DE1017702B - Anordnung zum Messen von elektrischen Stroemen in ganzen Einheiten - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Messen stetig veränderlicher elektrischer Ströme oder Spannungen, bei der die Stromwerte in ganzen Einheiten, insbesondere in digitaler Form, also nicht stetig wie bei üblichen Meßgeräten, gemessen und dementsprechend auch angezeigt werden. Eine derartige Meßanordnung ist insbesondere dann von großer praktischer Bedeutung, wenn das Meßergebnis irgendwie festgehalten, beispielsweise auf einen Aufzeichnungsträger gedruckt werden soll, weil in diesem Falle sowieso nur ein bestimmter Zahlenwert, der bei einer bestimmten Einheit abgebrochen werden muß, niedergeschrieben werden kann. Eine Anwendung der Anordnung nach der Erfindung ist also beispielsweise bei Elektrizitätszählern oder bei jeder Art schreibender Betriebsüberwachung gegeben, wenn in ganz bestimmten zeitlichen Abständen ein Meßergebnis gedruckt oder auch in Lochstreifen fixiert und dieses Druckergebnis zur Gebührenermittlung od. dgl. einer Auswertstelle zugeleitet werden soll.

Wenn die Anordnung nach der Erfindung an Hand einer Strommessung erläutert und beschrieben wird, so heißt dies nicht, daß die Anordnung ausschließlich nur für die Strommessung zu verwenden wäre. Vielmehr können mit dieser Anordnung alle Größen gemessen werden, die durch einen elektrischen Strom ausgedrückt oder aber in einen elektrischen Strom übergeführt werden können. So ist es selbstverständlich möglich, mit der Anordnung nach der Erfindung Spannungen, andere elektrische Größen oder auch mechanische Größen, z. B. Druck od. dgl., die in an sich bekannter Weise ohne weiteres, z. B. durch einen dehnungsabhängigen Widerstand, in einen elektrischen Strom übergeführt werden können, zu ermitteln. Ganz allgemein ist also die Anordnung nach der Erfindung zur Wiedergabe veränderlicher Größen, die beispielsweise in einen elektrischen Strom übergeführt werden, in Einheiten eines bestimmten Zahlensystems verwendbar.

Die Anordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Satz an sich bekannter Magnetkerne mit angenähert rechteckiger Hystereseschleife vorgesehen ist, die sämtlich mit einer den Meßstrom führenden Meß schleife (Meßleitung) und einer einen pulsierenden Strom führenden Schleife (Impulsleitung) verkettet sind, wobei Meßstrom und Impulsstrom in den Kernen ein entgegengerichtetes Feld erzeugen, und daß das magnetische Verhalten der Kerne, vorzugsweise durch unterschiedliche Magnetisierung der verschiedenen Kerne durch die Ströme in den einzelnen Schleifen, gegeneinander stufenweise so abgestimmt ist, daß nur ganz bestimmte Kerne ihren Magnetisierungszustand wiederholt ändern und daß Anordnung zum Messen von
elektrischen Strömen in ganzen Einheiten

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dipl.-Phys. Rudolf Buser, München,
ist als Erfinder genannt worden

das Ummagnetisieren der Kerne zur Anzeige herangezogen wird. Bei der Meßordnung nach der Erfindung wird also der Meßstrom zur Vormagnetisierung einer Reihe von Magnetkernen mit rechteckiger Hystereseschleife herangezogen, wobei dieser Strom in den verschiedenen Kernen ein unterschiedliches Feld erzeugt, so daß bei einem Teil der Kerne der Sättigungszustand erreicht wird und bei anderen Kernen nicht. Die einzelnen Kerne werden außerdem durch einen pulsierenden Strom, also beispielsweise durch einen Taktpuls beaufschlagt, wobei auf Grund der Vormagnetisierung und durch die verwendeten Impulse jeweils nur ein ganz bestimmter oder ganz bestimmte Kerne wiederholt ummagnetisiert werden.

