CH673160A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung elektrischer Leistung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 2 749 784 ist eine Anordnung der eingangs genannten Art bekannt. In ihr wird am Ausgang eines Hallelementes ein Differentialverstärker benötigt, der einerseits einen grossen Eingangs-Gleichtaktbereich («Common mode voltage») und anderseits eine grosse Gleichtaktunterdrük-kung («Common mode rejection») aufweisen muss. Derartige Differentialverstärker sind kompliziert, aufwendig und teuer. Eine dem Hallelement nachgeschaltete Verarbeitungselektronik, unter anderem der Differentialverstärkerund ein dem Differentialverstärker nachgeschalteter Spannungs/ Frequenz-Wandler, müssen bei präzisen Messungen eine gute Linearität und eine hohe Störsignal-Unterdrückung, insbesondere eine hohe Nullspannungseinfluss-Unterdrückung besitzen, die Massnahmen bedingt, die in der DE-OS 2 749 784 nicht beschrieben sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine langzeit-stabile Anordnung zur Messung elektrischer Leistung zu schaffen, die eine hohe Empfindlichkeit und ein sehr grosses Nutzsignal/Störsignal-Verhältnis besitzt.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, die teilweise den Vorteil besitzen, keinen teuren und komplizierten Differentialverstärker am Ausgang des Hallelementes zu benötigen.

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

s Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Messung elektrischer Leistung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines als Signalquelle dienenden Reglers,

Fig. 3 ein Schaltbild einer ersten Variante einer Schaltein-10 richtung,

Fig. 4 ein Schaltbild einer zweiten Variante einer Schalteinrichtung,

Fig. 5 eine Draufsicht eines Hallelementes,

Fig. 6 einen Querschnitt des in der Fig. 5 dargestellten Hall-15 dementes,

Fig. 7 ein Schaltbild einer ersten Variante eines Überwa-chungs- und Steuergerätes,

Fig. 8 ein Schaltbild einer zweiten Variante eines Überwa-chungs- und Steuergerätes,

20 Fig. 9 Impulsdiagramme, die zur zweiten Variante gehören,

Fig. 10 ein Schaltbild eines Ausgangsfrequenzteilers, Fig. 11 ein Schaltbild des Eingangsteils eines Spannungs/ Frequenz-Wandlers,

25 Fig. 12 einen ersten Querschnitt A-B des Aufbaus einer ersten Variante eines Messwandlers,

Fig. 13 einen zweiten Querschnitt C-D des Aufbaus der ersten Variante eines Messwandlers,

Fig. 14 einen Aufbau einer zweiten Variante eines Mess-30 wandlers,

Fig. 15 einen Aufbau einer dritten Variante eines Messwandlers und Fig. 16 ein Blockschaltbild eines Elektrizitätszählers.

35 Gleiche Bezugszahlen bezeichnen in allen Figuren der Zeichnung gleiche Teile.

Alle Komponenten der beschriebenen Einrichtungen sind z. B. in CMOS-Technologie aufgebaut und werden dann von einer positiven Speisegleichspannung Vdd und einer negalo tiven Speisegleichspannung - |Vss| gespeist, die beide die Masse als Bezugspotential besitzen. Die Speisegleichspannungen Vdd und — | Vss | werden z. B. mit Hilfe eines Netzgleichrichters auf an sich bekannte Weise von der Spannung un eines elektrischen Versorgungsnetzes abgeleitet. In der 45 Zeichnung sind der Netzgleichrichter und die Speisegleichspannungen Vdd und — [Vss |, obwohl immer vorhanden, aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

In der Zeichnung sind alle fakultativ vorhandenen Verbindungen und Komponenten gestrichelt gezeichnet. Alle Takt-50 eingänge, die mit positivgehenden Flanken gesteuert werden, sind in der Zeichnung symbolisch mit je einem weissen Dreieck gekennzeichnet, während alle Takteingänge, die mit negativgehenden Flanken gesteuert werden, symbolisch mit je einem schwarzen Dreieck versehen sind.

55 Die in der Fig. 1 dargestellte Anordnung besteht aus einem von einem elektrischen Strom i durchflossenen Leiter 1, einem durch den Strom i erregten ferromagnetischen Kern 2, einem Hallelement 3 als Magnetfeldsensor und Multiplizierer, einem ersten Polumschalter 4, einem Regelverstärker 60 5, einem ersten Spannungs/Strom-Wandler 6, einem Spannungs/Frequenz-Wandler 7, einem Steuergerät 8 und fakultativ einem Hochpassverstärker 9. Der ferromagnetische Kern 2 ist annähernd geschlossen und vorzugsweise drei-schenklig. Sein Mittelschenkel 10 besitzt mindestens einen 65 Luftspalt 11, in dem das Hallelement 3 angeordnet ist. Der Mittelschenkel 10 mit dem Hallelement 3 ist ausserdem mindestens teilweise vom elektrischen Leiter 1 umgeben. Er ist vorzugsweise zwischen einem Hin- und einem Rückleiter des

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Leiters 1 angeordnet. Der Leiter 1 bildet vorzugsweise eine U-förmige Schleife 12. In diesem Fall sind der Hin- und der Rückleiter der U-förmigen Schleife 12 der Hin- und der Rückleiter des Leiters 1, zwischen denen das Hallelement 3 angeordnet ist. Der Strom I, der aus dem Versorgungsnetz mit der Spannung un in die Lastimpedanz Zl gespeist wird, fliesst durch die U-förmige Schleife 12. Der Spannungs/Fre-quenz-Wandler 7 besteht seinerseits aus einem fakultativ vorhandenen Addierglied 13, einem zweiten Spannungs/Strom-Wandler 14, einem fakultativ vorhandenen zweiten Polumschalter 15, einem Kondensator C, einem Überwachungsund Steuergerät 16, einem Ausgangsfrequenzteiler 17, einer Schalteinrichtung 18, einer ersten Signalquelle 19, einer zweiten Signalquelle 20, einem Taktgenerator 21 und einem Frequenzteiler 22.

Die beiden Polumschalter 4 und 15 sind gleich aufgebaut und bestehen je aus einem zweipoligen Umschalter, d. h. je aus zwei Umschaltkontakten 4a und 4b bzw. 15a und 15b, die z. B. mit Hilfe bekannter Halbleiter-Analogschalter in CMOS-Technologie aufgebaut sind. Dabei ist (siehe Fig. 1, Symbole in den Blöcken 4 und 15) ein erster Eingangspol der Polumschalter 4 und 15 sowohl über einen Ruhekontakt des ersten Umschaltkontaktes 4a bzw. 15a mit einem ersten ihrer Ausgangspole als auch über einen Arbeitskontakt des ersten Umschaltkontaktes 4a bzw. 15a mit einem zweiten ihrer Ausgangspole verbunden, während ihr zweiter Eingangspol sowohl über einen Ruhekontakt des zweiten Umschaltkontaktes 4b bzw. 15b mit dem zweiten ihrer Ausgangspole als auch über einen Arbeitskontakt des zweiten Umschaltkontaktes 4b bzw. 15b mit dem ersten ihrer Ausgangspole verbunden ist.

Der nicht an Masse liegende Anschlusspol der Spannung un ist sowohl mit dem Eingang des Spannungs/Strom-Wandlers 6 als auch mit demjenigen des Steuergerätes 8 verbunden. Das Hallelement 3 besitzt zwei Eingangsanschlüsse 23 und 24, die zusammen einen Speiseeingang 23 ; 24 des Hallelementes 3 bilden, sowie zwei Ausgangsanschlüsse 25 und 26. Der erste Ausgangsanschluss 25 ist der einpolige Ausgang des Hallelementes 3. Das am zweiten Ausgangsanschluss 26 anstehende Spannungspotential ist das Bezugspotential der Ausgangsspannung des Hallelementes 3. Der das Bezugspotential führende Ausgangsanschluss 26 ist auf einen invertierenden Eingang des Regelverstärkers 5 geführt, dessen nichtin vertierender Eingang an Masse liegt und dessen Ausgang über den zweiten Umschaltkontakt 4b mit dem Eingangsanschluss 23 bzw. 24 des Hallelementes 3 verbunden ist. Der Polumschalter 4 ist an seinem Ausgang derart verdrahtet und an dem Hallelement 3, dem Spannungs/Strom-Wandler 6 und dem Regelverstärker 5 derart angeschlossen, dass er in seiner ersten Stellung, d. h. in der in der Figur 1 dargestellten Position, mit seinem ersten Umschaltkontakt 4a den Ausgang des Spannungs/Strom-Wandlers 6 mit dem ersten Eingangsanschluss 23 verbindet, so dass dieser Eingangsanschluss 23 einpolig am Spannungs/Strom-Wandler 6 angeschlossen ist, und dass er mit seinem zweiten Umschaltkontakt 4b den Ausgang des Regelverstärkers 5 mit dem zweiten Eingangsanschluss 24 verbindet. In der zweiten Stellung des Umschalters 4 ist dagegen umgekehrt der Ausgang des Spannungs/Strom-Wandlers 6 über den ersten Umschaltkontakt 4a mit dem zweiten Eingangsanschluss 24 verbunden, so dass diesmal der Eingangsanschluss 24 einpolig am Spannungs/ Strom-Wandler 6 angeschlossen ist, und der Ausgang des Regelverstärkers 5 über den zweiten Umschaltkontakt 4b mit dem ersten Eingangsanschluss 23 verbunden. Zwischen dem Ausgangsanschluss 25 des Hallelementes 3 und dem Eingang des Spannungs/Frequenz-Wandlers 7 ist der nur fakultativ vorhandene Hochpassverstärker 9 angeordnet.

In der Fig. 1 sind gleichzeitig zwei Varianten der Anordnung und von der zweiten Variante drei Untervarianten dargestellt. In allen Varianten und Untervarianten ist die Signalquelle 20 eine Konstantstromquelle, deren erster Anschluss an der negativen Speisegleichspannung -1 Vss | liegt und 5 deren zweiter Anschluss gemäss der Fig. 1 mit einem ersten Anschluss 18a der Schalteinrichtung 18 verbunden ist. In der ersten Variante und in der ersten Untervariante der zweiten Variante ist die Signalquelle 19 ebenfalls eine Konstantstromquelle, deren erster Anschluss diesmal an der positiven io Speisegleichspannung Vdd liegt und deren zweiter Anschluss den Ausgang der Signalquelle 19 bildet, der bei dieser Variante und dieser Untervariante an einem zweiten Anschluss 18b der Schalteinrichtung 18 bzw. an einem nicht an Masse liegenden Ausgangsanschluss des Spannungs/ is Strom-Wandlers 14 angeschlossen ist (siehe Fig. 1). In der zweiten und dritten Untervariante der zweiten Variante ist die Signalquelle 19 dagegen eine Spannungsquelle, nämlich eine Konstantspannungsquelle in der zweiten Unter variante oder ein Regler 27; 28 ; 29; 30 (siehe Fig. 2) in der dritten 20 Untervariante, deren negativer Anschluss jeweils an Masse liegt und deren positiver Anschluss jeweils den Ausgang der Signalquelle 19 bildet, der diesmal jeweils mit einem ersten Eingang des Addiergliedes 13 verbunden ist. Das Addierglied 13 ist nur bei diesen beiden letzten Untervarianten der 25 zweiten Variante und der zweite Polumschalter 15 nur bei der zweiten Variante vorhanden. In der dritten Untervariante der zweiten Variante kann der Hochpassverstärker 9 weggelassen werden, während der in dieser Untervariante als Signalquelle 19 verwendete Regler 27; 28 ; 29; 30 vorzugs-30 weise den in der Fig. 2 dargestellten Aufbau besitzt. Der Regler 27; 28 ; 29; 30 besteht gemäss der Fig. 2 aus einem Exklusiv-Oder Gatter 27, einem Vorwärts/Rückwärts-Zähler 28, einem Zwischenspeicher 29 und einem Digital/Analog-Wandler 30, die in der angegebenen Reihenfolge in Kaskade 35 geschaltet sind, wobei zwischen demVorwärts/Rückwärts-- Zähler 28 und dem Zwischenspeicher 29 einerseits und zwischen dem Zwischenspeicher 29 und dem Digital/Analog-Wandler 30 anderseits je eine Datenbus-Verbindung vorhanden ist. Der Ausgang des Steuergerätes 8 (siehe Fig. 1), an 40 dem ein Umschaltsignal A ansteht, ist bei dieser dritten Untervariante über einen ersten Eingang 19a der Signalquelle 19 mit einem ersten Eingang des Exklusiv-Oder-Gat-ters 27 und mit einem Takteingang des Zwischenspeichers 29 verbunden (siehe Fig. 2). Ein vom Frequenzteiler 22 gelie-45 fertes TaktsignalP und ein vom Ausgangsfrequenzteiler 17 geliefertes Signal W (siehe Fig. 1) ist über einen zweiten Eingang 19b der Signalquelle 19 auf einen zweiten Eingang des Exklusiv-Oder-Gaters 27 bzw. über einen dritten Eingang 19c der Signalquelle 19 auf einen Takteingang des Vorwärts/ so Rückwärts-Zählers 28 geführt (siehe Fig. 2). Der Ausgang des Exklusiv-Oder-Gatters 27 ist mit einem «Up/Down»-Ein-gang U/D des Vorwärts/Rückwärts-Zählers 28 verbunden. Der Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 30 bildet den Ausgang des Reglers 27 ; 28 ; 29 ; 30 und damit auch den Aus-55 gang der Signalquelle 19.

In der ersten Variante ist der Ausgangsanschluss 25 des Hallelementes 3 über den fakultativ vorhandenen Hochpassverstärker 9 direkt mit dem Eingang des Spannungs/Strom-Wandlers 14 verbunden, dessen Ausgang seinerseits zwei-60 polig direkt mit dem Kondensator C und dem zweipoligen Eingang des Überwachungs- und Steuergerätes 16 verbunden ist, da sowohl das Addierungsglied 13 als auch der Polumschalter 15 bei dieser Variante nicht vorhanden sind.

In allen drei Untervarianten der zweiten Variante ist der 65 Ausgang des Spannungs/Strom-Wandlers 14 dagegen zweipolig über den nachgeschalteten Polumschalter 15 mit dem diesem nachgeschalteten Kondensator C und dem zweipoligen Eingang des Überwachungs- und Steuergerätes 16 ver-

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bunden. Bei der ersten Untervariante fehlt das Addierglied werden und muss das Umschaltsignal B mittels nicht darge-

13, so dass der Ausgangsanschluss 25 des Hallelementes 3 stellter Verbindungen auf alle jene Anschlüsse geführt wieder über den fakultativ vorhandenen Hochpassverstärker werden, worauf das Umschaltsignal A geführt war.

