DD234944A1 - Gleichstrommesseinrichtung mit einem drei wicklungen tragenden magnetkreis - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gleichstrom-Messeinrichtung mit einem Magnetkreis und einem Differenzverstaerker, wobei der Magnetkreis drei Wicklungen traegt. Der Magnetkreis weist ferner einen Isthmus auf, der aus einer Parallelschaltung magnetischer Leiter besteht. Ein solcher Leiter traegt eine Indikatorwicklung, die mit einem ohmschen Widerstand in Reihe geschaltet ist und mittels eines getakteten Schalters an eine Spannungsquelle angeschaltet wird. Das Puls-Pausenverhaeltnis dieses Schalters wird von einem Komparator gesteuert, der Eingangssignale erhaelt, die zum einen von einer Referenzspannungsquelle stammen und zum anderen ueber den Widerstand abgegriffen sind. Der Differenzverstaerker, der die Kompensationswicklung beaufschlagt, erhaelt ebenfalls Eingangssignale, die von dem Widerstand und einer Referenzspannungsquelle herruehren.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Gleichstrom-Meßeinrichtung, die einen Magnetkreis mit drei Wicklungen, nämlich einer Meßwicklung, einer Indikatorwicklung u. einer Kompensationswicklung, sowie einen Differenzverstärker aufweist. Letztere Wickung wird von einem Differenzverstärker so mit einem Strom beaufschlagt, daß im Magnetkern quasie der Fluß Null herrscht. Solche Meßeinrichtungen sind sowohl zur Messung von relativ kleinen Strömen, also dort, wo dem Wandler die Aufgabe der Potentialtrennung zukommt, als auch zur Messung von großen Strömen, wie sie in galvanischen Anlagen oder in Elektrolyseanlagen auftreten, geeignet; sie sind ferner zur Messung von Gleichströmen indiziert, die eine periodisch sich ändernde Amplitude aufweisen, wie z. B. Gleichströme von Halbwellengleichrichtern oder von sogenannten Mischströmen, also Gleichströmen mit überlagerten Wechselströmen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, Gleichstrommeßeinrichtungen nach dem Nullflußprinzip aufzubauen, das heißt einen Magnetkern neben einer Meßwicklung und einer Indikatorwicklung noch mit einer Kompensationswicklung zu versehen. Ein der Meßvorrichtung zugeordneter Differenzverstärker, dessen Eingangssignale von der Indikatorwicklung herrühren und in geeigneter Weise verarbeitet wurden, treibt durch die Kompensationswicklung einen Strom, der den Fluß, welcher vom zu messenden Strom erzeugt wird, nahezu kompensiert. Damit die Indikationswicklung ein Signal liefern kann, das anzeigt, ob im Kern der Fluß Null oder ein hiervon abweichender Betrag vorliegt, wird der Magnetkern noch über eine Vormagnetisierungswicklung mit einem Wechselstrom beaufschlagt (Lisser, Ribberink: „Nullflußwandler zur Messung von Gleich- und Wechselströmen" usw. Bd. 100 (1979) H. 24, S. 1390-1394).

Zur Vermeidung der Abstrahlung einer elektromagnetischen Schwingung durch die den Meßstrom führende Leitung, die von dem Wechselstrom hervorgerufen wird, der die Vormagnetisierungswicklung beaufschlagt, sowie zur Verringerung der Vormagnetisierungsleistung und zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens wurde ferner bereits vorgeschlagen, den Magnetkreis mit einem Isthmus zu versehen. Im Bereich des Isthmus wurde eine Parallelschaltung magnetischer Leiter vorgesehen, wovon einer sowohl die Vormagnetisierungswicklung als auch die Indikatorwicklung trägt (WP H 01 F / 253 232 5). Zur gänzlichen Vermeidung der Vormagnetisierung mittels eines Wechselstromes gilt eine Lösung als bekannt, die ebenfalls einen Isthmus im Magnetkern vorsieht. Dieser Isthmus ist als Parallelschaltung magentischer Leiter ausgestaltet, wobei ein magnetischer Leiter dieser Parallelschaltung die Indikatorwicklung und zur Erzeugung einer magnetischen Vorspannung einen Dauermagneten trägt. Die Indikatorwicklung wird mit einer Wechselspannung beaufschlagt und Induktivitätsänderungen einem Operationsverstärker vermittelt, der mit seinem Ausgangsstrom die Kompensationswicklung und die Bürde beaufschlagt (WP H 01 F / 253 231 7).

