der zweiten Spulenwicklung sehr gross sein muss. Die Erzeugung solch grosser Ströme, z.B. in der Grössenordnung von einigen Ampere, am Ausgang des Magnetfeldsensors unter ausschliesslicher Verwendung von Halbleiter-Bauelementen ist jedoch kaum zu realisieren.

Aufgabe und Lösung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden und eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens zu realisieren, die es gestatten, grosse Magnetfelder und damit auch grosse elektrische Ströme mit Hilfe des Kompensationsmessverfahrens zu messen, ohne dass dabei in der zweiten Spulenwicklung, die nur eine kleine und damit eine annähernd gleich grosse Windungszahl besitzt wie die erste Spulenwicklung, ein allzu grosser elektrischer Strom fliesst, so dass der Strom in der zweiten Spulenwicklung leicht mit Hilfe eines Halbleiter-Bauelementes am Ausgang des Magnetfeldsensors erzeugt werden kann unter gleichzeitiger Kompensation aller im Halbleiter-Bauelement und im Magnetfeldsensor aktiven «Off-set»-Spannungen, und die es gleichzeitig ermöglichen, analoge Messsignale in digitale Signale umzuwandeln.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5 angegebenen Merkmale gelöst.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines kompensierten Magnetfeldsensors,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Spannungsdetektors, Fig. 3 ein Zeitdiagramm eines als sinusförmiges Wechselfeld angenommenen zu messenden Magnetfeldes Hm,

Fig. 4 ein idealisiertes Zeitdiagramm eines Kompensationsstromes Ik,

Fig. 5 eine detailliert dargestellte nicht idealisierte erste Periode des in der Fig. 4 dargestellten Zeitdiagramms,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Gegentaktschaltung zweier kompensierter Magnetfeldsensoren,

Fig. 7 ein Zeitdiagramm der Ausgangsspannung Ui des ersten kompensierten Magnetfeldsensors der Fig. 6,

Fig. 8 ein Zeitdiagramm der Ausgangsspannung U2 des zweiten kompensierten Magnetfeldsensors der Fig. 6,

Fig. 9 eine erste Variante einer Spulenmontage,

Fig. 10 eine zweite Variante einer Spulenmontage, Fig. 11 eine dritte Variente einer Spulenmontage und Fig. 12 ein Blockschaltbild eines kompensierten Magnetfeldsensors mit Mikrocomputer.

Gleiche Bezugszahlen bezeichnen in allen Figuren der Zeichnung gleiche Teile.

Beschreibung

Der in der Fig. 1 dargestellte kompensierte Magnetfeldsensor 1 besteht aus einem Sensor 2, einem Schalter 3, einem ersten Regler 4, einer Spule 5, einem Widerstand 6, einem Spannungsdetektor 7, einem ersten Differenzglied 8a, einem zweiten Differenzglied 8b, einem Analog/Digital-Wanderl 8c und einem zweiten Regler 9.

Der Sensor 2 ist z.B. ein bekannter Halbleiter-Magnetfeldsensor, der mindestens einen ersten elektrischen Eingang besitzt. Ist die Eingangsstufe des Sensors 2 eine Differentialstufe, so ist ihr zweiter elektrischer Eingang z.B. an Masse zu legen.

Der Schalter 3 ist in der Fig. 1 aus rein zeichnerischen Gründen als elektromagnetisches Relais wiedergegeben. Es ist in der Fig. 1 im stromlosen abgefallenen Zustand dargestellt und besitzt eine Relaisspule 3a, einen ersten Umschalter 3b, einen Öffnungskontakt 3c und einen zweiten Umschalter 3d. In der Praxis wird jedoch anstelle des elektromagnetischen Relais eine beliebige bekannte und steuerbare Halbleiter-Schalteinrichtung mit entsprechender Schaltkontakt-Bestückung verwendet.

Der erste Regler 4 enthält einen Spannungsspeicher und z.B. einen bekannten Transkonduktanz-Verstärker, d.h. einen Verstärker, dessen Ausgangsstrom proportional seiner Eingangsspannung ist. Der zweite Regler 9 enthält ebenfalls einen Spannungsspeicher und ist z.B. mittels eines Operationsverstärkers aufgebaut, der als bekannter nichtinvertierender Verstärker beschaltet ist.

Die Spule 5, die in der Regel nur wenige Windungen besitzt, ist ein Element, das räumlich möglichst nahe beim Sensor 2 so angeordnet ist, dass ein Kompensationsstrom Ik, der die Spule 5 durchfliesst, ein Kompensations-Magnetfeld Hk erzeugt, das eine parallele und entgegengesetzte Richtung besitzt wie das zu messende Magnetfeld Hm, das z.B. auf eine in der Fig. 1 nicht dargestellte Art von einem zu messenden Strom Im mit Hilfe einer weiteren Spule erzeugt wird. Die Differenz (Hm - Hk) beider Magnetfelder wird vom Sensor 2 gemessen, dessen Ausgang auf den Minus-Eingang des zweiten Differenzgliedes 8b geführt ist, dessen Ausgang seinerseits bei stromloser Relaisspule 3a einerseits über den Schliesskontakt des ersten Umschalters 3b mit dem Eingang des ersten Reglers 4 und anderseits über den Öffnungskontakt 3c auf den Eingang des zweiten Reglers 9 geführt ist. Der Plus-Eingang des zweiten Differenzgliedes 8b und ein erster Pol des Widerstandes 6 liegen an Masse. Der Ausgang

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des zweiten Reglers 9 ist dauernd auf den ersten elektrischen Eingang des Sensors 2 geführt. Der Öffnungskontakt des ersten Umschalters 3b verbindet den Ausgang des ersten Differenzgliedes 8a mit dem Eingang des ersten Reglers 4. Der Ausgang des ersten Reglers 4 ist einerseits über die Spule 5 mit dem zweiten Pol des Widerstandes 6, mit einem Messeingang 10 des Spannungsdetektors 7, mit einem Analog-Ausgang 11 des kompensierten Magnetfeldsensors 1 und bei stromloser Relaisspule 3a über den Schliesskontakt des Umschalters 3d mit dem Eingang des Analog/Digital-Wandlers 8c sowie anderseits direkt mit dem Minus-Eingang des ersten Differenzgliedes 8a verbunden. Der Spannungsdetektor 7 besitzt einen ersten Ausgang 12, der mit einem Pol der Relaisspule 3a verbunden ist, einen zweiten Ausgang 13, der gleichzeitig ein Steuerausgang 14 des kompensierten Magnetfeldsensors 1 ist, einen Bus-Ausgang 15, der gleichzeitig ein Teil eines Digital-Ausganges 16 des kompensierten Magnetfeldsensors 1 ist, einen ersten Starteingang 17 und einen zweiten Starteingang 18. Die beiden letzten sind gleichzeitig erster und zweiter Starteingang 19 und 20 des kompensierten Magnetfeldsensors 1. Der andere Pol der Relaisspule 3a liegt an einer positiven Speisespannung Vcc- Der Eingang des Digital/Analog-Wandlers 8c liegt ausserdem noch über dem Öffnungskontakt des zweiten Umschalters 3d an Masse.

