DE10028448A1

DE10028448A1 - Einrichtung zur galvanisch getrennten Messung eines in einem Leiter fließenden elektrischen elektrischen Stromes unter Verwendung eines Hallelements

Info

Publication number: DE10028448A1
Application number: DE2000128448
Authority: DE
Inventors: Norbert Sporer
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2000-06-13
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2002-01-03
Anticipated expiration: 2020-06-14
Also published as: DE10028448C2

Abstract

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zur galvanisch getrennten Messung eines in einem Leiter fließenden elektrischen Stromes ist ein vom Leiter in mehreren Windungen umwickelter, auf einer gedruckten Schaltungsplatine (7) aufgebrachter Ringkern (1) mit Luftspalt (2) vorgesehen, in dem ein lineares Hallelement (3) eingebracht ist, dessen Ausgangsspannung proportional zur magnetischen Flußdichte des vom zu messenden Strom erzeugten Magnetfeldes ist. Die Windungen des Leiters sind aus U-förmigen, den Ringkern jeweils umgreifenden Leiterbügeln (6) und auf der gedruckten Schaltungsplatine passend angeordneten Leiterbahnen (8) zusammengesetzt, wobei die offenen Enden der Leiterbügel mit den Enden jeweils zugeordneten Leiterbahnen so verbunden sind, daß sich über die Leiterbahnen ein elektrischer Rückschluß der Leiterbügel und damit ein Verhalten der aus den Leiterbahnen und den Leiterbügeln gebildeten Kombination entsprechend einem um den Ringkern gewickelten Draht ergibt. Zusätzlich sind zweckmäßig Maßnahmen zur Temperaturkompensation vorgesehen. Die Einrichtung nach der Erfindung läßt sich als miniaturisierter, temperaturkompensierter Stromsensor verwenden.

Description

Die Erfindung betrifft eine. Einrichtung zur galvanisch ge trennten Messung eines in einem Leiter fließenden elektri schen Stromes unter Verwendung eines vom Leiter in mehreren Windungen umwickelten, auf einer gedruckten Schaltungsplatine aufgebrachten Ringkerns mit Luftspalt, in dem ein lineares, auf der gedruckten Schaltungsplatine befestigtes und dort auch elektrisch angeschlossenes Hallelement eingebracht ist, dessen Ausgangsspannung proportional zur magnetischen Fluß dichte des vom zu messenden Strom erzeugten und im Ringkern gebündelten Magnetfeldes ist.

Es gibt eine Vielzahl von Anwendungen, bei denen ein elektri scher Strom zu messen ist. Der Meßwert wird z. B. zur Überwa chung oder zu Regelzwecken benötigt. Im einfachsten Fall er folgt die Strommessung mit einem Meßwiderstand. Dabei läßt man den zu messenden Strom I durch einen bekannten ohmschen Widerstand R, den Meßwiderstand, fließen. Die über dem Meßwi derstand R anliegende Spannung U ist dann ein Maß für die Stärke des Stromes I. Grundlage ist hierbei das Ohmsche Ge setz: R = U/I bzw. U = R.I.

Es bestehen jedoch einige Anwendungen, bei denen die Strom messung galvanisch getrennt, also berührungslos erfolgen soll. Man erhält dadurch eine potentialfreie und somit auch störungsarme Messung.

Vom Prinzip her ist das Problem der galvanisch getrennten Strommessung seit langem gelöst, wozu z. B. auf das Buch "Elektromeßtechnik", Siemens AG, München und Berlin, 1968, 5. Auflage, Seite 34, insbesondere Bild 10 und dessen Be schreibung, hingewiesen wird. Danach wird im Luftspalt eines einen Strom führenden Leiter umschließenden Eisenkerns ein Hallgenerator angeordnet. Die dem Magnetfeld im Luftspalt und damit dem Strom im Leiter proportionale Hallspannung wird mit einem entsprechend kalibrierten Drehspulinstrument gemessen. Der Meßstromkreis ist somit vom "Hauptstromkreis" galvanisch getrennt.

Bei der galvanisch getrennten Messung des Stromes ist es be kannt, das sogenannte Kompensationsprinzip zu verwenden. In diesem Zusammenhang wird auf die Technische Information der Firma LEM, CH-1228 Plan-les-Ouates, "Elektronische Komponen ten, Neue Generation der ASIC-Kompensations-Stromwandler bis 25 A", Druckschrift CH 98102 D 03.98 5 CDH, hingewiesen.