Ferner gilt eine Lösung als bekannt, die auf den vorstehend erörterten Lösungsvorschlag aufbaut, aber eine besondere Auswertung der Induktivitätsänderung der Indikatorwicklung bewirkt. Bei dieser vorgeschlagenen Lösung trägt der Magnetkreis zwei Isthmen mit jeweils einer Indikatorwicklung. Die magnetischen Leiter, die mit Indikatorwicklungen versehen sind, werden unterschiedlich magnetisch vorgespannt. Die Induktivitäten diöser Indikatorwicklungen bilden das frequenzbestimmende Glied von jeweils einen; Schwingkreis. Die Schwingkreise arbeiten auf einen Phasendetektor und selbiger steuert über einen Tiefpaß den Differenzverstärker an, der den Strom durch die Kompensationswicklung und die Bürde treibt (WP G 01 R / 260 322 8).

Ziel der Erfindung

Die Erfindung verfolgt das Ziel, das im Gattungsbegriff des Patentanspruches näher definierte Grundprinzip weiter auszubauen und eine Lösung für die Auswertung der Induktivitätsänderung anzugeben, die technisch wenig aufwendig ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuen Weg zur Auswertung der Induktivitätsänderung der Indikatorwicklung anzugeben, ohne daß die Induktivität das frequenzbestimmende Bauteil eines Schwingkreises ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Anwendung der im Patentanspruch definierten Merkmale gelöst.

Ausführungsbeispiel

Das Erfindungskonzept wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, und zwar unter Bezugnahme auf die dem Patentanspruch angefügte Zeichnung erläutert.

Ein Magnetkreis 1, der eine Kompensationswicklung 2 und eine Meßwicklung 3 trägt, weist einen Isthmus 4 auf, der aus einer Parallelschaltung magnetischer Leiter besteht. Ein magnetischer Leiter 5 trägt die Indikätorwicklung 6. Diese Indikatorwicklung 6 liegt mit einem ohmschen Widerstand 7 in Reihe und wird über einen getakteten Schalter 8 von einer Spannungsquelle 9 gespeist. Dieser getaktete Schalter wird von einem Komparator 10 im Sinne einer Variierung des Pulsdauer-Pausenverhältnisses gesteuert. Der Eingang dieses Komparators 10 erhält seine Signale einerseits von einer Referenzspannungsquelle, wofür die Spannungsquelle 3 herangezogen wird. Der in diesen Kreis eingeschaltete Widerstand 11 dient zusammen mit einem Widerstand 12 der Mitkopplung des Komparators 10. Andererseits wird die Spannung über dem Widerstand 7 als Eingangsspannung an den Komparator 10 im Sinne 3ines Vergleichs mit einer Konstantspannung geführt. Ein weiter vorgesehener Differenzverstärker 13, der die Kompensationswicklung 2 und eine Bürde 14 speist, liegt mit seinem Eingang ebenfalls an einer Referenzspannung, die am Spannungsteiler 15 abgegriffen ist, bzw. an der Spannung über dem Widerstand 7. Diese Schaltungsanordnung arbeitet in der lachfolgend beschriebenen Weise:

Die Indikatorwicklung 6 bildet mit dem Widerstand 7 einen Tiefpaß. Da durch die Anordnung Spannungsquelle 9 und getakteter Schalter 8 der Tiefpaß mit einem rechteckförmigen Spannungsverlauf beaufschlagt wird, ist der Strom durch die Indikatorwicklung 3 und damit auch der Spannungsabfall über dem Widerstand 7 dreieckförmig. Die Amplitude dieser dreieckförmigen Spannung wird durch die Triggerpunkte des Komparators 10 festgelegt, welche durch die Größe der Widerstände 11 und 12 und der Spannung der Spannungsquelle 9 festgelegt sind. Fließt in der Meßwicklung 3 ein Strom, dann wird infolge des vorhandenen Isthmusses der nagnetische Leiter 5 sehr stark magnetisiert, was zu einer Induktivitätsänderung und damit zur Änderung der Zeitkonstante des durch die Indikatorwicklung 6 und den Widerstand 7 gebildeten Tiefpasses führt. Dadurch ändert sich die Form der über den i/Viderstand 8 abfallenden Spannung in eine sägezahnförmige Spannung. Damit ist auch die Ausgangsspannung des Komparators IO nicht mehr symmetrisch, vielmehr hat sich das Impuls-Pausenverhältnis geändert. Durch Vergleich der Spannung über den Widerstand 7 mit einer Referenzspannung, die mit Hilfe eines Spannungsteilers 15 aus der Spannung der Spannungsquelle 9 abgeleitet wird, was mit Hilfe des Differenzverstärkers 13 erfolgt, wird durch die Kompensationswicklung 2 ein so großer Strom jetrieben, dessen Mittelwert dem Strom in der Meßwicklung 3 entspricht.

Die Mittelwertbildung des Stromes in der Kompensationswicklung kann sowohl durch die Zeitkonstante des Ausgangskreises des Differenzverstärkers 13 als auch mit Hilfe eines Tiefpasses vorgenommen werden, der zwischen dem Widerstand 7 und dem einen Eingang des Differenzverstärkers 13 geschaltet ist. Somit arbeitet diese Gleichstrommeßeinrichtung nach dem Prinzip eines Mullflußwandlers.

Anstelle der Anwendung eines Differenzverstärkers zur Speisung der Kompensationswicklung ist es auch möglich, den Komparator IO direkt oder über einen Verstärker, der im Schalterbetrieb arbeitet, auf die Kompensationswicklung zu schalten.

Claims (2)

1. — I — I IU

   Patentansprüche:

   1. Gleichstrommeßeinrichtung, bestehend aus einem drei Wicklungen tragenden Magnetkreis und einem Differenzverstärker, wobei der Magnetkreis (1) sowohl eine Kompensationswicklung (2), eine Meßwicklung (3) und eine Indikatorwicklung (6) trägt und selbige auf einem magnetischen Leiter angeordnet ist, der mit anderen magnetischen Leitern (5) eine Parallelschaltung und diese einen Isthmus (4) im Magnetkreis (1) bildet und der Differenzverstärker (13) die Kompensationswicklung (2) speist, die mit der Bürde (14) in Reihe liegt,

   gekennzeichnet dadurch, daß

   a) die Indikatorwicklung (6) in Reihe mit einem Widerstand (7) und über einem getakteten Schalter (8) an einer Spannungsquelle (9) liegt,

   b) der getaktete Schalter (8) von einem Komparator (10) Signale erhält, die das Puls-Pausenverhältnis des getagteten Schalters (8) beeinflussen,

   c) der Komparator (10) Eingangssignale erhält, die über dem Widerstand (7) und einer Referenzspannungsquelle abgegriffen sind und

   d,) entweder der Differenzverstärker (13), der den Strom durch die Kompensationswicklung (2) sowie die Bürde (14) treibt, Eingangssignale erhält, die ebenfalls über dem Widerstand (7) und einer Referenzspannungsquelle abgegriffen sind oder

   d₂) die Kompensationswicklung (2) direkt, gegebenenfalls über einen Schaltverstärker, am Ausgang des Komparators (10) angeschaltet ist.
2. 2. Gleichstrommeßeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß

   in den Kreis, der zur Bildung des Stromes, welcher durch die Kompensationswicklung fließt, dient, ein Tiefpaß eingeschaltet ist.

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