Es ist bereits eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Größe bzw. Richtung des Stromes bekanntgeworden, bei der der auf eine gewisse Größe zu überwachende Strom mit einem einzigen Magnetkern so verkettet ist, daß beim Überschreiten des Grenzwertes dieser Magnetkern, der voraussetzungsgemäß ebenfalls eine rechteckige Hystereseschleife besitzt, in seiner Magnetisierungsrichtung verändert wird, so daß in einer Ausgangswicklung ein Strom, der zu einer Anzeige verwendet wird, induziert wird. Mit der bekannten Anordnung ist es aber nur möglich, einen Strom in einem ganz bestimmten Bereich zu überwachen, wobei dieser Bereich durch eine Vormagnetisierung des Kernes entsprechend gewählt werden kann. Nicht möglich ist es, mit einer derartigen Anordnung hingegen einen zunächst unbekannten Strom zu messen und entsprechend der Anordnung nach der Erfindung das Meßergebnis unmittelbar in festen Einheiten wiederzugeben.

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Die Anordnung nach der Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten drei Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit zur Anzeige des Meßstromes. Erfindungsgemäß sind eine Reihe von Magnetkernen 11 bis 15 vorgesehen, die sämtlich mit der den zu messenden Strom führenden Leitung 2 verkettet sind. Diese Leitung 2 induziert in den einzelnen Kernen ein unterschiedliches Feld. Dies

digital arbeitenden Auswerteeinrichtung (Rechenmaschine) zugeführt werden.

Die Anordnung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Anordnung nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, 5 daß die einzelnen Magnetkerne außer mit der Meßleitung 2 und der Impulsleitung 4 noch mit einer in sich geschlossenen Stromschleife 7 verkettet sind, die einen von den einzelnen Kernen induzierten Strom einer Richtung auch den anderen Kernen zuführt. Daß

ist dadurch erreicht, daß auf jedem Kern eine andere io die Meßleitung 2 mit den einzelnen Kernen unfer-Wicklungszahl vorgesehen ist. Bei dem dargestellten schiedlich gekoppelt ist, ist in der Fig. 2 nicht dajr-Beispiel ist angenommen, daß der Magnetkern 11
mehr als fünf Windungen der Leitung 2, der Kern 12

vier Windungen usw. trägt. Bei einem gegebenen

gestellt. In der Zeichnung ist lediglich durch die Bezifferung angedeutet, daß der erste Kern 21 bei mindestens acht Einheiten, der zweite Kern 22 bei min-Meßstrom wird also jeder der Kerne in einem ganz ig destens vier Einheiten, der Kern 23 bei mindestens bestimmten Maße vormagnetisiert. Dies ist auch aus zwei Einheiten und der Kern 24 bei mindestens einer den einzelnen Diagrammen unterhalb der Kerne zu Einheit des Meßstromes wiederholt ummagnetisiert ersehen, in denen jeweils die Hystereseschleife der wird und dementsprechend im Kreis 7 auch einen einzelnen Kerne und durch die gestrichelte Linie 3 Strom von acht Einheiten, vier Einheiten, zwei Eindie Größe des durch den Meßstrom induzierten Feldes 20 heiten oder einer Einheit induziert,
eingezeichnet sind. Die Anordnung selbst arbeitet folgendermaßen:

Die einzelnen Kerne 11 und 15 sind außerdem mit Fließt beispielsweise über die Meßleitung 2 ein Strcjm einer Leitung 4 verkettet, über die ein pulsierender von dreizehn Stromeinheiten, dann wird jedenfalls der Gleichstrom fließt, der innerhalb der Kerne ein ganz Zustand des Kernes 21 wiederholt ummagnetisiett bestimmtes Feld induziert, das gerade etwas größer 25 und erzeugt hierbei in der Leitung 7 einen Strom, dtr als die doppelte Koerzitivkraft der Kerne ist. Größe acht Stromeinheiten entspricht. Außerdem wird »och und Richtung dieses Feldes sind unterhalb der ein- der Kern 22 ständig ummagnetisiert, so daß sich dem zelnen Hystereseschleifen dargestellt, und zwar über- Gegenstrom des Kernes 21 noch ein weiterer Strom lagert sich dieses Feld dem Feld, das von dem Meß- des Kernes 22 mit vier Einheiten überlagert. In dem strom, der über die Leitung 2 fließt, induziert wird. 30 Stromkreis 7 fließt dementsprechend ein Strom von Wie aus den einzelnen Diagrammen zu ersehen ist, be- zwölf Einheiten. Da der Kern 23 so dimensioniert ist,