9 direkt mit dem Eingang des Spannungs/Strom-Wandlers 14 Der Signalausgang des Überwachungs- und Steuergerätes verbunden ist. In der zweiten und der dritten Untervariante s 16, an dem ein Signal F ansteht, ist auf einen ersten Signal-

der zweiten Variante dagegen, bei der der Ausgang der eingang des Ausgangsfrequenzteilers 17 geführt, der zwei

Signalquelle 19 auf den ersten Eingang des Addiergliedes 13 Signalausgänge besitzt, an denen ein Signal M bzw. M i geführt ist, ist der Ausgangsanschluss 25 des Hallelementes 3 ansteht und die gleichzeitig die Signalausgänge 7a und 7b des mit einem zweiten Eingang des Addiergliedes 13 verbunden, Spannungs/Frequenz-Wandlers 7 sind.

wobei, wie bereits erwähnt, nur in der zweiten Untervariante to Der Ausgang des Taktgenerators 21 ist mit einem Eingang der Hochpassverstärker 9 fakultativ vorhanden ist. Der Aus- des Frequenzteilers 22 verbunden, der z. B. sechs Ausgänge gang des Addiergliedes 13 ist dabei auf den Eingang des Span- besitzt. Der erste Ausgang des Frequenzteilers 22, an dem ein nungs/Strom-Wandlers 14 geführt. Ein Ausgangsanschluss Taktsignal P der Frequenz fR/2 ansteht, ist in der zweiten des letzteren liegt immer bei allen Varianten und Unterva- Variante auf einen zweiten Signaleingang des Ausgangsfre-

rianten an Masse. is quenzteilers 17 geführt, der zweite Ausgang, an dem ein

In der ersten Variante besteht die Schalteinrichtung 18 Taktsignal L der Frequenz fR ansteht, ist in allen Varianten gemäss der Fig. 3 aus zwei steuerbaren Schaltern 31 und 32, mit einem Takteingang des Überwachungs- und Steuerge-die einen gemeinsamen Anschluss besitzen, der mit einem rätes 16 sowie in der zweiten Variante mit einem ersten Taktdritten Anschluss 18c der Schalteinrichtung 18 verbunden eingang des Ausgangsfrequenzteilers 17 verbunden, während ist. Der andere, nicht gemeinsame Anschluss des Schalters 31 20 der dritte Ausgang, an dem ein Taktsignal T der Frequenz ist dagegen auf den zweiten Anschluss 18b und derjenige des fit/128 ansteht, in der zweiten Variante auf einen zweiten Schalters 32 auf den ersten Anschluss 18a jeweils der Schalt- Takteingang des Ausgangsfrequenzteilers 17 geführt ist. Der einrichtung 18 geführt. Der Steuereingang des Schalters 31 vierte Ausgang, an dem ein Taktsignal Y der Frequenz 2fR wird von einem Steuersignal F und derjenige des Schalters 32 ansteht, ist in der zweiten Variante mit einem dritten Takt-von einem Steuersignal F gesteuert, die beide vom Überwa- 2s eingang des Ausgangsfrequenzteilers 17 verbunden. Der chungs- und Steuergerät 16 geliefert werden (siehe Fig. 1). fünfte Ausgang des Frequenzteilers 22, an dem ein Takt-Der Aufbau des letzteren für diese erste Variante ist aus der signal E der Frequenz îr/32 ansteht, ist fakultativ vorhanden Fig. 7 ersichtlich, die später noch beschrieben werden wird. und wird z. B. in dem in der Fig. 16 dargestellten Elektrizi-Gemäss der Fig. 1 ist der dritte Anschluss 18c der Schaltein- tätszähler verwendet. Er ist mit einem fakultativ vorhan-richtung 18 mit dem nicht an Masse liegenden Anschluss des 30 denen Taktausgang 7c des Spannungs/Frequenz-Wandlers 7 Kondensators C verbunden, während der erste und zweite verbunden. Am sechsten Ausgang des Frequenzteilers 22 Anschluss 18a und 18b jeweils auf einen Anschluss einer der steht das bereits erwähnte Umschaltsignal B an. In der beiden Signalquellen 20 bzw. 19 geführt ist. dritten Untervariante der zweiten Variante ist ausserdem, In den drei Untervarianten der zweiten Variante besteht wie ebenfalls bereits erwähnt, das Taktsignal P und ein das die Schalteinrichtung 18 gemäss der Fig. 4 nur aus einem 35 Signal W führender Ausgang des Ausgangsfrequenzteilers 17 einpoligen Umschalter 33, dessen Ruhekontakt den ersten mit je einem Eingang 19b bzw. 19c der als Regler 27 ; 28 ; 29 ; Anschluss 18a der Schalteinrichtung 18 mit einem vierten 30 eingesetzten Signalquelle 19verbunden.

Anschluss 18d und dessen Arbeitskontakt den ersten Der Taktgenerator 21 ist z. B. quarzstabilisiert und erzeugt Anschluss 18a mit dem dritten Anschluss 18c jeweils der rechteckförmige Taktimpulse z. B. der Frequenz 215 Hz = Schalteinrichtung 18 verbindet. In allen drei Untervarianten 40 32,768 kHz. Diese Frequenz wird im nachgeschalteten Fresimi der dritte und der vierte Anschluss 18c und 18d der quenzteiler 22 z. B. durch m geteilt, wobei m in der zweiten Schalteinrichtung 18 gemäss der Fig. 1 mit je einem Variante die Werte 24,25,26,210,2" und 212 besitzt, zur Erzeu-Anschluss des Kondensators C direkt verbunden. Ein gung der Frequenzen 2îr = 211 Hz des Taktsignals Y, fr = 2'° Anschluss der Signalquelle 20 ist somit über den Umschalter Hz des Taktsignals L, îr/2 = 29 Hz des Taktsignals P, îr/32 = 33 je nach dessen Stellung mit dem einen oder dem andern 45 25 Hz des Taktsignals E, fR/64 = 24 Hz = 16 Hz des Umschalt-Anschluss des Kondensators C verbunden. Der Steuerein- signais B und îr/1 28 = 23 Hz des Taktsignals T. In der ersten gang des Umschalters 33 wird von dem Steuersignal F Variante dagegen besitzt der Frequenzteiler 22 nur die Ausgesteuert, welches gemäss der Fig. 1 vom Überwachungs- und gänge an denen die Taktsignale L und E anstehen.

Steuergerät 16 geliefert wird, das diesmal einen in der Fig. 8 Das Steuergerät 8, falls vorhanden, wandelt die sinusför-

dargestellten Aufbau besitzt, der später noch beschrieben so mige Spannung un des elektrischen Versorgungsnetzes um in werden wird. rechteckförmige Impulse des Umschaltsignals A. Das Steuer-

Der Ausgang des Steuergerätes 8, an dem ein periodisches gerät 8 besteht vorzugsweise aus einer nicht dargestellten Umschaltsignal A ansteht, ist in der ersten Variante mit Kaskadenschaltung eines Schmitt-Triggers und eines nachge-einem Steuereingang 16a des Überwachungs- und Steuerge- schalteten weiteren Frequenzteilers. Die Spannung un wird rätes 16 verbunden, in dem das Umschaltsignal A aufbereitet ss im Schmitt-Trigger in ein periodisches rechteckförmiges und einem Hilfssteuerausgang 16b zugeführt wird, der Impulssignal der gleichen Frequenz umgewandelt. Die seinerseits mit dem Steuereingang des Polumschalters 4 ver- beiden Schaltwellen des Schmitt-Tiggers sind vorzugsweise so bunden ist. In den drei Untervarianten der zweiten Variante gewählt, dass die Umschaltung im nachgeschalteten Freist der Ausgang des Steuergerätes 8 mit je einem Steuerein- quenzteiler genau bei den Nulldurchgängen der Spannung un gang der beiden Polumschalter 4 und 15 direkt verbunden 60 erfolgt. Im Frequenzteiler wird dann anschliessend die z. B. und in der dritten Untervariante noch zusätzlich, wie bereits 50 Hz- bzw. 60 Hz-Frequenz dieses rechteckförmigen Impulserwähnt, mit dem Eingang 19a der als Regler 27 ; 28 ; 29 ; 30 signais durch n geteilt, wobei n z. B. den Wert 2 besitzt, zur verwendeten Signalquelle 19 verbunden. Die beiden Polum- Erzeugung einer Frequenz von 12,5 Hz bzw. 15 Hz des Schalter 4 und 15 werden somit vom gleichen Umschaltsignal Umschaltsignals A.

A gesteuert. fis In der ersten Variante wird über die Anschlüsse 16a und

Das Umschaltsignal A kann auch durch ein im Frequenz- 16b des Überwachungs- und Steuergerätes 16 der Polum-

teiler 22 erzeugtes periodisches Umschaltsignal B ersetzt Schalter 4 und in der zweiten Variante werden die beiden werden. In diesem Fall kann das Steuergerät 8 eingespart Polumschalter 4 und 15 direkt und synchron durch das

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Umschaltsignal A der Frequenz 12,5 Hz oder 15 Hz bzw. durch das Umschaltsignal B der Frequenz 16 Hz periodisch umgeschaltet.

In allen Varianten wandelt der Spannungs/Strom-Wandler 6 die elektrische Spannung un in einen proportionalen Strom ìn um, der durch den in den Speisestrom-Zuleitungen des Hallelementes 3 angeordneten Polumschalter 4 periodisch umgepolt als Speisestrom das Hallelement 3 erreicht, welches gleichzeitig einem durch den Strom ìn erzeugten Magnetfeld ausgesetzt ist, wobei dieses Magnetfeld dem Strom ìn proportional ist. Die vom Hallelement 3 erzeugte Ausgangsspannung ±uh dient als Nutzsignal, das während der ungeradzahligen Halbperioden des Umschaltsignals A bzw. B z. B. proportional dem Produkt un • i und während der geradzahligen Halbperioden proportional dem Produkt (—un) • i ist. Bei ±uh entspricht somit das Pluszeichen den ungeradzahligen . und das Minuszeichen den geradzahligen Halbperioden des Umschaltsignals A bzw. B, wenn uh dem Produkt un • i aus Spannung un und Strom i proportional ist. Mit dem gegebenenfalls aufbereiteten Umschaltsignal A bzw. B kann somit das Vorzeichen der durch das Hallelement 3 realisierten Multiplikation umgeschaltet werden.

Der Regelverstärker 5 besitzt die Referenzspannung 0 Volt als Sollwert und das Spannungspotentional am zweiten Ausgangsanschluss 26 des Hallelementes 3 als Istwert. Letzteres ist gleichzeitig das Bezugspotential der Ausgangsspannung des Hallelementes 3 und wird mit Hilfe des Regelverstärkers

5 kompensiert, d. h. auf null Volt heruntergeregelt. Um dies zu erreichen, vergleicht der Regelverstärker 5 den Soll- und den Istwert miteinander und erzeugt an seinem Ausgang eine Spannung, die proportional der Sollwert/Istwert-Differenz ist und die über den Umschaltkontakt 4b und das Hallelement 3 dem Spannungspotential am Ausgangsanschluss 26 des Hallelementes 3 derartig entgegenwirkt, dass die Sollwert/Istwert-Differenz gleich null wird. Wenn dies der Fall ist, dann ist das Spannungspotentional des Ausgangsanschlusses 26 gleich der Referenzspannung, d. h. gleich null Volt. Die Polarität der Störanteile, auf die die periodische Umschaltung des Polumschalters 4 keinen Einfluss hat, wie z. B. die Nichtlinearität des Innenwiderstandes des Hallelementes 3 und dieThermospannungen der Anschlusskontakte des Hallelementes 3, ist somit unabhängig von der periodischen Polaritätsumschaltung des Speisestromes ìn und damit des Produktes un • i.

Der Aufbau des Hallelementes 3 ist aus den Figuren 5 und

6 ersichtlich. Er ist derart realisiert, dass ein langzeitstabiles Hallelement 3 entsteht, dessen Empfindlichkeit in der Grös-senordnung von 1 Volt/(mA.Tesla) liegt und dessen Störanteile mit Hilfe zusätzlicher Gateanschlüsse annulliert oder zumindestens stark reduziert werden können.

Das in den Figuren 5 und 6 dargestellte Hallelement 3 besitzt mindestens eine erste äussere Stromelektrode 41, eine erste Sensorelektrode 42, eine mittlere Stromelektrode 43,

eine zweite Sensorelektrode 44 und eine zweite äussere Stromelektrode 45, die alle annähernd geradlinig nebeneinander und in der angegebenen Reihenfolge an der Oberfläche eines Halbleitermaterials 46 angeordnet sind, das einen vorgegebenen Leitfähigkeitstyp, z. B. N, besitzt. Dabei sind sowohl die beiden Sensorelektroden 42 und 44 als auch die beiden äusseren Stromelektroden 41 und 45 jeweils annähernd symmetrisch zur mittleren Stromelektrode 43 angeordnet. Die Anschlusskontakte der Elektroden 41 bis 45 können als ohmische Kontakte, als Schottky-Dioden oder als P/N-Dioden ausgebildet sein. Mindestens die Anschlusskontakte der Stromelektroden 41,43 und 45 sind vorzugsweise als ohmsche Kontakte ausgebildet. In den Figuren 5 und 6 wurde einfachshalber angenommen, dass auch die Anschlusskontakte der Sensorelektroden 42 und 44

ohmische Kontakte sind. In diesem Fall besteht der Anschlusskontakt einer jeden Elektrode 41 bis 45 aus einer Kontaktdiffusion 51 bis 55, die stark mit Fremdatomen dotiert ist und die aus Material besteht, das vom gleichen s Leitfähigkeitstyp N ist wie das Halbleitermaterial 46, sowie aus einem metallischen Anschlusskontakt 61 bis 65. Alle Diffusionskontakte 51 bis 55 bestehen somit aus N+-Material.

Die erste äussere Stromelektrode 41 besitzt einen ersten äusseren Stromanschluss C' z und einen Anschlusskontakt io 51 ; 61, der aus einer Kontaktdiffusion 51 und einem metallischen Anschlusskontakt 61 besteht.

Die erste Sensorelektrode 42 besitzt einen ersten Sensoran-schluss Si und einen Anschlusskontakt 52; 62, der aus einer Kontaktdiffusion 52 und einem metallischen Anschlusskon-is takt 62 besteht.

Die mittlere Stromelektrode 43 besitzt einen mittleren Stromanschluss Ci und einen Anschlusskontakt 53 ; 63, der aus einer Kontaktdiffusion 53 und einem metallischen Anschlusskontakt 63 besteht.

20 Die zweite Sensorelektrode 44 besitzt einen zweiten Sensor-anschluss S2 und einen Anschlusskontakt 54; 64, der aus einer Kontaktdiffusion 54 und einem metallischen Anschlusskontakt 64 besteht.

Die zweite äussere Stromelektrode 45 besitzt einen zweiten 25 äusseren Stromanschluss C"i und einen Anschlusskontakt 55 ; 65, der aus einer Kontaktdiffusion 55 und einem metallischen Anschlusskontakt 65 besteht.

Der Teil des Halbleitermaterials 46, der unterhalb der mittleren Stromelektrode 43 und der beiden Sensorelek-30 troden 42 und 44 liegt, bildet die aktive Zone 67 des Hallelementes 3. Zur Verbesserung der Langzeitstabilität des Hallelementes 3 ist zwischen der aktiven Zone 67 des Hallelementes 3 und der Oberfläche des Hallelementes 3 eine Sperrschicht 68 ; 67 angeordnet, die mindestens die aktive Zone 67 des Hal-35 lelementes 3 nach oben hin abdeckt. Vorzugsweise ist die Sperrschicht 68 ; 67 gebildet durch die Grenzschicht zwischen der aktiven Zone 67 des Hallelementes 3 und einer an der Oberfläche im Hallelement 3 angeordneten Oberflächenschicht 68, die aus Material besteht, das den entgegenge-40 setzten Leitfähigkeitstyp P besitzt als das Halbleitermaterial 46, und die mindestens die aktive Zone 67 nach oben hin abdeckt. Die Oberflächenschicht 68 ist höchstens so dick wie die Tiefe der Kontaktdiffusionen 51 bis 55, so dass diese die Oberflächenschicht 68 voll durchqueren und eine Verbin-45 dung herstellen zwischen der Oberfläche des Hallelementes 3 und dem Halbleitermaterial 46. Die Oberflächenschicht 68 besitzt eine Anschlussverbindung R. Im Betrieb ist an der Anschlussverbindung R eine elektrische Spannung derart anzulegen, dass die Grenzschicht 68 ; 46 in Sperrichtung 50 gepolt ist.

Die Kontaktdiffusionen 51 bis 55 sindz. B. rechteckförmig und haben z. B. alle eine gleiche Tiefe. In einer bevorzugten Ausführung sind die Kontaktdiffusionen 51 und 55 der beiden äusseren Stromelektroden 41 und 45 ringförmig und 55 sie umgeben seitlich in einem Abstand jeweils eine Kontaktdiffusion 51a bzw. 55a eines Gateanschlusses OL bzw. OR. Die Kontaktdiffusionen 51a und 55a sind dabei stark mit Fremdatomen dotiert und bestehen aus Material, das den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp P besitzt als das Halb-60 leitermaterial 46. Sie bestehen somit aus P+-Material. Ihre Tiefe ist z. B. gleich der Tiefe der Kontaktdiffusionen 51 bis 55 und sie sind z. B. ebenfalls rechteckförmig. In diesem Fall sind die Kontaktdiffusionen 51 und 55 vorzugsweise recht-eckig-ringförmig.