Der Bus-Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 8c bildet zusammen mit dem Bus-Ausgang 15 des Spannungsdetektors 7 den Digital-Ausgang 16 des kompensierten Magnetfeldsensors 1.

Die jeweiligen Plus-Eingänge der beiden Differenzglieder 8a und 8b sind Sollwert-Eingänge, während deren Minus-Eingänge jeweils Istwert-Eingänge darstellen.

Der Sensor 2, das zweite Differenzglied 8b, der erste Umschalter 3b, der erste Regler 4 und die Spule 5 bilden zusammen einen elektromagnetischen ersten Regelkreis M. Der Sensor 2, das zweite Differenzglied 8b, der Öffnungskontakt 3c und der zweite Regler 9 stellen einen elektrischen zweiten Regelkreis E dar. Der Widerstand 6 ist ein Strom/Spannungs-Wandler und bildet zusammen mit dem Spannungsdetektor 7 einen Strom-komparator 6; 7, der dazu dient, den gemessenen Kompensationsstrom Ik mit einem Referenzwert Ir zu vergleichen. Der Stromkomparator 6; 7 und der Schalter 3 bilden zusammen eine Umschalteinrichtung 3; 6; 7.

Der in der Fig. 1 verwendete und in der Fig. 2 dargestellte Spannungsdetektor 7 enthält einen ersten Komparator 21, einen zweiten Komparator 22, ein erstes Oder-Gatter 23, einen Vor-wärts/Rückwärts-Zähler 24, ein zweites Oder-Gatter 25, ein Verzögerungsglied 26, ein drittes Oder-Gatter 27, ein D-Flip Flop 28 und einen NPN-Transistor 29. Der Messeingang 10 des Spannungsdetektors 7 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des ersten Komparators 21 und mit dem invertierenden Eingang des zweiten Komparators 22 verbunden. Der invertierende Eingang des ersten Komparators 21 liegt an einer ersten Referenzspannung Ur = R • Ir und der nichtin vertierende Eingang des zweiten Komparators 22 an einer zweiten Referenzspannung -Ur = - R • Ir, wobei R der Wert des Widerstandes 6 und Ir der Referenzwert des Kompensationsstromes Ik ist. Es gilt z.B. Ir = 1 mA. Der Ausgang des ersten Komparators 21 ist auf den «Up/Down»-Eingang U/D des Vorwärts/Rückwärts-Zäh-lers 24 und auf einen ersten Eingang des ersten Oder-Gatters 23 geführt, während dessen zweiter Eingang seinerseits mit dem Ausgang des zweiten Komparators 22 verbunden ist. Der Ausgang des ersten Oder-Gatters 23 ist auf den Takteingang CL des Vorwärts/Rückwärts-Zählers 24, auf einen ersten Eingang des zweiten Oder-Gatters 25, auf einen ersten Eingang des dritten Oder-Gatters 27 und auf den zweiten Eingang des Spannungsdetektors 7 geführt. Der erste Starteingang 17 des Spannungsdetektors 7 ist mit einem zweiten Eingang des zweiten Oder-Gatters 25 und mit dem Rückstelleingang R des D-Flip Flop 28 verbunden. Der Ausgang des zweiten Oder-Gatters 25 ist über das Verzögerungsglied 26 auf einen zweiten Eingang des dritten Oder-Gatters 27 geschaltet, dessen dritter Eingang mit dem zweiten Starteingang 18 des Spannungsdetektors 7 verbunden ist. Der Ausgang des dritten Oder-Gatters 27 ist auf den Takteingang des D-Flip Flop 28 geführt, dessen Q-Ausgang auf seinen D-Eingang rückgekoppelt und dessen Q-Ausgang mit der Basis des NPN-Transistors 29 verbunden ist. Der Kollektor des NPN-Transistors 29 bildet den ersten Ausgang 12 des Spannungsdetektors 7 und der Emitter des NPN-Transistors 29 liegt an Masse. Der Bus-Ausgang des Vorwärts/Rückwärts-Zählers 24 bildet den Bus-Ausgang 15 des Spannungsdetektors 7.

In der Fig. 3 ist das zu messende Magnetfeld Hm als sinusförmiges Wechselfeld angenommen worden und in der Fig. 4 ist der dargestellte Kompensationsstrom Ik im Absolutwert niemals grösser als der Referenzwert Ir. Die rückwärtige Flanke eines jeden Stromimpulses wurde in der Fig. 4 als ideal senkrecht angenommen, während sie in der Fig. 5 für die erste Periode nichtideal dargestellt ist und aus einem mit der Zeit z.B. linear absinkenden Teil der Dauer At besteht. Der zeitliche Verlauf der Zeitdiagramme der drei Figuren 3 bis 5 wird in der nachfolgenden Funktionsbeschreibung näher erläutert.

Die in der Fig. 6 dargestellte Anordnung enthält einen ersten kompensierten Magnetfeldsensor la, einen zweiten kompensierten Magnetfeldsensor lb und einen weiteren Schalter 30, z.B. ein Kipprelais, das eine Relaisspule 30a und einen Umschalter 30b besitzt. Die beiden kompensierten Magnetfeldsensoren la und lb sind identisch und gleich wie der in der Fig. 1 dargestellte kompensierte Magnetfeldsensor 1 aufgebaut. Auch hier kann das Kipprelais durch eine entsprechende Halbleiterschaltung, z.B. einen weitere D-Flip Flop mit nachgeschalteten Transistoren, ersetzt werden. Wird ein Kipprelais verwendet, besitzt die Relaispule 30a eine erste Teilspule 31 und eine zweite Teilspule 32.

Der Analog-Ausgang IIa des ersten kompensierten Magnetfeldsensors la ist über den Öffnungskontakt und der Analog-Ausgang IIb des zweiten kompensierten Magnetfeldsensors lb ist über den Schliesskontakt des Umschalters 30b mit dem Ausgang der Gegentaktschaltung verbunden. Der Steuerausgang 14a des ersten kompensierten Magnetfeldsensors la ist auf den zweiten Starteingang 20b des zweiten kompensierten Magnetfeldsensors lb und auf einen ersten Pol der zweiten Teilspule 32 geführt, während der Steuerausgang 14b des zweiten kompensierten Magnetfeldsensors lb umgekehrt mit dem zweiten Starteingang 20a des ersten kompensierten Magnetfeldsensors la und mit einem ersten Pol der ersten Teilspule 31 verbunden ist. Die zweiten Pole der Teilspulen 31 und 32 sind miteinander und mit der positiven Speisespannung Vcc verbunden, während der erste Starteingang 19b des zweiten kompensierten Magnetfeldsensors lb an Masse liegt. Die Digital-Ausgänge 16a und 16b der beiden kompensierten Magnetfeldsensoren la und lb sind aus Gründen der Vollständigkeit dargestellt.

