CH674678A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strommesseinrichtung zur Ermittlung eines Laststromes.

Elektrische Wattstundenmesseinrichtungen verwenden z.B. einen Laststrom, der einem Stromstator als Teil eines Antriebsgerätes zum Drehen einer Metallscheibe gegen eine aus einer von einem Dauermagneten ausgeübten Bremskraft benutzt. Derartige Geräte sind in der Lage, direkte Energie-verbrauchs-Messungen bei Strömen bis zu einigen Hundert Amp. zu messen. Für höhere Ströme kann ein Stromwandler zur Herabsetzung des Laststromes um ein vorbestimmtes Verhältnis eingesetzt werden. Derartige Stromwandler haben eine geringe Anzahl von Primärwindungen sowie eine grosse Anzahl von Sekundärwindungen. Der Ausgangsstrom in der

Sekundärwicklung entspricht etwa dem Primärstrom geteilt durch das Windungsverhältnis.

Probleme treten dann auf, wenn es wünschenswert ist, ein Signal im Bereich von wenigen mA in der Abhängigkeit von s Lastströmen im Bereich von mehreren Amp. bis zu mehreren Hundert Amp. zu erzeugen. Wenn beispielsweise ein Gesamtbereich-Ausgangssignal von 10 mA in Abhängigkeit von einem Laststrom von 200 Amp. erwünscht wird, ist ein Verhältnis von etwa 20 000 erforderlich. Um ein derartiges io Verhältnis in einem Stromwandler mit einer Primärwindung zu erreichen, benötigt die Sekundärwicklung 20 000 Windungen. Es ist schwierig und kostspielig, diese Anzahl von Windungen sogar auf einen grossen Transformatorkern aufzuwickeln, und der Widerstand der resultierenden Wicklung 15 würde so hoch werden, dass der Wandler nur eine niedrige Ausbeute liefern könnte. Wenn es erwünscht ist, derartige Umsetzungsverhältnisse innerhalb von vernünftigen Grössen und Kostengrenzen auszuführen, müssen andere Techniken als Stromwandler berücksichtigt werden. 20 Bei einer herkömmlichen Technik, die beispielsweise in der US Patentschrift Nr. 4182 982 beschrieben ist, wird eine stromführende Leiterplatte mit eingeschnittenem Fenster benutzt, so dass die Platte in einem Widerstands-Stromteiler aufgeteilt wird, in dem ein Shuntwiderstand den grössten 25 Strom führt, während ein paralleler Zweig nur einen Bruchteil des gesamten Stromes trägt. Ein Kern mit einer Vielzahl von Windungen ist an einem Messzweig angeordnet und erzeugt einen Ausgangsstrom, welcher dem Produkt der Widerstandsreduktion und dem Windungsverhältnis ent-30 spricht. Diese Ausführung wurde bisher durch Verwendung eines Metalls mit hoher Leitfähigkeit, beispielsweise Kupfer, hergestellt. Leider haben Kupfer sowie die meisten anderen praktischen Materialien den Nachteil, dass sie einen Widerstand mit hohem Temperaturkoeffizienten aufweisen. Eine 35 kleine Temperaturdifferenz zwischen der Hauptstromstrecke und der Messstrecke reicht aus, um einen Fehler zu erzeugen, der gross genug ist, um den Wert der Strommessung für kritische Anwendungen zu zerstören. Zudem neigt die offenbarte Anordnung zur Störungen durch magnetische 40 Felder, die vom gemessenen Strom sowie von externen magnetischen Feldern erzeugt werden.

Ein Versuch zur Behebung dieses Problems mit den externen Magnetfeldern und dem Temperaturkoeffizienten des Widerstandes von Kupfer ist in der US-PS Nr. 4 492 919 45 beschrieben, in dem zwei Fenster in einer Leiterplatte einen mittigen leitenden Messstab mit relativ grossem Widerstand bilden, der von symmetrisch angeordneten Shuntwider-ständen flankiert ist. Obschon dies eine Verbesserung der vorangehend beschriebenen Ausführung darstellt, neigt so diese Technik zu Störungen durch externe Magnetfelder sowie zu Messfehler von ungleicher Erwärmung der parallelen Strecken.

In den US-Psen Nr. 4 513 273 und 4 496 932 sind Versuche zur Behebung dieser Probleme mittels des Temperaturkoeffi-55 zienten des Widerstandes vom Kupfer durch Aufrechterhaltung der dichten thermischen Kupplung zwischen parallelen stromführenden Platten beschrieben. Solchen Ausführungen fehlt die Genauigkeit über grosse Strombereiche, mit welchen die vorliegende Erfindung zu kämpfen hat. 60 Bestimmte Metallegierungen wurden speziell für einen niederen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes entwickelt. Materialien mit Temperaturkoeffizienten des Widerstandes von etwa 5 bis 40 ppm/°C sind zur Zeit der Einreichung des vorliegenden Gesuches vorhanden. Solche 65 Materialien werden unter Namen, wie Nikrothal LX, Cupro-thal 294, Karma, Advance und Manganin, offeriert. Alle diese Legierungen haben eine gemeinsame Eigenschaft, die darin besteht, dass sie neben einem niederen Temperaturko-

674678

4

effizienten des Widerstandes einen hohen Widerstandswert aufweisen und teuer sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Strommesseinrichtung zur Ermittlung eines Laststromes ohne nennenswerte, von Magnetfeldern oder Variationen in der Temperatur eines Leitermaterials verursachte Fehler.