65 Vorzugsweise ist an der Oberfläche in das Halbleitermaterial 46 eine eindiffundierte tiefe, länglich-ringförmige Isolationsschicht 69 vorhanden, die mindestens die Kontaktdiffusionen 52 bis 54 der drei mittleren Strom- bzw. Sensorelek-

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troden 42 bis 44 seitlich und von ihnen getrennt umgibt. werden. Hingegen sind besondere Massnahmen erforderlich, Dabei wird das Zentrum der Isolationsschicht 69 annähernd um einen Leerlauf des Spannungs/Frequenz-Wandlers zu von der Kontaktdiffusion 53 der mittleren Stromelektrode 43 verhindern. Beim Umladeverfahren wird der Messtrom gebildet. Die Längsachse der Isolationsschicht 69 verläuft ebenfalls in einem Integrator integriert ; j eweils beim annähernd parallel zur Verbindungsgeraden der Strom- und 5 Erreichen eines bestimmten oberen Schwellwertes und eines Sensorelektroden 41 bis 45. Die Tiefe der Isolationsschicht 69 bestimmten unteren Schwellwertes der Integratorspannung ist grösser als die Tiefe der Kontaktdiffusionen 51 bis 55 der wird der Messtrom umgepolt und dadurch die Integrations-Strom- und Sensorelektroden 41 bis 45. Die Isolationsschicht richtung umgekehrt. Die Anzahl Umladungen je Zeiteinheit 69 besteht aus Material, das den entgegengesetzten Leitfähig- ist zum Messtrom proportional. Die Kapazität des Integratorkeitstyp P besitzt als das Halbleitermaterial 46. Falls eine io kondensators sowie die Differenz zwischen dem oberen und Oberflächenschicht 68 vorhanden ist, hat diese räumlichen dem unteren Schwellwert stellen beim Umladeverfahren Kontakt mit der Isolationsschicht 69. Messkonstanten dar, die nur schwer mit der erforderlichen

An der Oberfläche ist in vorteilhafter Weise im Halbleiter- Langzeitstabilität konstant gehalten werden können.

material 46 eine stark mit Fremdatomen dotierte Diffusions- Dagegen wird ein Leerlauf des Spannungs/Frequenz-Wand-schicht 70 vorhanden, welche die Isolationsschicht 69 seitlich is lers selbsttätig verhindert und vorallem können beim Einsatz ringförmig und von ihr getrennt umgibt. Dabei ist die Diffu- eines solchen Spannungs/Frequenz-Wandlers in einem stati-

sionsschicht 70 vom gleichen Leitfähigkeitstyp N wie das sehen Elektrizitätszähler von einer Polaritätsumschaltung

Halbleitermaterial 46. Sie besteht somit aus N+-Material. Im unabhängige Fehlerströme durch die periodische Polaritäts-

Betrieb sind die beiden äusseren Stromanschlüsse C' 2 und umschaltung teilweise kompensiert und dadurch der Messbe-

C" 2 extern miteinander verbunden. Der mittlere Stroman- 20 reich erweitert werden.

schluss Ci einerseits und die miteinander verbundenen äus- In der ersten Variante werden die Vorteile des Ladungsseren Stromanschlüsse C'2 und C"2 anderseits bilden dann kompensationsverfahrens und des Umladeverfahrens ver-zusammen den zweipoligen Speisestromanschluss des Hall- einigt und somit ein Spannungs/Frequenz-Wandler 7 reali-elementes 3, wobei der Speisestrom ìn z. B. beim mittleren siert, dessen Messkonstante durch den Ladungsinhalt von Stromanschluss Ci in das Hallelement 3 hineinfliesst und 25 Kompensationsimpulsen gegeben ist und bei dem Fehlersich innerhalb des Hallelementes 3 in zwei gleichen Hälften ströme kompensiert werden sowie ein Leerlauf selbsttätig teilt, wobei die beiden Stromhälften ìn/2 dann bei je einem verhindert wird.

äusseren Stromanschluss C' 2 bzw. C" 2 das Hallelement 3 ver- In der ersten Variante sind, wie bereits erwähnt, das lassen. Addierglied 13 und der Polumschalter 15 nicht vorhanden.

Die Hallausgangsspannung ±uh wird, nach dem sie gege- 30 In diesem Fall ist der Spannungs/Strom-Wandler 14 das Ein-

benenfalls im fakultativ vorhandenen Hochpassverstärker 9 gangsbauelement des Spannungs/Frequenz-Wandlers 7. Der verstärkt und gefiltert wurde, im nachgeschalteten Span- Spannungs/Strom-Wandler 14 wandelt die gegebenenfalls nungs/Frequenz-Wandler 7 in eine proportionale Impulsfre- durch den Hochpassverstärker 9 verstärkte und gefilterte quenz umgewandelt. Der Hochpassverstärker 9 besteht z. B. Hallausgangsspannung ± uh um in einen proportionalen aus einer nicht dargestellten Kaskadenschaltung eines Ver- 35 Strom ±ìh, der den Kondensator C lädt oder entlädt. Das stärkers und eines nachgeschalteten Hochpassfilters. Der Überwachungs- und Steuergerät 16 und die Schalteinrich-

Spannungs/Frequenz-Wandler 7 weist einen Integrator 14; C tung 18 haben in der ersten Variante, wie bereits erwähnt,

auf, der aus dem Spannungs/Strom-Wandler 14 und dem den in der Fig. 7 bzw. der Fig. 3 dargestellten Aufbau. Die

Kondensator C besteht, und dem das Überwachungs- und beiden Signalquellen 19 und 20 sind in dieser ersten Variante

Steuergerät 16 nachgeschaltet ist. In der ersten Variante 40 beide Konstantstromquellen, die beide einen gleichwertigen,

bilden der Polumschalter 4 und die Schalteinrichtung 18 eine aber in der Polarität umgekehrten Referenzstrom Ir bzw. -Ir Umschaltvorrichtung 4; 18, während in allen Untervarianten liefern. Gemäss der Fig. 7 besteht das Überwachungs- und der zweiten Variante die Polumschalter 4 und 15 sowie die Steuergerät 16 aus einem Komparator 71, einer Kippstufe 72,

Schalteinrichtung 18 eine Umschaltvorrichtung 4; 15 ; 18 einem ersten Und-Tor 73, einem zweiten Und-Tor 74, einem bilden. Die Umschaltvorrichtung 4; 18 bzw. 4; 15; 18 dient 45 ersten D-Flip Flop 75, einem zweiten D-Flip Flop 76, einem dazu, das Nutzsignal, also die Hallausgangsspannung, perio- Oder-Tor 77 und einem dritten Und-Tor 78. Die Kippstufe 72

disch umzupolen und die mindestens zwei vorhandenen besteht ihrerseits aus einem RS-Flip Flop 72a und zwei

Signalquellen 19 und 20 umzuschalten zum Zweck der Kom- gegenseitig verriegelten Eingangstoren 72b und 72c, die der-

pensation von in der Anordnung intern erzeugten Nullspan- artig verknüpft sind, dass an den beiden Eingängen des RS-

nungen. Insbesondere wird die Nullspannung des Span- so Flip Flops 72a nie gleichzeitig ein Logikwert « 1 » erscheinen nungs/Strom-Wandlers 14 kompensiert. kann. Die Eingangstore 72b und 72c sind Und-Tore. Die

Nachfolgend wird nun die Arbeitsweise des Spannungs/ beiden Eingänge des Komparators 71 bilden einen zweipo-Frequenz-Wandlers 7 für beide Varianten näher beschrieben, ligen Eingang des Überwachungs- und Steuergerätes 16. Der Bei hohen Anforderungen an die Genauigkeit, z. B. bei der Ausgang des Komparators 71 ist auf je einen ersten Eingang Messung elektrischer Leistung insbesondere bei Anwen- ss der Kippstufe 72 und der beiden Und-Tore 73 und 74 geführt, düngen in statischen Elektrizitätszählern, werden das Der Ausgang der Kippstufe 72 ist mit je einem zweiten Ein-Ladungsmengenkompenstionsverfahren und das Umlade- gang der Und-Tore 73 und 74, sowie mit dem Hilfssteueraus-verfahren in Spannungs/Frequenz-Wandlern bevorzugt ver- gang 16b des Überwachungs- und Steuergerätes 16 verwendet. Beim Ladungsmengenkompensationsverfahren wird bunden, dessen Steuereingang 16a seinerseits auf je einen ein Messtrom in einem Integrator integriert, und jeweils 60 dritten Eingang der Und-Tore 73 und 74, sowie auf einen beim Erreichen einer bestimmten Integratorspannung wird zweiten Eingang der Kippstufe 72 geführt ist. Alle drei Ein-dem Integrator eine konstante Kompensationsladung ent- gänge des Und-Tors 73 sind nichtinvertierend und alle drei zogen. Es stellt sich ein Gleichgewicht zwischen der zuge- Eingänge des Und-Tors 74 sind invertierend. Innerhalb der führten und der entzogenen Ladung ein, wobei die Anzahl Kippstufe 72 ist dessen erster Eingang mit je einem ersten Kompensationsladungen je Zeiteinheit zum Messtrom pro- 6s Eingang der Eingangstore 72b und 72c und dessen zweiter portional ist. Der Ladungsinhalt der einzelnen Kompensa- Eingang mit je einem zweiten Eingang der Eingangstore 72b tionsimpulse stellt eine Messkonstante dar und kann mit ein- und 72c verbunden. Der erste Eingang des Eingangstors 72c fachen Mitteln mit hoher Genauigkeit konstant gehalten und der zweite Eingang des Eingangstors 72b sind invertie-

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rende Eingänge. Der Ausgang des Eingangstors 72b ist auf renden positiven Referenzstrom Ir; beim Unterschreiten des einen Rückstelleingang und der Ausgang des Eingangstors Schwellwertes des Komparators 71 gehen die Ausgangssi-72c auf einen Setzeingang des RS-Flip Flops 72a geführt, gnale des Komparators 71 und des Und-Tors 73 auf den logi-

dessen Q-Ausgang den Ausgang der Kippstufe 72 bildet. Der sehen Wert «0», was sich vorerst nicht weiter auswirkt. Die Ausgang des Und-Tors 73 und des Und-Tors 74 ist jeweils auf s nächste Anstiegsflanke des Taktsignals L kippt das D-Flip einen D-Eingang des D-Flip Flops 75 bzw. 76 geführt. Der Flop 75 in die Ruhelage zurück und die Signalquelle 19 wird Q-Ausgang des D-Flip Flops 75 ist mit einem ersten Eingang dadurch abgeschaltet. Das Ein- und Abschalten der Signal-des Oder-Tors 77 und dem Steuerausgang 16e des Überwa- quelle 19 wiederholt sich fortlaufend während einer jeden chungs- und Steuergerätes 16 verbunden, während der ungeradzahligen Halbperiode des Umschaltsignals A bzw. B.

Q-Ausgang des D-Flip Flops 76 auf einen zweiten Eingang io Während des bis hierher beschriebenen Arbeitsablaufs des Oder-Tors 77 und auf den Steuerausgang 16f des Überwa- wurden jeweils während der Impulsüberlappungszeit der chungs- und Steuergerätes 16 geführt ist, dessen Takteingang Signale L und Fi Ausgangsimpulse als Signal F an den Signal-16d mit den Takteingängen der D-Flip Flop 75 und 76 sowie ausgang 16c des Überwachungs- und Steuergerätes 16 abge-mit einem ersten Eingang des Und-Tors 78 verbunden ist. geben. Während der nächsten geradzahligen Halbperiode des

Der Ausgang des Oder-Tors 77 ist auf einen zweiten Eingang is Umschaltsignals A bzw. B bewirkt die erste Überschreitung des Und-Tors 78 geführt, dessen Ausgang den Signalausgang des Schwellwertes des Komparators 71, dass die Kippstufe 72 16c des Überwachungs- und Steuergerätes 16 bildet. kippt, dass das aufbereitete Umschaltsignal A bzw. B auf

Die Kondensatorspannung uc des Kondensators C (siehe einen Logikwert «0» geht und dass der Strom von — ìh auf ìh Fig. 1) wird durch den im Überwachungs- und Steuergerät 16 umgepolt, d. h. positiv wird. Gleichzeitig wird das Und-Tor enthaltenen Komparator 71 überwacht, der einerseits in 20 73 gesperrt und das bisher gesperrte Und-Tor 74 freigegeben, bekannter Weise zur Auslösung der Ladungskompensations- Während der geradzahligen Halbperiode des Umschaltsi-impulse dient und anderseits Bestandteil einer das Umschalt- gnals A bzw. B wiederholt sich der geschilderte Ablauf,

signal A bzw. B aufbereitenden Steuerschaltung 71 ; 72 ist, die diesmal allerdings mit positivem Strom ìh und negativem ausserdem noch die Kippstufe 72 enthält. Der Ausgang der Referenzstrom -Ir, wobei das Und-Tor 74, das D-Flip Flop Kippstufe 72 leitet das aufbereitete Umschaltsignal A bzw. B 25 76 und der Schalter 32 (siehe Fig. 3) diesmal in Betrieb sind, zum Hilfssteuerausgang 16b und damit zum Steuereingang Das aufbereitete Umschaltsignal A bzw. B, die Polarität des Polumschalters 4 (siehe Fig. 1). Das Ausgangssignal des des Stromes ± ìh sowie des Referenzstromes ± Ir wechseln Und-Tors 73 löst positive Ladungsimpulse und das Ausgangs- ihren logischen Wert immer beim gleichen Pegel der Konsignal des Und-Tors 74 negative Ladungsimpulse mit Hilfe densatorspannung uc, so dass die Ladungsbilanz der durch des D-Flip Flops 75 bzw. 76 aus. Die D-Flip Flop 75 und 76 30 den Strom ±ìh und den Referenzstrom ±Ir zu- und abflies-dienen der Synchronisation der Ausgangssignale der Und- senden Ladungen nach jeder Halbperiode des Umschaltsi-Tore 73 und 74 mit dem Taktsignal L, das vom Frequenz- gnals A bzw. B genau stimmt. Dadurch ist gewährleistet, dass teiler 22 (siehe Fig. 1 ) über den Takteingang 16d die Taktein- durch die periodische Polaritätsumschaltung kein Messgänge der D-Flip Flop 75 und 76 erreicht. Am Q-Ausgang des fehler durch Ladungsverluste auftreten kann. Die Polaritäts-D-Flip Flops 75 bzw. 76 entsteht ein Steuersignal Fi bzw. F2, 35 umschaltung bewirkt ausserdem eine selbsttätige Leerlauf-das über den Steuerausgang 16e bzw. 16f den Schalter 31 bzw. Unterdrückung. Wenn nämlich der Strom ± ìh im Absolut-32 der Schalteinrichtung 18 (siehe Fig. 3) steuert. Dadurch wert unter den Wert eines polaritätsunabhängigen Fehlerwird die Signalquelle 19 bzw. 20 (siehe Fig. 1) eingeschaltet. stromes sinkt, wird der Integrator 14; C spätestens nach der Die Signalquelle 19 liefert einen positiven Referenzstrom Ir nächsten Polaritätsumschaltung in die Sättigung getrieben, und die Signalquelle 20 einen negativen Referenzstrom -Ir 40 Durch die periodische Polaritätsumschaltung wird der Ein-an den Kondensator C. Das Und-Tor 78 ist ein Impulsformer, fluss eines dem Strom ±ìh überlagerten, z. B. durch die Null-der die Dauer der Ausgangsimpulse des Oder-Tors 77 auf die- Spannung des Spannungs/Strom-Wandlers 14 verursachten j enige der Impulse des Taktsignals L beschränkt (siehe Fehlerstromes auf die Ausgangsfrequenz des Spannungs/

Fig. 7). Frequenz-Wandlers 7 weitgehend kompensiert.