daß mindestens zwei Einheiten zu seiner Urnmagnetisierung nötig sind, ist der Meßstrom, der dreizehn Einheiten groß ist, nicht in der Lage, diesen Zustand des Kernes 13 hingegen kippt bei jedem 35 Kern umzumagnetisieren, da der Gegenstrom der Impuls, der über die Leitung 4 fließt, um und wird Wicklung 7 mit zwölf Einheiten lediglich eine Einheit nach Beendigung dieses Impulses durch den Meßstrom zum Ummagnetisieren wirksam werden läßt; der Kern selbst wieder in seine Ausgangslage zurückgebracht. 24 hingegen, der bereits bei einer Einheit um-Dieses ständige Umkippen induziert in der zu- magnetisiert wird, ändert wiederholt seinen Magnetigeordnefen Leitung 6 (Anzeigeleitung) einen Strom, 40 sierungszustand. Es haben also, wenn über die der unmittelbar zur Anzeige verwendet werden kann. Leitung 2 ein Strom von dreizehn Einheiten fließt, die

halten die Kerne 11 und 12 ihren Magnetisierungszustand —· Punkt α auf der Kurve — bei, der ihnen durch die Vormagnetisierung aufgedrückt ist. Der

Die Kerne 14 und 15 werden zwar auch beim Auftreten des ersten Impulses in einen bestimmten Zustand ■—■ Punkt b auf der Kurve — ummagnetisiert,

Kerne 21, 22 und 24 angesprochen, so daß eine Anzeigevorrichtung, die ebenfalls den einzelnen Kernen zugeordnet ist, eine Zahl 1101 anzeigt, wenn

doch ist der Meßstrom selbst nicht mehr in der Lage, 45 durch die Ziffer 1 ein Ummagnetisieren und durch den Kern wieder in die Ausgangslage (Punkt a) um- die Ziffer 0 ein konstanter Magnetisierungszustand zumagnetisieren, da die Vormagnetisierung zu gering
ist. Sind also an die einzelnen Wicklungen 6 der

Kerne 11 bis 15 irgendwelche Anzeigeorgane, z. B.

ausgedrückt wird. Die Binärzahl 1101 entspricht aber bekanntlich der Dezimalzahl 13.

An dem beschriebenen Bild ändert sich auch nichts, Glimmlampen, Relais od. dgl., angeschlossen, dann 50 wenn der Meßstrom 13,5 Einheiten groß ist, da auch wird lediglich das dem Kern 13 zugeordnete Anzeige- in diesem Fall der Kern 23 nicht ummagnetisiert organ auf Grund des wiederholten Umkippens deutlich werden kann. Erst wenn dieser Meßstrom vierzehn ansprechen. Einheiten groß sein sollte, würde der Kern 23 umist der Meßstrom dagegen etwas größer oder magnetisiert. In diesem Falle würde sich dem Gegenkleiner, dann spricht dementsprechend der Kern 14 55 strom in der Leitung 7 ein Strom von zwei weiteren oder der Kern 12 an, wie sich aus dem Diagramm Einheiten überlagern, so daß im Kern 24 vierzehn ohne weiteres ergibt, da in diesem Falle die Vor- Einheiten Meßstrom und Gegenstrom fließen. An dem magnetisierung, die durch den Meßstrom verursacht Magnetisierungszustand dieses Kernes ändert sich ist, größer oder kleiner wird. somit nichts. Die Anzeigevorrichtung würde dem-

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt eine An- 60 entsprechend als Meßergebnis die Binärzahl 1110 Ordnung, mit der es möglich ist, den Meßwert un- wiedergeben, was der Dezimalzahl 14 entspricht. Der mittelbar in Einheiten, die in Lualzahlen ausgedrückt
sind, abzulesen. Eine derartige Anordnung hat gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 verschiedene Vorteile. Einmal benötigt die Anordnung nach Fig. 2 für 65
insgesamt fünfzehn Meßeinheiten nur vier Magnetkerne, während bei der Anordnung nach Fig. 1 dafür
fünfzehn Kerne vorzusehen wären. Zweitens können
die Meßwerte, die durch die Anordnung nach Fig. 2

Meßstrom wird bei jeder Messung über Schalter 5 getastet. Die Impulsleitung dient zum Rückstellen der Kerne in den Meßpausen.