Die Strommesseinrichtung soll dabei eine Hauptstromstrecke mit einem Material mit niederem elektrischen Widerstand und niederem Temperaturkoeffizienten des Widerstandes sowie eine Messstrecke mit hohem Widerstand und niederem Temperaturkoeffizienten des Widerstandes aufweisen.

Ferner soll die Hauptstromstrecke konzentrisch zum Stromfluss angeordnet sein, wobei eine Strommessstrecke parallel zur Hauptstromstrecke verläuft.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des ersten Patentanspruches gelöst.

Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen umschrieben. Kurz zusammengefasst, liefert die vorliegende Erfindung eine Strommesseinrichtung mit einem Widerstand aus einem Material mit niederem Temperaturkoeffizienten zur Herstellung eines Spannungsabfalls, der zum darin fliessenden Laststrom proportional ist. Ein zweiter Widerstand, auch aus einem Material mit einem niederen Temperaturkoeffizienten und vorzugsweise mit einem Widerstand, der denjenigen des Hauptwiderstandes bedeutend übersteigt, ist parallel zum Hauptwiderstand angeordnet. Der Strom ist zwischen dem Haupt- und dem zweiten Widerstand gemäss dem Verhältnis zwischen ihren Widerstandswerten aufgeteilt. Ein Ausgangssignal, das mindestens gemäss dem Verhältnis des Widerstandes des ersten und des zweiten Widerstandswertes reduziert ist, wird vom zweiten Widerstand erhalten. Die Widerstandserwärmung des Hauptwiderstandes wird durch Verwendung einer kurzen Strecke in der Richtung des Stromflusses sowie durch einen möglichst grossen Bereich quer zur Richtung des Stromes nach Möglichkeit reduziert.

Gemäss der Erfindung wurde eine Strommesseinrichtung zur Ermittlung eines Laststromes mit einem ersten Widerstand mit einem ersten Widerstandswert sowie einem zweiten Widerstand mit einem zweiten Widerstandswert geschaffen, wobei die beiden Widerstände parallelgeschaltet sind, und der erste Widerstand aus einem ersten Material mit einem niederen Temperaturkoeffizienten besteht, und Variationen im ersten Widerstandswert in Abhängigkeit von Temperaturänderungen minimal sind, wobei der zweite Widerstand aus einem zweiten Material mit niederem Temperaturkoeffizienten besteht, und Variationen im zweiten Widerstandswert in Abhängigkeit von Temperaturänderungen minimal sind, eine Vorrichtung dient zum Dazwischen-schalten des ersten Widerstandes zum Tragen eines Teils des Laststromes und eine Vorrichtung zum Empfang eines Signals vom zweiten Widerstand proportional zu einem Strom darin, und schliesslich dient eine Vorrichtung zur Verhinderung einer Induktion einer Spannung im zweiten Widerstand durch einen magnetischen Fluss, der vom Laststrom erzeugt ist.

Gemäss einer Eigenschaft der Erfindung wurde eine Einrichtung geschaffen, bei welcher der erste Widerstand eine Scheibe, und der zweite Widerstand eine H-förmige gefaltete Schleife ist, von der eine Ebene senkrecht zu einer Richtung des Laststromes verläuft, wobei eine erste Vorrichtung zum Verbinden eines Endes der Schleife in der Nähe eines stromaufwärts liegenden Endes sowie eine zweite Vorrichtung zum Verbinden eines zweiten Endes der Schleife in der Nähe des stromabwärts liegenden Endes der Scheibe vorhanden sind, wobei die Schleife mindestens einen ersten und einen zweiten Querträger einschliesst, und Mittel zum Durchlassen von Strom durch den ersten und den zweiten Querträger in der gleichen Richtung vorhanden sind, und eine Vorrichtung zum Empfang eines Signals einen Magnetkern auf den mindestens ersten und zweiten Querträger und eine Sekundär-5 wicklung am Magnetkern eingeschlossen ist, und der mindestens erste und zweite Querstab eine Primärwicklung eines Stromwandlers, während die zweite Wicklung eine Sekundärwicklung des Stromwandlers bildet.

Ferner wurde eine Strommesseinrichtung zur Ermittlung xo eines Laststromes, mit einem ersten Widerstand mit einem ersten Widerstandswert sowie einen zweiten Widerstand mit einem zweiten Widerstandswert geschaffen, wobei die beiden Widerstand parallelgeschaltet sind, und der erste Widerstand aus einem ersten Material mit einem niederen Temperatur-ls koeffizienten besteht, wobei Variationen im ersten Widerstandswert in Abhängigkeit von Temperaturänderungen minimal sind, und der zweite Widerstand aus einem zweiten Material mit niederem Temperaturkoeffizienten besteht, wobei Variationen im zweiten Widerstandswert in Abhängig-20 keit von Temperaturänderungen minimal sind, und eine Vorrichtung zum Dazwischenschalten des ersten Widerstandes zum Tragen eines Teils des Laststromes sowie Mittel zum Empfang eines Signals vom zweiten Widerstand proportional zu einem Strom darin enthalten sind, wobei eine Vorrichtung 25 zur Verhinderung einer Induktion einer Spannung im zweiten Widerstand durch einen magnetischen Fluss dient, der vom Laststrom erzeugt ist, und der erste Widerstand eine Scheibe ist, wobei der Strom zwischen gegenüberliegenden, flachen Flächen der Scheibe fliesst, dass der zweite Wider-30 stand ein Draht mit einem ersten und einem zweiten Ende ist, die in der Nähe von den gegenüberliegenden Enden angeschlossen sind, und der Draht mindestens eine Verdrehung aufweist, und die Vorrichtung zum Empfang eines Signals einen Magnetkern mit einer Vielzahl von Sekundärwin-35 düngen darauf aufweist, wobei der Draht durch den Magnetkern läuft und mit ihm zusammen sowie mit den darauf aufgewickelten Sekundärwicklungen einen Stromwandler bildet.