Das am Hilfssteuerausgang 16b des Überwachungs- und 45 In der ersten Variante ergibt die Integration der Nullspan-Steuergerätes 16 erscheinende aufbereitete Umschaltsignal A nung des Spannungs/Strom-Wandlers 14 über eine ganzzah-bzw. B schaltet den Polumschalter 4 periodisch um. Während lige Anzahl Perioden des Umschaltsignals A bzw. B den Wert der ungeradzahligen Halbperioden ist dann der der Hallaus- Null nur unter der Bedingung, dass beide Halbperioden des gangspannung ± uh proportionale Strom ± ìh positiv und Umschaltsignals A bzw. B genau gleich lang dauern, was in während der geradzahligen Halbperioden negativ. Ist der so der ersten Variante nur im statistischen Mittel der Fall ist. Integrator 14 ; C als Miller- Integrator aufgebaut, d.h. besteht Dies führt zu einer unregelmässigen Modulation der Aus-der Spannungs/Strom-Wandler 14 aus einem Operationsver- gangsfrequenz des Spannungs/Frequenz-Wandlers 7. Ausstärker, in dessen invertierenden Eingangskreis ein Wider- serdem ist die erste Variante nur verwendbar, wenn das Nutzstand angeordnet ist, und ist der an Masse liegende Anschluss signal uh grösser ist als das Störsignal. Bei der zweiten des Kondensators C mit dem invertierenden Eingang des ss Variante wird eine solche Modulation vermieden, so dass Operationsverstärkers verbunden und somit nicht mehr eine schnelle und präzise Eichung der Anordnung möglich direkt, sondern nur mehr virtuell an Masse liegend, dann ist. Ausserdem ist die zweite Variante auch verwendbar, integriert der Integrator 14 ; C seine Eingangsspannung und wenn das Nutzsignal uh kleiner ist als das Störsignal. In der invertiert ausserdem das integrierte Signal. Infolge eines z. B. zweiten Variante ist der Polumschalter 15, der synchron mit negativen Stromes — ìh steigt die Kondensatorspannung uc 60 dem Polumschalter 4 periodisch umgeschaltet wird, immer während einer ungeradzahligen Halbperiode des Umschalt- vorhanden. Das Überwachungs- und Steuergerät 16 und die signais A bzw. B kurzzeitig an. Die Ausgangssignale des Schalteinrichtung 18 haben in dieser Variante, wie bereits

Komparators 71 und des Und-Tors 73 weisen einen logischen erwähnt, den in der Fig. 8 bzw. Fig. 4 dargestellten Aufbau. Wert « 1 » auf, bis die nächste Anstiegsflanke des Taktsignals Die erste Signalquelle 19 ist beim Spannungs/Strom-Wandler L das D-Flip Flop 75 kippt, der Schalter 31 (siehe Fig. 3) 65 14 derart angeordnet und angeschlossen, dass der Eingangs-schliesst und die positive Signalquelle 19 eingeschaltet wird. ström des Polumschalters 15 immer proportional einem Von diesem Zeitpunkt an sinkt die Kondensatorspannung uc Summensignal ist, welches gleich der Summe eines von der infolge des gegenüber dem negativen Strom -ìh dominie- Signalquelle 19 erzeugten Referenzsignals und eines dem

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Ausgangssignal ±uh des Hallelementes 3 proportionalen Ir/2, sondern in den zwei ersten Unter Varianten gleich ± ìh +

Signals ±UHoder±ih ist. Der Wert dieses Referenzsignals Ir/2 + Io und in der dritten Untervariante gleich ±in + Ir/2 entspricht mindestens annähernd dem halben Wert des von + Io — Io = ± ìh + Ir/2.

der Signalquelle 20 gelieferten Referenzstromes Ir. Der Wert des Referenzsignals Ur/2 bzw. Ir/2 entspricht

In der zweiten Variante besteht das Überwachungs- und s dem halben Wert des von der Signalquelle 20 gelieferten Steuergerät 16 gemäss der Fig. 8 aus dem Komparator 71 und Referenzstromes Ir und muss gleichzeitig die Bedingung dem D-Flip Flop 75. Die beiden Eingänge des Komparators Ur/2> | ±uh + Uo j bzw. Ir/2> | ±ìh + Io | erfüllen. Anders 71 bilden wieder den zweipoligen Eingang des Überwa- ausgedrückt: Der Wert des konstanten Referenzsignals Ur/2

chungs- und Steuergerätes 16. Der Ausgang des Komparators bzw. Ir/2 ist grösser zu wählen als der um den Einfluss Uo 71 ist auf den D-Eingang des D-Flip Flops 75 geführt, dessen io bzw. Io der Nullspannung Uo erhöhte, am Ort der Addition zeitig den Signalausgang 16c und den Steuerausgang 16e des vorhandene Wert der Amplitude uh bzw. ìh des periodisch Überwachungs-und Steuergerätes 16 bildet, dessen Taktein- umgepolten Signals ±UHbzw. ±ìh.

gang 16d seinerseits mit dem Takteingang des D-Flip Flops Der Wert der Nullspannung Uo im Vergleich zum Wert des

7 5 verbunden ist. Das D-Flip Flop 75 wird z.B. mit negativge- Signals uh bzw. der Wert des Stromes Io im Vergleich zum henden Flanken gesteuert. Auch hier wird, genau wie in der is Wert des Stromes ìh ist in der Regel sehr klein, so dass nur ein ersten Variante, die Kondensatorspannung uc des Kondensa- sehr kleiner Teil des Aussteuerungsbereichs der Einrichtung tors C (siehe Fig. 1) durch den im Überwachungs- und Steuer- vom Strom Io belegt wird. In kritischen Anwendungen, wo gerät 16 enthaltenen Komparator 71 überwacht. der maximale Wert des Signals uh im Vergleich zur Nullspan-

In der ersten Untervariante der zweiten Variante ist das nung Uo sehr klein ist, kann der für das Signal uh verblei-Addierglied 13 nicht vorhanden, so dass der Spannungs/ 20 bende Aussteuerungsbereich im Verhältnis zum maximal Strom-Wandler 14 wieder das Eingangsbauelement des Span- möglichen Aussteuerungsbereich Ur/2 bzw. Ir/2 unzulässig nungs/Frequenz-Wandlers 7 ist, der die gegebenenfalls durch klein werden. Daher ist es vorteilhaft, zur Verbesserung der den Hochpassverstärker 9 verstärkte und gefilterte Hallaus- Dynamik in den beiden ersten Untervarianten das periodisch gangsspannung ±uh in einen proportionalen Strom ±ìh umgepolte Signal ±uh im Hochpassverstärker 9 wechselspan-

umwandelt. Die Signalquelle 19 ist wie die Signalquelle 20 2s nungsmässig zu verstärken, bevor es dem Spannungs/Fre-eine Konstantstromquelle, die allerdings statt den Referenz- quenz-Wandler 7 zur weiteren Verarbeitung zugeleitet wird, ström Ir. einen Strom Ir/2 liefert. Das von der Signalquelle 19 wodurch das Verhältnis des Signalstromes ìh zum Strom Io erzeugte Referenzsignal ist somit Ir/2. Bedingt durch die bzw. des Signals uh zur Nullspannung Uo verbessert wird. Der

Verdrahtung addiert sich der von der Signalquelle 19 Hochpassverstärker 9 hat keine oder nur eine sehr niedrige erzeugte Strom Ir/2 am Ausgang des Spannungs/Strom- 30 Gleichspannungsverstärkung, was z. B. durch das Vorhan-Wandlers 14 zum Strom ±ìh, so dass der Eingangsstrom des densein eines Hochpassfilters im Hochpassverstärker 9 ver-Polumschalters 15 gleich dem Summensignal ±ìh + Ir/2 ist. wirklicht wird. Die Zeitkonstante des Hochpassverstärkers 9 In der zweiten und der dritten Untervariante der zweiten muss genügend klein gewählt werden, damit das verstärkte, Variante ist das Addierglied 13 jeweils vorhanden, so dass das rechteckförmige Signal ±uh mit ausreichend kleiner Verzer-Addierglied 13 das Eingangsbauelement des Spannungs/Fre- 35 rung übertragen wird.

quenz-Wandlers 7 bildet. Die Signalquelle 19 ist in diesen Der Komparator 71 überwacht die Kondensatorspannung beiden Untervarianten eine Spannungsquelle, die jeweils uc, zwecks Steuerung des Zu- und Abschaltens des von der über das Addierglied 13 an den Eingang des Spannungs/ Signalquelle 20 gelieferten, konstanten Referenzstromes Ir

Strom-Wandlers 14 angeschlossen ist. In der zweiten Unter- bei Über- bzw. Unterschreitung eines Schwellwertes unter variante besitzt die Signalquelle 19 eine konstante Spannung 40 gleichzeitiger Erzeugung rechteckförmiger Ausgangsim-Ur/2 als Referenzsignal, das im Addierglied 13 zur Hallaus- pulse. Der zeitliche Verlauf der Kondensatorspannung uc ist gangsspannung +uh addiert wird zur Bildung des Summen- für den Fall, dass das Signal uh konstant und positiv ist und signais ±uh + Ur/2, welches anschliessend durch den Span- dass die Nullspannung Uo null ist, in der zweiten Zeile der nungs/Strom-Wandler 14 in einen proportionalen Strom ±ìh Fig. 9 dargestellt. In diesem Fall hat die Kondensatorspan-+ Ir/2 umgewandelt wird, der gleichzeitig der Eingangs- 45 nung uc einen sägezahnförmigen Verlauf, dessen Flanken ström des Polumschalters 15 ist. In der dritten Untervariante alle konstante Neigungen besitzen und dessen positiv- und hat die Signalquelle 19 eine Ausgangsspannung Ur/2 - Uo negativgehenden Flanken alle jeweils unter sich parallel Verdes Reglers 27 ; 28 ; 29 ; 30 als Referenzsignal, das wieder im laufen.

Addierglied 13 zur Hallausgangsspannung ±uh addiert wird Der vom D-Flip Flop 75 (siehe Fig. 8) gesteuerte zur Bildung des Summensignals ±uh + Ur/2 — Uo. Der Span- so Umschalter 33 (siehe Fig. 4) dient dem Zu- und Abschalten nungs/Strom-Wandler 14 wandelt anschliessend dieses Sum- des Referenzstromes Ir. Wie bereits erwähnt, wird in den mp.nsignal in einen proportionalen Strom ±ìh + Ir/2 - lo um. beiden ersten Untervarianten dem Kondensator C vom Die Referenzsignale Ur/2 und Ur/2 - Uo, wobei Uo die Null- Polumschalter 15 her ein Strom ìh ± Ir/2 ± Io geliefert, wobei Spannung des Spannungs/Strom-Wandlers 14 bezeichnet, sich das Pluszeichen auf ungeradzahlige und das Minusentsprechen mindestens annähernd dem halben Wert Ir/2 ss zeichen auf geradzahlige Halbperioden des Umschaltsignals des Referenzstromes Ir der Signalquelle 20. Der Polum- A bzw. B bezieht. Wenn zu Beginn das Ausgangssignal F des

Schalter 15, der in allen drei Untervarianten der zweiten D-Flip Flops 75 einen Logikwert «0» besitzt, dann nimmt zu

Variante zwischen dem Spannungs/Strom-Wandler 14 und Anfang der Umschalter 33 die in der Fig. 4 dargestellte Posi-dem Kondensator C angeordnet ist, polt nachfolgend den tion ein. Dann ist die Signalquelle 20 während der ungeraden Strom ±ìh + Ir/2 bzw. ±ìh + Ir/2 — lo synchron zur periodi- 60 Halbperioden des Umschaltsignals A bzw. B, während der sehen Umpolung des Signals uh ebenfalls periodisch um, so der Polumschalter 15 die in der Fig. 1 dargestellte Position dass der Kondensator C vom Polumschalter 15 her dauernd einnimmt, immer nur mit dessen momentan an Masse lie-einen Strom ìh±Ir/2 bzw. ìh±Ir/2+Io geliefert bekommt, der gendem Anschluss verbunden. Der Referenzstrom Ir der dort integriert wird. Da der Spannungs/Strom-Wandler 14 an Signalquelle 20 fliesst in die Masse und kann den Konden-seinem Eingang in der Regel eine Nullspannung Uo besitzt, 65 sator C nicht laden. Während einer jeden ungeradzahligen der am Ausgang des Spannungs/Strom-Wandlers 14 der pro- Halbwelle des Umschaltsignals A bzw. B wird somit der Konportionale Strom Io entspricht, ist der Eingangsstrom des densator C nur vom Polumschalter 15 her mit dem Strom ìh Polumschalters 15 in Wirklichkeit nicht ideal gleich ± ìh + + Ir/2 + Io geladen. Dadurch steigt die vom Komparator 71

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überwachte Spannung ucam Kondensator C an. Der Komparator 71 besitzt z. B. einen Eingangsschwellwert von 0 Volt. Überschreitet die Spannung uc den Eingangsschwellwert des Komparators 71, dann ändert dessen Ausgangssignal K seinen Wert vom Logikwert «0» auf einen Logikwert « 1 ». Der zeitliche Verlauf des Ausgangssignals K des Komparators 71 ist in der dritten Zeile der Fig. 9 dargestellt. Die Züstandsänderung des Ausgangssignals K wird mit der nächsten negativgehenden Flanke des hochfrequenten Taktsignals L in das den Komparator 71 nachgeschaltete D-Flip Flop 75 übernommen. Das D-Flip Flop 75 dient dazu, das rechteckförmige Ausgangssignal K des Komparators 71 mit dem rechteckförmigen Taktsignal L, dessen Frequenz, wie bereits erwähnt, z. B. 210 Hz beträgt, zu synchronisieren. Der zeitliche Verlauf des Taktsignals L ist in der ersten Zeile und der zeitliche Verlauf des rechteckförmigen Ausgangssignals F des D-Flip Flops 75 in der vierten Zeile der Fig. 9 dargestellt. Die vom D-Flip Flop 75 übernommene Wertänderung steuert mit Hilfe des am Steuerausgang 16e des Überwachungs* und Steuergerätes 16 anstehenden Ausgangssignals Fi, welches gleich dem Ausgangssignal F ist, den Umschalter 33 und schaltet diesen um, der jetzt die entgegengesetzte von der in der Fig. 4 dargestellte Position einnimmt. Dadurch wird jetzt zusätzlich der Referenzstrom Ir der Signalquelle 20 durch den Kondensator C fHessen.

Der Ladestrom des Kondensators C ist damit gleich : ìh + Ir/2 + Io — Ir = ìh — Ir/2 + Io, d. h. derTerm Ir/2 hat sein Vorzeichen geändert. Da jedoch, wie bereits erwähnt, die Bedingung Ir/2> | ìh + lojgilt, ist der resultierende Ladestrom negativ.

Die Spannung uc am Kondensator C sinkt und, wenn sie den Eingangsschwellwert des Komparators 71 unterschreitet, nimmt dessen Ausgangssignal K wieder seinen ursprünglichen Logik wert «0» an. Auch diese Wertänderung wird wieder durch die nächste negativgehende Flanke des Taktsignals L in das D-Flip Flop 75 übernommen, was dazu führt, dass der Umschalter 33 wieder seine ursprüngliche Position einnimmt, so dass ein neuer Zyklus beginnen kann. Dies wiederholt sich so oft, bis dass die ungeradzahlige Halbperiode des Umschaltsignals A bzw. B beendet ist. Jedem Impuls des Ausgangssignals F und Fi entspricht dabei eine einzige, mit Hilfe des Referenzstromes Ir durchgeführte Entladung des Kondensators C.

Am Ende einer jeden ungeradzahligen Halbperiode des Umschaltsignals A bzw. B werden die beiden Polumschalter 4 und 15 vom Umschaltsignal A bzw. B synchron umgeschaltet, so dass sie beide die entgegengesetze von der in der Fig. 1 dargestellten Position einnehmen. Durch das Umschalten des Polumschalters 15 wird sowohl der Kondensator C als auch der Einfluss der Signalquelle 20 umgepolt. Diesmal ist die Signalquelle 20 bei der in der Fig. 4 dargestellten Position des Umschalters 33 mit den beiden Polen des Kondensators C verbunden und somit in Betrieb. Unter der Annahme, dass zu Beginn der nun beginnenden geradzahligen Halbperiode des Umschaltsignals A bzw. B der Umschalter 33 z. B. wieder die in der Fig. 4 dargestellte Position einnimmt, wird der Kondensator C sowohl vom Polumschalter 15 her mit dem Strom ìh - Ir/2 - lo als auch von der Signalquelle 20 her mit dem Referenzstrom Ir geladen.