Der abwechselnde Betrieb der beiden kompensierten Magnetfeldsensoren la und lb der Gegentaktschaltung ist aus den Zeitdiagrammen der Figuren 7 und 8 ersichtlich und wird in der nachfolgenden Funktionsbeschreibung näher erläutert.

Die Spule 5 der in der Fig. 9 dargestellten ersten Variante einer Spulenmontage besteht aus einer metallischen spiralförmigen Flachspule, deren Windungen z.B. rechteckförmig sind, und die auf der Oberfläche eines Halbleiterkristalls 33 aufgetragen ist. Im Halbleiterkristall 33 ist an dessen Oberfläche der umkompensierte Sensor 2 eindiffundiert. Unmittelbar oberhalb des Magnetfeldsensors 2 befindet sich ein schmaler Luftspalt zwischen zwei ferromagnetischen Dünnfilmen 34 und 35, die beide auf der Oberfläche des Halbleiterkristalls 33 zwischen dieser Oberfläche und einer Spulenhälfte der Spule 5 so befestigt sind, dass ein Dünnfilm sich in der Verlängerung des anderen befindet. In der Fig. 9 ist nur eine Hälfte der Spule 5 dargestellt, und zwar diejenige Hälfte, in der der Kompensations-

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ström Ik in den metallischen Leitern der Spule 5 senkrecht zur Papierebene in diese Papierebene hineinfliesst, was in den Leitern der Spule 5 durch je ein kleines Kreuz symbolisch dargestellt ist. Der Luftspalt zwischen den beiden Dünnfilmen 34 und 35 liegt annähernd unterhalb der Mitte der dargestellten Spulenhälfte. Die aus dem Halbleiterkristall 33 und aus den Dünnfilmen 34 und 35 bestehende Anordnung 33; 34; 35 ist nach oben hin vollständig durch eine Isolationsschicht 36, z.B. aus SÌO2, bedeckt, die die Anordnung 33; 34; 35 elektrisch vollständig von den metallischen Leitern der Spule 5 isoliert. Die räumliche Anordnung ist dermassen, dass die Magnetfeld-Differenz (Hm -Hk) zwischen dem zu messenden Magnetfeld Hm und dem Kompensations-Magnetfeld Hk in Längsrichtung der Dünnfilme 34 und 35 parallel zur Oberfläche des Magnetfeldsensors 2 wirksam ist.

Die Spule 5 der in der Fig. 10 dargestellten zweiten Variante einer Spulenmontage besteht aus einer Minispule, die auf herkömmliche Weise auf einen Spulenkörper 37, der z.B. einen rechteckförmigen Querschnitt besitzt, gewickelt ist. Die anlässlich der Beschreibung der Fig. 9 erwähnte Anordnung 33; 34; 35 ist im Eisenkern-Raum des Spulenkörpers 37 und diesen Eisenkern-Raum möglichst vollständig ausfüllend angeordnet.

Die beiden Dünnfilme 34 und 35 bestehen z.B. in den Figuren 9 und 10 aus Ni Fe und besitzen z.B. eine Dicke von annähernd 1 |i.

Die Spule 5 der in der Fig. 11 dargestellten dritten Variante einer Spulenmontage ist auf einen flachen ringförmigen ferromagnetischen Kern 38 gewickelt, der einen kleinen Luftspalt besitzt, in dem der Sensor 2 angeordnet ist. Die Spule 5 mit ihrem Kern 38 und der Sensor 2 sind auf einem isolierenden Plättchen 39, z.B. einem Keramikplättchen, montiert, welches in der Nähe des Zentrums des ringförmigen ferromagnetischen Kernes 38 eine Öffnung besitzt, durch welche ein Stromleiter 40 annähernd senkrecht zur Ebene des Keramikplättchens 39 hindurchgeführt ist. Im Stromleiter 40 fliesst z.B. ein das zu messende Magnetfeld Hm erzeugender Strom Im-

Der in der Fig. 12 dargestellte kompensierte Magnetfeldsensor mit Mikrocomputer besteht aus dem eigentlichen kompensierten Magnetfeldsensor 1, der den in der Fig. 1 dargestellten Aufbau besitzt, einem Differentiator 41, einer «Sample/Hold»-Schaltung 42, einem Analog/Digital-Wandler 43, einem Mikrocomputer 44 und einem Digital/Analog-Wandler 45. Der Plus-Eingang des ersten Differenzgliedes 8a ist im kompensierten Magnetfeldsensor 1 (siehe Fig. 1) auf eine Eingangsklemme 46 des kompensierten Magnetfeldsensors 1 geführt. Die Eingangsklemme 46, die normalerweise direkt an Masse liegt, ist im Falle der Fig. 12 mit dem Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 45 verbunden. Der Analog-Ausgang 11 des kompensierten Magnetfeldsensors 1 ist in der angegebenen Reihenfolge über den Differentiator 41, die «Sample/Hold»-Schaltung 42 und den Analog/Digital-Wandler 43 auf einen Daten-Eingang/Ausgang des Mikrocomputers 44 geführt. Dieser Daten-Eingang/Aus-gang ist noch zusätzlich mit dem Eingang des Digital/Analog-Wandlers 45 verbunden. Der zweite Starteingang 20 des kompensierten Magnetfeldsensors 1 liegt an Masse und ist somit ausser Betrieb. Die digitalen Bauelemente der in der Fig. 12 dargestellten Schaltung können natürlich auch durch entsprechende analoge Bauelemente ersetzt werden.

Funktionsbeschreibung

Der in der Fig. 1 dargestellte kompensierte Magnetfeldsensor 1 enthält, wie bereits erwähnt, zwei Regelkreise, die abwechselnd zeitlich nacheinander in Betrieb sind. Der elektrische zweite Regelkreis E ist dabei jeweils nur kurzzeitig, während einer kurzen Zeitdauer At in Betrieb. Der in beiden Regelkreisen M und E enthaltene Sensor 2 misst die Magnetfelddifferenz (Hm - Hr) zwischen einem zu messenden Magnetfeld Hm und einem Kompensations-Magnetfeld Hk und wandelt sie in eine elektrische Spannung U0 um. Der Schalter 3 führt unter anderem das Messresultat des Sensors 2 entweder dem ersten oder dem zweiten Regelkreis zu.