Zudem wurde eine Strommesseinrichtung zur Ermittlung 40 eines Laststromes, mit einem ersten Widerstand mit einem ersten Widerstandswert sowie einem zweiten Widerstand mit einem zweiten Widerstandswert geschaffen, wobei die beiden Widerstände parallelgeschaltet sind, und der erste Widerstand aus einem ersten Material mit einem niederen Tempe-45 raturkoeffizienten besteht, wobei Variationen im ersten Widerstandswert in Abhängigkeit von Temperaturände-rungen minimal sind, und der zweite Widerstand aus einem zweiten Material mit niederem Temperaturkoeffizienten besteht, wobei Variationen im zweiten Widerstandswert in so Abhängigkeit von Temperaturänderungen minimal sind, und eine Vorrichtung zum Dazwischenschalten des ersten Widerstandes zum Tragen eines Teils des Laststromes sowie eine Vorrichtung zum Empfang eines Signals vom zweiten Widerstand proportional zu einem Strom darin vorhanden 55 sind, und eine Vorrichtung zur Verhinderung einer Induktion einer Spannung im zweiten Widerstand durch einen magnetischen Fluss eingeschlossen sind, der vom Laststrom erzeugt ist, dass der erste Widerstand eine Scheibe und der zweite Widerstand eine H-förmige gefaltete Schleife ist, die 60 senkrecht zur Richtung des Laststromes angeordnet ist, und eine erste Vorrichtung zum Verbinden eines Endes der H-förmig gefalteten Schleife in der Nähe des stromaufwärts liegenden Endes der Scheibe vorhanden ist, und eine zweite Vorrichtung zum Verbinden eines zweiten Endes der 65 genannten Schleife in der Nähe des flussabwärts liegenden Endes der Scheibe enthalten ist, und die Schleife einen ersten, einen zweiten und einen dritten Querträger sowie Mittel zum Durchlassen von Strom in der gleichen Richtung

5

674678

durch diese drei Träger vorhanden ist, und die Vorrichtung zum Empfang eines Signals einen Magnetkern an den drei Querträgern sowie eine Sekundärwicklung am Kern aufweist, wobei die drei Querträger eine Primärwicklung eines Stromwandlers und die Sekundärwicklung eine Sekundärwicklung des Stromwandlers bilden, wobei der erste und der dritte Querträger an gegenüberliegenden Seiten des zweiten Querträgers angeordnet und parallelverbunden sind, und der zweite Querträger mit dem ersten und dem dritten Querträger serieverbunden ist.

Schliesslich wurde eine Strommesseinrichtung zur Ermittlung eines Laststromes, mit einem ersten Widerstand mit einem ersten Widerstandswert sowie einen zweiten Widerstand mit einem zweiten Widerstandswert geschaffen, wobei die beiden Widerstände parallelgeschaltet sind, und der erste Widerstand aus einem ersten Material mit einem niederen Temperaturkoeffizienten besteht, wobei Variationen im ersten Widerstandswert in Abhängigkeit von Temperaturänderungen minimal sind, und der zweite Widerstand aus einem zweiten Material mit niederem Temperaturkoeffizienten besteht, wobei Variationen im zweiten Widerstandswert in Abhängigkeit von Temperaturänderungen minimal sind, und eine Vorrichtung zum Dazwischenschalten des ersten Widerstandes zum Tragen eines Teils des Laststromes sowie Mittel zum Empfang eines Signals vom zweiten Widerstand proportional zu einem Strom darin vorhanden sind, und eine Vorrichtung zur Verhinderung einer Induktion einer Spannung im zweiten Widerstand durch einen magnetischen Fluss enthalten ist, der vom Laststrom erzeugt ist, dass der erste Widerstand ein Hohlzylinder ist, dessen Enden jeweils von einer ersten und einer zweiten Scheibe geschlossen sind, und die Vorrichtung zum Dazwischenschalten ein Mittel zum Verbinden des Laststromes mit der ersten und der zweiten Scheibe enthalten ist, wobei ein bedeutender Teil des Laststromes durch den Hohlzylinder parallel zu einer Achse desselben verläuft, und der zweite Widerstand ein Stab ist, der innerhalb des Hohlzylinders angeordnet ist, und dass die Vorrichtung zum Empfang eines Signals einen Kern eines Stromwandlers am Stab und eine Sekundärwicklung am Stromwandler einschliesst, wobei der Stab eine Primärwicklung des Stromwandlers ist.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer Strommesseinrichtung gemäss der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Strommesseinrichtung gemäss der Erfindung,

Fig. 3 eine schrägbildliche Darstellung einer Strommesseinrichtung gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 einen Axialschnitt durch die Einrichtung nach Fig. 3,

Fig. 5 eine schrägbildliche Darstellung einer Strommesseinrichtung gemäss eine noch weitere Ausführung der Erfindung,

Fig. 6 eine Seitenansicht der Ausführung nach Fig. 5, und

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine noch weitere Ausführung der Erfindung.