Der totale Ladestrom ist somit: ìh — Ir/2 - Io + Ir = ìh + Ir/2 - Io.

Die Kondensatorspannung uc steigt an und, wenn sie den Eingangsschwellwert des Komparators 71 überschreitet, ändert dessen Ausgangssignal K seinen Wert vom Logikwert «0» auf den Logikwert «1». Diese Wertänderung führt auf die bereits beschriebene Weise dazu, dass der Umschalter 33 umschaltet und dadurch die Signalquelle 20 mit dem an Masse liegenden Anschluss des Kondensators C verbunden wird. Der Kondensator C wird jetzt nur mehr vom Polumschalter 15 her mit dem Strom ìh — Ir/2 - logeladen, der negativ ist, da die Bedingung ìr/2> | ±Ih + lojgilt. Die Kondensatorspannung uc nimmt ab und, wenn sie den Eingangs-s schwellwert des Komparators 71 unterschreitet, dann ändert dessen Ausgangssignal seinen Wert zurück auf den Logikwert «0», wodurch der Umschalter 33 in seine Ausgangsposition zurückgeschaltet wird, so dass ein neuer Zyklus beginnen kann. Dies wiederholt sich so oft, bis dass die unge-lo radzahlige Halbperiode des Umschaltsignals A bzw. B beendet ist.

Zusammengefasst gilt : Während einer ungeradzahligen Halbperiode des Umschaltsignals A bzw. B wird der Kondensator C abwechslungsweise mit einem Strom ìh + Ir/2 — Io is geladen und mit einem Strom ìh — Ir/2 + Io entladen. Während einer geradzahligen Halbperiode des Umschaltsignals A bzw. B wird der Kondensator C dagegen abwechslungsweise mit einem Strom ìh + Ir/2 — logeladen und mit einem Strom ìh — Ir/2 — lo entladen. Beide Arten Halbperioden unter-20 scheiden sich somit nur durch das Vorzeichen des Stromes Io. Da die Umschaltsignale A und B durch die Art ihrer Erzeugung genau gleich lange Halbperioden besitzen und da das Vorzeichen des Stromes Io in zwei aufeinanderfolgenden Halbperioden unterschiedlich ist, eliminiert sich Io und 25 damit auch der Einfluss der Nullspannung Uo bei einer Integration über eine ganzzahlige Anzahl Perioden des Umschaltsignals A bzw. B oder bei einer Integration über eine genügend lange Zeit.

Die Ladung, die dem Kondensator C während einer jeden 30 ungeradzahligen Halbperiode durch den Strom in + Ir/2 + Io vom Polumschalter 15 her dauernd zufliesst, wird ihm jeweils fortlaufend in kleinen, konstanten, genau definierten Ladungsmengen Qr = Ir/fR durch das Zuschalten der Signalquelle 20 entzogen unter gleichzeitiger Abgabe eines recht-35 eckförmigen Impulses pro Quantum am Q-Ausgang des D-Flip Flops 75. Die Ladung, die dem Kondensator C während einer jeden geradzahligen Halbperiode durch den Strom ìh — Ir/2 — Io vom Polumschalter 15 her dauernd entzogen wird, wird ihm jeweils fortlaufend in kleinen, kon-40 stanten, genau definierten Ladungsmengen Qr durch das Zuschalten der Signalquelle 20 wieder zugeführt, so dass der totale Ladestrom des Kondensators C dem Summenstrom (ìh - Ir/2 — Io) + Ir = ìh + Ir/2 — Io entspricht, wobei auch diesmal wieder gleichzeitig ein rechteckförmiger Impuls pro 45 Quantum am Q-Ausgang des D-Flip Flops 75 abgegeben wird. Jeder dieser Impulse ist somit ein Mass für das kleine, genau definierte Ladungsquantum, das dem Kondensator C mit Hilfe des Referenzstromes Ir entzogen bzw. zugeführt wird. Bedingt durch die Umpolung des Kondensators C ist so die Polarität des Ladestromes ìh + Ir/2±Io unverändert und somit wird die zur Zeit der periodischen Umpolung im Kondensator C noch anstehende Restladung in der nachfolgenden Halbperiode mit der richtigen Polarität berücksichtigt, so dass keine durch die Restladung bedingte Modulation 55 der Ausgangsfrequenz entstehen kann.

Das mit Hilfe der Integration und des Komparators 71 erzeugte Ausgangssignal F des D-Flip Flops 75 besteht aus rechteckförmigen Impulsen. Die mittlere Frequenz fF dieser Impulse ist proportional dem Summenstrom ìh + Ir/2 und 60 damit um eine konstante Frequenz fR/2 zu gross, wenn die Frequenz îr/2 die Frequenz darstellt, die dem Wert des Referenzsignals Ur/2 bzw. Ir/2 entspricht. Die Frequenz fr/2 ist auch die Frequenz der rechteckförmigen Impulse des Taktsignals P. Um eine Ausgangsfrequenz der Einrichtung zu 65 erhalten, die nur proportional dem Signalstrom ìh und damit auch nur proportional dem Signal uh ist, muss somit noch von der Frequenz fF des Ausgangssignals F die konstante Referenzfrequenz {r/2 des Taktsignals P subtrahiert werden.

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Dies geschieht mit Hilfe eines in der Gestalt des Ausgangsfrequenzteilers 17 am Ausgang des Spannungs/Frequenz-Wandlers 7 (siehe Fig. 1) vorhandenen Vorwärts/Rückwärts-Zäh-lers. indem dort die Impulse des Ausgangssignals F des D-Flip Flops 75 vorwärts und diejenigen des Taktsignals P rückwärts gezählt werden. Gleichzeitig teilt der Ausgangsfrequenzteiler 17 noch die Frequenzdifferenz fF — {r/2 durch eine Zahl k. Der Aufbau des Ausgangsfrequenzteilers 17 ist aus der Fig. 10 ersichtlich.

Der in der Fig. 10 dargestellte Ausgangsfrequenzteiler 17 besteht aus einem Exklusiv-Oder-Gatter 83, einem ersten Und-Gatter 84, einem ersten Zähler 85, einem ersten Flip Flop 86, einem zweiten Flip Flop 87, einem dritten Flip Flop 88, einem zweiten Und-Gatter 89, einem dritten Und-Gatter 90a, einem vierten Und-Gatter 90b, einem fünften Und-Gatter 90c, einem ersten Inverter 90d, einem zweiten I n verter 91, einem dritten Inverter 92, einem sechsten Und-Gatter 93 und einem zweiten Zähler 94. Der erste Zähler 85 ist ein binärer Vorwärts/Rückwärts-Zähler, der z. B. vorwärts zählt, wenn an seinem U/D-Eingang ein Logikwert «1» ansteht, und der rückwärts zählt, wenn an seinem U/D-Ein-gang ein Logikwert «0» ansteht. Alle Flip Flop 86 bis 88 sind z. B. D-Flip Flop. Das Und-Gatter 93 und der Zähler 94 bilden zusammen einen monostabilen Multivibrator 95. Die Takteingänge des Zählers 85, des Flip Flops 86 und des Flip Flops 87 werden z. B. mit positivgehenden Flanken und die Takteingänge des Flip Flops 88 und des Zählers 94 z. B. mit negativgehenden Flanken gesteuert. Das Flip Flop 88, das Und-Gatter 90a und der monostabile Multivibrator 95 bilden eine Leerlauf-Verhinderungsschaltung 88; 90a; 95, die insbesondere bei Verwendung der Einrichtung in einem Elektrizitätszähler von Bedeutung ist.

Der erste Signaleingang des Ausgangsfrequenzteilers 17 ist mit einem ersten Eingang des Exklusiv-Oder-Gatters 83 verbunden und wird vom Ausgangssignal F des D-Flip Flops 75 angesteuert. Sein zweiter Signaleingang ist auf einen zweiten Eingang des Exklusiv-Oder-Gatters 83, auf den U/D-Eingang des Zählers 85 und auf einen D-Eingang des Flip Flops 87 geführt. Er wird vom Taktsignal P mit einer Frequenz fr/2 angesteuert. Der erste Takteingang des Ausgangsfrequenzteilers 17 ist mit einem ersten Eingang des Und-Gatters 84 und über den Inverter 92 mit einem ersten Eingang des Und-Gatters 89 verbunden. Er wird vom Taktsignal L mit der Frequenz fR gespeist. Sein zweiter Takteingang ist auf einen ersten Eingang des Und-Gatters 93 geführt und wird vom Taktsignal T mit der Frequenz fR/128 gespeist. Sein dritter Takteingang ist mit dem Takteingang des Flip Flops 86 verbunden und wird vom Taktsignal Y mit der Frequenz 2fR gespeist.

Es sind miteinander verbunden:

- Der Ausgang des Exklusiv-Oder-Gatters 83 mit einem zweiten Eingang des Und-Gatters 84, dessen Ausgang auf einen Takteingang des Zählers 85 und auf einen Ausgang des Ausgangsfrequenzteilers 17 geführt ist,

- der «Carry Out»-Ausgang CO des Zählers 85 mit einem D-Eingang des Flip Flops 86, dessen Q-Ausgang auf einen zweiten Eingang des Und-Gatters 89, auf einen Takteingang des Flip Flops 87 und auf einen Takteingang des Flip Flops 88 geführt ist.

- der Ausgang des Und-Gatters 89 mit einem ersten Eingang des Und-Gatters 90a, mit dem Ladeeingang PE des Zählers 85 und mit dem Rückstelleingang RE des Zählers 94,

- der Q-Ausgang des Flip Flops 87 mit den Paralleleingängen PI bis P4des Zählers 85 und dem ersten Eingang des Und-Gatters 90b sowie über den Inverter 91 mit dem Paralleleingang P5 des Zählers 85 und über den Inverter 90d mit dem ersten Eingang des Und-Gatters 90c,

- der Q-Ausgang des Flip Flops 88 mit einem zweiten Eingang des Und-Gatters 90a, dessen Ausgang auf je einen zweiten Eingang der Und-Gatter 90b und 90c geführt ist, und - der Ausgang des Und-Gatters 93 mit einem Takteingang des Zählers 94, dessen Q::-Ausgang auf einen zweiten Ein-5 gang des Und-Gatters 93 und auf einen invertierenden Rückstelleingang des Flip Flops 88 geführt ist.

Am D-Eingang des Flip Flops 88 liegt ein Logikwert « 1 ». Die Ausgänge der Und-Gatter 90b und 90c bilden die beiden Ausgänge des Ausgangsfrequenzteilers 17, an dem die io Signale M und Mi anstehen.

Da der Zähler 85 nicht gleichzeitig vor- und rückwärts zählen kann, müssen alle Impulse des Ausgangssignals F und des Taktsignals P, die gleichzeitig an den beiden Signaleingängen des Ausgangsfrequenzteilers 17 erscheinen, mit Hilfe is des Exklusiv-Oder-Gatters 83 eliminiert werden. Dies hat keinen negativen Einfluss auf den Zählwert des Zählers 85, da ein vorwärts- und ein rückwärtsgezählter Impuls sowieso einen Zählwert Null ergeben würden. Am Ausgang des Exklusiv-Oder-Gatters 83 erscheint nur ein Logikwert «1», 20 wenn die beiden Signale F und P unterschiedlich sind. Das Und-Gatter 84 dient als Impulsformer, der die Impulsdauer der Ausgangsimpulse des Exklusiv-Oder-Gatters 83 auf diejenige des Taktsignals L reduziert. In der Fig. 9 sind der zeitliche Verlauf des Taktsignals P in der fünften Zeile, derjenige 2s des Ausgangssignals S des Exklusiv-Oder-Gatters 83 in der sechsten Zeile und derjenige des Ausgangssignals W des Und-Gatters 84 in der siebten Zeile dargestellt. Der Zähler 85 zählt die Ausgangsimpulse des Und-Gatters 84 vorwärts, wenn das Taktsignal P, das an seinem U/D-Eingang ansteht, 30 einen Logikwert «1» besitzt und rückwärts, wenn dasTakt-signal P einen Logikwert «0» aufweist. Die negativgehenden Impulse am Ausgang CO des Zählers 85 werden mit der nächsten positivgehenden Flanke des Taktsignals Y in das Flip Flop 86 übernommmen und erscheinen somit in der 3s Regel leicht verzögert als positive Impulse am Q-Ausgang des Flip Flops 86. Ihre Impulsdauer wird im nachfolgenden Und-Gatter 89 mit Hilfe des invertierten Taktsignals L auf die Dauer von dessen Impulsen beschränkt, d. h. das Und-Gatter 89 arbeitet ebenfalls als Impulsformer. Da wegen Rauschen 40 oder der zeitweise wechselnden Polarität des Signals uh, die Zählrichtung vorübergehend ändern kann, wird der Anfangszählwert des Zählers 85 nicht wie üblich gleich 0 = 00 000 beim Vorwärtszählen bzw. in unserem Beispiel gleich dem Maximalwert 31 = 11 111 beim Rückwärtszählen 45 gewählt, sondern annähernd in der Mitte des Zählbereichs gelegt, nämlich z. B. bei einem Wert 16= 10 000, wenn vorher Zustand 00 000 beim Rückwärtszählen erreicht wurde (P = «0»), oder bei einem Wert 15 = 01 111, wenn vorher Zustand 11111 beim Vorwärtszählen erreicht wurde so (P = «1»), Dies geschieht, indem mit jeder positivgehenden Flanke der Ausgangsimpulse des Flip Flops 86 der gerade anstehende Logikwert des Taktsignals P in das Flip Flop 87 übernommen wird, wodurch dessen Q-Ausgang, zur Vorbereitung eines Parallel-Ladevorganges des Zählers 85, bei ss P = «0» eine Binärzahl 10 000 = 16 oder bei P = « 1 » eine Binärzahl 01 111 = 15 an die Paralleleingänge P5, P4, P3, P2, PI des Zählers 85 anlegt. Jeder Ausgangsimpuls des Und-Gat-ters 89 lädt mit Hilfe des Ladeeingangs PE diesen Anfangswert in den Zähler 85 und stellt gleichzeitig mit Hilfe des 60 Rückstelleingangs RE den Zähler 94 auf Null zurück. Der Ladevorgang des Zählers 85 lässt erneut einen Logikwert «1» an dessen Ausgang CO erscheinen, der, wieder in der Regel leicht verzögert, in das Flip Flop 86 übernommen wird und dadurch den positiven Impuls an dessen Q-Ausgang beendet. 65 Dadurch endet auch der Ausgangsimpuls des Und-Gatters 89. Falls das Flip Flop 88 noch nicht mit einem Logikwert « 1 » geladen war, geschieht dies jetzt durch die negativgehende Flanke des Ausgangsimpulses am Q-Ausgang des Flip

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Flops 86, wodurch der Q-Ausgang des Flip Flops 88 nun das Und-Gatter 90a freigibt. Da aber gleichzeitig, wie bereits erwähnt, der Ausgangsimpuls des Und-Gatters 89 endet, erreicht dieser Ausgangsimpuls nicht mehr die Ausgänge des Ausgangsfrequenzteilers 17, da das Und-Gatter 90a für ihn zu spät freigegeben wird. Die Rückstellung des Zählers 94 durch den Ausgangsimpuls des Und-Gatters 89 bedingt, dass der Qn-Ausgang des Zählers 94 einen Logikwert «1» annimmt, der das Und-Gatter 93 freigibt. Sobald der Ausgangimpuls des Und-Gatters 89 beendet ist, beginnt der Zähler 94 die Impulse des rechteckförmigen Taktsignals T zu zählen. Wird der Zähler 94 in der Zwischenzeit nicht durch einen Ausgangsimpuls des Und-Gatters 89 auf Null zurück-gestellt,_dann zählt er solange, bis ein Logikwert «0» an seinem Qu-Ausgang erscheint, der einerseits das Flip Flop 88 auf Null zurückstellt und der anderseits das Und-Gatter 93 sperrt und damit den Zählvorgang_des Zählers 94 beendet. Ein Logikwert «0» erscheint am Qi2-Ausgang des Zählers 94 nach 2,2_ 1 =2" Perioden der Dauer 128/fR des Taktsignals T, d. h. nach 218/fR Sekunden, was mit fa = 210 Hz eine Dauer von 28 = 256 Sekunden ergibt.

