DE102013205511A1

DE102013205511A1 - Spannungsmesssensor

Info

Publication number: DE102013205511A1
Application number: DE201310205511
Authority: DE
Inventors: Roland Weiss; Fei Xie
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2014-10-02

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spannungsmesssensor (10) mit zwei Anschlüssen (12, 14) für die Messung einer den Anschlüssen (12, 14) zugeführten elektrischen Spannung und mit zwei in Reihe geschalteten Spulen (20, 22), die mit einem in Reihe zu den Spulen (20, 22) geschalteten resistiven Element (16) an die Anschlüsse (12, 14) angeschlossen sind, wobei die Spulen (20, 22) magnetisch gekoppelt sind, wobei die Spulen (20, 22) derart zueinander beabstandet angeordnet sind, dass die magnetische Kopplung (K) eine negative Flussverkettung ausbildet, und dass zwischen den Spulen (20, 22) ein einen magnetoresistiven Effekt nutzender Magnetfeldsensor (24) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannungsmesssensor mit zwei Anschlüssen für die Messung einer den Anschlüssen zugeführten elektrischen Spannung und mit zwei in Reihe geschalteten Spulen, die mit einem in Reihe zu den Spulen geschalteten resistiven Element an die Anschlüsse angeschlossen sind, wobei die Spulen magnetisch gekoppelt sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Spannungsmesseinrichtung zur Messung einer elektrischen Spannung, mit einem an eine Auswerteeinheit angeschlossenen Spannungsmesssensor.
Spannungsmesssensoren sowie Spannungsmesseinrichtungen der gattungsgemäßen Art sind im Stand der Technik hinreichend bekannt, so dass es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises nicht bedarf. Spannungsmesssensoren, die in der Regel Bestandteil der Spannungsmesseinrichtung sind, dienen der Erfassung, insbesondere Messung von elektrischen Spannungen, die beispielsweise Gleichspannungen, Wechselspannungen, pulsierende Gleichspannungen und/oder dergleichen sein können. Zu diesem Zweck ist der Spannnungsmesssensor mit wenigstens zwei Anschlüssen versehen, wobei jeweils einer der Anschlüsse an eines von wenigstens elektrischen Potentialen angeschlossen ist, zwischen denen die elektrische Spannung, das heißt, die Potentialdifferenz, gemessen werden wird.
Die einfachste Möglichkeit, eine elektrische Spannung zu messen, besteht darin, die elektrische Spannung einem Widerstandsteiler zuzuführen und eine durch den Widerstandsteiler bereitgestellte Teilspannung einer Auswerteeinheit zuzuführen. Zu diesem Zweck weist der Widerstandsteiler einen Mittelanschluss auf, der an einen Messanschluss der Auswerteeinheit angeschlossen ist. Der Widerstandsteiler bewirkt eine proportionale Anpassung der zu messenden elektrischen Spannung an einen Eingangsspannungsbereich des Messanschlusses. Dabei ist zu beachten, dass bei dieser Art der Spannnungsmessung die Auswerteeinheit bezüglich des elektrischen Potentials mit der Quelle für die zu messende Spannung elektrisch gekoppelt ist, also eine galvanische Verbindung besteht. Darüber hinaus ist diese Art der Spannungsmessung störempfindlich, insbesondere bezüglich leitungsgebundener Störausbreitung.
Eine weitere Möglichkeit der Spannungsmessung basiert auf der Nutzung des Hall-Effekts, wobei ein der zu messenden Spannung proportionaler Strom zur Erzeugung eines Magnetfeldes mittels einer Spule genutzt wird, das mittels eines Hall-Sensors detektiert wird. Der Strom durch die Spule wird mittels eines Vorwiderstands eingestellt. Der Hall-Sensor erzeugt ein elektrisches Signal, das der Auswerteeinheit zugeführt wird. Diese Anwendung erlaubt eine galvanische Trennung vorzusehen, so dass die Auswerteeinheit und die Spannungsquelle bezüglich des elektrischen Potentials im Rahmen einer vorgesehenen elektrischen Isolation unabhängig voneinander betrieben werden können. Üblicherweise ist bei dieser Art der Spannungsmessung ein magnetischer Flusskonzentrator vorgesehen, der aus ferro- oder ferrimagnetischem Material besteht und mit einer Spule mit großer Windungszahl versehen ist. Dadurch kann der durch die Spule erzeugte magnetische Fluss auf den Hall-Sensor konzentriert werden. Die Spule wird in der Regel über einen elektrischen Widerstand an die zu messende Spannung angeschlossen. Aufgrund der durch den magnetischen Flusskonzentrator bewirkten hohen Induktivität ist diese Messmethode hinsichtlich ihrer spektralen Anwendbarkeit auf einen Frequenzbereich bis 5 kHz oder 10 kHz begrenzt. Darüber hinaus führt der Einsatz des Flusskonzentrators zu unerwünscht großen Bauformen und Gewicht ist schlecht integrierbar.
Eine weitere Art der Spannungsmessung benutzt einen Fluxgate-Sensor, bei dem mittels eines Vorwiderstands die zu messende Spannung in einem proportionalen Primärstrom für eine Spule gewandelt wird. Der Strom wird einer Primärspule zugeführt, die auf einem weichmagnetischen Kern angeordnet ist. Bei Fluxgate-Sensoren werden weichmagnetische Kerne periodisch in die Sättigung getrieben. Zur Messung können die Primärspule und eine Sekundärspule gegensinnig gewickelt sein. Mit Hilfe einer Rechteckspannung regelt ein Messsystem den Strom der Sekundärspule soweit, bis ein Offset-Fehler eines Ausgangssignals null wird. Über einen Widerstand im Sekundärkreis wird eine Spannung proportional zum Primärstrom sowie zur Eingangsspannung bereitgestellt. Derartige Spannungsmesssensoren sind jedoch in der Herstellung sehr aufwendig und teuer. Darüber hinaus weisen sie in der Regel große Abmessungen aufgrund der erforderlichen Größe der magnetischen Kerne auf, haben ein hohes Gewicht und sind entsprechend schwer integrierbar.