Entsprechend der dort beschriebenen und anhand Bild 1 der ge nannten Druckschrift erläuterten Funktionsweise erzeugt hier bei jeder von einem Strom durchflossene Leiter ein Magnet feld, das in einem magnetischen Kreis verstärkt wird. In ei nem Luftspalt kann dieses Feld gemessen werden. Dazu wird ein Hallelement benutzt. Bei der Versorgung mit einem konstanten Strom hat dieses die Eigenschaft, den magnetischen Fluß in eine Spannung umzuwandeln. Beim Kompensationsprinzip wird die Spannung nur zur Regelung des Gleichgewichts zwischen Primär- und Sekundärfluß verwendet. Über eine zusätzliche, sekundäre Kompensationswicklung mit z. B. 2000 Windungen fließt ein 1/2000 des Primärstromes, um das Feld des primären Leiters exakt zu kompensieren. Der Gesamtfluß ist dann null. Die Re gelung funktioniert bei Gleichstrom und bei Wechselströmen bis zur Grenzfrequenz der Elektronik. Darüber arbeitet der Stromwandler wie ein normaler Transformator mit Primär- und Sekundärwicklung. So können Ströme bis zu mehreren 100 kHz potentialfrei gemessen werden.

Bild 2 der genannten Druckschrift zeigt in einem Photo die äußere Gestaltung des LEM-Stromsensors, dessen in der Tabel le 1 angegebenen Abmessungen (Länge × Breite × Höhe) von 9,3 × 22,2 × 24 mm trotz des kompakten Aufbaus für viele An wendungen immer noch zu groß sind.

Entsprechend dem Kompensationswandlerprinzip arbeitende Strommeßeinrichtungen sind für viele Einsatzbereiche also noch zu groß. Außerdem ist ihre Bandbreite auf etwa 100 kHz beschränkt. Darüber hinaus weisen sie in nachteiliger Weise prinzipbedingt eine Verzögerungszeit zwischen Ein- und Aus gang auf.

Bei der galvanisch getrennten Messung des Stromes ist auch die Ausführung mit linearem Hallelement bekannt, auf die be reits eingangs im Zusammenhang mit dem aus dem Buch "Elektromeßtechnik", Siemens AG, München und Berlin, 1968, 5. Auflage, Seite 34, bekannten Stand der Technik eingegangen wurde und die anhand der Fig. 1 und Fig. 2 nachfolgend be schrieben wird.

Hierbei wird ähnlich wie beim bereits geschilderten sogenann ten Kompensationswandler ein geschlitzter Ringkern 1 verwen det. In den Luftspalt 2 des Ringkerns 1 wird ein lineares Hallelement 3 eingebracht, dessen Ausgangsspannung proportio nal zur magnetischen Flußdichte B ist. Das vom zu messenden Strom I_mess erzeugte Magnetfeld wird im Ringkern 1 gebündelt und vom Hallelement 3 in eine elektrische Ausgangsspannung, die sogenannte Hallspannung, gewandelt. Der Zusammenhang zwi schen Flußdichte B und dem zu messenden Strom I_mess ergibt sich zu:

wobei B die magnetische Flußdichte, I_mess der zu messende Strom, N die Anzahl der Windungen um den Ringkern 1, µ₀ die magnetische Feldkonstante und l_L die Länge des Luftspalts 2 ist.

Fig. 1 zeigt eine Ausführung, bei der ein Leiter 4 durch die Öffnung des Ringkerns 1 durchgeführt. Der Leiter 4 führt den mittels des Hallelements 3 zu messenden Strom I_mess. Fig. 2 zeigt dagegen eine Ausführung, bei der zur Messung von klei neren Strömen der den zu messenden Strom führende Leiter in mehreren (N) Windungen 5 um den Ringkern 1 gewickelt ist. Derartige Einrichtungen sind unter anderem in DE 39 05 060 A1 beschrieben.

