DE102018109876A1

DE102018109876A1 - Luftspule

Info

Publication number: DE102018109876A1
Application number: DE102018109876.6A
Authority: DE
Inventors: Bernd Wittig
Original assignee: Elpro GmbH
Current assignee: Elpro GmbH
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2018-04-24
Publication date: 2019-10-24
Also published as: WO2019206990A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Messung von Wechselströmen mit einer Luftspule und einer Übertragungseinrichtung, wobei die Übertragungseinrichtung einen Prozessor aufweist und die Übertragungseinrichtung geeignet ist, ein Messsignal der Luftspule zu empfangen, und wobei die Übertragungseinrichtung (3) geeignet ist, ein durch den Prozessor (4) aufbereitetes Signal auszugeben. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Messung von Wechselströmen in einem Leiter mit den Verfahrensschritten Erzeugen einer Eingangsspannung in einer um den Leiter angeordneten Luftspule und Erzeugen eines Ausgangssignals am Ausgang einer Übertragungseinrichtung, wobei die Eingangsspannung in ein digital aufbereitetes Signal umgewandelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Messung von sich zeitlich ändernden elektrischen Strömen (nachfolgendend Wechselströmen) mit einer Luftspule, einer Übertragungseinrichtung, wobei die Übertragungseinrichtung einen Prozessor aufweist und die Übertragungseinrichtung geeignet ist, ein Messsignal der Luftspule zu empfangen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Messung von Wechselströmen in einem Leiter mit den Verfahrensschritten Erzeugen einer Eingangsspannung in einer um den Leiter angeordneten Luftspule und Erzeugen eines Ausgangssignals z.B. in Form eines eingeprägten Stroms am Ausgang einer Übertragungseinrichtung.
Zur Messung von Stromstärken wechselstromdurchflossener Leiter werden in Industrie und Haushalt verschiedene Verfahren eingesetzt. Bewährt haben sich Anordnungen mit einer Luftspule, z.B. einer Rogowski-Spule, die in einem großen Dynamikbereich eine hohe Genauigkeit erreicht. Sie werden in vielen verschiedenen Baugrößen hergestellt, so dass von Messungen direkt an Bauteilen auf Leiterplatten bis hin zu Messungen an Stromschienen oder Maschinenteilen (Lagerströme) ein großer Anwendungsbereich möglich ist. Allerdings sind die in der Luftspule induzierten Spannungen insbesondere bei geringen Stromstärken des wechselstromdurchflossenen Leiters so klein, dass diese nachträglich umgewandelt und bearbeitet werden müssen. Zur Messung von unterschiedlichen Nennströmen eines stromdurchflossenen Leiters ist die Messanordnung üblicherweise kalibrierbar durch eine Trimmeinrichtung, üblicherweise durch ein Potentiometer, das von außerhalb der Messanordnung erreichbar ist.
Die Schrift DE 10 2010 012 834 A1 beschreibt eine Messanordnung zur Messung von Wechselströmen eines stromdurchflossenen Leiters. Die Messanordnung ist an eine Luftspule, insbesondere eine Rogowski-Spule, anschließbar. Die Messanordnung weist eine Integratorschaltung zur Erzeugung eines zum erfassten Wechselstrom proportionalen Spannungssignals sowie einen Spannung/Stromwandler zur Erzeugung eines Ausgangsstroms auf. Der Ausgangsstrom ist proportional zum von der Integratorschaltung erzeugten Spannungssignal.
Diese Messanordnung weist Nachteile auf. Die gesamte Verarbeitung ist durchgängig analog (Temperaturabhängigkeit, Offset, Alterung). Aufgrund der gewählten Ausgangsströme im Ampere-Bereich entsteht im Gesamtprozess eine hohe Verlustleistung. Außerdem ist die Messanordnung durch eine üblicherweise von Hand zu verstellende Trimmeinrichtung (Vibrationsempfindlichkeit) auf den Nennstrom zu kalibrieren.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messanordnung bereitzustellen, die ein digital aufbereitetes Ausgangssignal liefert und deren Kalibrierung auf verschiedene Nennstromstärken programmierbar ist.
Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Messanordnung gemäß Anspruch 1 und das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Die erfindungsgemäße Messanordnung zur Messung von Wechselströmen weist eine Luftspule sowie eine Übertragungseinrichtung auf. Die Übertragungseinrichtung ist derart gestaltet, dass sie ein Spannungssignal der Luftspule aufnimmt. Die Übertragungseinrichtung weist einen Prozessor auf. Die Übertragungseinrichtung ist geeignet, ein durch den Prozessor aufbereitetes Signal zu erzeugen.
Der Stromfluss durch den zu messenden Leiter induziert in die Luftspule eine Spannung, die proportional zur Änderungsrate des Stromes ist. Im Rahmen dieser Schrift heißt proportional phasentreu und amplitudenproportional. Diese induzierte Spannung ist so gering (einige µV bis zu einigen hundert mV), dass sie üblicherweise verstärkt werden muss. Der ausgegebene Messwert wird üblicherweise mit Bezug auf den Nennstrom und die Nennfrequenz angegeben, z.B. 100 mV pro 1000 A bei 50Hz.
Die Verarbeitung erfolgt erfindungsgemäß digital durch einen in die Übertragungseinrichtung eingebauten programmierbaren Prozessor, ebenso die Kalibrierung auf unterschiedliche zu messende Stromstärken. Somit kann auch ein beliebiger kleiner Strom des zu messenden stromdurchflossenen Leiters normiert werden. Die sehr niedrige induzierte Spannung wird direkt am Ort der Induktion verstärkt und gewandelt. Dadurch ist die Störfestigkeit gegenüber dem Stand der Technik bedeutend vergrößert. Ebenfalls ist keine Öffnung zur Kalibrierung auf unterschiedliche Nennströme vorhanden, was die Schutzart der erfindungsgemäßen Messanordnung erhöht.
Die Kalibrierung ist im Wesentlichen unabhängig von der Länge der Luftspule, was eine Optimierung bzw. Minimierung des Spulendurchmessers, bezogen auf den stromführenden Leiter und einer daraus resultierenden Reduzierung des Positionsfehlers ermöglicht. Nicht zuletzt ist die digitale Signalverarbeitung besonders stabil in Bezug auf Alterung, Temperaturabhängigkeit, Offsetdrift und Vibration.
Die erfindungsgemäße Messanordnung kann vorteilhafterweise verschiedene Messeinrichtungen aufweisen. Die erfindungsgemäße Übertragungseinrichtung eignet sich ebenso um an einen Shunt, eine transformatorische Spannungswandler oder einen Hall-Wandler angeschlossen zu werden. Der Begriff Luftspule wird daher im Rahmen dieser Patentschrift als Synonym für diese Messeinrichtungen verwendet.
Die Luftspule hat in einem großen Dynamikbereich eine hohe Linearität und erreicht damit eine hohe Genauigkeit. Die Luftspule kann eine geschlossene Spule sein oder einen Öffnungsmechanismus aufweisen, um die Luftspule auch nachträglich um einen stromdurchflossenen Leiter zu installieren.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung weist die Übertragungseinrichtung eine Filtereinrichtung auf, die geeignet ist, das Messsignal der Spule zu verändern. Insbesondere werden durch die Filtereinrichtung Störeinstrahlungen sowie das Rauschen minimiert.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Übertragungseinrichtung eine Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels auf, die geeignet ist, das Spannungssignal der Luftspule zu verändern. In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Vorrichtung zur optimalen Anpassung des Signalpegels zwischen Luftspule und Prozessor angeordnet. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Übertragungseinrichtung eine Ansteuerung der Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels auf. Die Ansteuerung erfolgt dabei durch den Prozessor.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Filtereinrichtung zwischen der Luftspule und dem Prozessor angeordnet. Auf diese Weise wird verhindert, dass Rauschen bzw. Störeinstrahlungen die gemessene Stromstärke des stromdurchflossenen Leiters verfälschen.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weist die Übertragungseinrichtung eine Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus dem aufgenommenen Spannungssignal auf, die geeignet ist, aus dem aufgenommenen Spannungssignal ein digital verarbeitbares Signal zu generieren. Ein digital aufbereitetes Signal kann z.B. in eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) geleitet werden, wo das digital aufbereitete Signal dem Benutzer für weitere Anwendungen zur Verfügung steht, z.B. zur Leistungs- oder/und Energiemessung.