DD243776A1

DD243776A1 - ARRANGEMENT FOR MEASURING EQUIVALENT PROBES THROUGH MAGNETIC FIELD ELEMENTS

Info

Publication number: DD243776A1
Application number: DD28286285A
Authority: DD
Inventors: Jochen Ermisch; Norbert Hertwig
Original assignee: Inst Prueffeld Elekt
Priority date: 1985-11-14
Filing date: 1985-11-14
Publication date: 1987-03-11

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung von Gleichstroemen. Sie geht von einer Anordnung aus, die Magnetfeldsonden aufweist, die bevorzugt an der Leitoberflaeche befestigt sind. Die Magnetfeldsonden sind stabartig ausgebildet, bestehen aus Magnetmaterial und tragen zwei Wicklungen. Gemaess der Erfindung liegen beide Wicklungen im Ausgangskreis von je einem Verstaerker. In diesem Kreis liegen noch jeweils ein Widerstand und beide Zweige liegen an einer Speisespannungsquelle. Die Spannungen ueber den Widerstaenden sind an die Eingaenge von Frequenz- oder Phasendiskriminatoren angeschlossen und die Ausgaenge dieser Diskriminatoren liefern eine Groesse, die nach Betrag und Richtung ein Abbild des zu messenden Stromes ist. Damit wird eine Schaltung angegeben, die einfach zu realisieren ist und die in ihrer Genauigkeit der der Magnetfeldsonden angepasst ist. Die Anordnung ist sowohl zur Messung hoher Gleichstroeme als auch von Betriebsstroemen um 100 A geeignet, sofern keine hohen Anforderungen an die Genauigkeit bestehen.The invention relates to an arrangement for measuring Gleichstroemen. It is based on an arrangement having magnetic field probes, which are preferably attached to the guide surface. The magnetic field probes are rod-like, made of magnetic material and carry two windings. According to the invention, both windings are in the output circuit of one amplifier each. In this circle are still each a resistor and both branches are located at a supply voltage source. The voltages across the resistors are connected to the inputs of frequency or phase discriminators and the outputs of these discriminators provide a magnitude which is an image of the current to be measured in magnitude and direction. This specifies a circuit which is easy to implement and whose accuracy is matched to that of the magnetic field probes. The arrangement is suitable both for the measurement of high Gleichstroeme as well as Betriebsstroemen by 100 A, provided that there are no high demands on the accuracy.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung _Y For this 1 page drawing _Y

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung von Gleichströmen, die eine einzige oder auch mehrere Magnetfeldsonden aufweist. Diese Magnetfeldsonden sind dabei entweder nahe der Oberfläche oder in Durchbrechungen beziehungsweise Aussparungen von Leitern angeordnet, in denen der zu messende Strom fließt. Die Magnetfeldsonden sind stabartig ausgebildet und bestehen aus einem Magnetmaterial. Sie tragen gleichzeitig Wicklungen.The invention relates to an arrangement for measuring direct currents, which has a single or even more magnetic field probes. These magnetic field probes are arranged either near the surface or in openings or recesses of conductors in which the current to be measured flows. The magnetic field probes are rod-like and consist of a magnetic material. They carry windings at the same time.

Characteristic of technical solutions

Zur Messung von Gleichströmen finden im allgemeinen Wandler Anwendung, die geschlossene Eisenkreise aufweisen. Diese besitzen einen Isthmus, in dessen Bereich Magnetfeldsonden angeordnet sind (DD-H01F 253231 bzw. EP 132745). Bedingt durch die geschlossenen Eisenkreise, die die Sammelschienensysteme, die den Gleichstrom führen und oft beträchtliche Ausmaße annehmen, umfassen müssen, ist der Aufwand für Werkstoffe und der benötigte Platz sehr hoch, wenn sehr große Gleichströme gemessen werden sollen.In general, transducers having closed iron circuits are used for measuring direct currents. These have an isthmus, in the region of which magnetic field probes are arranged (DD-H01F 253231 or EP 132745). Due to the closed iron circuits that comprise the busbar systems, which carry the direct current and often take on considerable proportions, the cost of materials and the space required is very high when very large direct currents are to be measured.