Es wird darauf hingewiesen, dass eine beliebige der vorgenannten Legierungen sowie äquivalente Legierungen in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele wird aber auf die Legierung unter dem Namen Advance bezug genommen, die aus Kupfer und Nickel besteht und als Beispiel einer Metallegierung mit einem niederen Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes gilt.

In Fig. 1 ist ein Stromteiler 10 mit einem Shuntwiderstand 12 sowie einem Messwiderstand 14 dargestellt. Falls der Widerstandswert des Shuntwiderstandes 12, verglichen mit dem Messwiderstand 14 sehr klein ist, dann beträgt der s Strom h etwa I * R1/R2.

Ein Stromwandler 15 schliesst einen Magnetkern 16 ein, wobei der Messwiderstand 14 als Primärwicklung mit einer Windung betrachtet wird, während eine Sekundärwicklung 18 aus einer grossen Zahl von Drahtwindungen besteht. Ein 10 Ausgangsstrom Io von einer Sekundärwicklung entspricht etwa dem Strom I2 durch den Messwiderstand 14, geteilt durch die Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung 18. Die Sekundärwicklung 18 erzeugt einen Ausgangsstrom, welcher durch das Produkt der Stromreduktionen im Strom-15 teiler 10 und das Windungsverhältnis des Stromwandlers 15 geteilt ist.

Der Stromteiler 10 muss in der Lage sein, einen Laststrom ohne übermässige Erwämung oder Leistungsverbrauch zu tragen. In den genannten herkömmlichen Patenten, auf die 20 hier bezug genommen wird, haben diese Anforderungen zur Verwendung von Kupferleitern für die beiden Strecken des Stromteilers 10 geführt. Unterschiede in den Querschnitten der beiden stromführenden Strecken ergeben den erforderlichen Widerstandsunterschied. Für eine grosse Stromreduk-25 tion wird der Querschnitt des Messwiderstandes 14 viel grösser gemacht als der Querschnitt des Shuntwiderstandes 12.

Leider kann ein Temperaturunterschied von nur einem Bruchteil von einem Grad im Kupfer, aus dem der Shunt-30 widerstand 12 und der Messwiderstand 14 besteht, wegen des grossen Temperaturunterschiedes, ausreichen, um nicht annehmbare Fehler in das Verhältnis zwischen dem Laststrom und dem gemessenen Ausgang einzuführen. Ein solcher Temperaturunterschied wird beispielsweise leicht 35 durch Erwärmung der Umgebung oder durch Widerstandserwärmung beim Durchlassen des Stromes erzeugt.

Versuche, das Kupfer der herkömmlichen Widerstandsteiler durch Materialien mit einem niederen Temperaturkoeffizienten, wie beispielsweise Advance zu ersetzen, schei-40 tern an den hohen Kosten für derartige Materialien sowie an deren schlechten Leitfähigkeit. Die schlechte Leitfähigkeit (hoher Widerstand) von Advance erfordert einen hohen Querschnitt, um einen übermässigen Temperaturanstieg zu vermeiden. Die hohen Kosten führen dazu, dass ein solcher 45 Querschnitt für kostenempfindliche Anwendungen unpraktisch sind.

Es wurde festgestellt, dass eine Scheibe aus Advance mit einem relativ grossen Durchmesser, jedoch niederen Dicke, mit in Reihe mit dem Laststrom zur Herstellung eines nie-so deren Widerstandswertes installiert werden kann. Die kurze Strecke durch die Dicke der Scheibe hält den Leistungsverbrauch und die Widerstandserwärmung auf vernünftige Werte. Wenn ein paralleler Messwiderstand, ebenfalls aus Advance, mit der Scheibe parallelverbunden wird, ist der 55 daraus resultierende Stromteiler praktisch immun zu thermisch abgeleitete Fehler.

In Fig. 2 ist ein Strom-Messgerät 20 mit einer Scheibe 22 aus einem Material mit niederem Temperaturkoeffizienten, z. B. Advance, dargestellt. Erste und zweite Verbindungs-60 drähte 14 und 26 umfassen jeweils einen vergrösserten Teil 28 zur Schaffung einer elektrischen Verbindung zu einer Scheibe 22 über einen möglichst grossen Bereich. Jeder Verbindungsdraht 24 und 26 umfasst jeweils einen flachen Befestigungsflansch 30 für den Anschluss an einem externen 65 Apparat. Ein Draht 32, der ebenfalls vorzugsweise aus einem Material mit niederem Temperaturkoeffizienten, beispielsweise Advance, besteht, hat ein erstes und ein zweites Ende 34 und 36, die jeweils an einander gegenüberliegenden

674678

6

Flächen der Scheibe 22 befestigt sind. Der Draht geht durch einen Kern 38 eines Stromwandlers 40, in dem er als eine aus einer Windung bestehende Primärwicklung funktioniert. Eine Sekundärwicklung 42 am Kern 38 erzeugt eine Ausgangsspannung, die zum Laststrom durch die Scheibe 22 zur Verbindung an einem externen Gerät proportional ist. Der Draht 32 ist vorzugsweise zwischen der Scheibe 22 und dem Kern 38 zur Aufhebung der Wirkungen von magnetischen Streuflüssen verdreht.