Darüber hinaus erweist sich der Einsatz von Flusskonzentratoren oder weichmagnetischen Kernen als nachteilig, weil diese Bauteile, insbesondere wenn sie aus Ferriten gebildet sind, in der Regel eine große relative Permittivität beziehungsweise Dielektrizitätszahl aufweisen, die eine Störausbreitung zum Beispiel über kapazitive Kopplung fördert und so die Spannungsmessung beeinträchtigen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei hoher Störfestigkeit eine genaue Spannungsmessung mittels eines kompakten integrierbaren Bauelements zu ermöglichen.
Als Lösung wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass die Spulen derart zueinander beabstandet angeordnet sind, dass die magnetische Kopplung eine negative Flussverkettung ausbildet, und dass zwischen den Spulen ein einen magnetoresistiven Effekt nutzender Magnetfeldsensor angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt es, auf weichmagentische Bauteile weitgehend zu verzichten und somit eine kompakte, leicht integrierbare Bauform für einen Spannungsmesssensor zu erreichen. Die mit Flusskonzentratoren sowie weichmagnetischen Kernen verbunden Nachteile können weitgehend vermieden werden. Der Spannungsmesssensor der Erfindung kann deshalb sehr leicht und kompakt ausgebildet sein und auf einfache Weise beispielsweise bei Leiterplatten, Halbleiterchips oder dergleichen integriert werden. Zugleich erlaubt es der Spannungsmesssensor der Erfindung, dass eine genaue, von Störungen weitgehend unbeeinflusste Spannungsmessung erreicht werden kann. Der Spannungsmesssensor der Erfindung kann als separat handhabbares, einzelnes Bauteil mit zwei Anschlüssen für die Zuführung der zu messenden elektrischen Spannung beziehungsweise zum Anschluss an die elektrischen Potentiale, zwischen denen die elektrische Spannung gemessen werden soll, ausgebildet sein. Darüber hinaus kann der Spannungsmesssensor der Erfindung natürlich auch in weitere elektrische beziehungsweise elektronische Schaltungen integriert sein. Im Vergleich zu Hall-Sensoren und Fluxgate-Sensoren lässt sich mit dem Spannungsmesssensor der Erfindung ein einfacherer Systemaufbau bei zugleich großer Störfestigkeit und mit geringerem Rauschen erreichen, insbesondere wenn die Möglichkeit eines Designs mit stark reduzierter Fremdfeldempfindlichkeit realisiert wird. Zugleich kann der Spannungsmesssensor der Erfindung sehr kompakt und kostengünstig hergestellt werden.
Die in Reihe geschalteten Spulen können mit einer Wicklung aus beispielsweise Drähten, Schichten, oder dergleichen aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sein. Die Wicklung weist wenigstens eine Windung auf. Die Spulen können durch Flachspulen beziehungsweise kurze Spulen gebildet sein. Aufgrund der Reihenschaltung werden die beiden Spulen vom gleichen Strom durchflossen, der proportional zu der zu messenden Spannung ist. Die Proportionalität kann unter anderem dadurch erreicht werden, dass das zu den Spulen in Serie geschaltete resistive Element durch einen Vorwiderstand gebildet ist. Bei Vernachlässigbarem elektrischen Widerstand der Spulen bestimmt der Vorwiderstand im Wesentlichen den Strom, der durch die Spulen fließt. Die Proportionalität ist durch das Ohm’sche Gesetz gegeben. Natürlich kann für die Auslegung auch – je nach Anwendungsfall – die elektrische Impedanz, zum Beispiel der Blindwiderstand der Spulen in Betracht gezogen werden. Insbesondere sollte dies berücksichtigt werden, wenn die zu messende elektrische Spannung Wechselspannungsanteile enthält, die gegebenenfalls zu berücksichtigende Blindwiderstände der Spulen hervorrufen. Dies kann beispielsweise bei der Auswertung berücksichtigt werden.
Um ein auswertbares Signal zu erhalten, mittels dem die zu messende Spannung festgestellt werden kann, ist zwischen den Spulen ein einen magnetoresistiven Effekt nutzender Magnetfeldsensor angeordnet. Ein magnetoresistiver Effekt ist ein Effekt, der die Änderung des elektrischen Widerstands eines Materials durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes bewirkt. Dazu gehören insbesondere der anisotrope magnetoresistive Effekt (AMR-Effekt), der "gigantische" magnetoresistive Effekt (GMR-Effekt), der CMR-Effekt, der tunnelresisitve Effekt (TMR-Effekt) sowie der planare Hall-Effekt. Magnetoresistive Effekte treten auf in nicht-magnetischen Materialien (Hall-Effekt), magnetischen Materialien (z. B. AMR-Effekt) sowie auch in hybriden Bauteilen aus nicht-magnetischen und magnetischen Materialien (z. B. GMR-, EMR-Effekt). In der Regel weisen die einen magnetoresistiven Effekt nutzenden Magnetfeldsensoren aktive Bereiche auf, die aus dünnen Schichten zum Beispiel im Nanometerbereich ausgebildet sind. Der einen magnetoresistiven Effekt nutzende Magnetfeldsensor kann eine flache Bauform aufweisen und beispielsweise einen Schichtaufbau aufweisen.
Magnetoresistive Sensoren (MR-Sensoren), insbesondere GMR Sensoren, stellen in der magnetfeldbasierten Positions-, Geschwindigkeits-, Drehzahl-, Feld- oder auch Stromsensorik eine Alternative zu Hall-Sensoren dar. Die Hauptvorteile, im Vergleich zu Hall-Sensoren, liegen im einfacheren Systemaufbau, der größeren Störsicherheit, bedingt durch die Möglichkeit eines Designs mit stark reduzierter Fremdfeldempfindlichkeit, und dem geringeren Rauschen. Für viele Anwendungen vor allem in der Positions-, Drehzahl- und Stromsensorik werden jeweils vier MR Elemente, häufig GMR oder TMR-Elemente vom „spin valve“-Typ, zu einer sogenannten Wheatstone-Brücke verschaltet. Dadurch wird eine genauere, von Temperaturschwankungen, Fremdfeldern und dergleichen unabhängigere Messung erreicht. Beim Messen elektrischer Größen können MR-Sensoren zur galvanisch getrennten Gleichstrom(DC)-Strommessung verwendet werden.