Für die Ausgangsspannung U_HALL des Hallelements 3 ergibt sich:

U_HALL = K(T).I_V.B,

wobei U_HALL die Hallspannung, K(T) die temperaturabhängige Verstärkung des Hallelements, B die magnetische Flußdichte und I_V der Versorgungsstrom des Hallelements ist.

Stromsensoren mit linearem Hallelement lassen sich kompakter als Kompensationswandler aufbauen und ihre Bandbreite ist hö her. Allerdings hat das zum Zweck der Messung kleiner Ströme (im allgemeinen weniger als 10 A bis 20 A) bestehende Erfordernis des Bewickelns des Ringkerns erhebliche fertigungs technische Nachteile. So kommt es sehr häufig vor, daß der mit Luftspalt versehene Ringkern beim Bewickeln bricht. Das Kontaktieren der stromführenden Anschlüsse ist ebenfalls nicht völlig unproblematisch. Ein gewisser Nachteil der Strommeßeinrichtungen mit linearem Hallelement gegenüber den jenigen nach dem Kompensationsprinzip besteht in der etwas höheren Temperaturabhängigkeit, da das Hallelement nicht nur bei Magnetfelddichten nahe null mißt. Die Verstärkungsände rung geht somit in das Meßergebnis ein.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen sehr kompakt aufbaubaren Stromsensor mit galvanisch entkoppelter Strommessung und ho her Bandbreite zu schaffen, der fertigungstechnisch hinsicht lich der Bewicklung des Ringkerns und der Kontaktierung der stromführenden Anschlüsse problemlos realisierbar ist und oh ne Schwierigkeiten mit einer Temperaturkompensation ausge stattet werden kann.

Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Einrichtung der ein gangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch ge löst, daß die Windungen des Leiters aus U-förmigen, den Ring kern jeweils umgreifenden Leiterbügeln und auf der gedruckten Schaltungsplatine passend angeordneten Leiterbahnen zusammen gesetzt sind, wobei die offenen Enden der U-förmigen Leiter bügel mit den Enden der jeweils zugeordneten Leiterbahnen me chanisch und elektrisch in der Weise verbunden sind, daß sich über die Leiterbahnen ein elektrischer Rückschluß der U-förmigen Leiterbügel und damit ein Verhalten der aus den Leiterbahnen und den U-förmigen Leiterbügeln gebildeten Kom bination entsprechend einem um den Ringkern gewickelten Draht ergibt. Die entsprechend der Erfindung ausgebildete Einrichtung zur galvanisch getrennten Strommessung ist erheblich einfacher und kompakter als die bisher realisierten Lösungen.

Eine vorteilhafte Ausführungsmöglichkeit einer Einrichtung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das als flaches Plättchen ausgebildete Hallelement senkrecht stehend in die gedruckte Schaltungsplatine an die dort passend ange ordneten Anschlußstellen angelötet ist, daß der Ringkern auf die gedruckte Schaltungsplatine und an das Hallelement ge klebt ist und daß die den Ringkern umgreifenden U-förmigen Leiterbügel mit ihren Enden in die gedruckte Schaltungspla tine und zwar jeweils an zwei Anschlußstellen an Enden zweier zugeordneter Leiterbahnen gelötet sind. Die Montage einer derart ausgeführten Einrichtung erfolgt in zweckmäßiger Weise in einer Schrittfolge, die der Reihenfolge der vorstehend an gegebenen Merkmale entspricht.

Die Einrichtung nach der Erfindung bzw. das in dieser enthal tene Hallelement weisen allerdings vom Prinzip her ohne zu sätzlich vorgenommene Kompensierungsmaßnahmen eine nicht un erhebliche Temperaturabhängigkeit auf, die im folgenden er läutert wird. Die Ausgangsspannung U_HALL(T) des Hallelements und deren Abhängigkeit von der Temperatur lassen sich folgen dermaßen beschreiben:

U_HALL(T) = U_HALL0(T) + K(T).k_geom.I_mess.I_V

Hierin ist
U_HALL0(T) = U_HALL0.(1 + TC_VR10.dT) die temperaturabhängige ohm sche Offset-Spannung des Hallelements mit der Offset-Spannung U_HALL0 des Hallelements bei 20°C und dem aus Datenblättern oder durch Messung selbst ermittelbaren Temperaturkoeffizien ten TC_VR10 der Offset-Spannung,
K(T) = K0.(1 + TC_V20) die temperaturabhängige Verstärkung des Hallelements mit der Verstärkung K0 bei 20°C und dem aus Da tenblättern oder durch Messung selbst ermittelbaren Tempera turkoeffizienten TC_V20 der Verstärkung,
k_geom eine sich aus dem Aufbau (Luftspaltlänge usw.) ergebende Konstante,
I_mess der zu messende Strom, und
I_V der Versorgungsstrom des Hallelements.