Der Draht 32 wird von seinem verdrehten Zustand aus geöffnet, und geht durch den Kern 38 und bildet dabei ein Fenster 44, das auf einen Streufluss reagieren kann, um ein Produkt aus einem Streustrom darin und in der Sekundärwicklung 42 zu erzeugen. Falls die Ausrichtung eines solchen Streuflusses bekannt ist, kann die Ebene des Fensters 44 zur Vermeidung einer gegenseitige Einwirkung gedreht werden. Alternativ kann die Ebene des Fensters 44 für eine beabsichtigte Einführung einer induzierten Spannung eingestellt werden, um dadurch anderen Streuwirkungen entgegenzuwirken.

Ein Fachmann wird aber die Übereinstimmung zwischen der Scheibe 22 und dem Draht 32 in Fig. 2 und dem Shunt-widerstand 12 bzw. dem Messwiderstand 14 nach Fig. 1 feststellen. Da der Temperaturkoeffizient des Widerstandes von Advance sehr niedrig ist, bleibt der von der Ausführung nach Fig. 2 erzeugte Widerstandsstrom über den erwarteten Temperaturbereich sowie die Temperaturunterschiede zwischen der Scheibe 22 und dem Draht 32 praktisch konstant.

In den Fig. 3 und 4 ist eine koaxiale Ausführung eines Strom-Messgerätes 46 gezeigt. Ein Hohlzylinder 48 aus Advance ist sandwichartig zwischen Scheiben 50 und 52 angeordnet. Ein Stab 54, der sich zwischen den Scheiben 50 und 52 erstreckt, trägt einen Abstandhalter 56, der in einem Magnetkern 58 angeordnet ist. Verbindungsdrähte 60 und 62, die vorzugsweise mit vergrösserten Teilen 64 für eine Verbindung oder eine Schnittstelle mit den Oberflächen der Endscheiben 50 und 52 ausgestattet sind, leiten Laststrom zum und weg vom Strom-Messgerät 46.

Für einen Fachmann ist es klar, dass der Querschnittsbereich des Hohlzylinders 48 bedeutend grösser gemacht werden kann als der Querschnittsbereich des Stabes 54, wodurch ein bedeutendes Widerstandsverhältnis erreicht werden kann. Ein erhöhtes Widerstandsverhältnis kann dadurch erreicht werden, dass unterschiedliche Materialien in den Hohlzylindern 48 und im Stab 54 verwendet werden. So kann beispielsweise Advance mit einem Widerstand von etwa 49 ßfi-cm im Hohlzylinder 48 und ein Material mit einem anderen Temperaturkoeffizienten mit einem höheren Widerstand im Stab 54 verwendet werden. So hat beispielsweise ein Material, das unter der Handelsmarke Nikrothal LX verkauft wird, einen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes etwa gleich dem Advance sowie einen Widerstand von etwa 133 nQ-cm oder 2.66 mal höher als der Widerstand von Advance. Falls dieses Material im Stab 54 zusammen mit Advance im Hohlzylinder 48 benutzt wird, kann ein grösseres Widerstandsverhältnis bei einem gegebenen Querschnitt erreicht werden.

Die Endscheiben 50 und 52 können aus dem gleichen Material wie der Hohlzylinder 48 (und Stab 54), oder sie können aus Kupfer bestehen. Durch Verwendung von Kupfer können die Gesamtkosten bei einer möglichen Herabsetzung bezüglich temperaturabhängige Fehler reduziert werden. Gegenwärtig wird beobachtet, dass jede Scheibe 50 und 52 zusammen mit ihrem vergrösserten Teil 64 zusammen mit der thermischen und elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer, zur Aufrechterhaltung der einzelnen Scheiben 50 und 52 als wichtige isothermale Körper ausreichen können, die nicht in der Lage sind, Temperaturgradienten zu entwickeln. Somit können Fehler infolge des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes von Kupfer derart klein sein, dass er annehmbar ist.

In den Fig. 5 und 6 ist eine feste Scheibe 66 mit dem Last-5 ström I in Serie geschaltet, wobei beispielsweise die Technik der vorangehenden Ausführungen verwendet wird. Für die Klarheit der Zeichnung wurden die elektrischen Verbindungen zur Scheibe 66 und von ihr weg von dieser Fig. weggelassen und durch Pfeile ersetzt, welche die Richtung des io Laststromes angeben. Eine H-förmige, gefaltete Schleife 68 erstreckt sich rechtwinklig zur Richtung des Stromes I und trägt den Strom I2, wie dies durch die Richtungspfeile in der Fig. angedeutet ist.

Ein niederer Stab 70 der H-förmigen, gefalteten Schleife 68 15 ist in getrennte Halbstäbe 74 und 76 durch einen diagonalen Schlitz 78 aufgeteilt, der nur in Fig. 5 sichtbar ist. Eine Halbplatte 80 ist am inneren Ende am Halbstab 74 befestigt. Ein äusseres Ende der Halbplatte 80 schliesst eine Warze 82 ein, die in der Nähe des stromaufwärts liegenden Endes der 20 Scheibe 66 befestigt ist.