Bei der galvanisch getrennten Messung von elektrischen Gleichspannungen kommen im Moment vor allem drei Grundprinzipien zum Einsatz. Ein häufig verwendetes Grundprinzip mit galvanischer Trennung besteht aus einem Flusskonzentrator der mit einer Spule mit sehr hoher Windungszahl versehen ist. Die Spule wird über einen elektrischen Widerstand an die zu messende Spannung angeschlossen. Entsprechend fliest ein kleiner elektrischer Strom durch die Spule. Ein Hallsensor, der sich in einem Luftspalt des Flusskreises befindet, stellt ein vom Strom durch die Spule proportionales Spannungssignal nach außen zur Verfügung. Die am häufigsten verwendete Methode zur Gleichspannungsmessung verwendet einen Widerstandteiler. Dabei muss jedoch entweder auf die galvanische Trennung zuwischen Last- und Signalkreis verzichtet werden oder es muss zum Beispiel ein vergleichsweise teurer und ungenauer Trennverstärker verwendet werden. Soll die Spannungsmessung zu Schutzzwecken eingesetzt werden, muss immer eine entsprechend hochwertige galvanische Trennung sichergestellt sein. Eine andere Variante wird unter dem Prinzip von Fluxgate verwendet. Diese Methode ist sehr aufwändig und teuer. Außerdem ist der Sensor nach diesem Prinzip relativ groß und schwer integrierbar.
Ein magnetischer Flusskonzentrator, der aus ferro- oder ferrimagnetischem Material besteht und mit einer Spule mit sehr hoher Windungszahl versehen ist, konzentriert den magnetischen Fluss durch einen Hall-Sensor. Die Spule wird über einen elektrischen Widerstand an die zu messende Spannung angeschlossen. Damit liefert der Hallsensor ein der elektrischen Spannung proportionales Signal. Dieses Signal kann direkt zur Spannungsmessung herangezogen werden oder als Eingangssignal für eine „closed loop“-Anordnung beziehungsweise -Regelung dienen. Aufgrund der enormen Induktivitäten ist die Bandbreite dieser Methode auf 5kHz bis 10kHz begrenzt.
Eine Methode zur Gleichspannungsmessung verwendet einen Widerstandteiler. Dabei muss jedoch entweder auf die galvanische Trennung zuwischen Last- und Signalkreis verzichtet werden oder es muss zum Beispiel ein vergleichsweise teurer und ungenauer Trennverstärker verwendet werden. Auch eine galvanische Trennung der digitalisierten Signale ist über Magnet- oder Optokoppler möglich, jedoch muss hier auch das analoge Frontend der Schaltung galvanisch getrennt mit elektrischer Energie versorgt werden, was in den meisten Fällen teuer und aufwändig ist.
Ferner gibt es auch Varianten von Spannungssensoren mit Fluxgate Technologie. Mit einem Vorwiderstand wird die Eingangsspannung in einen Primärstrom geringer Größe gewandelt. Bei Fluxgate-Sonden werden weichmagnetische Kerne periodisch in die Sättigung getrieben. Zur Messung der magnetischen Durchflutung gibt es verschiedene Verfahren Bei einem sehr gebräuchlichen sind die Kerne von Primärspule und Sekundärspule gegensinnig umwickelt. Mit Hilfe eines Rechtecksignals regelt das Messsystem den Sekundärstrom soweit, bis der Offsetfehler des Ausgangssignals Null wird. Über einen Shunt im Sekundärkreis wird eine Spannung proportional zum Primärstrom sowie zur Eingangsspannung geliefert. In diesem Fall ist die Herstellung sehr aufwändig und teuer. Außerhalb ist der Sensor wegen der magnetischen Kerne relativ groß und schwer integrierbar.
Um eine kompakte Bauform erreichen zu können und den Magnetfeldsensor zweckmäßig einsetzen zu können, sind die Spulen derart zueinander beabstandet angeordnet, dass die magnetische Kopplung eine negative Flussverkettung ausbildet. Die durch die beiden Spulen erzeugten Flüsse wirken also entgegengesetzt, sind demnach vorzugsweise im wesentlichen entgegengesetzt gerichtet. In diesem Bereich zwischen den Spulen ist der den magnetoresistiven Effekt nutzende Magnetfeldsensor angeordnet.
Der besondere Vorteil von derartigen Magnetfeldsensoren besteht darin, dass sie – anders als Hall-Sensoren oder Fluxgate-Sensoren – die magnetische Feldstärke messen. Bei Hall-Sensoren wird dagegen die magnetische Flussdichte gemessen. Dadurch kann eine große Messgenauigkeit erreicht werden.
Der Aufbau von Magnetfeldsensoren, die den magnetoresistiven Effekt nutzen, ist beispielsweise beschrieben in „Magnetfeldsensoren, Versuch zum fortgeschrittenen Praktikum“, AG Prof. Dr. U. Hartmann, Institut für Experimentalphysik, Universität des Saarlandes, März 2013. Derartige Magnetfeldsensoren sind üblicherweise mit dünnen sensitiven Schichten versehen, die vorzugsweise auf Magnetfelder in Schichtebene reagieren. Zu diesem Zweck erweist sich die erfindungsgemäße Spulenanordnung mittels negativer Flussverkettung als günstig, da zwischen den Spulen die magnetischen Flüsse quer zu den Spulenachsen umgelenkt werden. Wird nun ebenfalls der den magnetoresistiven Effekt nutzende Magnetfeldsensor quer zu den Spulenachsen ausgerichtet angeordnet, so kann mittels des Magnetfeldsensors das Magnetfeld detektiert werden, dessen magnetische Feldstärke in Abhängigkeit zu der zu messenden Spannung steht. Da sowohl die Spulen als auch der Magnetfeldsensor sehr flach und kompakt ausgebildet sein können, kann eine sehr kompakte, leichte und kostengünstige und genaue Spannungsmessung erreicht werden.