Aus der vorstehenden Gleichung ersieht man, daß sowohl die ohmsche Offset-Spannung als auch die Verstärkung des Hallele ments temperaturabhängig sind. Bei einer Temperaturänderung von 100°C treten Fehler bis in den zweistelligen Prozentbe reich hinein auf. Für Regelungsaufgaben sind diese Abweichun gen gewöhnlich nicht tolerierbar.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind deshalb Maßnahmen zur Temperaturkompensation vorgesehen, der art, daß die Ausgangsspannung des Hallelements unabhängig von der Temperatur direkt proportional zum zu messenden Strom ist. Eine zweckmäßige Möglichkeit in diesem Zusammenhang be steht darin, daß zur Temperaturkompensation der temperaturab hängigen Ausgangsspannung

U_HALL(T) = U_HALL0(T) + K(T).k_geom.I_mess.I_V

des Hallelements bei konstantem Versorgungsstrom I_V die am Hallelement anliegende Versorgungsspannung U_V als Maß für die Temperatur des Hallelements gemessen und daraus die Offset- Spannung des Hallelements berechnet wird und diese zunächst von der gemessenen Ausgangsspannung U_HALL(T) des Hallelements abgezogen wird, so daß sich eine offset-korrigierte Ausgangs spannung

U_HALL(T)off_korr = K(T).k_geom.I_mess.I_V

des Hallelements ergibt, und daß die Korrektur der Verstär kung entweder durch Variation des Versorgungsstromes I_V oder durch Teilung der offset-korrigierten Ausgangsspannung U_HALL(T)off_korr des Hallelements durch (1 + TC_V20) erfolgt, so daß als Ergebnis eine temperaturkompensierte Ausgangsspan nung

U_HALL = K0.k_geom.I_mess.I_V = const..I_mess

des Hallelements erhalten wird.

Eine derartige Temperaturkompensation läßt sich vorteilhaft in Form einer analogen Schaltung ausführen, kann aber auch in Form einer digitalen Verarbeitungseinheit realisiert werden, welche die notwendigen Berechnungen bewerkstelligt. Die ana loge Schaltung bzw. digitale Verarbeitungseinheit kann auf der gedruckten Schaltungsplatine, auf der sich auch der Ring kern und das Hallelement befinden, angeordnet werden.

Einrichtungen zur Temperaturkompensation bei Strommeßeinrich tungen mit Hallelement sind bekannt. In diesem Zusammenhang wird auf DE 195 44 863 A1 hingewiesen, woraus es bekannt ist, eine Kompensation des Empfindlichkeitstemperaturganges da durch zu erzielen, daß mit einer Kompensationsschaltung aus der temperaturabhängigen Änderung des Innenwiderstandes des Hallelements ein positiver Temperaturkoeffizient des Steuer stromes gebildet wird, der so bemessen ist, daß er die negativen Temperaturkoeffizienten der die Empfindlichkeit bestim menden übrigen physikalischen Größen kompensiert.

Aus DE 32 17 441 A1 ist eine ähnliche temperaturkompensieren de Anordnung mit einem Hallelement bekannt, bei der die tem peraturabhängige Offset-Spannung des Hallelements ausgegli chen wird. Hierbei erfolgt die Kompensation durch Regelung der Ausgangsspannung des Hallelements in Abhängigkeit von ei nem Signal, das typisch für die Impedanz ist, welche von der Anordnung für den von einer Konstantstromquelle gelieferten Versorgungsstrom des Hallelements gegeben ist. Das regelnde Signal ist dabei ein Signal, das dem Spannungsabfall ent spricht, der quer über die Anordnung durch den konstanten Versorgungsstrom des Hallelements erzeugt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der anliegenden Zeich nungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die einleitend bereits beschriebene perspektivische Darstellung einer bekannten galvanisch getrennten Stommeßeinrichtung mit linearem Hallelement unter Verwendung eines Ringkerns, durch den der stromfüh rende Leiter geführt ist,