Aus Fig. 6 geht hervor, dass die Warze 82 einen Spalt 84 erzeugt, der den Rest der Halbplatte 80 und den Halbstab 74 aus der Berührung mit der Scheibe 66 erhebt. In ähnlicher Weise umfasst eine Halbplatte 86, die am inneren Ende am 25 Halbstab 76 befestigt ist, eine Warze 88 an ihrem.äusseren Ende und erzeugt somit einen Spalt 90, der sich vom Rest der Halbplatte 86 und somit den Boden des Halbstabes 76 von der Berührung mit der Scheibe 66 trennt. Eine in der Scheibe 66 erzeugte Spannung verursacht, dass der Strom in der 30 Halbplatte 80 durch den Rest der H-förmigen, gefalteten Schleife 86 fliesst, wie dies durch die Pfeile in diesen Figuren angedeutet ist. Die Höhe der Warzen 82 und 88 werden innerhalb der praktischen Herstellungstoleranzen möglichst niedrig gehalten, um damit den durch die Spalte 84 und 90 35 begrenzten Bereich möglichst klein zu halten. Der kleine Bereich der Spalten 84 und 90 reduziert die Spannung, die in den Halbplatten 80 und 86 durch die vom Laststrom erzeugten Flüsse in der Scheibe 66 induziert wird.

Die Strecke des Bypasstroms I2 ist am deutlichsten in Fig. 5 40 sichtbar. Dieser Strom fliesst vom Stab 74 längs eines unteren Seitenstabes 92 und teilt sich danach auf die beiden parallelen Querträger 94 und 96 auf. Die Ströme kommen danach zusammen und fliessen gemeinsam nach oben in einen oberen Seitenstab 98, quer zum oberen Querstab 100, und 45 fliesst dann im zweiten oberen Seitenstab 102 nach unten. Der Strom I2 fliesst im mittigen Querstab 104, der zwischen parallelen Querträgern 94 und 96 angeordnet ist, und somit durch einen zweiten unteren Seitenstab 106 und die Halbplatte 86 fliesst, um an der Scheibe 66 zusammenzukommen, so Es wird darauf hingewiesen, dass die gefaltete H-form der H-förmigen, gefalteten Schleife 68 bewirkt, dass der Strom I2 in der gleichen Richtung in parallelen Querträger 94 und 96 und in der Mitte des Querstabes 104 fliesst. Obschon das gleiche Resultat durch Verwendung nur eines ersten und 55 eines zweiten Parallelstabes erreicht werden kann, würden die resultierenden Schleifen, die von der modifizierten, H-förmigen, gefalteten Schleife 68 gebildet werden, mindestens teilweise voneinander verschoben werden. Eine Versetzung der Schleifen der H-förmigen, gefalteten Schleife 68 60 würde die Möglichkeit zur Induktion von Streuspannungen darin, infolge der Anwesenheit eines Flusses erhöhen, der durch den Laststrom I erzeugt wird, welcher in der Scheibe 66 und den zu ihr hin und von ihr weg führenden Leitern fliesst. Parellele Querarme 94 und 96 sowie Mittelquerträger 65 104 bilden eine aus zwei Windungen bestehende Primärwicklung eines Stromwandlers. Ein Kern der Sekundärspule 108, der aus Fig. 5 zur Vereinfachung der Beschreibung weggelassen wurde, ist an parallelen Querträgern 94,96 und am

Querträger 104 angeordnet, um einen Ausgangsstrom zu erzeugen, der durch das Windungsverhältnis der Primär- zur Sekundärwicklung reduziert ist.

In Fig. 7 ist ein Strom-Messgerät 110 beschrieben, das einen Eingangsleiter 112 einschliesst, der an einer leitenden Scheibe 114 befestigt ist. Ein ringförmiger Leiter 116 ist am ersten Ende an einer leitenden Scheibe befestigt 114 und umgibt einen Endteil des Eingangsleiters 112. Eine Ausgangsplatte 118 mit einem Loch 120 ist am zweiten Ende des ringförmigen Leiters 116 befestigt, wobei der Eingangsleiter 112 durch das Loch 120 geht. Ein Kern und eine Spule eines Stromwandlers 122 umgibt den ringförmigen Leiter 116 und den Eingangsleiter 112. Ein ringförmiger, äusserer Leiter 124 ist zwischen der leitenden Scheibe 114 und einer Ausgangsplatte 118 angeschlossen und umgibt den Stromwandler 122 und die von ihm eingeschlossenen Elemente.

Eine Spannung wird in der Sekundärwicklung eines ringförmigen Stromwandlers im Verhältnis zum Gesamtstrom im Kern eingeschlossen. Wenn kein äusserer Leiter 124 vorhanden ist, ist der Gesamtstrom im Kern des Stromwandlers gleich Null. Dies bedeutet, dass der Eingangsstrom am Eingangsleiter 112 durch den Rückstrom am ringförmigen Leiter 116 ausgeglichen ist. Die Anwesenheit einer Bypass-strecke durch den ringförmigen, äusseren Leiter 124 bringt den im Stromwandler 122 eingeschlossenen Strom, gemäss

7 674 678

den parallelen Widerständen, in einer vorangehend beschriebenen Weise in einen unausgeglichenen Zustand.