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus dem Spannungssignal zwischen Luftspule und Prozessor angeordnet und/oder die Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus dem Spannungssignal ist ein Teil des Prozessors selbst.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung weist die Übertragungseinrichtung einen Speicher auf, in dem die auf die Eigenschaften der Spule bezogenen Kennwerte speicherbar sind. In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Speicher Teil des Prozessors.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die Übertragungseinrichtung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals auf, die geeignet ist, aus einem Zwischenwert der Übertragungseinrichtung einen eingeprägten Ausgangsstrom zu erzeugen. Der Ausgangsstrom kann z.B. in eine Messeinrichtung geleitet werden, wo er dem Benutzer für die weitere Verwendung zur Verfügung steht.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals geeignet einen eingeprägten Strom zu erzeugen. Im Sinne der Erfindung kann ein Ausgangssignal ein digitales Signal, ein elektrisches Signal und auch ein Strom z.B. ein eingeprägter Strom sein.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals hinter dem Ausgang des Prozessors angeordnet. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Ansteuersignal ein binäres, moduliertes oder analoges Signal.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist hinter dem Ausgang der Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals eine Rückführung zum Prozessor angebracht. Durch die Rückführung wird der Wert des Ausgangssignals zu dem Prozessor zurückgeführt.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Prozessor geeignet, anhand des durch die Rückführung zum Prozessor zurückgeführten Wertes des Ausgangssignales das Ausgangssignal zu regeln. Durch die Rückführung zu dem Prozessor wird das Ausgangssignal erfasst und das vom Prozessor ausgegebene binäre, modulierte oder analoge Signal angepasst. Durch die Rückführung wird der von der Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals erzeugte Ausgangssignal geprüft, ob das Ausgangssignal dem intern berechneten Momentanwert entspricht und gegebenenfalls angepasst. In einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Weiterbildung ist das Ausgangssignal ein Ausgansstrom.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung von Wechselströmen in einem stromdurchflossenen Leiter weist zwei Verfahrensschritte auf. Im ersten Verfahrensschritt wird eine Eingangsspannung in einer um den stromdurchflossenen Leiter angeordneten Luftspule erzeugt. Der zu messende stromdurchflossene Leiter induziert in der Luftspule eine Spannung, die proportional zur Änderungsrate des Stromes ist. Diese induzierte Spannung ist üblicherweise so gering (einige µV bis zu einigen hundert mV), dass sie verstärkt werden muss. Der ausgegebene Messwert wird üblicherweise mit Bezug auf den Nennstrom und die Nennfrequenz angegeben, z.B. 100 mV pro 1000 A bei 50Hz. In einem zweiten Verfahrensschritt wird die Eingangsspannung am Eingang einer Übertragungseinrichtung erfasst. Die Verstärkung erfolgt erfindungsgemäß digital durch einen in die Übertragungseinrichtung eingebauten programmierbaren Prozessor, ebenso die Kalibrierung auf unterschiedliche Nennströme. Somit kann auch ein sehr geringer Strom des zu messenden stromdurchflossenen Leiters normiert werden. Die sehr niedrige induzierte Spannung wird direkt am Ort der Induktion verstärkt und gewandelt. Dadurch ist die Störfestigkeit gegenüber dem Stand der Technik bedeutend vergrößert. Ebenfalls ist keine Öffnung zur Kalibrierung auf unterschiedliche Nennströme vorhanden, was die Schutzart der erfindungsgemäßen Messanordnung erhöht. Im zweiten Verfahrensschritt wird am Ausgang einer Übertragungseinrichtung ein Ausgangsstrom erzeugt. Vorteilhafterweise wird die Eingangsspannung in ein digital aufbereitetes Signal umgewandelt. Ein digital aufbereitetes Signal kann z.B. in eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) geleitet werden, wo das digital aufbereitete Signal dem Benutzer für weitere Anwendungen zur Verfügung steht, z.B. zur Leistungs- oder/und Energiemessung.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung umfasst das digital aufbereitetes Signal einen digitalen Wert und/oder einen Frequenzwert. In einem weiteren Aspekt der Erfindung werden vor der Umwandlung der Eingangsspannung in ein digital aufbereitetes Signal unerwünschte Signalanteile der Eingangsspannung abgeschwächt oder unterdrückt. Insbesondere werden durch die Filtereinrichtung Störeinstrahlungen sowie das Rauschen minimiert. Auf diese Weise wird verhindert, dass Rauschen bzw. Störeinstrahlungen die gemessene Stromstärke des stromdurchflossenen Leiters verfälschen.