Fig. 2 die einleitend ebenfalls bereits beschriebene per spektivische Darstellung einer bekannten galvanisch getrennten Einrichtung zum Messen kleinerer Ströme mit linearem Hallelement unter Verwendung eines Ringkerns, um den der stromführende Leiter mit meh reren Windungen gewickelt ist,

Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht eine Explosions darstellung des konstruktiven Aufbaus einer entspre chend der Erfindung ausgebildeten Einrichtung zur Strommessung mit Hallelement,

Fig. 4 in einer perspektivischen Ansicht die Montage des Hallelements auf einer gedruckten Schaltungsplatine,

Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht die nachfolgende Montage des Ringkerns auf der gedruckten Schaltungs platine,

Fig. 6 ebenfalls in einer perspektivischen Ansicht den kon struktiven Komplettaufbau einer Einrichtung nach der Erfindung nach vollständig erfolgter Montage, und

Fig. 7 das Ersatzschaltbild eines Hallelements.

Fig. 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Explosions darstellung des konstruktiven Aufbaus einer entsprechend der Erfindung ausgebildeten Strommeßeinrichtung. Letztere besteht aus einem geschlitzten Ringkern 1, der einen Luftspalt 2 auf weist und allgemein ein Grundkörper aus Weicheisen ist, einem linearen Hallelement 3, elektrisch leitenden U-förmigen Lei terbügeln 6 und aus einer gedruckten Schaltungsplatine 7, die zusätzliche Schaltungskreise enthalten kann. Auf der gedruck ten Schaltungsplatine 7 befinden sich Leiterbahnen 8, die den elektrischen Rückschluß der U-förmigen Leiterbügel 6 ermögli chen. Die Kombination aus den Leiterbahnen 8 und den U-förmigen Leiterbügeln 6 verhält sich wie ein um den Ring kern 1 kontinuierlich mit Abstand gewickelter Draht.

Anhand der Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6 wird nachfolgend die Mon tage der in Fig. 3 dargestellten Strommeßeinrichtung nach der Erfindung erläutert. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, wird zu erst das als flaches Plättchen ausgebildete Hallelement 3 stehend an die entsprechenden Anschlußpunkte in die gedruckte Schaltungsplatine 7 gelötet. Anschließend wird, wie Fig. 5 zeigt, der Ringkern 1 auf die gedruckte Schaltungsplatine 7 und an das Hallelement 3 geklebt, wobei der Ringkern 1 so an geordnet wird, daß sich in seinem Luftspalt 2 das flach aus gebildete Hallelement 3 befindet.

Zum Schluß werden die den Ringkern 1 umgreifenden U-förmigen Leiterbügel 6 mit ihren Enden in die gedruckte Schaltungspla tine 7 gelötet, wobei jeweils ein Ende eines U-förmigen Lei terbügels 6 am Ende einer Leiterbahn 8 und das andere Ende dieses Leiterbügels 6 am Ende einer anderen Leiterbahn 8 an gelötet wird, so daß sich insgesamt im Verlaufe über alle U-förmigen Leiterbügel 6 und alle Leiterbahnen 8 eine um den Ringkern geführte Wicklung ergibt, die an ihren beiden Enden zwei Anschlußstellen zur Stromzuführung aufweist. Dieser Schlußzustand und damit der Komplettaufbau einer Strommeßein richtung nach der Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt.

Durch die erläuterte Konstruktion der Strommeßeinrichtung nach der Erfindung wird die Fertigung demnach erheblich ver einfacht. Es wird insbesondere das nachteilige Bewickeln des den Grundkörper bildenden Ringkerns 1 mit Draht umgangen. Der beschriebene Aufbau der Strommeßeinrichtung nach der Erfin dung ist erheblich einfacher und kompakter als die bisher be kannten und realisierten Lösungen.

Die vorstehend erläuterte Strommeßeinrichtung nach der Erfin dung und das Hallelement weisen vom Meßprinzip herrührend al lerdings eine nicht ganz unerhebliche Temperaturabhängigkeit auf. Der nachfolgend vorgeschlagene und erläuterte Lösungsan satz erlaubt ein von der Temperatur weitgehend unabhängiges Messen des Stromes. Zum besseren Verständnis des Prinzips wird zunächst das in Fig. 7 dargestellte Ersatzschaltbild des Hallelements erläutert.