Der Magnetfeldsensor selbst kann seinerseits Anschlüsse aufweisen, die ein der magnetischen Feldstärke entsprechendes Signal bereit stellen. Da die magnetische Feldstärke in definierter Abhängigkeit, vorzugsweise proportional zum Spulenstrom ist, der seinerseits im wesentlichen proportional zur zu messenden elektrischen Spannung ist, ist das Signal des Magnetfelssensors ein gutes Maß für die elektrische Spannung. Dieses Signal kann zur weiteren Auswertung und Ermittlung des Spannungswertes der zu messenden elektrischen Spannung genutzt werden.
Das resistive Element dient dazu, den Strom durch die Spulen in Abhängigkeit der zu messenden elektrischen Spannung einzustellen. Vorzugsweise ist der Strom proportional zur zu messenden elektrischen Spannung. Das resistive Element kann durch einen Vorwiderstand gebildet sein, der in Reihe zu der Reihenschaltung der Spulen geschaltet ist.
Die Spannungsmessung erfolgt über einen Vorwiderstand von geeigneter Größe. Der durch den Vorwiderstand fliesende Strom erzeugt mittels mindestens zweier Flachspulen beziehungsweise kurzer Spulen, die einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, ein besonders geformtes Magnetfeld. Die Flachspulen beziehungsweise kurzen Spulen besitzen idealerweise mehrere Lagen, um bei möglichst kleinem Strom ein großes Magnetfeld in Richtung der empfindlichen Achse des Magnetfeldsensors zu erzeugen. Die beiden Spulen sind so angeordnet, dass sie sich gegenseitig mit ihren magnetischen Flüssen möglichst stark durchdringen und eine negative Flussverkettung aufweisen. Elektrisch sind beide Spulen immer in Reihe geschaltet. Der Magnetfeldsensor ist vorteilhafterweise als MR-Sensor ausgeführt. Dabei sind jeweils vier MR-Elemente, häufig GMR- oder TMR-Elemente vom „spin valve“-Typ, zu einer sogenannten Wheatstone-Brücke verschaltet. Die Verschaltung erfolgt so, dass die Wheatstone-Brücke als Gradienten/Differenzfeld-Sensor ausgeführt ist. Der MR-Sensor ist zwischen beiden Spulen angeordnet. Diese Anordnung erlaubt es, bei kleinen Strömen ein großes Gradienten/Differenzfeld am Ort des Sensors zu erzeugen. Dadurch kann die elektrische Spannung relativ exakt, galvanisch getrennt bei kleiner Verlustleistung gemessen werden. Darüber hinaus ist die Gesamtinduktivität der Anordnung sehr viel geringer als beim Stand der Technik, was Grenzfrequenzen von 100kHz bis über 500kHz ermöglichen kann.
Ein Aspekt der Erfindung liegt im Erkennen der optimalen Spulenanordnung und der Spulengeometrie. Um die Spannungswerte möglichst verlustlos zu ermitteln, muss der Strom durch einen Vorwiderstand auf kleine Werte begrenzt werden. Zum Beispiel 1 mA bis 10 mA. Mit der optimierten Spulenanordnung und der Spulengeometrie ist dieser kleine Strom mit MR-Sensorik genau ermittelbar. Mit der GMR-Technologie können die genannten Vorteile gegenüber einem Hall-Sensor erreicht werden. Das „open loop“ ohne Flusskonzentrator-Prinzip erlaubt eine Bandbreite von 100 kHz bis über 500 kHz. Außerdem ist die Herstellung durch den deutlich geringeren Aufwand viel günstiger. Darüber hinaus ist der Sensor durch die kompakte Bauform und geringere Größe leichter ins Meßsystem integrierbar.
Gemäß einer Ausgestaltung kann das resistive Element und wenigstens eine der Spulen zumindest teilweise einstückig ausgebildet sein. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine oder beide Spulen Wicklungen aus einem Widerstandsmaterial aufweisen, das zugleich auch wenigstens einen Teil eines Vorwiderstands bilden kann. Darüber hinaus kann natürlich auch ergänzend ein separater Vorwiderstand vorgesehen sein, der wenigstens einen Teil des resistiven Elements oder auch den Vorwiderstand insgesamt bilden kann. Die Wicklung einer oder beider Spulen kann beispielsweise aus einem Widerstandsmaterial wie Konstantan oder dergleichen gebildet sein. Diese Ausgestaltung erlaubt es darüber hinaus, insbesondere bei zu messenden Spannungen, die Hochfrequenzanteile enthalten, Eigenschwingungen der Spulen weitgehend zu unterdrücken. Dadurch können die Messgenauigkeit und die Störfestigkeit weiter verbessert werden. Das resistive Element kann als eigenes Bauteil in Form eines elektronischen Widerstands oder dergleichen ausgebildet sein. Weist eine der Spulen bereits einen Eigenwiderstand auf, so kann dieser bei der Auslegung beziehungsweise Bemessung des resistiven Elements, insbesondere des Vorwiderstands entsprechend berücksichtigt werden.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Spulen die gleiche Querschnittsfläche und/oder -form aufweisen. Dadurch lassen sich auf einfache Weise im Wesentlichen gleiche Flüsse erzeugen, so dass der Messaufbau und die Auswertung des Magnetfeldsensors weiter vereinfacht werden kann. Die Querschnittsfläche kann beispielsweise einige Quadratmillimeter oder weniger umfassen. Bei sehr großen zu messenden Spannungen, beispielsweise im Kilovoltbereich, kann auch eine entsprechend größere Querschnittsfläche vorgesehen sein, beispielsweise im Bereich von wenigen Quadratzentimetern, um zum Beispiel Anforderungen hinsichtlich der elektrischen Sicherheit realisieren zu können. Besonders vorteilhaft ist in einem solchen Fall ein resistives Element in Form eines Vorwiderstands vorgesehen, dass es erlaubt, eine Spannungsbeaufschlagung der beiden Spulen möglichst gering zu halten. Das resistive Element, beispielsweise in Form eines Vorwiderstands, ist dann für eine entsprechende Spannungsbeaufschlagung auszulegen. Die Form der Spulen kann beispielsweise rund, elliptisch, Kombinationen hiervon oder dergleichen sein. Vorzugsweise ist die Form der Spulen an Anforderungen des Spannungsmesssensors für seinen bestimmungsgemäßen Einsatz angepasst gewählt. Durch die Querschnittsform der Spule kann darüber hinaus die Form des Magnetfeldes vorgegeben werden.