Die Leerlauf-Verhinderungsschaltung 88 ; 90a; 95 verhindert, dass ein nach längerer Zeit t, mit t>256 Sekunden, am Ausgang CO des Zählers 85 erscheinender Impuls an die Ausgänge des Ausgangsfrequenzteilers 17 weitergegeben wird. Da nach 256 Sekunden das Flip Flop 88 durch das Aus-gangssignal des Zählers 94 auf Null zurückgestellt wird, ist das Und-Gatter 90a für jeden ersten Impuls gesperrt. Im Normalbetrieb, wenn ein Signal uh am Eingang der Einrichtung ansteht, wird somit der erste am Q-Ausgang des Flip Flops 86 erscheinende positive Impuls nicht an die Ausgänge des Ausgangsfrequenzteilers 17 weitergegeben (Anfangsfehler), jedoch seine negativgehende Flanke lädt einen Logikwert « 1 » in das Flip Flop 88, dessen Q-Ausgang damit das Und-Gatter 90a freigibt, und zwar für alle nachfolgenden Impulse. Letzeres ist bedingt durch die Tatsache, dass jeder neue Ausgangsimpuls des Und-Gatters 89 den Zähler 94 vor Ablauf von 256 Sekunden wieder auf Null zurückstellt. Dadurch wird der Zähler 94 immer wieder gezwungen,

seinen Zählvorgang erneut bei Null zu beginnen, so dass nie ein Logikwert «0» an seinem Qi2-Ausgang erscheint und somit auch nie das Flip Flop 88 auf Null zurückgestellt wird. Die Freigabe des Und-Gatters 90a dauert somit so lange an, bis kein Impuls mehr vor Ablauf der 256 Sekunden erscheint. Die mittlere Frequenz der Ausgangsimpulse des Zählers 85, des Flip Flops 86, des Und-Gatters 89 und des Und-Gatters 90a ist in diesem Fall proportional dem Signalstrom ìh und damit auch proportional dem Signal uh.

Im Leerlauf dagegen, wenn kein Signal uh am Eingang der Einrichtung ansteht, ist es möglich, dass die Integration von sehr kleinen Störsignalen über eine sehr sehr lange Zeit schliesslich auch einen Impuls am Ausgang des Und-Gatters 89 erzeugt. Dieser erreicht wie alle ersten Impulse die Ausgänge des Ausgangfrequenzteilers 17 nicht, da das Und-Gatter 90a gesperrt ist. Jedoch auch alle weiteren Leerlauf-Impulse erreichen diese Ausgänge nicht, da ihr zeitlicher Abstand unter sich und zum ersten Impuls immer grösser als 256 Sekunden ist. D. h: Der Zähler 94 hat jedesmal, bevor er durch den Impuls auf Null zurückgestellt wird, genügend Zeit, um an seinem Qi2-Ausgang einen Logikwert «0» erscheinen zu lassen, der jedesmal das Flip Flop 88 auf Null zurückstellt und damit jedesmal zeitig vor Erscheinen des nächsten Impulses das Und-Gatter 90a sperrt.

Das Ausgangssignal des Flip Flops 87 zeigt an, welche Polarität das Signal uh besitzt. Bei positiven Werten des Signals uh gibt es das Und-Gatter 90b frei, so dass das Ausgangssignal des Und-Gatters 90a als Signal M den Ausgang des Und-Gatters 90b erreicht. Bei negativen Werten des

Signals uh gibt es dagegen das Und-Gatter 90c frei, so dass das Ausgangssignal des Und-Gatters 90a diesmal als Signal M den Ausgang des Und-Gatters 90c erreicht. Das Signal M enspricht einer positiven und das Signal Mi einer negativen s Leistung.

Für die erste Untervariante der zweiten Variante ist in der Fig. 11 eine bevorzugte monolytisch integrierte Ausführung des Eingangsteils des Spannungs/Frequenz-Wandlers 7 dargestellt. Insbesondere ist der Aufbau des Spannungs/Strom-10 Wandlers 14 und der Signalquellen 19 und 20 im Detail dargestellt, während der Rest des Eingangsteils nur angedeutet ist. Die beiden Signalquellen 19 und 20, die Konstantstromquellen sind, sowie im Spannungs/Strom-Wandler 14 enthaltene Stromquellen bestehen aus je einem Operationsver-15 stärker, je einem Feldeffekttransistor und mindestens je einem Widerstand, wobei der Wert des Widerstandes jeweils den Wert des Ausgangsstromes der Stromquelle bestimmt. Der Aufbau derartiger Präzisions-Stromquellen ist an sich bekannt aus dem Buch Advanced Electronic Circuits, Tietze 20 und Schenk, Springer Verlag, 1978, Seiten 57 bis 63. Drei der in der Fig. 11 verwendeten Konstantstromquellen benötigen eine gemeinsame Konstantspannungsquelle 101 von z. B. 1,235 Volt, deren positiver Pol an die positive Speisegleichspannung Vdd liegt und deren negativer Pol mit je einem 25 nichtinvertierenden Eingang der drei Operationsverstärker 102,103 und 104 verbunden ist. Die Konstantstromquelle 20 besteht aus dem Operationsverstärker 102, dessen Ausgang auf einen Gate-Anschluss eines Feldeffekttransistors 105 geführt ist, während ein zweiter Anschluss des Feldeffekt-30 transistors 105 direkt mit einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 102 und über einen Widerstand 106 mit der positiven Speisegleichspannung Vdd verbunden ist. Ein dritter Anschluss des Feldeffekttransistors 105 bildet den Ausgang der Konstantstromquelle 20 und liefert den Refe-35 renzstrom Ir. Der Ausgang der Konstantstromquelle 20 ist über die Schaltereinrichtung 18, die ein Umschalter ist, auf einen Ausgangspol des Polumschalters 15 sowie auf einen Pol des Kondensators C geführt. Die Konstantstromquelle 19 besteht aus dem Operationsverstärker 103, einem Feldeffekt-40 transistor 107 und einem Widerstand 108. Der Spannungs/ Strom-Wandler 14 enthält eine Konstantstromquelle 109 und zwei Stromquellen 110 und 111. Die Konstantstromquelle 109 besteht aus dem Operationsverstärker 104, einem Feldeffekttransistor 112 und einem Widerstand 113. Die Strom-45 quelle 110 ist aus einem Operationsverstärker 114, einem Feldeffekttransistor 115 und einem Widerstand 116 zusammengesetzt, während die Stromquelle 111 ihrerseits aus einem Operationsverstärker 117, einem Feldeffekttransistor 118 und einem Widerstand 119 besteht. Der Aufbau aller so Stromquellen 19,109,110 und 111 ist identisch wie derjenige der Konstantstromquelle 20, allerdings ist der zweite Anschluss des Feldeffekttransistors 115 über den Widerstand 116 nicht mit der positiven Speisegleichspannung Vdd, sondern mit Masse und derjenige des Feldeffekttransistors 118 55 über den Widerstand 119 mit der negativen Speisegleichspannung -1 Vss | verbunden, statt mit der positiven Speisegleichspannung Vdd. Der nicht an Masse liegende Eingangspol des Spannungs/Frequenz-Wandlers 7 und der Ausgang der Konstantstromquelle 109 sind jeweils auf einen nichtin vertie-60 renden Eingang des Operationsverstärkers 114 bzw. 117 geführt. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 117 liegt ausserdem über einen Widerstand 120 an der negativen Speisegleichspannung — | Vss |. Der Ausgang der Konstantstromquelle 19 liefert den halben Referenz-65 ström Ir/2 und ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 114 verbunden, während der Ausgang der Stromquelle 110 auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 117 geführt ist. Die Stromquelle 110 arbeitet

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als Spannungs/Strom-Wandler, der das als Spannung anstehende Signal ±uh in einen proportionalen Strom ±ìh umwandelt, der im Widerstand 116 fliesst und im Feldeffekttransistor 115 vom halben Referenzstrom Ir/2, der von der Konstantstromquelle 19 geliefert wird, subtrahiert wird. Dieser Differenzstrom Ir/2+ìh am Ausgang der Stromquelle 110 wird in der Stromquelle 111, die im Widerstand 119 den Referenzstrom Ir erzeugt, von diesem Referenzstrom Ir subtrahiert, so dass am Ausgang der Stromquelle 111 und damit auch am Ausgang des Spannungs/Strom-Wandlers 14 der geforderte Strom ±ìh + Ir/2 entsteht. Der Ausgang der Stromquelle 111 und die Masse bilden zusammen den zweipoligen Ausgang des Spannungs/Strom-Wandlers 14 und sind mit dem zweipoligen Eingang des Polumschalters 15 verbunden.

Die dritte Untervariante entspricht annähernd der zweiten Untervariante, nur dass die Konstantspannungsquelle durch einen Regler 27 ; 28 ; 29 ; 30 als Spannungsquelle ersetzt ist. Die Ausgangsspannung Ur/2 — Uo des Reglers 27 ; 28 ; 29 ; 30 ersetzt dabei das Referenzsignal Ur/2 der Konstantspannungsquelle und ist gleich der um die Nullspannung Uo des Spannungs/Strom-Wandlers 14 reduzierten Referenzspannung Ur/2.

In der zweiten Untervariante wird nur der Mittelwert des Einflusses der Nullspannung Uo auf die Ausgangsfrequenz der Einrichtung annulliert. In der dritten Untervariante wird dagegen noch zusätzlich eine durch die Nullspannung Uo verursachte Frequenzmodulation der Ausgangssignale M und Mi des Spannungs/Frequenz-Wandlers 7 eliminiert. Der Vor-wärts/Rückwärts-Zähler 28 (siehe Fig. 2) arbeitet ähnlich wie der Zähler 85 im Ausgangsfrequenzteiler 17 (siehe Fig. 10) mit dem Unterschied, dass die Zählrichtung des Vorwärts/ Rückwärts-Zählers 28, dank des Vorhandenseins des Exklusiv-Oder-Gatters 27, während der geradzahligen Halbperioden umgekehrt ist von derjenigen, die während der ungeradzahligen Halbperioden des Umschaltsignals A bzw. B gilt. Während einer ungeradzahligen Halbperiode ergibt die Zählung des Vorwärts/Rückwärts-Zählers 28 einen Zählwert — (fH + fo) • T/2 und während einer geradzahligen Halbperiode einen Zählwert — (fH — fo) • T/2, so dass während einer ganzen Periode T des Umschaltsignals A bzw. B ein Zählwert (fH + fo) • T/2 — (fH - fo) • <T/2 = 2fo • T/2 = fo • T ermittelt wird. Dabei ist fH der Anteil der Frequenz fF, der dem Signal uh entspricht, und fo der Anteil der Frequenz fF, der der Nullspannung Uo entspricht. Der Zählwert fo • T ist somit proportional der Nullspannung Uo. Er wird am Ende einer j eden Periode T mit den positivgehenden Flanken des Umschaltsignals A bzw. B in den Zwischenspeicher 29 (siehe Fig. 2) geladen, um anschliessend mit Hilfe des Digital/Analog-Wandlers 30 in einen Analogwert umgewandelt zu werden. Im eingeschwungenen Zustand des Regelkreises 13; 14; 15;C; 16; 17; 27; 28; 29; 30 ist dieser Analogwert am Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 30 gleich Ur/ 2 — Uo. Der Analogausgang des Digital/Analog-Wandlers 30 ist mit dem ersten Eingang des Addiergliedes 13 verbunden. Der Ausgangsstrom des Spannungs/Strom-Wandlers 14 ist somit wie gefordert proportional der Summenspannung ±uh + Ur/2 — Uo + Uo = ±uh + Ur/2, wobei diezweite Nullspannung Uo durch den Spannungs/Strom-Wandler 14 in die Schaltung eingeführt wird. Im Ausgangsstrom des Spannungs/Strom-Wandlers 14 ist somit ideal kein Anteil der Nullspannung Uo mehr vorhanden.

Der in den Figuren 12 und 13 dargestellte Messwandler zum Messen des in einem elektrischen Leiter 1 fliessenden Stromes i enthält das Hallelement 3 und als dreischenkligen ferromagnetischen Kern 2 einen Kern 121 ; 10, der vorzugsweise aus einem Ring 121 und einem Mittelschenkel 10 besteht. Die in der Darstellung der Zeichnung obere und untere Fläche des Ringes 121 bilden die beiden Aussenschenkel und die beiden seitlichen Flächen des Ringes 121 das Joch des dreischenkligen ferromagnetischen Kerns 121 ; 10, wobei das Joch die drei Schenkel jeweils an ihren beiden s Enden miteinander verbindet. Als Material für den ferromagnetischen Kern 2 bzw. 121 ; 10 eignet sich wegen der hohen Permeabilität vorzugsweise eine Eisen-Nickel-Legie-rung, wie z. B. Permenorm, Vacoperm, Trafoperm, Permax, Ultraperm oder Mumetall. Der Mittelschenkel 10 besitzt io z. B. mindestens drei Luftspalten 11, 124 und 125, wovon der mittlere Luftspalt 11 das Hallelement 3 enthält und die beiden äusseren Luftspalten 124 und 125 je an einem der beiden Enden des Mittelschenkels 10 angeordnet sind. Die Länge des mittleren Luftspaltes 11 in Längsrichtung des Mit-ls telschenkels 10 gemessen ist annähernd gleich gross wie die in gleicher Richtung gemessene Breite des Hallelementes 3, so dass sie genau durch diese Breite des Hallelementes 3 definiert ist. Jeder der beiden äusseren Luftspalten 124 und 125 ist vorzugsweise in Längsrichtung des Mittelschenkels 10 20 gemessen länger als der mittlere Luftspalt 11. Der Mittelschenkel 10 besteht vorzugsweise aus zwei flachen Blechstreifen 10a und 10b, die zusammen mit dem Hallelement 3 in einem Gehäuse 126 aus nichtferromagnetischem Material, mit Vorteil aus Keramik, angeordnet sind. Das Gehäuse 126 25 besitzt vorzugsweise einen Boden 126a und einen Gehäusedeckel 126b. Der Mittelschenkel 10 und der Hallelement 3 sind in vorteilhafter Weise auf einen Träger aus Isoliermaterial angeordnet, auf dem z. B. noch zusätzlich elektronische Bauelemente vorhanden sind, wobei vorzugsweise der Boden 30 126a des Gehäuses 126 dieser Träger ist. Dies gestattet eine einfache, präzise und zuverlässige Montage des Hallelementes 3 und des Mittelschenkels 10, die beide zusammen eine Baueinheit bilden, wobei diese beiden Komponenten so in einer andern Technologie hergestellt werden können als 35 z. B. der restliche Teil des ferromagnetischen Kerns 2 bzw. 121 ; 10. Die beiden äusseren Luftspalten 124 und 125 sind durch je eine Wand des Gehäuses 126 ausgefüllt, so dass ihre Luftspaltlängen genau durch die Wanddicke des Gehäuses 126 definiert werden können. Der Ring 121 besteht aus min-40 destens einem ringförmig gebogenen Blech, was seine Herstellung stark vereinfacht. Die Breite L des Ringes 121 ist grösser als seine grösste Lichtweite, so dass er das Hallelement 3_sehr gut gegen die Wirkung äusserer Fremdmagnetfelder Ha abschirmt. Der elektrische Leiter 1 besitzt vorzugs-45 weise einen rechteckförmigen Querschnitt und der Ring 121 ist dann auch in bevorzugter Weise rechteckförmig. Der Mittelschenkel 10 ist mindestens teilweise vom elektrischen Leiter 1 umgeben und vorzugsweise zwischen je einem in der Nähe parallel zueinander verlaufenden Hin- und Rückleiter so la und lb des elektrischen Leiters 1 angeordnet. Der elektrische Leiter 1 bildet z. B. die U-förmige Schleife 12, deren Hin- und Rückleiter die parallel zueinander verlaufenden Hin-und Rückleiter la und lb des elektrischen Leiters 1 sind. Der rechteckförmige Querschnitt des elektrischen Lei-55 ters 1 beträgt z. B. 2 mm • 10 mm für einen Strom i von 100 A. Wird ein Hallelement verwendet, das Magnetfelder misst, die senkrecht zu seiner Oberfläche wirksam sind, dann füllt das Hallelement 3 z. B. den Luftspalt 11 vollständig aus. Wird dagegen ein Hallelement verwendet, das Magnetfelder 60 misst, die parallel zu seiner Oberfläche wirksam sind, dann füllt das Hallelement 3 z. B. nur die untere Hälfte (siehe Fig. 12) des Luftspaltes 11 aus. Die Länge des Luftspaltes 11 beträgt z. B. 0,6 mm und diejenige der weiteren Luftspalte 124 und 125 z. B. je 1,7 mm. Auf dem Träger können inneres halb oder ausserhalb des Gehäuses 126a; 126b noch zusätzlich elektronische, nicht dargestellte Bauelemente angeordnet sein, die z. B. Teil der Beschaltungselektronik des Hallelementes 3 sind.