In der Ausführung nach Fig. 7 sind die beiden ringförmigen Leiter 116 und 124 aus einem Material mit niederem Temperaturkoeffizienten, wie beispielsweise Advance, hergestellt, während der Eingangsleiter 122, die leitende Scheibe 114 und die Ausgangsplatte 118 alle aus Kupfer bestehen. Da der Hauptteil der Unausgeglichenheit des Stromes im Stromwandler 122 vom Bypasstrom durch das Material Advance im ringförmigen äusseren Leiter 116 verursacht wird,

können annehmbare kleine Fehler von der Anwesenheit der Kupferelemente induziert werden.

Obschon jede Ausführung der dargestellten und vorange-ls hend beschriebenen Erfindung eine aus mehreren Windungen bestehende Sekundärwicklung eines Stromwandlers zur weiteren Reduktion des von ihm abf liessenden Stromes benutzt, ist es für einen Fachmann selbstverständlich, dass die vom Spannungsteiler, bestehend aus zwei Materialien mit 20 niederem Temperaturkoeffizienten erzielte, proportionale Stromreduktion, in befriedigender Weise für direkte Verwendung, ohne eine zusätzliche, vom Stromwandler erzeugte Stromreduktion eingesetzt werden kann. Eine solche Ausführung sollte als Teil der vorliegender Erfindung betrachtet 25 werden.

B

2 Blatt Zeichnungen

Claims (23)

674678 PATENTANSPRÜCHE

1. Strommesseinrichtung zur Ermittlung eines Laststromes, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen ersten Widerstand (22,48,50,66,116) mit einem ersten Widerstandswert sowie einen zweiten Widerstand (32,54,68,124) mit einem zweiten Widerstandswert aufweist, wobei die beiden Widerstände parallelgeschaltet sind, dass der erste Widerstand (22,48,50,66,116) aus einem ersten Material mit einem niederen Temperaturkoeffizienten besteht, wobei Variationen im ersten Widerstandswert in Abhängigkeit von Temperaturänderungen minimal sind, dass der zweite Widerstand (32,54,68,124) aus einem zweiten Material mit niederem Temperaturkoeffizienten besteht, wobei Variationen im zweiten Widerstandswert in Abhängigkeit von Temperaturänderungen minimal sind, dass eine Vorrichtung (64) zum Dazwischenschalten des ersten Widerstandes zum Tragen eines Teils des Laststromes sowie eine Vorrichtung (38,58, 108) zum Empfang eines Signals vom zweiten Widerstand proportional zu einem Strom darin vorhanden sind, und dass sie eine Vorrichtung (32,94,108) zur Verhinderung einer Induktion einer Spannung im zweiten Widerstand durch einen magnetischen Fluss aufweist, der vom Laststrom erzeugt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Material mit niederem Temperaturkoeffizienten identisch sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Material mit niederem Temperaturkoeffizienten unterschiedlich sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandswert des zweiten Materials mit niederem Temperaturkoeffizienten bedeutend grösser ist als der Widerstandswert des ersten Materials mit niederem Temperaturkoeffizienten.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der beiden Materialien mit niederem Temperaturkoeffizienten eine Legierung ist, die hauptsächlich aus Kupfer und Nickel besteht.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Widerstand symmetrisch in bezug auf den durch ihn fliessenden Strom angeordnet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Widerstand eine Scheibe (22,50,66) ist, und dass der Strom zwischen gegenüberliegenden ebenen Flächen der Scheibe fliesst.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (22,50,66) einen Durchmesser aufweist, der einen Durchmesser von Leitern (24,26,66) übersteigt, die ihr den Laststrom zuführt, und dass die Leiter vergrösserte Teile (28,64) für einen Schnittstellenanschluss an einem Teil der gegenüberliegenden ebenen Fläche aufweist, die flächenmässig den Querschnittsbereich der Leiter übersteigt.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Widerstand ein Draht (32) ist, der benachbart zu den ebenen Flächen angeschlossen ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (32) zur Verhinderung einer Induktion, eine Verdrehung im Draht einschliesst (Fig. 2).

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Empfang eines Signals einen magnetischen Kern (38) mit einer Vielzahl von Sekundärwicklungen aufweist, und dass sich der Draht (32) durch den Kern erstreckt und zusammen mit dem Kern und den Sekundärwindungen einen Stromwandler bilden.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht durch den Kern zur Steuerung einer darin induzierten Spannung angeordnet ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Widerstand eine Scheibe (66), und der zweite Widerstand eine H-förmige gefaltete Schleife (68) ist, die in einer Ebene senkrecht zur Richtung des Laststromes s verläuft, dass eine erste Vorrichtung (80) zum Verbinden eines Endes der Schleife in der Nähe eines stromaufwärts liegenden Endes sowie eine zweite Vorrichtung (86) zum Verbinden eines zweiten Endes der Schleife in der Nähe des stromabwärts liegenden Endes der Scheibe vorhanden sind, io dass die Schleife mindestens einen ersten und einen zweiten Querträger (94,96,104) einschliesst, dass Mittel zum Durchlassen von Strom durch den ersten und den zweiten Querträger in der gleichen Richtung vorhanden sind, dass die Mittel zum Empfang eines Signals einen Magnetkern (108) 15 auf den mindestens den ersten und zweiten Querträger und eine Sekundärwicklung am Magnetkern einschliesst, und dass der mindestens erste und zweite Querstab eine Primärwicklung eines Stromwandlers aufweist, während die zweite Wicklung eine Sekundärwicklung des Stromwandlers bildet. 20