Die Spulen können darüber hinaus einen eckigen, insbesondere rechteckigen Querschnitt aufweisen. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere für Anwendungen, bei denen der Spannungsmesssensor in weitere Baugruppen oder beispielsweise in einem Halbleiterchip integriert werden soll. Natürlich kann ein eckiger Querschnitt der Spulen auch mit anderen Formen, insbesondere der Kreisform oder dergleichen, kombiniert sein.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Spulen mehrere Windungen und/oder Lagen aufweisen. Dies erlaubt es, bereits mit einem sehr kleinen Strom durch die Spulen ein starkes magnetisches Feld zu erzeugen, das mit dem Magnetfeldsensor gut detektiert werden kann. Vorzugsweise ist die Anzahl der Windungen und/oder der Lagen an eine Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors angepasst gewählt. Dadurch kann ein gut durch den Magnetfeldsensor zu detektierendes Magnetfeld in Richtung seiner sensitiven Achse erzeugt werden.
Um eine möglichst starke Wirkung der durch die Spulen erzeugten magnetischen Flüsse erreichen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Spulen koaxial zueinander angeordnet sind. Die durch die Spulen erzeugten magnetischen Flüsse sind somit entgegengesetzt ausgerichtet, sodass ein mittels des Magnetfeldsensors gut zu detektierendes Magnetfeld erzeugt werden kann. Die Messgenauigkeit kann dadurch erhöht werden. Eine besonders günstige Position des Magnetfeldsensors ist beispielsweise eine Anordnung mittig zwischen den Spulen. In Verbindung mit einer gleichen Querschnittsfläche und Form und einer gleichen Windungszahl und/oder -lage der Spulen kann erreicht werden, dass eine besonders einfache Positionierung des Magnetfeldsensors zwischen den Spulen realisiert werden kann. Vorzugsweise ist die magnetisch sensitive Schicht des Magnetfeldsensors in einer Ebene mittig zwischen den Spulen und senkrecht zu den Spulenachsen angeordnet. Dadurch kann zugleich auch eine besonders einfache Auswertung des Signals des Magnetfeldsensors realisiert werden. Eine Berücksichtigung von Einflüssen aufgrund von Asymmetrien kann dadurch reduziert werden.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das resistive Element, insbesondere automatisch einstellbar ist. Diese Ausgestaltung erweist sich besonders dann als vorteilhaft, wenn die zu messende Spannung eine Wechselspannung ist oder zumindest Wechselspannungsanteile enthält. Aufgrund der Selbstinduktivität der Spulenanordnung verursachte Einflüsse auf die Spannungsmessung können somit kompensiert werden. Besonders vorteilhaft lässt sich dies in Verbindung mit einer automatischen Einstellung des resistiven Elements erreichen, indem beispielsweise ein Vorwiderstand einstellbar ausgebildet ist, der entsprechend von ermittelten Frequenzeinflüssen mittels einer Steuerung gesteuert wird. Vorteilhaft erweist es sich, wenn das resistive Element beziehungsweise der Vorwiderstand derart gesteuert wird, dass eine Impedanz der Reihenschaltung aus den beiden Spulen und dem resistiven Element beziehungsweise dem Vorwiderstand im Wesentlichen konstant gehalten werden kann.
Besonders vorteilhaft erlaubt es die Erfindung, dass der Magnetfeldsensor galvanisch getrennt angeordnet ist. Die besondere Ausgestaltung der Erfindung erlaubt es darüber hinaus, eine galvanische Trennung auch für hohe Anforderungen, insbesondere hohe Spannungen trotz kompakter Bauform bei geringen Kosten zu gewährleisten. Dadurch kann eine Spannungsmessung auch an sonst schwer zugänglichen Bereichen durchgeführt werden, wobei zugleich hohe Anforderungen an die elektrische Sicherheit realisiert werden können. Insbesondere erlaubt es die Erfindung, auf einfache Weise hochgenau messende Spannungsmesssensoren bereit zu stellen, die zugleich auch hohe Sicherheitsanforderungen, wie sie beispielsweise in der Normung wie zum Beispiel IEC335 oder dergleichen angegeben sind, definiert sind. Zugleich können Anforderungen hinsichtlich der elektrischen Sicherheit an die Spulen selbst sowie auch an den Magnetfeldsensor insgesamt gering gehalten beziehungsweise auf einfache Weise realisiert werden.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass der Magnetfeldsensor einen magnetisch sensitiven Bereich aufweist, der außerhalb einer Mittellängsachse der Spulen angeordnet ist. Aufgrund der negativen Verkettung der Spulenflüsse werden diese zwischen den Spulen quer zu deren Mittellängsachse umgelenkt. Dadurch ist ein Bereich zwischen den Spulen entlang der Mittellängsachse, insbesondere mittig zwischen den Spulen nur von einem sehr geringen Fluss durchflutet. Die Anordnung des sensitiven Bereichs außerhalb dieses Bereichs, in dem der magnetische Fluss konzentriert ist, erlaubt es, den Fluss beider Spulen möglichst umfangreich zu erfassen. Dadurch kann die Messempfindlichkeit weiter verbessert werden.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Magnetfeldsensor vier magnetisch sensitive Bereiche aufweist, die nach Art einer Brückenschaltung verschaltet sind. Dadurch können die magnetischen Flüsse der Spulen in mehreren Richtungen erfasst werden, wodurch die Messgenauigkeit weiter verbessert wird.
Besonders vorteilhaft kann die Brückenschaltung als Wheatstone-Brückenschaltung ausgebildet sein. Dadurch wird eine genaue, von Temperaturschwankungen und dergleichen weitgehend unabhängige Messung erreicht.
