DD234945A1

DD234945A1 - DC MEASUREMENT DEVICE ACCORDING TO THE ZERO FLOW PRINCIPLE

Info

Publication number: DD234945A1
Application number: DD27188484A
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, die nach dem Prinzip eines Nullflusswandlers arbeitet und neben einer Messwicklung und einem Magnetkern eine Indikatorwicklung, eine Kompensationswicklung und einen Differenzverstaerker aufweist. Gemaess der Erfindung wird die Indikatorwicklung, die in Reihe mit einem Widerstand liegt, ueber einen getakteten Schalter an eine Spannungsquelle angeschlossen. Die Spannung ueber den Widerstand sowie eine Referenzspannung liegen als Eingangssignale am Differenzverstaerker. Dieser treibt seinen Ausgangsstrom durch die Kompensationswicklung, und zwar in dem Sinne, dass der von der Messwicklung herruehrende Fluss im Magnetkern kompensiert wird. Damit ist der Ausgangsstrom des Differenzverstaerkers bzw. der Strom in der Kompensationswicklung ein Repraesentant des Messstromes; deshalb ist in Reihe mit der Kompensationswicklung die Buerde geschaltet.The invention relates to a DC measuring device which operates on the principle of a zero-flux converter and in addition to a measuring winding and a magnetic core has an indicator winding, a compensation winding and a Differenzverstaerker. According to the invention, the indicator winding, which is connected in series with a resistor, is connected to a voltage source via a clocked switch. The voltage across the resistor and a reference voltage are as inputs to the differential amplifier. This drives its output current through the compensation winding, in the sense that the flow resulting from the measuring winding in the magnetic core is compensated. Thus, the output current of the Differenzverstaerkers or the current in the compensation winding is a Repreesentant of the measuring current; Therefore, the office is connected in series with the compensation winding.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Gleichstrom-Meßeinrichtung, die neben der den zu messenden Gleichstrom führenden Meßwicklung einen Magnetkern, eine Indikatorwicklung sowie eine Kompensationswicklung aufweist, wobei letztere von einem Differenzverstärker so mit einem Strom beaufschlagt wird, daß im Magnetkern quasie der Fluß Null herrscht. Solche Meßeinrichtungen sind sowohl zur Messung von relativ kleinen Strömen - 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 Mischspannungen.The invention relates to a DC measuring device, which in addition to the measuring current to be measured measuring winding comprises a magnetic core, an indicator winding and a compensation winding, the latter being acted upon by a differential amplifier with a current that in the magnetic core quasi the zero flux prevails. Such measuring devices are suitable both for the measurement of relatively small currents - where the converter is the task of potential separation - as well as for the measurement of large currents, such as occur in galvanic plants or in electrolysis plants. They are also indicated for the measurement of DC currents having a periodically changing amplitude, such as. B. DC currents of half-wave rectifiers or so-called mixed voltages.

Characteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, Gleichstrommeßeinrichtungen nach dem Nullflußprinzip aufzubauen, das heißt den Magnetkern neben einer Meßwicklung und einer Indikatorwicklung noch mit einer Kompensationswicklung zu versehen. Ein weiterhin vorgesehener Differenzverstärker, dessen Eingangssignale von der Indikatorwicklung herrühren, treibt in der Kompensationswicklung einen Strom, der den Fluß, welcher vom zu messenden Strom erzeugt wird, nahezu kompensiert. Damit die Indikatorwicklung 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.It is known to construct Gleichstrommeßeinrichtungen after Nullflußprinzip, that is to provide the magnetic core next to a Meßwicklung and an indicator winding still with a compensation winding. A further provided differential amplifier whose input signals originate from the indicator winding drives a current in the compensation winding which almost compensates for the flux which is generated by the current to be measured. In order for the indicator winding to provide a signal indicative of whether the flux is zero or deviating in magnitude, the magnetic core is still energized with a bias current through a bias winding.

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 magnetischer 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 magnetic 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 die Indikatorwicklungen tragen, sind unterschiedlich magnetisch vorgespannt. Die Induktivitäten dieser Indikatorwicklungen bilden das frequenzbestimmende Glied von jeweils einem 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 carrying the indicator windings are magnetically biased differently. The inductances of these indicator windings form the frequency-determining element of 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 Gattungsbegrifi des Patentanspruches näher definierte Grundprinzip weiter auszubauen und eine Lösung für die Auswertung dar Induktivitätsänderung anzugeben, die technisch weniger aufwendig ·::t. The invention aims to further expand the basic principle defined in more detail in the preamble of the patent claim and to provide a solution for the evaluation of the inductance change which is less technically complicated .