Die beschriebene Anordnung kann in dem erläuterten Aufbau direkt zum Umsetzen von Zahlen eines beliebigen Zahlensystems in Zahlen des binären Zahlensystems verwendet werden. In einem solchen Anwendungsfalle wird einfach ein der Größe der um-

in binären Zahlen geliefert werden, direkt einer 70 zusetzenden Zahl entsprechender Strom eingestellt,

und von den Magnetkernen 21 bis 24 kann dann, wie beschrieben, die entsprechende Binärzahl abgelesen werden. Die Anordnung arbeitet somit als Verkoder oder Analog-Digital-Umsetzer.

In der Fig. 3 ist eine Weiterbildung des Ausführungsbeispieles nach Fig. 2 dargestellt. Aus dieser Figur ist zu entnehmen, daß es mitunter, um die einzelnen Magnetkerne nicht mit Strömen, die für die Anzeige des Meßinstrumentes nötig sind, zu überlasten, vorteilhaft sein kann, das Anzeigeorgan selbst, das durch eine Glühlampe 8 dargestellt ist, mit Hilfe eines weiteren Magnetkernes zu entkoppeln. Den einzelnen Kernen 21 bis 24 ist deshalb jeweils ein weiterer Kern 31 bis 34 zugeordnet. Diese Kerne sind ebenfalls mit der Impulsleitung 4 gekoppelt. Über die Leitung 9 können diese Magnetkerne 31 bis 34 in einen ganz bestimmten Magnetisierungszustand gebracht werden. Im übrigen entspricht die dargestellte Anordnung dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, d. h., die Meßkerne selbst sind unter anderem untereinander mit einer Belastungsschleife verbunden.

Wenn es sich als notwendig erweist, mit Hilfe der Meßanordnung Relais zu steuern, die eine größere Leistung benötigen, als Magnetkerne mit rechteckiger Hystereseschleife abgeben können, dann kann selbstverständlich, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird, auch noch ein Zwischenverstärker, Magnetverstärker od. dgl. vorgesehen werden.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Messung stetig veränderlicher Ströme oder Spannungen in digitaler Form, z. B. zur Anzeige in binären Zahlen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Satz an sich bekannter Magnetkerne mit angenähert rechteckiger Hystereseschleife vorgesehen ist, die sämtlich mit einer den Meßstrom führenden Meßschleife (Meßleitung) und einer einen pulsierenden Strom führenden Schleife (Impulsleitung) verkettet sind, wobei Meßstrom und Impulsstrom in den Kernen ein entgegengerichtetes Feld erzeugen, daß das magnetische Verhalten der Kerne, vorzugsweise durch unterschiedliche Magnetisierung der verschiedenen Kerne durch die Ströme in den einzelnen Schleifen, gegeneinander stufenweise so abgestimmt ist, daß nur ganz bestimmte Kerne ihren Magnetisierungszustand wiederholt ändern, und daß das Ummagnetisieren der Kerne zur Anzeige herangezogen wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Meßstrom nur impulsweise über die Meßleitung gegeben wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsstrom alle Kerne gleichmäßig magnetisiert und der Meßstrom diese stufenweise verschieden magnetisiert.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne durch geeignete Wicklungsbemessung so aufeinander abgestimmt sind, daß der Reihe nach, von dem Kern angefangen, der bei der niedrigsten Stromstärke seinen Magnetisierungszustand wiederholt ändert, der jeweils nächste nur bei der doppelten Stromstärke wie der vorhergehende Kern ummagnetisiert wird.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Kerne außer mit einer Meßleitung und einer Impulsleitung noch mit einer über einen Richtleiter und gegebenenfalls über einen Belastungswiderstand geschlossenen Stromschleife verkettet sind und diese Stromschleife mit allen Kernen gleichmäßig verkettet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung von dem mit der Stromschleife verketteten Kern entkoppelt ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Anzeigevorrichtung und dem mit der Stromschleife verketteten Kern ein weiterer mit der Taktleitung verketteter Magnetkern mit vorzugsweise rechteckiger Hystereseschleife zwischengeschaltet ist, von dem Impulse zur Anzeige abgeleitet werden.

8. Verwendung der Anordnung nach Anspruch 4 bis 7 zur Umsetzung von Zahlen eines beliebigen Zahlensystems in Binärzahlen durch Überführen der umzusetzenden Zahl in einen analogen elektrischen Strom.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 907 096.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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