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird der Pegel der Eingangsspannung angepasst. Die Amplitude der von der Luftspule erzeugten Eingangsspannung wird durch die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels derart modifiziert, dass sie die von der Luftspule erzeugten Eingangsspannung proportional verändert.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird die Anpassung des Pegels der Eingangsspannung durch den Prozessor gesteuert. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden aus einem Speicher die auf die Eigenschaften der Spule bezogenen Kennwerte ausgelesen. In einer weiteren Gestaltung der Erfindung wird das digital verarbeitbare Signal in ein aufbereitetes Signal und/oder Ausgangssignal umgewandelt.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden die aus dem Speicher ausgelesenen Kennwerte zur Umwandlung des digital verarbeitbaren Signals in ein aufbereitetes Signal und/oder Ausgangssignal genutzt.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Ansteuersignal ein binäres, moduliertes oder analoges Signal. In einer weiteren Ausbildung der Erfindung steuert das Ansteuersignal eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals an. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Wert des Ausgangsstroms zu einem Prozessor zurückgeführt.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung wird der zurückgeführte Ausgangsstrom gemessen. Anhand des Messergebnisses wird das binäre, modulierte oder analoge Ansteuersignal gegebenenfalls angepasst.
Im folgendem wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 Erfindungsgemäße Messanordnung zur Messung von Wechselströmen
2 Erfindungsgemäße Messanordnung zur Messung von Wechselströmen mit Filtereinrichtung, Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal getrennt vom Prozessor
3 Erfindungsgemäße Messanordnung zur Messung von Wechselströmen mit Filtereinrichtung, Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal als Teil des Prozessors
4 Erfindungsgemäße Messanordnung zur Messung von Wechselströmen mit Filtereinrichtung, Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal als Teil des Prozessors, mit Speicher
5 Erfindungsgemäße Messanordnung zur Messung von Wechselströmen mit Filtereinrichtung, in den Prozessor integriertem Speicher und Rückführung.
6 Erfindungsgemäße Messanordnung zur Messung von Wechselströmen mit Filtereinrichtung und Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels
7 Eine erfindungsgemäße Messanordnung zur Messung von Wechselströmen mit Filtereinrichtung und durch den Prozessor gesteuerten Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels

1 zeigt die erfindungsgemäße Messanordnung zur Messung von Wechselströmen 1 eines stromdurchflossenen Leiters 10. Die Messanordnung 1 weist eine Luftspule 2 sowie eine Übertragungseinrichtung 3 auf. Die Übertragungseinrichtung 3 ist derart gestaltet, dass sie ein Messsignal der Luftspule 2 empfangen kann. Die Übertragungseinrichtung 3 weist einen Prozessor 4 auf. Die Übertragungseinrichtung 3 ist geeignet, ein durch den Prozessor 4 aufbereitetes Signal zu erzeugen. Dazu weist die Übertragungseinrichtung 3 eine Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 auf. Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 Teil des Prozessors 4. Hinter dem Prozessor 4 weist die Übertragungseinrichtung 3 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 auf. Der Ausgangsstrom wird üblicherweise im Verhältnis zum Strom im stromdurchflossenen Leiter 10 angegeben und ist diesem proportional, z.B. 100 mA bei 1000 A gemessener Strom.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung von Wechselströmen in einem stromdurchflossenen Leiter 10 weist zwei Verfahrensschritte auf. Im ersten Verfahrensschritt wird eine Eingangsspannung in einer um den stromdurchflossenen Leiter 10 angeordneten Luftspule 2 erzeugt. Im zweiten Verfahrensschritt wird am Ausgang einer Übertragungseinrichtung 3 ein Ausgangsstrom erzeugt. Vorteilhafterweise wird die Eingangsspannung in ein digital verarbeitbares Signal umgewandelt, das einen digitalen Wert und/oder einen Frequenzwert beinhaltet. Der Ausgangsstrom kann dann z.B. einer Messeinrichtung zugeführt und dort gespeichert, zur Leistungs- oder/und Energiemessung herangezogen werden.