Zu dem Zweck, den Aufwand für die Messung von hohen Gleichströmen bei gleichzeitiger Gewährleistung der für Betriebsmessungen hinreichenden Genauigkeit zu verringern, gilt es als bekannt, eine Meßanordnung mit einer Magnetfeldsonde — das heißt einem magnetischen Leiter, der eine Indikatorwicklung trägt — so auszubilden, daß diese Anordnung aus einer langgestreckten Wicklung, in der die Magnetfeldsonde koaxial angeordnet ist und einem Abstandshalter besteht, der die Anbringung dieser Wicklung nahe der Oberfläche des den zu messenden Strom führenden Leiters ermöglicht. Die Anbringung erfolgt dabei derart, daß die Achse dieser Wicklung in einem rechten Winkel zur Richtung des Gleichstromes liegt, und daß sie einen Verstärker aufweist, der über eine Auswerteschaltung von dem aus der Indikatorwicklung stammenden Signal angesteuert ist und der mit seinem Ausgangsstrom die langgestreckte Wicklung beaufschlagt, so daß im Inneren der Wicklung das magnetische Feld nahezu Null ist und dadurch der Strom in dieser Wicklung den zu messenden Gleichstrom repräsentiert (DD-WP GO1R 268935).For the purpose of reducing the expense of measuring high DC currents while ensuring sufficient accuracy for operational measurements, it is known to form a measuring device having a magnetic field probe - that is, a magnetic conductor carrying an indicator coil - in such a way that it can Arrangement of an elongated winding in which the magnetic field probe is arranged coaxially and consists of a spacer, which allows the attachment of this winding near the surface of the conductor to be measured, the conductor to be measured. The attachment is made such that the axis of this winding is at a right angle to the direction of the DC current, and that it has an amplifier which is driven via an evaluation circuit of the signal originating from the indicator winding and which acts with its output current, the elongated winding , so that inside the winding, the magnetic field is almost zero and thereby the current in this winding represents the direct current to be measured (DD-WP GO1R 268935).

Ferner gilt es als bekannt, bei einer Anordnung zur Messung von Gleichströmen, die ebenfalls aus einer einzigen oder zwei Magnetfeldsonden besteht, die Vormagnetisierungs-, gegebenenfalls Indikator- und Kompensationswicklungen tragen, eine oder beide Magnetfeldsonden in Aussparungen oder Durchbrechungen des, den zu messenden Gleichstrom führenden Leiters anzuordnen und zwar derart, daß die Aussparungen beziehungsweise Durchbrechungen im Leiter unsymmetrisch, das heißt außerhalb der Wirbellinie des elektromagnetischen Feldes liegen (DD-WP GO1R 279755). Des weiteren ist bekannt, Magnetfeldsonden in Isthmen von Magnetkernen vorzusehen und diese Sonden mit Vormagnetisierungs- und Indikatorwicklungen zu versehen. Während die Vormagnetisierungswicklungen von einem Wechselstromgenerator gespeist werden, liefern die Indikatorwicklungen Signale an nachgeschaltete Differenzierglieder, deren Ausgänge an Diskriminatoren anliegen. Die Ausgangsspannungen dieser Diskriminatoren werden zur Steuerung einer Logik genutzt, die ihrerseits Schalter ansteuert. Diese Schalter bewirken die Aufladung eines Kondensators durch Anschaltung an eine Spannungsquelle, welcher andererseits mit seiner Spannung die Eingangsgröße eines Verstärkers bildet; selbiger speist sodann eine Kompensationswicklung, deren Strom sogleich ein Repräsentant für den zu messenden Gleichstrom ist (EPA2 132745).It is also known, in a direct current measuring arrangement, which also consists of a single or two magnetic field probes carrying premagnetization, optionally indicator and compensating windings, to carry one or both magnetic field probes into recesses or apertures in the DC current to be measured To arrange conductor in such a way that the recesses or openings in the conductor unbalanced, that is outside the vortex of the electromagnetic field are (DD-WP GO1R 279755). Furthermore, it is known to provide magnetic field probes in Isthmen of magnetic cores and to provide these probes with Vormagnetisierungs- and indicator windings. While the bias windings are powered by an alternator, the indicator windings provide signals to downstream differentiators whose outputs are applied to discriminators. The output voltages of these discriminators are used to control a logic which in turn drives switches. These switches cause the charging of a capacitor by connecting to a voltage source, which on the other hand forms with its voltage the input of an amplifier; the latter then feeds a compensation winding whose current is immediately a representative of the direct current to be measured (EPA2 132745).

