DD234944A1

DD234944A1 - DC MEASURING DEVICE WITH MAGNETIC CIRCULAR SUPPORTING THREE WINDINGS

Info

Publication number: DD234944A1
Application number: DD27188384A
Authority: DD
Inventors: Jochen Ermisch; Norbert Hertwig; Carsten Schulze
Original assignee: Inst Prueffeld Elekt
Priority date: 1984-12-28
Filing date: 1984-12-28
Publication date: 1986-04-16

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.The invention relates to a DC measuring device with a magnetic circuit and a Differenzverstaerker, wherein the magnetic circuit carries three windings. The magnetic circuit also has an isthmus consisting of a parallel circuit of magnetic conductors. Such a conductor carries an indicator winding, which is connected in series with an ohmic resistor and is connected by means of a clocked switch to a voltage source. The pulse-pause ratio of this switch is controlled by a comparator, which receives input signals which originate from a reference voltage source and are tapped from the other via the resistor. The differential amplifier, which acts on the compensation winding, also receives input signals resulting from the resistor and a reference voltage source.

Description

Field of application of the invention

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.The invention relates to a DC measuring device comprising a magnetic circuit with three windings, namely a measuring winding, an indicator winding u. a compensation winding, and a differential amplifier. The latter winding is acted upon by a differential amplifier so that in the magnetic core quasi the flux zero prevails. Such measuring devices are suitable both for the measurement of relatively small currents, ie where the transformer is the task of potential separation, as well as for the measurement of large currents, such as occur in galvanic systems or in electrolysis systems; they are also indicated for the measurement of DC currents having a periodically varying amplitude, such as. B. DC currents of half-wave rectifiers or so-called mixed currents, ie direct currents with superimposed alternating currents.

Characteristic of the known technical solutions

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).It is known to construct Gleichstrommeßeinrichtungen after Nullflußprinzip, that is to provide a magnetic core next to a Meßwicklung and an indicator winding still with a compensation winding. A differential amplifier associated with the measuring device, whose input signals originate from the indicator winding and have been suitably processed, drives a current through the compensation winding which nearly compensates for the flux which is generated by the current to be measured. In order for the indication winding to be able to supply a signal indicating whether there is zero or a deviating amount in the core, the magnetic core is also supplied with an alternating current via a bias winding (Lisser, Ribberink: "Zero-Flow Converter for Measuring DC and AC Currents"). etc. Bd. 100 (1979) H. 24, pp. 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).In order to prevent the emission of an electromagnetic vibration by the measuring current leading line, which is caused by the alternating current, which acts on the bias winding, and to reduce the bias power and to improve the dynamic behavior has also been proposed to provide the magnetic circuit with an isthmus. In the area of the isthmus, a parallel circuit of magnetic conductors was provided, one of which carries both the bias winding and the indicator winding (WP H 01 F / 253 232 5). For the complete avoidance of the bias by means of an alternating current, a solution is known which also provides an isthmus in the magnetic core. This isthmus is designed as a parallel circuit magentic conductor, wherein a magnetic conductor of this parallel circuit carries the indicator winding and for generating a magnetic bias a permanent magnet. The indicator winding is subjected to an alternating voltage and inductance changes an operational amplifier mediated, which acts with its output current, the compensation winding and the burden (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).Furthermore, a solution is known that builds on the proposed solution discussed above, but causes a special evaluation of the inductance change of the indicator winding. In this proposed solution, the magnetic circuit carries two Isthmen, each with an indicator winding. The magnetic conductors, which are provided with indicator windings, are biased differently magnetically. The inductances of the diagonal indicator windings form the frequency-determining element of one each; Resonant circuit. The oscillator circuits operate on a phase detector and the same controls via a low-pass filter to the differential amplifier, which drives the current through the compensation winding and the burden (WP G 01 R / 260 322 8).

Object of the invention

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.The invention aims to further expand the basic principle further defined in the preamble of claim and to provide a solution for the evaluation of the inductance change, which is technically less expensive.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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.The invention has for its object to provide a new way to evaluate the inductance change of the indicator winding, without the inductance is the frequency-determining component of a resonant circuit.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Anwendung der im Patentanspruch definierten Merkmale gelöst.This object is achieved by the application of the features defined in the claim.