Ist infolge einer Relgelung hm = hk (d,

so gilt:

nm • im = nk ik ' (2)

und

Ik = (Nm/Nk) • IM (3),

wobei Nk die Anzahl Windungen der Spule 5 darstellt. Nm repräsentiert die Anzahl Windungen einer nicht dargestellten Spule, mit dessen Hilfe z.B. ein zu messender Strom Im das Magnetfeld Hm erzeugt. Ist der Wert des zu messenden Stromes Im gross, so wird in der Regel ein kleiner Wert für Nm gewählt. Ist der Sensor 2 anderseits ein Halbleiter-Bauelement mit entsprechend kleinen räumlichen Abmessungen, so kann aus räumlichen Gründen auch die Spule 5 nur wenige Windungen besitzen. Es gelten dann Nm .= Nk und gemäss der Gleichung (3) Ik = Im, womit der Kompensationsstrom Ik ebenfalls einen hohen Wert besitzen würde und niemals direkt vom ersten Regler 4 erzeugt werden könnte, der auch ein Halbleiter-Bauelement ist. Um dies trotzdem zu bewerkstelligen, wird der elektrische zweite Regelkreis E benötigt, der in Betrieb genommen wird, sobald der mit Hilfe des Widerstandes 6 gemessene Kompensationsstrom Ik im Absolutwert den Referenzwert Ir bzw. der Spannungsabfall über dem Widerstand 6 im Absolutwert den Wert der Referenzspannung Ur erreicht. Dem Referenzwert Ir des Kompensationsstromes Ik entspricht der Referenzwert Hr des Kompensations-Magnetfeldes Hr. Der Absolutwert des Kompensationsstromes Ik wird somit immer unterhalb eines vorgegebenen Referenzwertes Ir gehalten. Das gleiche gilt für den Absolutwert des Kompensations-Magnetfeldes Hk, der immer unterhalb seines vorgegebenen Referenzwertes Hr gehalten wird.

Die Messung wird im Augenblick t = 0 gestartet, wenn z.B. das in der Fig. 3 dargestellte zu messende sinusförmige Magnetfeld hm den Wert Null besitzt, indem in diesem Augenblick ein Startimpuls auf den ersten Starteingang 19 des in der Fig. 1 dargestellten kompensierten Magnetfeldsensors 1 gegeben wird, dessen zweiter Starteingang 20 nur in der Gegentaktschaltung der Fig. 6 benötigt wird und hier weggelassen werden kann.

Der Startinpuls erreicht über den ersten Starteingang 17 des Spannungsdetektors 7 (siehe Fig. 2) und über das zweite Oder-Gatter 25 den Eingang des Verzögerungsgliedes 26, welches eine Verzögerungszeit At besitzt. Während dieser Verzögerungszeit At hat der Schalter 3 die in der Fig. 1 dargestellte Position, d.h. der Öffnungskontakt des ersten Umschalters 3b, der Öffnungskontakt 3c und der Öffnungskontakt des zweiten Umschalters 3d sind geschlossen, so dass die beiden Regler 4 und 9 je einen Sollwert Null besitzen. In der Nähe des Startaugenblik-kes ist der Kompensationsstrom Ik gleich Null und somit das Kompensations-Magnetfeld Hk ebenfalls gleich Null, so dass das magnetische Eingangssignal Hm - Hk des Sensors 2 ebenfalls annähernd gleich Null ist. Der zweite Regler 9 regelt mit Hilfe des elektrischen zweiten Regelkreises E und des Eingangssignals Ue am elektrischen Eingang des Sensors 2 dessen Aus-gangsspanung U0 auf Null, wobei das magnetische Eingangssignal Hm - Hk = 0 des Sensors 2 als Störgrösse wirksam ist. Das elektrische Eingangssignal Ue kompensiert somit die gesamte Wirkung der «Offset»-Spannungen des elektrischen zweiten Regelkreises E, insbesondere die Wirkung der «Offset»-Spannungen des Sensors 2, sowie die Wirkung der Störgrösse

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Hm - Hk = 0. Die im zweiten Regler 9 benötigte elektrische Spannung zur Erzeugung des elektrischen Eingangssignals Ue bzw. zur Annullierung der Ausgangsspannung U0 des Sensors 2 wird innerhalb des zweiten Reglers 9 in einem Spannungsspeicher, z.B. einem nicht dargestellten Kondensator, gespeichert, so dass, wenn in der nachfolgenden Betriebsphase der Öffnungskontakt 3c geöffnet wird, das elektrische Eingangssignal Ue am Eingang des Sensors 2 erhalten und somit während dieser nachfolgenden Betriebsphase wirksam bleibt. Das vom elektrischen zweiten Regelkreis E ermittelte und erzeugte Eingangssignal Ue stellt den Arbeitspunkt des Sensors 2 ein.

Nach Ablauf der kurzen Zeitdauer At, die genügend gross gewählt ist, dass der elektrische zweite Regelkreis E einerseits genügend Zeit hat einzuschwingen und der Spannungsspeicher anderseits genügend Zeit hat geladen zu werden, erscheint am Ausgang des Verzögerungsgliedes 26 (siehe Fig. 2) ein Logikwert «1», der über das dritte Oder-Gatter 27 das D-Flip Flop 28 umschaltet, welches vorher im Startaugenblick t = 0 mit Hilfe seines Rückstelleinganges R auf die in der Fig. 2 dargestellte Nullstellung zurückgestellt worden ist. Am Q-Ausgang des D-Flip Flop 28 erscheint somit ein Logikwert «1», der über den NPN-Transistor 29 den Schalter 3 umschaltet. In der Fig. 1 öffnet der Öffnungskontakt 3c, so dass sowohl der Ladevorgang des Spannungsspeichers als auch der Regelvorgang des elektrischen zweiten Regelkreises E unterbrochen wird. Die Wirkung der erwähnten «Offset»-Spannungen wird jedoch weiterhin durch die im Spannungsspeicher gespeicherte Spannung über den elektrischen Eingang des Sensors 2 kompensiert. Gleichzeitig veranlasst das Umschalten des Schalters 3 das Schliessen des Schliesskontaktes des Umschalters 3b, der dadurch den elektromagnetischen ersten Regelkreis M in Betrieb nimmt. Der elektromagnetische erste Regelkreis M besitzt ebenfalls einen Sollwert Null und hat als Istwert die Ausgangsspannung U0 des Sensors 2. Der elektromagnetische erste Regelkreis M erzeugt somit ein Kompensations-Magnetfeld Hk solcher Stärke, dass die Ausgangsspannung U0 des im elektromagnetischen ersten Regelkreis M enthaltenen Sensors 2 annähernd Null wird. Unter der Annahme, dass das zu messende Magnetfeld Hm seit dem Startaugenblick t = 0 am Steigen ist, steigt auch der Kompensationsstrom Ik von Null beginnend, proportional zum zu messenden Magnetfeld Hm an. Sobald der in diesem Fall positive Kompensationsstrom Ik den Referenzwert Ir bzw. sein über dem Widerstand 6 verursachter Spannungsabfall den Wert der Referenzspannung Ur erreicht, schaltet der erste Komparator 21 (siehe Fig. 2) den Schalter 3 wieder zurück in seine ursprüngliche in der Fig. 1 dargestellte Position.