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung, wie sie in dem Patentanspruch 1 näher definiert ist, 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, as defined in more detail in claim 1, the object is 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.

Im Patentanspruch 2 ist eine Weiterbildung dieser Lösung angegeben. Der Patentanspruch 3 hingegen definiert eine Ausführung, wo der Kern zwei Isthmen aufweist, also gegen die Einstreuung von Fremdfeldem unempfindlich ist. Diese auf dem gleichen Lösungskonzept beruhende Ausführung gibt sodann auch eine andere Art der Aussteuerung des Differenzverstärkers an.In claim 2, a development of this solution is given. The patent claim 3, however, defines an embodiment where the core has two Isthmen, that is insensitive to the interference of Fremdfeldem. This embodiment based on the same solution concept then also indicates a different type of modulation of the differential amplifier.

Ausführungsbeispielembodiment

Das Erfindungskonzept wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die den Patentansprüchen angefügten Zeichnungen erläutertThe inventive concept will be explained below with reference to an embodiment with reference to the drawings attached to the claims

Es zeigen:Show it:

Fig 1: eine Gleichstrommeßeinrichtung mit einer einzigen Indikatorwicklung im Magnetkreis, Fig 2: eine Gleichstrommeßeinrichtung mit zwei Indikatorwicklungen und einer Ansteuerung des Differenzverstärkers gemäß Anspruch 3.1 shows a direct current measuring device with a single indicator winding in the magnetic circuit, FIG. 2 shows a direct current measuring device with two indicator windings and a drive of the differential amplifier according to claim 3.

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 Indikatorwicklung 6. Diese Indikatorwicklung 6 liegt mit einem ohmschen Widerstand 7 in Reihe und wird über einen getakteten Schalter 8 von einer Spannungsquelle 9 gespeist. Der getaktete Schalter 8 wird von einem Taktgenerator 10, derein definiertes Tastverhältnis aufweist, gesteuert. Über den Widerstand 7 fällt eine Spannung ab, die mit einem Differenzverstärker 11 mit einer Referenzspannung verglichen wird, welche über sinen Teiler 12 abgegriffen ist, der ander Spannungsquelle 9 liegt. Der Differenzverstärker 11 speist die Kompensationswicklung 2 und somit auch die Bürde 13. Die Indikatorwicklung 6 bildet mit dem Widerstand 7 einen Tiefpaß, dessen Zeitkonstante von der Permeabilität des magnetischen Leiters 5 abhängt. Somit liegt über den Widerstand 7 eine Spannung, deren Mittelwert von der Größe der Spannung der Spannungsquelle 9 und dem Tastverhältnis des Generators 10 abhängt. Fließt in der Meßwicklung 3 ein Strom, so ändert sich auf Grund des vorhandenen Isthmus 4 die Induktion im magnetischen Leiter 5 sehr stark. Das bedeutet, daß sich die Induktivität der Indikatorwicklung 6 ebenfalls sehr stark ändert. Dadurch ist eine Bildung des Mittelwertes der Spannung über den Widerstand 7 nicht mehr möglich, was bedeutet, daß sich die Spannung über diesen Widerstand ändert. Da der Differenzverstärker die Spannung über den Widerstand 7 mit der Referenzspannung vergleicht, wird nun durch die Kompensationswicklung 2 und die Bürde 13 ein solcher Strom getrieben, daß im Magnetkern 1 Null-Fluß herrscht, also die Spannung über den Widerstand 7 wieder der Referenzspannung entspricht. Mithin ist der Strom in der Kompensationswicklung 2 ein Äquivalent des Stromes in der Meßwicklung 3.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 via a clocked switch 8 from a voltage source 9. The clocked switch 8 is controlled by a clock generator 10 having a defined duty cycle. Via the resistor 7, a voltage drops, which is compared with a differential amplifier 11 with a reference voltage, which is tapped off sinen divider 12, the other voltage source 9 is located. The differential amplifier 11 feeds the compensation winding 2 and thus also the burden 13. The indicator winding 6 forms a low-pass filter with the resistor 7, the time constant of which depends on the permeability of the magnetic conductor 5. Thus, across the resistor 7 is a voltage whose mean value depends on the magnitude of the voltage of the voltage source 9 and the duty cycle of the generator 10. If a current flows in the measuring winding 3, the induction in the magnetic conductor 5 changes very strongly due to the existing isthmus 4. This means that the inductance of the indicator winding 6 also changes very much. As a result, a formation of the average value of the voltage across the resistor 7 is no longer possible, which means that the voltage changes across this resistor. Since the differential amplifier compares the voltage across the resistor 7 with the reference voltage, a current is now driven by the compensation winding 2 and the burden 13, that zero flux prevails in the magnetic core 1, so the voltage across the resistor 7 again corresponds to the reference voltage. Consequently, the current in the compensation winding 2 is one equivalent of the current in the measuring winding 3.