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In der Fig. 12 wurde angenommen, dass die Breite des Gehäuses 126 grösser ist als die Breite des elektrischen Leiters 1. In diesem Fall füllt im Querschnitt A-B das Gehäuse 126 z. B. den Raum zwischen dem Hin- und Rückleiter la und lb der Schleife 12 vollständig aus. Die Breite des Gehäuses 126 kann auch gleich oder kleiner sein als die Breite des elektrischen Leiters 1. Im letzten Fall füllt im Querschnitt A-B das Gehäuse 126 den Raum zwischen dem Hin- und Rückleiter la und lb der Schleife 12 nur teilweise aus. In allen Fällen umgibt der Ring 121 der Breite L den Hin- und Rückleiter la und lb der Schleife 12 sowie das Gehäuse 126 derart, dass der Mittelschenkel 10, parallel zu seiner Querrichtung gemessen, annähernd in der Mitte auf halber Entfernung L/2 vom Rand des Ringes 121 angeordnet ist (siehe Fig. 13). Der Hin- und der Rückleiter la und lb der Schleife 12 durchqueren den Hohlraum zwischen dem Gehäuse 126 und dem Ring 121 z. B. derart, dass sie nach Möglichkeit sowohl räumlichen Kontakt mit dem Gehäuse 126a; 126b als auch elektrisch isolierten räumlichen Kontakt mit dem Ring 121 besitzen. Zwischen dem Ring 121 einerseits und dem Hin- und Rückleiter la und lb der Schleife 12 anderseits ist somit eine Isolationsschicht 127a vorhanden (siehe Fig. 12 und Fig. 13).

Der Ring 121 ist vorteilhaft auf seiner Mantelfläche vollständig von einer annähernd parallelen ringförmigen und breiteren Aussenabschirmung 128 umgeben. Zwischen dem Ring 121 und der Aussenabschirmung 128 befindet sich z. B. eine Isolierschicht 127b. Die Aussenabschirmung 128 hat eine Breite Z, die grösser ist als die Breite L des Ringes 121, damit dessen stirnseitige Flächen noch teilweise mit abgeschirmt werden. Die Breite Z beträgt z. B. 30 mm. Die Aussenabschirmung 128 besteht vorteilhaft aus Tiefziehstahl oder aus einer Eisen-Nickel-Legierung. Die Isolierschicht 127b zwischen Ring 121 und Aussenabschirmung 128 dient hier auch dazu, den räumlichen Abstand zwischen den beiden zu vergrössern, was die Schirmwirkung der Aussenabschirmung 128 verbessert. Dieser räumliche Abstand beträgt z. B. 0,05 mm. Die Aufgabe der Aussenabschirmung 128 ist es, den hochpermeablen, aber leicht sättigenden Ring 121, der ja auch als Schirm wirksam ist, bei starken äusseren Fremdmagnetfeldern Ha zu entlasten. Der Ring 121 und die Aussenabschirmung 128 wirken somit als Doppelschirm. Ohne Aussenabschirmung 128 bleibt der durch den Ring 121 gebildete Schirm ungesättigt bis zu einem Wert des äusseren Fremdmagnetfeldes Ha von etwa 50 A/cm. Beim Vorhandensein des Doppelschirms dagegen bleibt der durch den Ring 121 gebildete Schirm ungesättigt bis zu einem Wert des äusseren Fremdmagnetfeldes Ha von etwa 200 A/cm.

Bei Verwendung einer Eisen-Nickel Legierung für den Kern 2 bzw. 121 ; 10 ist der magnetische Spannungsabfall am ferromagnetischen Material im Vergleich mit demjenigen am Luftspalt 11 bzw. an den Luftspalten 11, 124 und 125 vernachlässigbar. Dementsprechend wirken sich auch Nichtli-nearität, Phasenfehler und Temperaturkoeffizient des hochpermeablen Materials nur geringfügig auf den Messwandler aus. Die Anordnung des Mittelschenkels 10 und des Hallelementes 3 auf einem Träger und/oder in einem Gehäuse 126 erlaubt eine besonders präzise, einfache und zuverlässige Montage des Messwandlers. Die Verwendung von drei Luftspalten 11, 124 und 125 gestattet es, alle Toleranzprobleme, der Luftspaltlänge in den beiden äusseren Luftspalten 124 und 125 zu konzentrieren, wo sie am wenigsten stören, da dort die Magnetflusslinien nicht mehr parallel und dicht gepackt sind, sondern bereits teilweise auseinanderlaufen und ihren Weg durch den am ferromagnetischen Kern 2 bzw. 121 ; 10 angrenzenden Luftraum suchen. Diese Toleranzprobleme sind um so geringer, je stärker das Auseinanderlaufen der Magnetflusslinien ist, d. h. je länger die äusseren Luftspalte 124 und 125 sind.

Die zweite und dritte Variante unterscheiden sich von der ersten Variante nur durch die Formgebung des elektrischen s Leiters 1.

In der in der Fig. 14 dargestellten Anordnung bildet der elektrische Leiter 1 mindestens zwei U-förmige Schleifen 12a und 12b, die seitlich parallel nebeneinander angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet sind. Dabei sind beide Leiter io 129 und 130 bzw. 131 und 132 einer jeden Schleife 12a bzw. 12b parallel deckend übereinander angeordnet. Die beiden Hinleiter 129 und 131 einerseits und die beiden Rückleiter 130 und 132 anderseits der beiden Schleifen 12a und 12b sind jeweils in einer gleichen Ebene nebeneinander angeordnet, is Das Gehäuse 126 und damit auch der Mittelschenkel 10 mit dem Hallelement 3 sind zwischen den beiden Hinleitern 129 und 131 einerseits und den beiden Rückleitern 130 und 132 anderseits angeordnet, wobei alle diese Hin- und Rückleiter in der Nähe des Gehäuses 126 verlaufen. Der Ring 121 und, m falls vorhanden, die Aussenabschirmung 128 umgeben seitlich und von ihnen elektrisch isoliert die beiden U-för-migen Schleifen 12a und 12b. Die Anordnung ermöglicht es, ohne die Konfigurationen des Kerns 2 bzw. 121 ; 10 und des Gehäuses 126 zu ändern, den Kern 2 bzw. 121 ; 10 mit halbem 25 Strom, z. B. mit 50 A, zu erregen. Dieser halbe Strom erzeugt mit zwei Schleifen 12a und 12b ein gleich grosses Magnetfeld H wie der Strom i mit einer einzigen Schleife 12.

Selbstverständlich können die U-förmigen Schleifen 12a und 12b auch deckend ineinander geschoben angeordnet so sein. In diesem Fall sind die beiden Hinleiter 129 und 131 einerseits und die beiden Rückleiter 130 und 132 anderseits deckend übereinander statt nebeneinander angeordnet. Die Hin- und Rückleiter 129 bis 132 können dann annähernd doppelt so breit und halb so dick sein.

35 Bei der in der Fig. 15 dargestellten dritten Variante besteht der elektrische Leiter 1 aus zwei Leitern 133 und 134, die mindestens innerhalb des Ringes 121 parallel sind und die mindestens einmal derart angeordnet sind, dass sie den Ring 121 zuerst in der einen Richtung durchqueren, sich dann 40 elektrisch isoliert kreuzen um anschliessend den Ring 121 in umgekehrter Richtung erneut zu durchqueren. Dabei ist das Gehäuse 126 und damit auch der Mittelschenkel 10 jeweils für beide Richtungen zwischen den beiden Leitern 133 und 134 angeordnet. Die beiden Leiter 133 und 134 sind z. B. par-45 allei deckend überein angeordnet. Eine Aussenabschirmung 128 umgibt auch hier in vorteilhafter Weise den Ring 121 seitlich. Diese Anordnung wird z. B. in Elektrizitätszählern der USA verwendet und ermöglicht es, ohne die Konfigurationen des Gehäuses 126 und des ferromagnetischen Kerns 2 so bzw. 121 ; 10 zu ändern, den Kern 2 mit zwei unabhängigen einphasigen Strömen ii und Ì2 von z. B. je 200 A zu erregen, wobei im Extremfall einer der beiden Ströme ii bzw. '12 Null sein kann. Ein derartiger Gesamtaufbau der Leiter 133 und 134 gestattet es, die Übertragungskonstanten der beiden ss Ströme ii und Ì2 genau gleich gross zu machen.

Die in der Fig. 1 dargestellte Anordnung zur Messung einer Leistung wird vorzugsweise zum Aufbau eines Elektrizitätszählers verwendet. Ein derartiger Aufbau eines Elektrizitätszählers ist in der Fig. 16 dargestellt und enthält, 60 zusätzlich zu den anlässlich der Beschreibung der Fig. 1 bereits erwähnten Komponenten, noch einen fakultativ vorhandenen weiteren Frequenzteiler 140, eine Interfaceschaltung 141, einen Schrittmotor 142, eine Anzeige 143 und eine durch eine Leuchtdiode Di symbolisierte optische Schnittes stelle. Aus Gründen der zeichnerischen Einfachheit sind in der Fig. 16 das Steuergerät 8 und der Spannungs/Frequenz-Wandler 7 zu einer Aufbereitungseinheit 7 ; 8 zusammengelegt worden, die einerseits durch die Hallausgangsspannung

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±uh und anderseits durch die Netzversorgungsspannung un gespeist wird. Ausserdem besitzt die Aufbereitungseinheit 7 ; 8 einen Ausgang für das im Bedarfsfall aufbereitete Umschaltsignal A bzw. B, sowie die drei Ausgänge 7a, 7b und 7c des Spannungs/Frequenz-Wandlers 7. Der Ausgang, an dem das Umschaltsignal A bzw. B ansteht, ist mit dem Steuereingang des Polumschalters 4 verbunden. Der Signalausgang 7 a der Aufbereitungseinheit 7 ; 8, an dem das einer positiven Leistung entsprechende Signal M ansteht, ist mit einem Takteingang des Frequenzteilers 140 und mit einem Rückstelleingang der Interfaceschaltung 141 verbunden. Der Taktausgang 7c der Aufbereitungseinheit 7; 8, an dem das Taktsignal E ansteht, ist auf einen Takteingang der Interfaceschaltung 141 geführt, dessen Signaleingang mit dem Ausgang des Frequenzteilers 140 verbunden ist. Ein zweipoliger Ausgang der Interfaceschaltung 141 ist mit den elektrischen Anschlüssen des Schrittmotors 142 verbunden, der die Anzeige 143 mechanisch antreibt. Ein zusätzlicher Ausgang der Interfaceschaltung 141 ist einpolig mit der Kathode der Leuchtdiode Di verbunden, dessen Anode an der positiven Speisegleichspannung Vdd liegt. Falls der Elektrizitätszähler nur positive Energie misst, ist der Signalausgang 7b der Aufbereitungseinheit 7 ; 8 nicht anzuschliessen. Der Frequenzteiler 140 istz. B. programmierbar. Die Frequenz des Signals M am Signalausgang 7a, das aus rechteckförmigen Impulsen besteht, ist proportional der Leistung. Diese Frequenz wird im Frequenzteiler 140 durch eine Zahl h geteilt, und die so erhaltenen rechteckförmigen Impulse werden zeit- und span-nungsmässig in der nachfolgenden Interfaceschaltung 141 so aufbereitet, dass sie den Schrittmotor 142 steuern können. Beim Empfang eines jeden Impulses schaltet der Schrittmotor 142 um einen Schritt vorwärts. Nach einer vorgegebenen Anzahl Schritte, z. B. 300 Schritte, wird der von der Anzeige 143 angezeigte Wert um eins inkrementiert. Statt einer elektromechanischen Anzeige 143 kann auch eine vollelektronische Leuchtdioden- oder Flüssigkristall-Anzeige verwendet werden. In diesem Fall können der Schrittmotor 142 und seine Interfaceschaltung 141 wegfallen und muss statt dessen ein zusätzlicher Frequenzteiler mit einem unver16

lierbaren Speicher verwendet werden. Durch die Impulszählung wird die Leistung integriert, d. h. die Energie ermittelt. Die Leuchtdiode Di ihrerseits blinkt z. B. im Rhythmus der Impulse des Signals M und kann dazu benutzt werden, deren s Impulsfrequenz optisch zu messen.

Die in den Figuren 1 und 16 dargestellte Anordnungen haben folgende Vorteile:

- Durch Verwendung des annähernd geschlossenen ferromagnetischen Kerns 2 bzw. 121 ; 10 wird das Nutzsignal um io einen Faktor u verstärkt, ohne dass dabei gleichzeitig Nullspannungen oder sonstige Störsignale verstärkt werden. Dabei bezeichnet der Faktor jj. die Permeabilität des ferromagnetischen Materials.

- Durch Verwendung zweier Signalquellen 19 und 20 und is der Umschaltvorrichtung 4 ; 18 bzw. 4 ; 15 ; 18 wird die periodische Umpolung des Nutzsignals ermöglicht, ohne dass dabei gleichzeitig Nullspannungen oder sonstige Störsignale der Verarbeitungselektronik ebenfalls umgepolt werden. Dies gestattet es, den Einfluss der Nullspannungen und Stör-

20 signale zu eliminieren oder mindestens stark zu reduzieren.

Beide Vorteile führen dazu, dass das Nutzsignal/Störsignal-Verhältnis der beiden Anordnungen bedeutend besser ist. Durch Verwendung des in den Figuren 5 und 6 dargestellten Hallelementes, das einerseits eine sehr hohe Emp-25 findlichkeit und anderseits eigene Störsignal-Kompensa-tionsanschlüsse in Gestalt der Gateanschlüsse OL und OR besitzt, wird das Nutzsignal/Störsignal-Verhältnis noch zusätzlich stark verbessert.

Durch Verwendung des anspruchslosen Regelverstärkers 5 30 wird die Verwendung eines teuren und komplizierten Differentialverstärkers am Ausgang des Hallelementes 3 vermieden.

Der in den Figuren 12 bis 15 verwendete Aufbau eines Messwandlers, insbesondere die Verwendung dreier Luft-35 spalte und die besondere Lage der beiden äusseren Luftspalte, hat den Vorteil, dass seine Montage ohne Verschlechterung der Linearität und des Phasenfehlers und unter Verbesserung der Luftspalttoleranzen besonders präzis, einfach und zuverlässig ist.