Dies geschieht folgendermassen:

Der Spannungsdetektor 7, der den Spannungsabfall über dem Widerstand 6 fortlaufend überwacht, schaltet den Umschalter 3 um, sei es mit Hilfe des ersten Komparators 21 (siehe Fig. 2), wenn ein positiver Spannungsabfall den Wert der Referenzspannung Ur erreicht, sei es mit Hilfe des zweiten Komparators 22 (siehe Fig. 2), wenn ein negativer Spannungsabfall den Wert der Referenzspannung -Ur erreicht. Trifft einer dieser beiden Fälle ein, so erscheint im Spannungsdetektor 7 (siehe Fig. 2) am Ausgang des ersten und damit auch am Ausgang des dritten Oder-Gatters 23 und 27 ein Logikwert «1», der das D-Flip Flop 28 und damit auch über den NPN-Transistor 29 und den ersten Ausgang 12 des Spannungsdetektors 7 den Schalter 3 der Fig. 1 betätigt.

Das Zurückschalten des Schalters 3 geschieht nicht, wie in der Fig. 4 dargestellt, unendlich schnell mit einer senkrechten rückwärtigen Flanke der Kompensationsstrom-Impulse, sondern gemäss der Darstellung der Fig. 5 mit einer mit der Zeit z.B. linear abnehmenden rückwärtigen Flanke der Dauer At. Es wird angenommen, dass die Kontakte 3b und 3c ungefähr gleichzeitig umgeschaltet werden. D.h., dass nun während der

Dauer At einerseits der Kompensationsstrom Ik mit Hilfe des ersten Reglers 4 auf Null geregelt wird und anderseits der zweite Regler 9 in Betrieb genommen wird, um die Ausgangsspannung U0 des Sensors 2 auf Null zu regeln. Während dieser Betriebsphase wirkt auf den elektrischen Regelkreis E die Magnetfelddifferenz (Hm - Hk) wieder als Störgrösse. Diese ist zur Zeit tl (siehe Fig. 5) ungefähr Null, da Hm — Hk, und erreicht zum Zeitpunkt t2 den Wert Hm, da Hk — 0. Nach Ablauf der kurzen Zeitdauer At ist somit ein neuer Wert des Eingangssignals Ue des Sensors 2 vorhanden, der ausser der Wirkung der erwähnten «Offset»-Spannungen noch zusätzlich die «Off-set»-Wirkung des Magnetfeldes HM zur Zeit t2 berücksichtigt, die dem Kompensations-Magnetfeld Hk = Hr zur Zeit tl plus einem kleinen Restfeld entspricht. Zum Zeitpunkt t2 ist eine erste Periode des zeitlichen Verlaufes des Kompensationsstromes Ik abgeschlossen und das Verzögerungsglied 26 (siehe Fig. 2) kann eine zweite Periode einleiten. Im Augenblick, als der Kompensationsstrom Ik während der ersten Periode den Referenzwert Ir erreichte, ist der vom ersten Komparator 21 (siehe Fig. 2) erzeugte Lögikwert «1» auch über das zweite Oder-Gat-ter 25 dem Eingang des Verzögerungsgliedes 26 zugeführt worden, so dass nach Ablauf der Zeitdauer At erneut ein Logikwert «1» an dessen Ausgang und damit auch am Ausgang des dritten Oder-Gatters 27 erscheint, der wiederum über das D-Flip Flop 28 und den NPN-Transistor 29 den Schalter 3 betätigt, so dass der elektrische zweite Regelkreis E wieder ausser Betrieb und der elektromagnetische erste Regelkreis M wieder in Betrieb gesetzt wird. Die zweite Periode des Kompensationsstromes Ik wird so eingeleitet, und der Kompensationsstrom Ik steigt erneut, beim Nullwert beginnend, bis zum Referenzwert IR an.

Es folgen weitere Perioden eines positiven Kompensationsstromes (siehe Fig. 4), und zwar bis zu dem Augenblick, in dem das zu messende Magnetfeld Hm zu sinken beginnt. Kurz vor diesem Augenblick steigt der Kompensationsstrom Ik zwar zuerst noch positiv an, er erreicht jedoch in der Regel den Referenzwert Ir nicht mehr, sondern beginnt vorher zu sinken und wird negativ. Diesmal schaltet der zweite Komparator 22 (siehe Fig. 2) den Schalter 3 um, wenn der negative Kompensationsstrom Ik den Referenzwert -Ir unterschreitet oder, was auf das gleiche herauskommt, wenn der Absolutwert des Kompensationsstromes Ik den Referenzwert Ir überschreitet. Die nachfolgenden Kompensationsstrom-Perioden sind so lange negativ, bis das zu messende Magnetfeld Hm wieder seine Richtung ändert und einen steigenden Verlauf annimmt. Ab diesem Augenblick sind die Kompensationsstrom-Perioden wieder positiv (siehe Fig. 4), usw.

Beim soeben beschriebenen Verfahren wird sowohl im Startaugenblick als auch jedesmal dann, wenn der gemessene Kompensationsstrom Ik den Referenzwert Ir im Absolutwert erreicht, dies festgestellt, der Sollwert des Kompensationsstromes Ik auf Null gesetzt und kurzzeitig vom elektromagnetischen ersten Regelkreis M auf den elektrischen zweiten Regelkreis E umgeschaltet. Während jeweils der kurzen Zeitdauer At wird einerseits Ik bzw. Hk auf Null geregelt, d.h. zum Zeitpunkt t2 wird der Sensor 2 rein elektrisch kompensiert, und anderseits wird mittels des elektrischen zweiten Regelkreises E das Eingangssignal Ue und damit der Arbeitspunkt des Sensors 2 so ermittelt und nachgeführt, dass das zu messende Magnetfeld Hm gleich wird der Summe bestehend aus dem Kompensations-Magnetfeld Hk und einem scheinbar vorhandenen Magnetfeld, das gleich ist einem Vielfachen des vorgegebenen Referenzwertes Hr des Kompensations-Magnetfeldes Hk, korrigiert um den Wirkungswert aller restlichen im elektrischen zweiten Regelkreis E vorhandenen «Offset»-Spannungen. Das Vielfache ist dabei gleich der Anzahl Perioden des positiven Kompensationsstromes Ik minus der Anzahl Perioden des negativen Kompensationsstromes Ik, die seit dem Startaugenblick bis zur Erzeugung

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des neuen Wertes von Ue verflossen sind, wobei allerdings nur die bis zum Erreichen des Referenzwertes Ir bzw. -Ir voll durchlaufenden Perioden gezählt werden.