Darüber hinaus kann die Brückenschaltung als Gradienten- und/oder Differenzschaltung ausgeführt sein. Dadurch kann ein Einfluss von Fremdfeldern reduziert und die elektrische Spannung sehr genau bei kleiner Verlustleistung gemessen werden. Dadurch kann ein Gradienten- und/oder Differenzfeldsensor gebildet werden.
Der magnetisch sensitive Bereich kann ein magnetoresistives Element aufweisen. Das magnetoresistive Element kann beispielsweise ein Dünnschichtelement sein, das physikalische magnetoresistive Effekte wie zum Beispiel den anisotropen Magnetowiderstand, den gigantischen Magnetowiderstand oder dergleichen nutzt. Das magnetoresistive Element kann beispielsweise als rechteckiger Film einer magnetoresistiven Verbindung ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das magnetoresistives Element vom Typ Spin-Valve. Das magnetoresistive Element kann beispielsweise auch ein GMR- oder TMR-Element vom „Spin-valve“-Typ sein. Diese Ausgestaltung erlaubt es, den Spannungsmesssensor gemäß der Erfindung sehr klein und kompakt und zugleich zuverlässig auszubilden.
Insgesamt kann mit der Erfindung ein Spannungsmesssensor erreicht werden, der eine sehr geringe Induktivität aufweist, so dass elektrische Spannungen wie Gleichspannungen aber auch Wechselspannung und Kombinationen hiervon mit hohen Frequenzen im Bereich von 100 kHz bis weit über 500 kHz gemessen werden können.
Mit der Erfindung wird ferner eine Spannungsmesseinrichtung zur Messung einer elektrischen Spannung vorgeschlagen, die einen an eine Auswerteeinheit angeschlossenen Spannungsmesssensor aufweist. Erfindungsgemäß ist der Spannungsmesssensor durch einen Spannungsmesssensor der Erfindung, wie zuvor beschrieben, ausgebildet.
Damit kann ein zuverlässiges Spannungsmessgerät geschaffen werden, das bei hoher Kompaktheit elektrische Spannungen auch bei hohen Frequenzen zuverlässig und störungsfrei messen kann.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Spannungsmesseinrichtung für eine galvanisch getrennte Spannungsmessung eingerichtet ist. Dies kann beispielsweise mittels eines geeigneten, wie zuvor besprochenen Magnetfeldsensors erreicht werden, der hinreichend isoliert gegenüber der Spulenanordnung in dem Spannungsmesssensor angeordnet ist. Dadurch lässt sich die Spannungsmesseinrichtung vielseitig zur Messung von Spannungen in unterschiedlichsten Situationen nutzen. Der erfindungsgemäße Aufbau des Spannungsmesssensors erlaubt es, mit einfachen Mitteln eine hohe, zuverlässige Isolation zwischen einem Messkreis und eine Auswertekreis zu erreichen.
Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Das Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken.
Es zeigen:
1 Schematisch ein Blockschaltbild eines an eine zu messende Spannung angeschlossenen Spannungsmesssensors gemäß der Erfindung,
2 eine Spulen- und Sensoranordnung des Spannungsmesssensors in 1 in schematischer Darstellung,
3 ebenfalls in schematischer Darstellung ein elektrisches Schaltbild eines Magnetfeldsensors, wie er in 2 in der Spulen- und Sensoranordnung dargestellt ist,
4 eine schematische räumlich perspektivische Darstellung einer ersten Spule der Spulenanordnung gemäß 2,
5 eine perspektivisch räumliche Darstellung der Spulen- und Sensoranordnung gemäß 2,
6 eine schematische Schaltbilddarstellung der Spulenanordnung gemäß 5 und
7 ein elektronisches Ersatzschaltbild der Spulenanordnung gemäß 5.
1 zeigt in schematischer Blockschaltbilddarstellung einen Spannungsmesssensor 10 mit zwei Anschlüssen 12, 14 mittels denen der Spannungsmesssensor 10 an einer nicht bezeichneten zu messenden elektrischen Spannung U angeschlossen ist. In der vorliegenden Ausgestaltung weist der Spannungsmesssensor 10 eine Reihenschaltung aus einer Spulen- und Sensoranordnung 18 sowie einem Vorwiderstand 16 auf, wobei die Reihenschaltung an die Anschlüsse 12, 14 angeschlossen ist. Am Spannungsmesssensor 10 ist eine Auswerteeinheit 44 angeschlossen, die vorliegend durch eine Anzeigeeinheit für die gemessene elektrische Spannung gebildet ist.
2 zeigt in schematischer Draufsicht die Spulen- und Sensoranordnung 18, wie sie in 1 zum Einsatz kommt. Die Spulen- und Sensoranordnung 18 weist eine erste Spule 20 und eine zweite Spule 22 auf, die die gleiche Querschnittsfläche und die gleiche Querschnittsform aufweisen. In dieser Ausgestaltung ist die Querschnittsfläche rechteckig gewählt. Natürlich kann sie auch insbesondere quadratisch gewählt sein. Durch die Anordnung der Spulen sind diese magnetisch gekoppelt. Die Spulen 20, 22 sind koaxial zueinander angeordnet. Darüber hinaus weisen beide Spulen 20, 22 Wicklungen 36, 38 mit der gleichen Windungszahl auf. Diese Parameter können abweichend gewählt werden, wenn äußere Randbedingungen für die Spannungsmessung dies zweckmäßig erscheinen lassen, beispielsweise um systematische Fehler zu korrigieren oder dergleichen.
Die Spulen 20, 22 der Spulen- und Sensoranordnung 18 gemäß 2 sind in Reihe geschaltet und derart zueinander beabstandet angeordnet, dass deren magnetische Kopplung eine negative Flussverkettung ausbildet. In 2 ist die Stromführung gemäß der ersten Spule 20 mittels Pfeilen dargestellt. Ferner ist in 2 ein Magnetfeldsensor 24 dargestellt, der zwischen den Spulen 20, 22 angeordnet ist. Der Magnetfeldsensor 24 ist derart ausgebildet, dass er einen magnetoresistiven Effekt nutzt. Vorliegend wird der TMR-Effekt genutzt. Alternativ kann aber auch der GMR-Effekt oder ein anderer magnetoresistiver Effekt genutzt werden, je nach Verfügbarkeit und Anwendungsgebiet.