Am Versorgungseingang, an dem die Versorgungsspannung U_V an liegt, sieht man im wesentlichen einen temperaturabhängigen Widerstand R10(T), für den gilt:

R10(T) = R10.(1 + TC_R10.dT),

wobei dT die Temperaturänderung und R10 der Eingangswider stand bei 20°C ist.

Die Ausgangsspannung U_OUT ergibt sich zum einen aus der ohm schen Offset-Spannung Rofs und der eigentlichen Hallspannung U_HALL. Der Ausgangswiderstand R20(T) ist ebenfalls tempera turabhängig. Greift man die Hallspannung hochohmig ab, z. B. über einen Impedanzwandler, braucht der Ausgangswiderstand R20(T) nicht berücksichtigt zu werden.

Die Ausgangsspannung des Hallelements ergibt sich, wie be reits vorher erläutert wurde, zu:

U_HALL(T) = U_HALL0(T) + K(T).k_geom.I_mess.I_V,

wobei gilt:

U_HALL0(T) = U_HALL0.(1 + TC_VR10.dT),

K(T) = K0.(1 + TC_V20),

wobei U_HALL0 die Offset-Spannung bei 20°C, K0 die Verstärkung bei 20°C, TC_VR10 der Temperaturkoeffizient der Offset-Spannung und TC_V20 der Temperaturkoeffizient der Verstärkung ist. Die Temperaturkoeffizienten des Hallelements lassen sich aus den Datenblättern entnehmen oder leicht selbst durch Messung be stimmen.

Speist man das Hallelement mit einem konstanten Versor gungsstrom I_V, so ergibt sich für die Versorgungsspannung U_V:

U_V = I_V.R10.(1 + TC_R10.dT).

Wird die Versorgungsspannung U_V gemessen, so läßt sich mit der vorstehenden Gleichung bei bekanntem Versorgungsstrom I_V, Eingangswiderstand R10 und Temperaturkoeffizienten TC_R10 die Temperaturänderung dT ermitteln:

Die Versorgungsspannung U_V stellt also ein Maß für die Tempe ratur T des Hallelements dar.

Mit Hilfe der Temperatur kann die Offset-Spannung des Hall elements berechnet werden. Diese wird zunächst von der gemes senen Hallspannung U_HALL(T) abgezogen:

U_HALL(T)off_korr = K(T).k_geom.I_mess.I_V,

wobei U_HALL(T)off_korr die offset-korrigierte Hallspannung ist.

Die Korrektur der Verstärkung des Hallelements läßt sich auf zwei Arten durchführen:

1. Der Versorgungsstrom I_V wird variiert, oder
2. die offset-korrigierte Hallspannung U_HALL(T)off_korr wird durch (1 + TC_V20) geteilt und es wird als Ergebnis erhal ten:
U_HALL = K0.k_geom.I_mess.I_V = const..I_mess.

Die Hallspannung U_HALL ist damit unabhängig von der Temperatur direkt proportional zum Meßstrom I_mess.

Die Temperaturkompensation läßt sich direkt als analoge Schaltung realisieren. Sie kann aber auch in einer digitalen Verarbeitungseinheit berechnet werden.

Bezugszeichenliste

1

Ringkern

2

Luftspalt

3

Hallelement

4

Leiter

5

Windungen

6

U-förmige Leiterbügel

7

Gedruckte Schaltungsplatine

8

Leiterbahnen
I_mess

Zu messender Strom
R10(T) Temperaturabhängiger Widerstand
R20(T) Ausgangswiderstand
Rofs Ohmsche Offset-Spannung
U_HALL