Nach Ablauf der Zeitdauer At ist der neue Arbeitspunkt des Sensors 2 mit Hilfe des elektrischen zweiten Regelkreises E eingestellt. Anschliessend wird der elektrische Regelkreis E geöffnet und gleichzeitig die Erzeugung des Kompensationsstromes Ik mit Hilfe des elektromagnetischen ersten Regelkreises M wieder in Betrieb genommen.

In der Fig. 4 wurde angenommen, dass der Referenzwert Ir sehr klein ist. Ist dies der Fall, so können die vorderseitigen Flanken der Kompensationsstrom-Perioden als linear und die Perioden selber in erster Annäherung als dreieckförmig angenommen werden.

Der in der Fig. 2 dargestellte Vorwärts/Rückwärts-Zähler 24 zählt die Anzahl Umschaltungen des Umschalters 3, wobei der Vorwärts/Rückwärts-Zähler 24 beim Erreichen des Referenzwertes Ir durch den positiven Kompensationsstrom Ik binär vorwärts und beim Erreichen des Referenzwertes -Ir durch den negativen Kompensationsstrom binär rückwärts zählt. Da jeder Zähler des Vorwärts/Rückwärts-Zählers 24 einen Eichwert Ir besitzt, bedeutet dies, dass im Vorwärts/Rückwärts-Zähler 24 fortlaufend ein Digitalwert gespeichert ist, der dem augenblicklichen Wert des zu messenden Magnetfeldes Hm entspricht, wobei jedes Bit die Wertigkeit Ir besitzt. Mit anderen Worten: Das zu messende Magnetfeld Hm wurde digitalisiert und sein digitaler Augenblickswert ist im Vorwärts/Rückwärts-Zähler 24 gespeichert, dessen Parallelausgänge einen Bus-Ausgang bilden, der über eine Bus-Verbindung mit dem Bus-Ausgang 15 des Spannungsdetektors 7 verbunden ist. Der Bus-Ausgang 15 des letzteren ist seinerseits ein Teil des Digital-Ausganges 26 des kompensierten Magnetfeldsensors 1. Die nicht voll bis zum Erreichen des Referenzwertes Ir bzw. -Ir durchlaufenen und somit auch nicht gezählten Perioden des Kompensationsstromes Ik stellen Digitalisierungsfehler dar, die um so kleiner sind, je kleiner der Referenzwert Ir ist.

Um die Genauigkeit der Digitalisierung zu erhöhen, kann der digitalisierte Wert des Magnetfeldes Hm, der ein Vielfaches des Referenzwertes Hr ist, während der Betriebsphase des ersten Regelkreises M um den mit Hilfe des Analog/Digital-Wandlers 8c gewandelten Kompensationsstrom Ik genauer er-fasst werden. Dies geschieht durch Addition, indem der durch den Kompensationsstrom Ik im Widerstand 6 erzeugte Spannungsabfall über den Schliesskontakt des zweiten Umschalters 3d dem Analog/Digital-Wandler 8c und anschliessend als Digitalwert dem Digital-Ausgang 16 des kompensierten Magnetfeldsensors 1 zugeführt wird, wo dieser Digitalwert die untersten Bits des zu messenden Magnetfeldes Hm darstellt.

Wie bereits erwähnt, ist das zu messende Magnetfeld Hm während der Zeitdauer At in der Regel nicht konstant, sondern veränderlich, so dass der Kompensationsstrom Ik am Ende der Zeitdauer At im Augenblick t2 (siehe Fig. 5) nicht den Wert Null, sondern bereits einen Anfangswert lK,t2 besitzen sollte. Diese Anfangswert-Korrektur kann mit Hilfe einer der drei nachfolgenden Methoden realisiert werden.

In einer ersten Methode wird die in der Fig. 6 dargestellte Gegentaktschaltung verwendet. Es werden in ihr zwei identische kompensierte Magnetfeldsensoren la und lb in Gegentakt betrieben, so dass, wenn in einem von beiden der elektromagnetische erste Regelkreis M in Betrieb ist, im anderen der elektrische zweite Regelkreis E in Betrieb ist. Der weitere Schalter 30 leitet mit Hilfe seines Umschalters 30b das analoge Ausgangssignal desjenigen kompensierten Magnetfeldsensors la bzw. lb zum Ausgang det Gegentaktschaltung weiter, dessen elektromagnetischer erster Regelkreis M gerade in Betrieb ist. Der zeitliche Verlauf der analogen Ausgangsspannungen Ui bzw. U2 der beiden kompensierten Magnetfeldsensoren la und lb ist in der Fig. 7 bzw. der Fig. 8 dargestellt, aus denen ersichtlich ist, dass die Zeitdauer At eines der beiden kompensierten Magnetfeldsensoren la bzw. lb zeitlich jeweils durch die Anstiegszeit tR des anderen kompensierten Magnetfeldsensors lb bzw. la überbrückt wird. Die Anstiegszeit tR beginnt dabei jeweils zum Be-5 ginn der Zeitdauer At des anderen kompensierten Magnetfeld-sensors, d.h. zu einem Augenblick, im dem das zu messende Magnetfeld Hm noch keine Zeit hatte, seinen augenblicklichen Wert zu verlassen. Innerhalb der einzelnen kompensierten Magnetfeldsensoren la und lb bedarf es somit auch keiner An-10 fangswert-Korrektur. Diese wird automatisch realisiert durch das Zusammenschalten der beiden kompensierten Magnetfeldsensoren la und lb.

In einer zweiten Methode wird der Wert Ir und die Steilheit (dlK/dt) des Kompensationsstromes Ik im Augenblick tl zu Be-15 ginn der jeweiligen Zeitdauer At, da messbar, als bekannt vorausgesetzt. Unter der Annahme, dass die Zeitdauer At sehr kurz ist, kann z.B. in erster Annäherung angenommen werden, dass sich das zu messende Magnetfeld Hm vom Augenblick tl an mit gleicher Steilheit (dlK/dt)ti weiter verändert wie diejeni-20 ge, die es im Augenblick tl besass. Es kann somit das Vorhandensein eines linearen Zusammenhanges angenommen werden zwischen dem Anfangswert Ik,i2 im Augenblick t2 zu Beginn der nächsten Periode des Kompensationsstromes Ik und dem Endwert Ik.u = Ir im Augenblick tl zu Beginn der Zeitdauer At 25 der laufenden Periode des Kompensationsstromes Ik.

Es gilt dann:

lK,t2 = (dlK/dt)ti • At (4).