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Verhinderung einer Induktion vorsieht, dass der erste Querträger einen ersten und einen dritten parallelen Querträger (94,96) einschliesst, die auf gegenüberliegenden Seiten des zweiten Querträgers 25 (108) angeordnet sind, wobei der erste und der zweite parallele Querträger (94,96) parallelverbunden sind, und dass der zweite, parallele Querträger (104) mit dem ersten und dem dritten, parallelen Querträger serieverbunden ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

30 zeichnet, der erste Widerstand eine Scheibe (22) ist, wobei der Strom zwischen gegenüberliegenden, flachen Flächen der Scheibe fliesst, dass der zweite Widerstand ein Draht (32) mit einem ersten und einem zweiten Ende (34,36) ist, die in der Nähe der einander gegenüberliegenden Enden ange-35 schlössen sind, dass der Draht mindestens eine Verdrehung aufweist, und dass die Vorrichtung zum Empfang eines Signals einen Magnetkern (38) mit einer Vielzahl von Sekundärwindungen darauf aufweist, wobei der Draht durch den Magnetkern läuft und mit ihm zusammen sowie mit den 40 darauf aufgewickelten Sekundärwicklungen einen Stromwandler (40) bildet.

16. Einrichtung nach Anspruch 1, der erste Widerstand eine Scheibe (66) und der zweite Widerstand eine H-förmige gefaltete Schleife (68) ist, die in einer Ebene senkrecht zur

45 Richtung des Laststromes angeordnet ist, dass eine erste Vorrichtung (80) zum Verbinden eines Endes der H-förmig gefalteten Schleife in der Nähe des stromaufwärts liegenden Endes der Scheibe vorhanden ist, dass eine zweite Vorrichtung (86) zum Verbinden eines zweiten Endes der genannten so Schleife in der Nähe des flussabwärts liegenden Endes der Scheibe vorhanden ist, dass die Schleife einen ersten, einen zweiten und einen dritten Querträger (94,96,104) sowie Mittel zum Durchlassen von Strom in der gleichen Richtung durch diese drei Träger vorhanden ist, dass die Vorrichtung 55 zum Empfang eines Signals einen Magnetkern (108) an den drei Querträgern sowie eine Sekundärwicklung am Kern aufweist, wobei die drei Querträger eine Primärwicklung eines Stromwandlers bilden, während die Sekundärwicklung des Stromwandlers bilden, wobei der erste und der dritte Quer-60 träger an gegenüberliegenden Seiten des zweiten Querträgers angeordnet und parallelverbunden sind, und dass der zweite Querträger mit dem ersten und dem dritten Querträger serieverbunden ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

«s zeichnet, dass der erste Widerstand ein Hohlzylinder (48) ist, dessen Enden jeweils von einer ersten und einer zweiten Scheibe geschlossen sind, dass die Vorrichtung zum Dazwischenschalten ein Mittel zum Verbinden des Laststromes mit

674678

der ersten und der zweiten Scheibe aufweist, wobei ein bedeutender Teil des Laststromes durch den Hohlzylinder parallel zu einer Achse desselben verläuft, dass der zweite Widerstand ein Stab (54) ist, der innerhalb des Hohlzylinders angeordnet ist, und dass die Vorrichtung zum Empfang eines Signals einen Kern (58) eines Stromwandlers (56) am Stab und eine Sekundärwicklung am Stromwandler einschliesst, wobei der Stab eine Primärwicklung des Stromwandlers ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Eingangsleiter (112) aufweist, dass der erste Widerstand ein diesen umgebenden ringförmigen Leiter (116) ist, der von einem Kern sowie einer Sekundärspule des Stromwandlers (122) umgeben ist, dass der Strom im Eingangsleiter und im ringförmigen Leiter durch den Kern fliesst, wobei der ringförmige Leiter und der Eingangsleiter als Primärwicklungen des Stromwandlers dienen, dass eine Vorrichtung (114) zum Durchlassen des Laststromes in eine erste Richtung im Eingangsleiter (112) und in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung im ringförmigen Leiter (116) vorhanden ist, wobei der Laststrom den Strom im Stromwandler aufhebt, und dass der zweite Widerstand ein ringförmiger, äusserer Leiter (124) ist, der entweder mit dem Eingangsleiter (112) oder dem ringförmigen Leiter (116) parallelverbunden ist, wobei Ströme in der ersten Richtung im Eingangsleiter (112) und in der zweiten Richtung im ringförmigen Leiter (116) ausser Balance geraten.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der ringförmige äussere Leiter (124) aus einem Material mit einem niederen Temperaturkoeffizienten besteht.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Leiter (116) aus einem Material mit niederem Temperaturkoeffizienten besteht.

21. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Durchlassen des Laststromes eine leitende Scheibe (114) aufweist, an deren mittigen Oberfläche der Eingangsleiter (112) befestigt ist, dass der ringförmige Leiter (116) an einem ersten Ende der leitenden Scheibe (114) befestigt ist, und dass der ringförmige Leiter (116) an einem zweiten Ende an einer Ausgangsplatte (118) befestigt ist.

22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige äussere Leiter (124) an einem ersten Ende mit der leitenden Scheibe (114) und an anderen Ende an der Ausgangsplatte (118) verbunden ist, wobei er parallel zum ringförmigen Leiter (116) angeschlossen ist.

23. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Materialien mit niederem Temperaturkoeffizienten eine Legierung ist, die hauptsächlich aus Kupfer und Nickel besteht.