Ausführungsbeispielembodiment

Das Erfindungskonzept wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, und zwar unter Bezugnahme auf die dem Patentanspruch angefügte Zeichnung erläutert.The inventive concept will be explained below with reference to an embodiment, namely with reference to the appended to the claim drawing.

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:A magnetic circuit 1, which carries a compensation winding 2 and a measuring winding 3, has an isthmus 4, which consists of a parallel circuit of magnetic conductors. A magnetic conductor 5 carries the indicator winding 6. This indicator winding 6 is connected in series with an ohmic resistor 7 and is fed by a voltage source 9 via a clocked switch 8. This clocked switch is controlled by a comparator 10 in the sense of varying the pulse duration pause ratio. The input of this comparator 10 receives its signals on the one hand from a reference voltage source, for which the voltage source 3 is used. On the other hand, the voltage across the resistor 7 is fed as an input voltage to the comparator 10 in the sense of a comparison with a constant voltage of the resistor 11 connected in this circuit 11 together with a resistor 12 of the positive feedback of the comparator. A further provided differential amplifier 13, which feeds the compensation winding 2 and a burden 14, is also connected to its input at a reference voltage, which is tapped at the voltage divider 15, or at the voltage across the resistor 7. This circuit operates in the manner described below :

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.The indicator winding 6 forms a low-pass filter with the resistor 7. Since the arrangement of voltage source 9 and clocked switch 8 of the low-pass filter is subjected to a rectangular voltage curve, the current through the indicator winding 3 and thus also the voltage drop across the resistor 7 is triangular. The amplitude of this triangular voltage is determined by the trigger points of the comparator 10, which are determined by the size of the resistors 11 and 12 and the voltage of the voltage source 9. If a current flows in the measuring winding 3, the magnetic conductor 5 is magnetized very strongly due to the existing isthmus, which leads to an inductance change and thus to a change in the time constant of the low-pass filter formed by the indicator winding 6 and the resistor 7. As a result, the shape of the voltage drop across the i / resistance 8 changes into a sawtooth-shaped voltage. Thus, the output voltage of the comparator IO is no longer symmetrical, but the pulse-pause ratio has changed. By comparing the voltage across the resistor 7 with a reference voltage, which is derived with the aid of a voltage divider 15 from the voltage of the voltage source 9, which takes place with the aid of the differential amplifier 13, such a large current is driven by the compensation winding 2, the average value of the current in the measuring winding 3 corresponds.

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.The averaging of the current in the compensation winding can be carried out both by the time constant of the output circuit of the differential amplifier 13 and by means of a low-pass filter which is connected between the resistor 7 and the one input of the differential amplifier 13. Thus, this DC meter operates on the principle of a 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.Instead of using a differential amplifier for feeding the compensation winding, it is also possible to switch the comparator IO directly or via an amplifier, which operates in the switch mode, to the compensation winding.

Claims

- I - I IU

claims:

1. Gleichstrommeßeinrichtung consisting of a three windings supporting magnetic circuit and a differential amplifier, wherein the magnetic circuit (1) carries both a compensation winding (2), a Meßwicklung (3) and an indicator winding (6) and the same is arranged on a magnetic conductor, the with other magnetic conductors (5) a parallel circuit and this an isthmus (4) in the magnetic circuit (1) and the differential amplifier (13) feeds the compensation winding (2), which is in series with the burden (14),

characterized in that

a) the indicator winding (6) is connected in series with a resistor (7) and via a clocked switch (8) to a voltage source (9),

b) the clocked switch (8) receives signals from a comparator (10) which influence the pulse-pause ratio of the clocked switch (8),

c) the comparator (10) receives input signals which are tapped via the resistor (7) and a reference voltage source and

d,) either the differential amplifier (13), which drives the current through the compensation winding (2) and the burden (14) receives input signals, which are also tapped via the resistor (7) and a reference voltage source or

d ₂ ) the compensation winding (2) directly, optionally via a switching amplifier, at the output of the comparator (10) is turned on.

2. DC measuring device according to claim 1, characterized in that

in the circle, which serves to form the current which flows through the compensation winding, a low-pass filter is turned on.

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