30 Die Werte Ir und At sind bekannt und z.B. in einem Schreib/Lese-Speicher (RAM) des Mikrocomputers 44 gespeichert. Die Steilheit dlK/dt des Kompensationsstromes Ik wird mit Hilfe des Differentiators 41 der in der Fig. 12 dargestellten Schaltung fortlaufend ermittelt, im Augenblick tl, wenn der ge-35 messene Kompensationsstrom Ik den Referenzwert Ir erreicht, mit Hilfe der «Sample/Hold»-Schaltung 42 jeweils abgetastet und der abgetastete analoge Wert (dIK/dt)ti der Steilheit jeweils nach seiner mit Hilfe des Analog/Digital-Wandlers 43 vollzogenen Umwandlung in einen Digitalwert im Schreib/Lese-Spei-40 eher (RAM) des Mikrocomputers 44 abgespeichert. Der Mikrocomputer 44 errechnet anschliessend mit Hilfe der Formel (4) den Digitalwert des Anfangswertes Ik,i2, der seinerseits auch im Schreib/Lese-Speicher (RAM) des Mikrocomputers 44 unter einer geeigneten Adresse abgespeichert wird. Der so berechnete 45 Anfangswert Ik.12 wird bis zum Ablauf der Zeitdauer At anstelle des Nullwertes als Sollwert für den Kompensationsstrom Ik auf den Plus-Eingang des ersten Differenzgliedes 8a über die Eingangsklemme 46 des kompensierten Magnetfeldsensors 1 gegeben (siehe Fig. 1). Nach Ablauf der Zeitdauer At ist somit so anstelle von Ik = 0 der berechnete Anfangswert lK,t2 des Kompensationsstromes Ik eingestellt. In der nachfolgenden Betriebsphase, in der der elektromagnetische erste Regelkreis M die Kompensation durchführt, ist der Plus-Eingang des ersten Differenzgliedes 8a wieder auf eine nicht dargestellte Weise, z.B. 55 mittels eines Relaiskontaktes, an Masse zu legen.

In einer dritten Methode kann die zweite Methode insofern abgewandelt werden, dass die mit Hilfe des Analog/Digital-Wandlers 43 in Digitalwerte umgewandelten Werte der Steilheit (dlK/dt)ti zwar im Schreib/Lese-Speicher des Mikrocompu-60 ters 44 abgespeichert werden, dass dann aber mittels des Mikrocomputers 44 jeweils ein am Ende einer jeweiligen Betriebsdauer At des elektrischen zweiten Regelkreises E geltender Korrekturwert für das zum Zeitpunkt tl digitalisierte Magnetfeld Hm in Funktion des Summenwertes Ik.u + (dlK/dt)ti • At errech-65 net wird, wobei Ik,« — Ir der Wert des Kompensationsstromes Ik im Augenblick tl zu Beginn der Betriebsdauer At des elektrischen zweiten Regelkreises E ist.

Statt mit Digitalwerten kann bei der Methode zwei oder drei

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natürlich auch mit Analogwerten gearbeitet werden unter der Voraussetzung, dass die digitalen Bauelemente durch entsprechende analoge Bauelemente ersetzt werden.

Vorhandenes Rauschen kann die Genauigkeit der Messung negativ beeinflussen oder sogar die beiden Regler 4 und 9 in die Sättigung treiben. Eine Vergrösserung der Verstärkungsfaktoren der Regler würde zwar das Nutzsignal vergrössern, jedoch auch den Einfluss des Rauschens verstärken, so dass schlussendlich nichts gewonnen wäre. Der Einsatz eines Magnetfeld-Konzentrators gemäss einer der drei Figuren 9 bis 11 verkleinert den negativen Einfluss des Rauschens. In den Figuren 9 und 10 besteht der Magnetfeld-Konzentrator aus den beiden Dünnfilmen 34 und 35 und in der Fig. 11 aus dem ferromagnetischen Kern 38. Die Feldlinien des von der Spule 5 erzeugten Kompensations-Magnetfeldes Hk werden durch das eisenhaltige Material der Dünnfilme 34 und 35 im jeweiligen Luftspalt bzw. des 5 ferromagnetischen Kernes 38 verdichtet, d.h. um einen konstanten Faktor (x verstärkt. Das verstärkte Kompensations-Magnetfeld |i • Hk wird anschliessend im betreffenden Luftspalt durch den Sensor 2 gemessen. Auf diese Art wird das Nutzsignal verstärkt, ohne dass dabei auch gleichzeitig das Rauschen io verstärkt wird, so dass dessen prozentualer Anteil am gemessenen Kompensationsstrom Ik sinkt und daher die Messung weniger stark beeinflusst.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims (18)

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1. Verfahren zum Messen eines Magnetfeldes (Hm), wobei mittels eines ersten Regelkreises (M) ein Kompensations-Magnet-feld (Hk) solcher Stärke als Istwert erzeugt wird, dass die Ausgangsspannung (Uo) eines im Regelkreis (M) enthaltenen Sensors (2) annähernd Null wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines zweiten ebenfalls den Sensor (2) enthaltenden Regelkreises (E) der Arbeitspunkt des Sensors (2) so ermittelt und nachgeführt wird, dass das Kompensations-Magnetfèld (Hk) nur noch die Differenz zwischen dem zu messenden Magnetfeld (Hm) und einem scheinbar vorhandenen Magnetfeld, das gleich ist einem Vielfachen eines vorgegebenen Referenzwertes (Hr) des Kompensations-Magnetfeldes (Hk) korrigiert um den allen im zweiten Regelkreis (E) vorhandenen «Offset»-Spannungen äquivalenten Magnetfeldwert, kompensieren muss, wobei die beiden Regelkreise (M, E) zeitlich abwechselnd in Betrieb gesetzt werden und der Absolutwert des Kompensations-Magnetfeldes (Hk) immer jeweils unterhalb des vorgegebenen Referenzwertes (Hr) des Kompensations-Magnetfeldes (Hk) gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensations-Magnetfeld (Hk) mittels eines Kompensationsstromes (Ik) erzeugt wird und dass sowohl im Startaugenblick als auch jedesmal dann, wenn der Kompensationsstrom (Ik) im Absolutwert einen Referenzwert Ir erreicht, dies festgestellt, der Sollwert des Kompensationsstromes (Ik) auf Null gesetzt und kurzzeitig vom ersten Regelkreis (M) auf den zweiten Regelkreis (E) umgeschaltet wird.