B

6 Blatt Zeichnungen

Claims (33)

1. 673160 2

   PATENTANSPRÜCHE Isolationsschicht (69) vorhanden ist, die mindestens die Kon-

   1. Anordnung zur Messung elektrischer Leistung, insbe- taktdiffusionen (52 bis 54) der drei mittleren Strom- bzw.

   sondere für einen Elektrizitätszähler, mit einem von einem Sensorelektroden (42 bis 44) seitlich und von ihnen getrennt elektrischen Strom (i) durchflossenen Leiter (1), einem Span- umgibt, wobei ihr Zentrum annähernd von der Kontaktdif-

   nungs/Strom-Wandler (6) zur Umwandlung einer elektri- s fusion (53) der mittleren Stromelektrode (43) gebildet wird,

   sehen Spannung (un) in einen proportionalen Speisestrom ihre Längsachse annähernd parallel zur Verbindungsgeraden

   (ìn) für ein Hallelement (3), dem Hallelement (3) zur Erzeu- der Strom- und Sensorelektroden (41 bis 45) verläuft und ihre gung einer als Nutzsignal dienenden Hallausgangsspannung Tiefe grösser ist als die Tiefe der Kontaktdiffusionen (51 bis (—uh), die dem Produkt (±i • un) aus Strom (i) und Spannung 55) der Strom- und Sensorelektroden (41 bis 45), und dass die

   (±un) proportional ist, und einem Spannungs/Frequenz- io Isolationsschicht (69) im Vergleich zum Halbleitermaterial

   Wandler (7) zur Umwandlung der Hallausgangsspannung (46) vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp (P) ist, wobei

   (±uh) in eine proportionale Impulsfrequenz, dadurch sie räumlichen Kontakt mit der Oberflächenschicht (68)

   gekennzeichnet, dass ein annähernd geschlossener und mit besitzt, falls diese vorhanden ist.

   mindestens einem Luftspalt (11) versehener ferromagneti- 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, scher Kern (2,121 ; 10) vorhanden ist, der durch den Strom (i) is dass an der Oberfläche im Halbleitermaterial (46) eine stark erregt ist, dass das Hallelement (3) in dem Luftspalt (11) des mit Fremdatomen dotierte Diffusionsschicht (70) vorhanden ferromagnetischen Kerns (2,121 ; 10) angeordnet ist, dass der ist, welche die Isolationsschicht (69) seitlich ringförmig und

   Spannungs/Frequenz-Wandler (7) einen einen Kondensator von ihr getrennt umgibt, wobei die Diffusionsschicht (70)

   (C) enthaltenden Integrator (14; C) und mindestens zwei vom gleichen Leitfähigkeitstyp (N) ist wie das Halbleiterma-

   Signalquellen (19,20) aufweist und dass eine Umschaltvor- 20 terial (46).

   richtung(4; 18 bzw. 4; 15; 18) vorhanden ist zur periodischen 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch

   Umpolung des Nutzsignals und zur Umschaltung der Signal- gekennzeichnet, dass die Umschaltvorrichtung (4; 18) aus quellen (19; 20) zum Zweck der Kompensation von in der einem Polumschalter (4) und einer Schalteinrichtung (18)

   Anordnung intern erzeugten Nullspannungen. gebildet ist, wobei der Polumschalter (4) in den Speisestrom-
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 25 Zuleitungen des Hallelementes (3) angeordnet ist und die dass das Hallelement (3) aus Halbleitermaterial (46) eines Schalteinrichtung (18) aus zwei Schaltern (31,32) besteht, die vorgegebenen Leitfähigkeitstyps (N) besteht, an dessen Ober- einen gemeinsamen Anschluss besitzen, der mit einem nicht fläche annähernd geradlinig nebeneinander und in der ange- an Masse liegenden Anschluss des Kondensators (C) vergebenen Reihenfolge mindestens eine erste äussere Strom- bunden ist, während der andere Anschluss der Schalter (31, elektrode (41), eine erste Sensorelektrode (42), eine mittlere 30 32) jeweils auf einen Anschluss einer der beiden Signal-Stromelektrode (43), eine zweite Sensorelektrode (44) und quellen (19,20) geführt ist, die beide Konstantstromquellen eine zweite äussere Stromelektrode (45) angeordnet sind, sind und einen gleichwertigen, aber in der Polarität umge-wobei sowohl die beiden Sensorelektroden (42,44) als auch kehrten Referenzstrom (± Ir) liefern.

   die beiden äusseren Stromelektroden (41,45) jeweils annä- 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch hernd symmetrisch zur mittleren Stromelektrode (43) 35 gekennzeichnet, dass die Umschaltvorrichtung (4 ; 15 ; 18) aus angeordnet sind, und dass mindestens die Anschlusskontakte zwei von einem gleichen periodischen Umschaltsignal (A

   der Stromelektroden (41,43,45) je eine Kontaktdiffusion bzw. B) gesteuerten Polumschaltern (4,15) und einem einpo-

   (51, 53, 55) besitzen, die stark mit Fremdatomen dotiert ist ligen Umschalter (33) besteht, wobei ein erster Polum-

   und die aus Material besteht, das vom gleichen Leitfähig- Schalter (4) in den Speisestrom-Zuleitungen des Hallele-

   keitstyp (N) ist wie das Halbleitermaterial (46). 40 mentes (3) und ein zweiter Polumschalter (15) nach einem im
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, Spannungs/Frequenz-Wandler (7) enthaltenen weiteren dass zwischen der aktiven Zone (67) des Hallelementes (3) Spannungs/Strom-Wandler ( 14) angeordnet ist, dass der wei-und der Oberfläche des Hallelementes (3) eine Sperrschicht tere Spannungs/Strom-Wandler (14) zusammen mit dem (68 ; 67) angeordnet ist, die mindestens die aktive Zone (67) dem zweiten Polumschalter (15) nachgeschalteten Kündendes Hallelementes (3) nach oben hin abdeckt. 45 sator (C) den Integrator (14; C) bildet, dass beim weiteren
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, Spannungs/Strom-Wandler ( 14) eine erste ( 19) der beiden dass die Sperrschicht (68 ; 67) gebildet ist durch die Grenz- Signalquellen (19,20) derart angeordnet und angeschlossen schicht zwischen der aktiven Zone (67) des Hallelementes (3) ist, dass der Eingangsstrom (±ìh ± Ir/2) des zweiten Pol-und einer an der Oberfläche im Hallelement (3) angeord- Umschalters (15) proportional einem Summensignal (±uh + neten Oberflächenschicht (68), die aus Material besteht, das so Ur/2, ±uh + Ur/2 — Uo, ±ìh + Ir/2) ist, welches gleich der den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp (P) besitzt als das Summe eines von der ersten Signalquelle (19) erzeugten Halbleitermaterial (46), und die mindestens die aktive Zone Referenzsignals (Ur/2, Ur/2 — Uo, Ir/2) und eines dem Aus-(67) nach oben hin abdeckt, wobei sie durch die vorhandenen gangssignal (±uh) des Hallelementes (3) proportionalen Kontaktdiffusionen (51 bis 55) der Strom- und Sensorelek- Signals (± uh ± ìh) ist, dass ein Anschluss der zweiten Signal-troden (41 bis 45) voll durchquert wird, und dass die Oberflä- ss quelle (20), die eine Konstantstromquelle ist, über den chenschicht (68) eine Anschlussverbindung (R) besitzt. Umschalter (33), je nach dessen Stellung, mit dem einen oder
5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch dem andern Anschluss des Kondensators (C) verbunden ist gekennzeichnet, dass die Kontaktdiffusionen (51,55) der und dass am Ausgang des Spannungs/Frequenz-Wandlers (7) beiden äusseren Stromelektroden (41,45) ringförmig sind ein Vorwärts/Rückwärts-Zähler (17 ; 85) vorhanden ist und jeweils eine Kontaktdiffusion (51a, 55a) eines Gate- 60 zwecks Subtraktion einer Referenzfrequenz (îr/2).

   anschlusses (OL, OR) in einem Abstand seitlich umgeben, 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekenn-

   wobei die Kontaktdiffusionen (51a, 55a) der Gateanschlüsse zeichnet, dass das von der ersten Signalquelle ( 19) erzeugte

   (OL, OR) stark mit Fremdatomen dotiert und im Vergleich Referenzsignal (Ur/2 - Uo, Ir/2) und die Referenzfrequenz zum Halbleitermaterial (46) vom entgegengesetzten Leitfä- (îr/2) mindestens annähernd dem halben Wert des von der higkeitstyp (P) sind. 6s zweiten Signalquelle (20) gelieferten Refernzstromes (Ir) ent-
6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch spricht.

   gekennzeichnet, dass eine an der Oberfläche in das Halb- 11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn-

   leitermaterial (46) eindiffundierte tiefe, länglich-ringförmige zeichnet, dass die erste Signalquelle ( 19) eine Konstantstrom-

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   quelle ist und am Ausgang des weiteren Spannungs/Strom-Wandlers (14) angeschlossen ist.
7. 12. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Signalquelle (19) eine Kon-stantspannungsquelle ist und über ein Addierglied (13) an den Eingang des weiteren Spannungs/Strom-Wandlers (14) angeschlossen ist.
8. 13. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Signalquelle (19) ein Regler (27 ; 28 ; 29 ; 30) ist, der aus einem Exklusiv-Oder-Gatter (27), einem weiteren Vorwärts/Rückwärts-Zähler (28), einem Zwischenspeicher (29) und einem Digital/Analog-Wandler (30) besteht, und über ein Addierglied (13) an den Eingang des weiteren Spannungs/Strom-Wandlers (14) angeschlossen ist.
9. 14. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungs/Frequenz-Wandler (7) einen Ausgangsfrequenzteiler (17) enthält, der mindestens ein Exklusiv-Oder-Gatter (83), einen Vorwärts/ Rückwärts-Zähler (85), zwei Flip Flop (86, 87) und zwei Und-Gatter (84, 89) enthält.
10. 15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsfrequenzteiler (17) eine Leerlauf-Verhinderungsschaltung (88 ; 90a; 95) enthält.
11. 16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlauf-Verhinderungsschaltung (88; 90a; 95) aus einem monostabilen Multivibrator (95), einem Flip Flop (88) und einem Und-Gatter (90a) besteht.
12. 17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der monostabile Multivibrator (95) aus einem Und-Gatter (93) und einem Zähler (94) besteht.
13. 18. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungs/Strom-Wandler (14) drei Stromquellen (109,110,111) enthält.
14. 19. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine jede vorhandene Stromquelle (19,20,109,110,111) aus einem Operationsverstärker (102,103,104,114,117), einem Feldeffekttransistor (105, 107,112,115,118) und mindestens einem Widerstand (106, 108, 113, 116,119) besteht.
15. 20. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hallelement (3) und dem Spannungs/Frequenz-Wandler (7) ein Hochpassverstärker (9) angeordnet ist.
16. 21. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass dem Integrator (14; C) ein Überwachungs- und Steuergerät (16) nachgeschaltet ist, welches mindestens einen Komparator (71) zur Überwachung der Spannung (uc) am Kondensator (C) und ein Flip Flop (75) zur Steuerung der Schalteinrichtung (18) bzw. des Umschalters (33) enthält.
17. 22. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelverstärler (5) zur Kompensation des Bezugspotentials der Ausgangsspannung (±uh) des Hallelementes (3) vorhanden ist, wobei ein das Bezugspotential führender Ausgangsanschluss (26) des Hallelementes (3) auf einen invertierenden Eingang des Regelverstärkers (5) geführt ist, dessen nichtinvertierender Eingang an Masse liegt und dessen Ausgang in einer Stellung eines Polumschalters (4) mit einem ersten Eingangsanschluss (23) des Hallelementes (3) verbunden ist, während er in der anderen Stellung des Polumschalters (4) mit einem zweiten Eingangsanschluss (24) des Hallelementes (3) verbunden ist.
18. 23. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der ferromagnetische Kern (2, 121 ; 10) dreischenklig ist, sein Mittelschenkel (10) mindestens teilweise vom elektrischen Leiter (1) umgeben ist und mindestens drei Luftspalte (11,124,125) besitzt, von denen der mittlere Luftspalt (11) das Hallelement (3) enthält und die beiden äusseren Luftspalte (124,125) je an einem der beiden Enden des Mittelschenkels (10) angeordnet sind, dass der Mittelschenkel (10) und das Hallelement (3) zusammen s eine Baueinheit bilden und dass jeder der beiden äusseren Luftspalte (124,125) in der Längsrichtung des Mittelschenkels (10) gemessen länger ist als der mittlere Luftspalt (11).
19. 24. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelschenkel (10) aus zwei flachen Blech-10 streifen (10a, 10b) besteht, die zusammen mit dem Hallelement (3) in einem Gehäuse (126) aus nichtferromagneti-schem Material angeordnet sind, und dass die beiden äusseren Luftspalte (124,125) durch je eine Wand des Gehäuses (126) ausgefüllt sind.

    is 25. Anordnung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch und die beiden Aussenschenkel des ferromagnetischen Kerns (2,121 ; 10) durch einen Ring (121) gebildet sind, der aus mindestens einem ringförmig gebogenen Blech besteht.

    20 26. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (L) des Ringes (121) grösser ist als seine grösste Lichtweite.
20. 27. Anordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des mittleren Luft-

    2s spaltes (11) in Längsrichtung des Mittelschenkels ( 10) gemessen annähernd gleich gross ist, wie die in gleicher Richtung gemessene Breite des Hallelementes (3).
21. 28. Anordnung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (1) einen

    30 rechteckförmigen Querschnitt besitzt und dass der Ring (121) rechteckförmig ist.
22. 29. Anordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelschenkel (10) zwischen je einem in der Nähe parallel zueinander verlaufenden

    35 Hin- und Rückleiter (la, lb) des elektrischen Leiters (1) angeordnet ist.
23. 30. Anordnung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (1) eine U-förmige Schleife (12) bildet und dass deren Hin- und Rückleiter die

    40 parallel zueinander verlaufenden Hin- und Rückleiter (la, lb) des elektrischen Leiters (1) sind.
24. 31. Anordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (1) mindestens zwei U-förmige Schleifen (12a, 12b) bildet, die

    45 seitlich parallel nebeneinander angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei beide Leiter (129,130 bzw. 131, 132) einer jeden Schleife (12a bzw. 12b) parallel deckend übereinander und die beiden Hinleiter (129,131) einerseits und die beiden Rückleiter (130,132) anderseits der beiden so Schleifen (12a, 12b) jeweils in einer gleichen Ebene nebeneinander angeordnet sind, und dass der Mittelschenkel (10) mit dem Hallelement (3) zwischen den beiden Hinleitern (129,131) einerseits und den beiden Rückleitern (130,132) anderseits angeordnet sind.

    55 32. Anordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (1) mindestens zwei U-förmige Schleifen (12a, 12b) bildet, die dek-kend ineinander geschoben angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei die Leiter (129,130,131,132) 60 aller Schleifen (12a, 12b) parallel deckend übereinander zugeordnet sind, und dass der Mittelschenkel (10) mit dem Hallelement (3) zwischen den beiden Hinleitern (129,131) einerseits und den beiden Rückleitern (130,132) anderseits angeordnet sind.

    65 33. Anordnung nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (1) mindestens innerhalb des Ringes (121) aus zwei parallelen Leitern (133,134) besteht, die mindestens einmal derart

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    angeordnet sind, dass sie den Ring ( 121 ) zuerst in einer Richtung durchqueren, sich dann elektrisch isoliert kreuzen um anschliessend den Ring (121) in umgekehrter Richtung erneut zu durchqueren, wobei der Mittelschenkel (10) jeweils für beide Richtungen zwischen den beiden Leitern (133,134) angeordnet ist.
25. 34. Anordnung nach einem der Ansprüche 24 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelschenkel (10) und das Hallelement (3) auf einem Träger aus Isoliermaterial angeordnet sind.
26. 35. Anordnung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ein Boden (126a) des Gehäuses (126) ist.
27. 36. Anordnung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (126) aus Keramik besteht.
28. 37. Anordnung nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Träger noch zusätzlich elektronische Bauelemente angeordnet sind.
29. 38. Anordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der ferromagnetische Kern (2, 121 ; 10) aus einer Eisen-Nickel-Legierung besteht.
30. 39. Anordnung nach einem der Ansprüche 25 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (121) auf seiner Mantelfläche von einer annähernd parallelen, ringförmigen und breiteren Aussenabschirmung (128) umgeben ist.
31. 40. Anordnung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenabschirmung (128) aus Tiefziehstahl besteht.
32. 41. Anordnung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenabschirmung (128) aus einer Eisen-Nickel-Legierung besteht.
33. 42. Anordnung nach einem der Ansprüche 39 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ring (121) und der Aussenabschirmung (128) ein räumlicher Abstand besteht.