(T) Ausgangsspannung des Hallelements
U_OUT

Ausgangsspannung
U_V

Versorgungsspannung

Claims

1. Einrichtung zur galvanisch getrennten Messung eines in ei nem Leiter fließenden elektrischen Stromes unter Verwendung eines vom Leiter in mehreren Windungen umwickelten, auf einer gedruckten Schaltungsplatine aufgebrachten Ringkerns mit Luftspalt, in dem ein lineares, auf der gedruckten Schal tungsplatine befestigtes und dort auch elektrisch angeschlos senes Hallelement eingebracht ist, dessen Ausgangsspannung proportional zur magnetischen Flußdichte des vom zu messenden Strom erzeugten und im Ringkern gebündelten Magnetfeldes ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen des Leiters aus U-förmigen, den Ringkern (1) jeweils umgreifenden Leiterbü geln (6) und auf der gedruckten Schaltungsplatine (7) passend angeordneten Leiterbahnen (8) zusammengesetzt sind, wobei die offenen Enden der U-förmigen Leiterbügel mit den Enden der jeweils zugeordneten Leiterbahnen mechanisch und elektrisch in der Weise verbunden sind, daß sich über die Leiterbahnen ein elektrischer Rückschluß der U-förmigen Leiterbügel und damit ein Verhalten der aus den Leiterbahnen und den U-förmigen Leiterbügeln gebildeten Kombination entsprechend einem um den Ringkern gewickelten Draht ergibt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das als flaches Plättchen ausgebildete Hallelement (3) senk recht stehend in die gedruckte Schaltungsplatine (7) an die dort passend angeordneten Anschlußstellen angelötet ist, daß der Ringkern (1) auf die gedruckte Schaltungsplatine und an das Hallelement geklebt ist und daß die den Ringkern umgrei fenden U-förmigen Leiterbügel (6) mit ihren Enden in die ge druckte Schaltungsplatine und zwar jeweils an zwei Anschlußstellen an Enden zweier zugeordneter Leiterbahnen (8) gelötet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Montageschrittfolge, die der Reihenfolge der im Anspruch 2 angegebenen Merkmale entspricht.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet durch Maßnahmen zur Temperaturkompensation der art, daß die Ausgangsspannung (U_OUT) unabhängig von der Tem peratur direkt proportional zum zu messenden Strom (I_mess) ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Temperaturkompensation der temperaturabhängigen Ausgangs spannung
U_HALL(T) = U_HALL0(T) + K(T).k_geom.I_mess.I_V
des Hallelements, wobei
U_HALL0(T) = U_HALL0.(1 + TC_VR10.dT) die temperaturabhängige ohm sche Offset-Spannung des Hallelements mit der Offset-Spannung U_HALL0 des Hallelements bei 20°C und dem aus Datenblättern oder durch Messung selbst ermittelbaren Temperaturkoef fizienten TC_VR10 der Offset-Spannung ist,
K(T) = K0.(1 + TC_V20) die temperaturabhängige Verstärkung des Hallelements mit der Verstärkung K0 bei 20°C und dem aus Da tenblättern oder durch Messung selbst ermittelbaren Tempe raturkoeffizienten TC_V20 der Verstärkung ist,
k_geom eine sich aus dem Aufbau (Luftspaltlänge usw.) ergebende Konstante und I_mess der zu messende Strom und I_V der Versor gungsstrom des Hallelements ist, bei konstantem Versor gungsstrom I_V die am Hallelement anliegende Versorgungsspan nung U_V als Maß für die Temperatur des Hallelements gemessen und daraus die Offset-Spannung des Hallelements berechnet wird und diese zunächst von der gemessenen Ausgangsspannung U_HALL(T) des Hallelements abgezogen wird, so daß sich eine offset-korrigierte Ausgangsspannung
U_HALL(T)off_korr = K(T).k_geom.I_mess.I_V des Hallelements ergibt, und daß die Korrektur der Verstärkung entweder durch Variati on des Versorgungsstromes I_V oder durch Teilung der offset korrigierten Ausgangsspannung U_HALL(T)off_korr des Hallele ments durch (1 + TC_V20) erfolgt, so daß als Ergebnis eine temperaturkompensierte Ausgangsspannung
U_HALL = K0.k_geom.I_mess.I_V = const..I_mess des Hallelements erhal ten wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Realisierung der Temperaturkompensation in Form einer auf der gedruckten Schaltungsplatine angeordneten analogen Schaltung.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Realisierung der Temperaturkompensation in Form einer digita len, die Berechnungen ausführenden Verarbeitungseinheit, die auf der gedruckten Schaltungsplatine angeordnet ist.