Der Vorwiderstand 16 ist derart gewählt, dass er einen elektrischen Widerstand von einigen Kiloohm aufweist. Die Spulen 20, 22 weisen dagegen einen gegenüber dem Vorwiderstand 16 vernachlässigbaren elektrischen Widerstand auf. Der Stromfluss durch die Spulen wird somit durch den Vorwiderstand 16 bestimmt und ist damit im Wesentlichen proportional zur zu messenden Spannung U. 3 zeigt den Magnetfeldsensor, wie er in den 1 und 2 zum Einsatz kommt, in schematischer Schaltbilddarstellung. Aus 3 ist ersichtlich, dass er Magnetfeldsensor 24 magnetoresistive Elemente 34 aufweist, die magnetisch sensitive Bereiche ausbilden. Die magnetoresistiven Elemente 34 sind in Form einer Wheatstone-Brückenschaltung verschaltet. Die Brückenschaltung ist ferner als Gradienten- und Differenzfeldsensor ausgeführt. Die Wheatstone-Brückenschaltung der magnetoresistiven Elemente 34 ist an eine nicht weiter dargestellte Gleichspannungsquelle U_VCC angeschlossen. Über die Spannungsversorgung U_VCC wird der Magnetfeldsensor 24, das heißt, die Wheatstone-Brückenschaltung der resistiven Elemente 24, mit elektrischer Energie versorgt. An Mittelabgriffen der jeweils paarweise in Reihe geschalteten magnetoresistiven Elemente 34 sind Signalanschlüsse 30, 32 angeschlossen, über die ein auswertbares Signal U_BR bereit gestellt wird, welches zur weiteren Ermittlung der Spannung genutzt werden kann. Zu diesem Zweck ist an den Signalanschlüssen 30, 32 die Auswerteeinheit 44 angeschlossen, die die mittels des Spannungsmesssensors 10 detektierte Spannung auswertet und/oder darstellt.
4 zeigt in einer perspektivisch schematischen Darstellung die erste Spule 20, die als Flachspule beziehungsweise kurze Spule ausgebildet ist. Die erste Spule 20 weist eine Wicklung 36 mit mehreren Windungen auf, um bereits mit einem möglichst kleinen Strom ein Hinreichend großes Magnetfeld zu erzeugen. Vorliegend beträgt die Windungszahl 20. In 4 sind Feldlinien des entsprechenden magnetischen Flusses schematisch dargestellt, die entsprechend der ebenfalls schematisch dargestellten Stromrichtung ausgerichtet sind. In der vorliegenden Ausgestaltung weist die erste Spule 20 mehrere Lagen bezüglich der Wicklung 36 auf.
5 zeigt die Spulen- und Sensoranordnung 18 in einer schematisch perspektivischen Gesamtansicht. Hierbei handelt es sich um die Anordnung gemäß 2.
5 zeigt, dass die beiden Spulen 20, 22 im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, wobei sie jedoch derart zueinander beabstandet angeordnet sind, dass die magnetische Kopplung der beiden Spulen 20, 22 eine negative Flussverkettung ausbildet. Entsprechend sind die Feldlinien der magnetischen Flüsse 40, 42 in 5 dargestellt. Die Spule 22 weist eine Wicklung 38 auf, die im Wesentlichen der Wicklung 36 der Spule 20 entspricht. Durch die Reihenschaltung der beiden Spulen 20, 22 erzeugen die beiden Spulen 20, 22 jeweils den gleichen magnetischen Fluss, jedoch in entgegengesetzter Richtung.
Wie ferner aus 5 ersichtlich ist, ist zwischen den beiden Spulen 20, 22, in der vorliegenden Ausgestaltung etwa mittig, der Magnetfeldsensor 24 angeordnet.
Die magnetoresistiven Elemente 34 sind auf einem nicht näher bezeichneten Trägersubstrat des Magnetfeldsensors 24 aufgebracht, und zwar vorzugsweise entlang der Randbereiche des Magnetfeldsensors 24. Dadurch befinden sich die magnetoresistiven Elemente 34 in einem Bereich, in dem die magnetischen Flüsse der beiden Spulen 20, 22 die magnetoresistiven Elemente 34 derart durchfluten, dass Widerstandsänderungen der magnetoresistiven Elemente 34 in Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke erzeugt werden. Die Widerstandsänderungen der magnetoresistiven Elemente 34 werden aufgrund der Art der Brückenschaltung als Differenzsignal an den Signalanschlüssen 30, 32 zur weiteren Auswertung bereit gestellt.
6 zeigt ein schematisches elektronisches Schaltbild bezüglich der elektrischen und magnetischen Verschaltung der Spulen 20, 22. Aus 6 ist zu entnehmen, dass die Spulen 20, 22 in Serie geschaltet sind und hinsichtlich ihrer magnetischen Kopplung eine negative Flussverkettung ausbilden.
7 zeigt die Schaltung gemäß 6 mit Zählpfeilen und Bauelementbezeichnungen, so dass diese Anordnung im Folgenden detailliert diskutiert werden kann.
Im stationären Zustand können die elektrischen Verhältnisse unter Berücksichtigung der Flussverkettung durch die beiden folgenden Gleichungen beschrieben werden:
Bei gleichen Spulen ist:
Die Gesamtinduktivität ist damit: L_G = 2L₀(1 – k)
Ist die Kopplung K größer als 0,5, ergibt sich eine Gesamtinduktivität für die Reihenschaltung der Spulen 20, 22, die geringer ist als die Induktivität jeder der beiden einzelnen Spulen 20, 22. Zugleich kann etwa das doppelte Nutzfeld für die Messung bereitgestellt werden. Weiterhin zeichnet sich diese Ausgestaltung dadurch aus, dass nur eine sehr kleine Magnetfeldkomponente in axialer Richtung zwischen den beiden Spulen 20, 22 vorhanden ist. Dadurch kann eine verbesserte Fehlertoleranz bei einem Verkippen des Magnetfeldsensors 24 während des Einbaus in die Spulen- und Sensoranordnung 18 erreicht werden. Insgesamt kann ein robustes Gesamtsystem erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt es, bereits bei kleinen Stromstärken durch die Spulen 20, 22 ein vergleichbar großes Gradienten-/Differenzfeld im Bereich des Magnetfeldsensors 24 zu erzeugen. Dadurch kann die elektrische Spannung bei kleiner Verlustleistung exakt gemessen werden. Weiterhin kann aufgrund der vergleichsweise gegenüber dem Stand der Technik geringen Gesamtinduktivität des erfindungsgemäßen Spannungsmesssensors eine zuverlässige Spannungsmessung auch bei hohen Frequenzen bis zu 100 kHz oder sogar bis zu 500 kHz und darüber hinaus ermöglichen.