In der Fig. 2 trägt der Magnetkreis 14 zwei Isthmen 15 und 16. Die magnetischen Leiter 17 und 18 in den Isthmen 15 und 16 tragen Bbenfalls jeweils eine Indikatorwicklung 19 und 20, welche ihrerseits mit Widerständen 21 und 22 in Reihe liegen. Über einen getakteten Schalter 23 liegen diese Reihenschaltungen parallel an der Spannungsquelle 24. Dieser getaktete Schalter 23, der in diesem Beispiel aus zwei Umschaltern besteht, wird von einer Generatorschaltung 25 gesteuert. Die Eingänge des Differenzverstärkers 26 liegen bei diesem Ausführungsbeispiel, welches der Definition des Anspruches 3 entspricht, an den Widerständen 21 und 22. Bei diesem Beispiel sind die Spannungen über den Widerständen 21 und 22 identisch, wenn in der Meßwicklung 27 kein Strom fließt. Im Falle eines Stromflusses tritt eine Spannunsdifferenz dann auf, wenn durch den Strom, der durch die Indikatorwicklungen 19 und 20 fließt, eine gleiche, aber entgegengesetzt gerichtete Erregung erzeugt wird. Der Erregerstrom ist abhängig von der Größe der Spannung der Spannungsquelle 24, dem Tastverhältnis des Generators 25 und der Größe der Widerstände 21 und 22. Bei einer Differenzspannung an den Eingängen des Differenzverstärkers 26 treibt dieser ebenfalls einen Strom durch die Kompensationswicklung 28 und die Bürde 29 im Sinne eines Nullflußwandlers.In Fig. 2, the magnetic circuit 14 carries two Isthmen 15 and 16. The magnetic conductors 17 and 18 in the Isthmen 15 and 16 carry Bbenfalls each an indicator winding 19 and 20, which in turn are connected to resistors 21 and 22 in series. Via a clocked switch 23, these series circuits are connected in parallel to the voltage source 24. This clocked switch 23, which in this example consists of two switches, is controlled by a generator circuit 25. The inputs of the differential amplifier 26 are in this embodiment, which corresponds to the definition of claim 3, to the resistors 21 and 22. In this example, the voltages across the resistors 21 and 22 are identical when no current flows in the measuring winding 27. In the case of a current flow, a voltage difference occurs when the current flowing through the indicator windings 19 and 20 produces an equal but opposite excitation. The excitation current is dependent on the magnitude of the voltage of the voltage source 24, the duty cycle of the generator 25 and the size of the resistors 21 and 22. At a differential voltage at the inputs of the differential amplifier 26 this also drives a current through the compensation winding 28 and the burden 29 im Meaning of a zero-flow converter.

Claims

claims:

1. Gleichstrommeßeinrichtung consisting of

a magnetic circuit (1) having a compensation winding (2), a measuring winding (3) and an isthmus (4), which

consists of a parallel circuit of magnetic conductors (5), one of which carries an indicator winding (6), b a differential amplifier (11) which feeds the compensation winding (2) and a burden (13) and its output current

represents the DC current to be measured, characterized in that c the indicator winding (6) in series with a resistor (7) and via a clocked switch (8) to a voltage source

(9), and, · .. ". ''. '.,

d is the differential amplifier (11) with its first input to the voltage across the resistor 7 and the second input to a reference voltage.

2. DC measuring device according to claim 1, characterized in that the reference voltage for the differential amplifier (11) is tapped at a voltage divider (12) which is located at the voltage source (9) which feeds the indicator winding (6).

3. DC measuring device according to claim 1, characterized in that the magnetic circuit (14) carries two Isthmen (15) and (16) and two indicator windings (19) and (20), each with a resistor (21) and (22) and a clocked switch (23) form a series circuit and the voltages across the resistors (21) and (22) form the input signals for the differential amplifier (26).

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