Außerdem wurde bereits vorgeschlagen, einen Magnetkreis mit einer Indikatorwicklung zu versehen, die das frequenzbestimmende Glied eines Schwingkreises bildet (HO1F 253231/7). Zur Auswertung des so gewonnenen Signales wurde auch die Anordnung von zwei Indikatorwicklungen in Betracht gezogen, die jeweils unterschiedlich magnetisch vorgespannt wurden und die auf einen Phasendetektor und selbiger über einen Tiefpaß auf einen Verstärker arbeiten. Im Rahmen der Auswerteschaltungen ist ebenfalls bekannt, zwei Indikatorwicklungen auf einen Magnetkreis aufzubringen, der den gleichstromführenden Leiter vollständig umfaßt. Diese Indikatorwicklungen sind dort Bestandteile einer Kippschaltung. Der so gebildete magnetisch rückgekoppelte Multivibrator liefert an seinem Ausgang den Mittelwert Il Null II, wenn im Leiter kein Strom fließt. Wird dagegen der Kern vormagnetisiert, so ist der Mittelwert der Impulse ein von Null abweichender Wert und sogleich ein Maß für die Größe des Stromes im Leiter (GB-PS 1345869).In addition, it has already been proposed to provide a magnetic circuit with an indicator winding, which forms the frequency-determining element of a resonant circuit (HO1F 253231/7). For the evaluation of the signal thus obtained, the arrangement of two indicator windings was considered, each biased differently magnetically and working on a phase detector and selbiger via a low-pass filter to an amplifier. As part of the evaluation circuits is also known to apply two indicator windings on a magnetic circuit which completely covers the DC-carrying conductor. These indicator windings are there components of a flip-flop. The magnetic feedback multivibrator thus formed supplies at its output the average value Il zero II, when no current flows in the conductor. If, on the other hand, the core is premagnetized, the mean value of the pulses is a value deviating from zero and, at the same time, a measure of the size of the current in the conductor (GB-PS 1345869).

Abgesehen davon, daß diese Anordnungen bei der Anwendung zur Messung großer Ströme wieder die beschriebenen Nacheile hat, weil hier die Kerne den gesamten Leiter umfassen, ist auch die Art der Auswertung der gewonnenen Signale sehr ungenau. Zudem induziert der magnetisch rückgekoppelte Multivibrator Störspannungen in den Meßstromkreis.Apart from the fact that these arrangements in the application for the measurement of large currents again has the disadvantages described, because here the cores comprise the entire conductor, the type of evaluation of the signals obtained is very inaccurate. In addition, the magnetically fed-back multivibrator induces interference voltages in the measuring circuit.

-2- 243 775 Ziel der Erfindung-2- 243 775 Object of the invention

Die Erfindung verfolgt den Zweck, eine Lösung anzugeben, die mit niedrigem Aufwand für Messungen von Gleichströmen mit reduzierten Anforderungen an die Genauigkeit, zum Beispiel Betriebsmessungen, geeigent ist.The purpose of the invention is to provide a solution that is low in effort for DC current measurements with reduced accuracy requirements, for example, operational measurements.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Anordnung zur Messung von Gleichströmen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches eine Auswerteschaltung anzugeben, die mit niedrigem Aufwand realisiert werden kann und eine an die Konfiguration der Magnetfeldsonden angepaßte Genauigkeit aufweist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Anwendung der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst. Eine Weiterbildung des Erfindungskonzeptes ergibt sich bei Anwendung der Merkmale des Unteranspruchs, die vor allem bei Betriebsmessungen von relativ kleinen Gleichströmen, zum Beispiel im Bereich um 100A, Vorteile verspricht.The invention has for its object to provide an evaluation circuit for an arrangement for measuring DC currents according to the preamble of claim, which can be realized with little effort and has a matched to the configuration of the magnetic field accuracy. This object is achieved according to the invention by the application of the features stated in the characterizing part of claim. A further development of the concept of the invention results from the application of the features of the sub claim, which promises advantages, above all in operating measurements of relatively small direct currents, for example in the range around 100A.