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PATENTANSPRÜCHE

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass fortlaufend mit Hilfe eines Differentiators (41) die Steilheit dlk/dt des Kompensationsstromes (Ik) ermittelt wird, dass jedesmal dann, wenn der Kompensationsstrom (Ik) im Zeitpunkt tl den Referenzwert Ir erreicht, die analogen Werte der Steilheit dlK/dt mit Hilfe einer «Sample/-Hold»-Schaltung (42) abgetastet werden, dass die abgetasteten analogen Werte der Steilheit (dlK/dt)u jeweils anschliessend mit Hilfe eines Analog/Di-gital-Wandlers (43) in Digitalwerte umgewandelt werden, dass die Digitalwerte anschliessend jeweils in einem Schreib/Lese-Speicher eines Mikrocomputers (44) abgespeichert werden, dass mittels des Mikrocomputers (44) jeweils ein Anfangswert Ik,i2 des Kompensationsstromes (Ik) mit Hilfe der Formel Ik,t2 = (dIK/dt)ti • At errechnet wird, wobei At die jeweilige Betriebsdauer des zweiten Regelkreises (E) und t2 = ti + At ist, und dass der Anfangswert lk,t2 des Kompensationsstromes (Ik) bis zum Ablauf der Betriebsdauer At als Sollwert für den Kompensationsstrom (Ik) verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass fortlaufend mit Hilfe eines Differentiators (41) die Steilheit dlk/dt des Kompensationsstromes (Ik) ermittelt wird, dass jedesmal dann, wenn der Kompensationsstrom (Ik) im Zeitpunkt tl den Referenzwert Ir erreicht, die analogen Werte der Steilheit dlK/dt mit Hilfe einer «Sample/-Hold»-Schaltung (42) abgetastet werden, dass die abgetasteten analogen Werte der Steilheit (dlK/dt)t! jeweils anschliessend mit Hilfe eines Analog/Digital-Wandlers (43) in Digitalwerte umgewandelt werden, dass diese Digitalwerte anschliessend jeweils in einem Schreib/Lese-Speicher eines Mikrocomputers (44) abgespeichert werden, dass mittels des Mikrocomputers (44) jeweils ein am Ende einer jeweiligen Betriebsdauer At des zweiten Regelkreises (E) geltender Korrekturwert für das zum Zeitpunkt tl digitalisierte Magnetfeld (Hm) in Funktion des Summenwertes Ik,u + (dlk/dt)n

• At errechnet wird, wobei Ik.ii der Wert des Kompensationsstromes (Ik) im Augenblick ti zu Beginn der Betriebsdauer At des zweiten Regelkreises (E) ist.

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5. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, enthaltend einen ersten Regelkreis (M) zur Erzeugung eines Kompensations-Magnetfeldes (Hr) solcher Stärke, dass die Ausgangsspannung (U0) eines im Regelkreis (M) enthaltenen Sensors (2) annähernd Null ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter ebenfalls den Sensor (2) enthaltender Regelkreis (E) vorhanden ist zur Ermittlung und zur Nachführung des Arbeitspunktes des Sensors (2), wobei der zweite Regelkreis (E) einen elektrischen Eingang des Sensors (2) beinhaltet, und dass eine Umschalteinrichtung (3; 6; 7) zur zeitlich abwechselnden Inbetriebsetzung der beidenRegelkreise (M, E) vorhanden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Regelkreis (M) ausser aus dem Sensor (2) noch aus einem Differenzglied (8b), einem Umschalter (3b), einem ersten Regler (4) und einem Element zur Erzeugung des Kom-pensations-Magnetfeldes (Hk) besteht.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Regler (4) einen Transkonduktanz-Verstärker enthält.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Element zur Erzeugung des Kompensations-Magnetfeldes (Hk) eine von einem Kompensationsstrom (Ik) durchflossene Spule (5) ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (5) eine metallische spiralförmige Flachspule ist, die an der Oberfläche eines Halbleiterkristalls (33) aufgetragen ist, dass der Sensor (2) an der Oberfläche in den Halbleiterkristall (33) eindiffundiert ist, dass sich oberhalb des Sensors (2) und annähernd unterhalb der Mitte einer Spulenhälfte der Spule (5) ein schmaler Luftspalt zwischen zwei ferromagnetischen Dünnfilmen (34, 35) befindet, und dass die beiden Dünnfilme (34, 35) elektrisch vollständig isoliert auf der Oberfläche des Halbleiterkristalls (33) zwischen dieser Oberfläche und der Spulenhälfte so befestigt sind, dass ein Dünnfilm sich in der Verlängerung des anderen befindet.

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10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (5) eine Minispule ist, die auf einen Spulenkörper (37) gewickelt ist, in dessen Eisenkern-Raum und diesen möglichst vollständig ausfüllend ein Halbleiterkristall (33) angeordnet ist, dass der Sensor (2) an der Oberfläche in den Halbleiterkristall (33) eindiffundiert ist, dass sich oberhalb des Sensors (2) ein schmaler Luftspalt zwischen zwei ferromagnetischen Dünnfilmen (34, 35) befindet, und dass die beiden Dünnfilme (34, 35) elektrisch isoliert auf der Oberfläche des Halbleiterkristalls (33) so befestigt sind, dass ein Dünnfilm sich in der Verlängerung des anderen befindet.

11. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (5) auf einen flachen ringförmigen ferromagnetischen Kern (38) gewickelt ist, der einen kleinen Luftspalt besitzt, in dem der Sensor (2) angeordnet ist, wobei der Sensor (2) und die Spule (5) mit ihrem Kern (38) auf einem isolierenden Plättchen (39) montiert sind, das in der Nähe des Zentrums des ringförmigen ferromagnetischen Kerns (38) eine Öffnung besitzt, durch welche ein Stromleiter (40), in dem ein das zu messende Magnetfeld (Hm) erzeugender Strom (IM) fliesst, annähernd senkrecht zur Ebene des Plättchens (39) hindurchführt.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Regelkreis (E) ausser aus dem Sensor (2), noch aus einem Differenzglied (8b), einem Öffnungskontakt (3c) und einem zweiten Regler (9) besteht.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Regler (9) als Spannungsspeicher ein Kondensator vorhanden ist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (3; 6; 7) aus einem Widerstand (6), einem Spanungsdetektor (7) und einem Schalter (3) besteht.

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15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsdetektor (7) einen ersten Komparator (21) und einen zweiten Komparator (22) enthält, deren Ausgänge mit je einem Eingang eines Oder-Gatters (23) verbunden sind.

16. Messeinrichtung eines Elektrizitätszählers mit einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15.

17. Anordnung mit zwei Einrichtungen (la, lb) nach Anspruch 5 zum Messen eines Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet, dass beide je einen Analog-Ausgang (IIa, IIb) besitzen, der über einen gemeinsamen weiteren Umschalter (30b) mit dem Ausgang der Anordnung verbunden ist, und dass beide Einrichtungen in Gegentakt betrieben sind.

18. Messeinrichtung eines Elektrizitätszählers mit einer Anordnung nach Anspruch 17.