Der erfindungsgemäße Spannungsmesssensor ist darüber hinaus hervorragend dazu geeignet, eine galvanisch getrennte Spannungsmessung bereit zu stellen. Die Spulen- und Sensoranordnung 18 lässt sich nämlich derart gestalten, dass hohe Anforderungen bezüglich der elektrischen Sicherheit sowie auch bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit erreicht werden können. Dies lässt sich realisieren, ohne dass die Qualität und Zuverlässigkeit der Spannungsmessung beeinträchtigt wird. Beispielsweise kann der Magnetfeldsensor 24 in ein hoch isolierendes Material eingebettet sein. Es kann darüber hinaus vorgesehen sein. Es kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass die resistiven Elemente 34 auf einer isolierenden Schicht wie beispielsweise Aluminiumoxid oder dergleichen aufgebracht sind, wobei diese Schicht von einer weiteren Isolationsschicht abgedeckt ist. Auf diese Weise wird ein Magnetfeldsensor in Form eines Verbundmaterials geschaffen, wobei zugleich hohe Isolationsfestigkeiten erreicht werden können. Auf diese Weise lässt sich zuverlässig ein Auswertekreis zur Ermittlung der Spannung vom eigentlichen an die zu messende Spannung angeschlossenen Messkreis entkoppeln.
Die galvanisch getrennte Spannungsmessung erfolgt über einen Vorwiderstand von geeigneter Größe. Der durch den Vorwiderstand fliesende Strom fließt weiter durch Flachspulen beziehungsweise kurze Spulen, die einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen und beeinflusst einen oder mehreren, den Spulen 20, 22 zugeordneten, Magnetfeldsensor 26 beziehungsweise Magnetfeldsensoren. Der Magnetfeldsensor 26 ist vorteilhafterweise als MR-Sensor ausgeführt. Dabei sind jeweils vier MR Elemente, häufig GMR oder TMR-Elemente vom „spin valve“-Typ, zu einer sogenannten Wheatstone-Brücke verschaltet. Die Verschaltung erfolgt so, dass die Wheatstone-Brücke als Gradienten/Differenzfeld-Sensor ausgeführt ist. Der MR-Sensor ist zwischen beiden Spulen 20, 22 angeordnet.
Die vorangehende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung lediglich erläutern und nicht beschränken.
Selbstverständlich wird der Fachmann bei Bedarf entsprechende Variationen vorsehen, ohne jedoch den Kerngedanken der Erfindung zu verlassen. Selbstverständlich kann beispielsweise die Vorrichtung auch mit lediglich einer Spule betrieben werden, sofern bereits ein Magnet vorhanden ist. Gegebenenfalls ist dann die Position des Magnetfeldsensors entsprechend abzustimmen und gegebenenfalls variabel zu halten. Darüber hinaus können natürlich die Spulen auch voneinander abweichenden Aufbau aufweisen, beispielsweise unterschiedliche Durchmesser aufweisen, hinsichtlich ihrer Windungszahl oder ihrer Querschnittsfläche abweichen und/oder dergleichen, ohne den Kerngedanken der Erfindung zu verlassen.

Claims

Spannungsmesssensor (10) mit zwei Anschlüssen (12, 14) für die Messung einer den Anschlüssen (12, 14) zugeführten elektrischen Spannung (U) und mit zwei in Reihe geschalteten Spulen (20, 22), die mit einem in Reihe zu den Spulen (20, 22) geschalteten resistiven Element (16) an die Anschlüsse (12, 14) angeschlossen sind, wobei die Spulen (20, 22) magnetisch gekoppelt (K) sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (20, 22) derart zueinander beabstandet angeordnet sind, dass die magnetische Kopplung (K) eine negative Flussverkettung ausbildet, und dass zwischen den Spulen (20, 22) ein einen magnetoresistiven Effekt nutzender Magnetfeldsensor (24) angeordnet ist.
Spannungsmesssensor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das resistive Element (16) und wenigstens eine der Spulen (20, 22) zumindest teilweise einstückig ausgebildet sind.
Spannungsmesssensor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (20, 22) eine gleiche Querschnittsfläche und/oder -form aufweisen.
Spannungsmesssensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (20, 22) einen eckigen, insbesondere rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Spannungsmesssensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (20, 22) mehrere Windungen und/oder Lagen aufweisen.
Spannungsmesssensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (20, 22) koaxial angeordnet sind.
Spannungsmesssensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das resitive Element (16), insbesondere automatisch einstellbar ist.
Spannungsmesssensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (24) galvanisch getrennt angeordnet ist.
Spannungsmesssensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (24) einen magnetisch sensitiven Bereich aufweist, der außerhalb einer Mittellängsachse der Spulen (20, 22) angeordnet ist.
Spannungsmesssensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (24) vier magnetisch sensitive Bereiche aufweist, die nach Art einer Brückenschaltung verschaltet sind.
Spannungsmesssensor (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenschaltung als Wheatstone-Brückenschaltung ausgebildet ist.
Spannungsmesssensor (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenschaltung als Gradienten- und/oder Differenzschaltung ausgeführt ist.
Spannungsmesssensor (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetisch sensitive Bereich ein magnetoresistives Element (34) aufweist.
Spannungsmesseinrichtung zur Messung einer elektrischen Spannung (U), mit einem an eine Auswerteeinheit (44) angeschlossenen Spannungsmesssensor (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsmesssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Spannungsmesseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsmesseinrichtung für eine galvanisch getrennte Spannungsmessung eingerichtet ist.