embodiment

Anhand einer, den Patentansprüchen angefügten Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachstehend beschrieben. Die Zeichnung zeigt eine Magnetfeldsonde 1, die nahe einem Leiter 2, der den zu messenden Gleichstrom führt, angeordnet ist. Diese Magnetfeldsonde 1 trägt zwei Magnetisierungswicklungen 3 und 4, die jeweils im Stromkreis von je einem Verstärker 5 und 6 liegen. Zwischen den Verstärkern 5 und 6 und je einem Anschluß einer Magnetisierungswicklung 3 und 4 liegt je ein Widerstand 7 und 8 und über der Reihenschaltung Magnetisierungswicklung 3, Verstärker 5 und Widerstand 7 sowie der Reihenschaltung Magnetisierungswicklung 4, Verstärker 6 und Widerstand 8 eine gemeinsame Speisespannungsquelle 9. Der über den Widerständen 7 und 8 jeweils abfallende Spannungsabfall wird einer Auswerteschaltung 10 zugeführt, an deren Ausgang ein Indikator 11 angeschlossen ist. Selbiger Indikator 11 ist entweder als Frequenzdiskriminator oder als ein Impulsbreitendiskriminator ausgeführt. Die Schaltungsanordnung liefert am Ausgang der Auswerteschaltung 10 keine Größe, wenn im Leiter 2 kein Strom fließt und damit die Magnetisierungsbedingungen in der Magnetfeldsonde 1 lediglich von den Strömen aus den Verstärkern 5 und 6 bestimmt werden. In diesem Falle ist das Tastverhältnis, da beide Zweige identisch ausgelegt sind, gerade 1:1. Fließthingegen im Leiter 2 ein Gleichstrom, so wird durch das zusätzlich auf die Magnetfeldsonde 1 wirkende Magnetfeld die Symmetrie der Teilzweige gestört. In einem Zweig ist zur Erreichung der Sättigungsinduktion der Magnetfeldsonde 1 eine kürzere Stromflußdauer als im anderen Zweig notwendig. Damit hat der Strom durch die Widerstände 7 und 8 unterschiedliche Stromflußwinkel und am Ausgang der Auswerteschaltung 10 erscheint eine Größe, die nach Betrag und Richtung ein Abbild des Stromes im Leiter 2 ist.On the basis of a, attached to the claims drawing an embodiment of the invention will be described below. The drawing shows a magnetic field probe 1, which is located near a conductor 2, which leads the DC current to be measured. This magnetic field probe 1 carries two magnetization windings 3 and 4, each of which is in the circuit of one amplifier 5 and 6. Between the amplifiers 5 and 6 and one terminal of a magnetizing winding 3 and 4 is ever a resistor 7 and 8 and the series circuit magnetization winding 3, amplifier 5 and resistor 7 and the series magnetization winding 4, amplifier 6 and resistor 8, a common supply voltage source. 9 The drop across the resistors 7 and 8 each drop in voltage is fed to an evaluation circuit 10, at the output of an indicator 11 is connected. The same indicator 11 is implemented either as a frequency discriminator or as a pulse width discriminator. The circuit provides no size at the output of the evaluation circuit 10, when no current flows in the conductor 2 and thus the magnetization conditions in the magnetic field probe 1 are determined only by the currents from the amplifiers 5 and 6. In this case, the duty cycle, since both branches are designed identically, just 1: 1. Flowthgengen in the conductor 2 is a direct current, the symmetry of the sub-branches is disturbed by the additionally acting on the magnetic field probe 1 magnetic field. In one branch, to achieve the saturation induction of the magnetic field probe 1, a shorter Stromflußdauer than in the other branch is necessary. Thus, the current through the resistors 7 and 8 different current flow angle and at the output of the evaluation circuit 10 appears a size that is an image of the current in the conductor 2 by amount and direction.

Claims

claims:

1. Arrangement for measuring direct currents, comprising one or more magnetic field probes, which are arranged near the surface or in openings or recesses of the conductor to be measured and which are rod-shaped of a magnetic material and carry windings, characterized that two windings per magnetic field probe are provided, each in the output circuit of two amplifiers, for example in the collector-emitter circuit of two transistors, while their respective inputs, for example the base of the transistors is driven by the potential at the output of the other windings and that the duty cycle or the frequency change of both amplifiers by means of a phase or frequency discriminator finds evaluation whose output variables are then a measure of the size of the current in the conductor.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the leading conductor to be measured forms a winding which receives the magnetic field probes.