Eine erfindungsgemäße Messanordnung 1 zur Messung von Wechselströmen mit Filtereinrichtung 5 zeigt 2. Die Messanordnung 1 weist eine Luftspule 2 sowie eine Übertragungseinrichtung 3 auf. Die Übertragungseinrichtung 3 ist derart gestaltet, dass sie ein Messsignal der Luftspule 2 empfangen kann. Die Übertragungseinrichtung 3 weist einen Prozessor 4 auf. Die Übertragungseinrichtung 3 ist geeignet, ein durch den Prozessor 4 aufbereitetes Signal zu erzeugen. Dazu weist die Übertragungseinrichtung 3 eine Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 auf. Vor der Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 ist eine Filtereinrichtung 5 angeordnet. Insbesondere werden durch die Filtereinrichtung 5 Störeinstrahlungen sowie das Rauschen minimiert. Auf diese Weise wird verhindert, dass Rauschen bzw. Störeinstrahlungen die gemessene Stromstärke des stromdurchflossenen Leiters 10 verfälschen. Hinter dem Prozessor 4 weist die Übertragungseinrichtung 3 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 auf. Der Ausgangsstrom wird üblicherweise im Verhältnis zum Strom im stromdurchflossenen Leiter 10 angegeben und ist diesem proportional, z.B. 100 mA bei 1000 A gemessener Strom.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung von Wechselströmen in einem stromdurchflossenen Leiter 10 weist zwei Verfahrensschritte auf. Im ersten Verfahrensschritt wird eine Eingangsspannung in einer um den stromdurchflossenen Leiter 10 angeordneten Luftspule 2 erzeugt. Im zweiten Verfahrensschritt wird am Ausgang einer Übertragungseinrichtung 3 ein Ausgangsstrom erzeugt. Durch die Filtereinrichtung 5 werden unerwünschte Signalanteile der Eingangsspannung, z.B. Rauschen und Störspannungen, abgeschwächt oder unterdrückt. Vorteilhafterweise wird die Eingangsspannung in ein digital verarbeitbares Signal umgewandelt, das einen digitalen Wert und/oder einen Frequenzwert beinhaltet.
3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Messanordnung zur Messung von Wechselströmen 1 eines stromdurchflossenen Leiters 10 mit Filtereinrichtung 5. Die Messanordnung 1 weist eine Luftspule 2 sowie eine Übertragungseinrichtung 3 auf. Die Übertragungseinrichtung 3 ist derart gestaltet, dass sie ein Messsignal der Luftspule 2 empfangen kann. Die Übertragungseinrichtung 3 weist einen Prozessor 4 auf. Die Übertragungseinrichtung 3 ist geeignet, ein durch den Prozessor 4 aufbereitetes Signal zu erzeugen. Dazu weist die Übertragungseinrichtung 3 eine Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 auf. Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 Teil des Prozessors 4. Vor der Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 ist eine Filtereinrichtung 5 angeordnet. Insbesondere werden durch die Filtereinrichtung 5 Störeinstrahlungen sowie das Rauschen minimiert. Auf diese Weise wird verhindert, dass Rauschen bzw. Störeinstrahlungen die gemessene Stromstärke des stromdurchflossenen Leiters 10 verfälschen. Hinter dem Prozessor 4 weist die Übertragungseinrichtung 3 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 auf. Der Ausgangsstrom wird üblicherweise im Verhältnis zum Strom im stromdurchflossenen Leiter 10 angegeben und ist diesem proportional.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung von Wechselströmen in einem stromdurchflossenen Leiter 10 weist zwei Verfahrensschritte auf. Im ersten Verfahrensschritt wird eine Eingangsspannung in einer um den stromdurchflossenen Leiter 10 angeordneten Luftspule 2 erzeugt. Im zweiten Verfahrensschritt wird am Ausgang einer Übertragungseinrichtung 3 ein Ausgangsstrom erzeugt. Durch die Filtereinrichtung 5 werden unerwünschte Signalanteile der Eingangsspannung, z.B. Rauschen und Störeinstrahlungen, abgeschwächt oder unterdrückt. Vorteilhafterweise wird die Eingangsspannung in ein digital verarbeitbares Signal umgewandelt, das einen digitalen Wert und/oder einen Frequenzwert beinhaltet. Das Ausgangssignal kann dann z.B. einer Messeinrichtung zugeführt werden.
Eine erfindungsgemäße Messanordnung 1 zur Messung von Wechselströmen mit Filtereinrichtung 5 und in den Prozessor 4 integriertem Speicher 7 zeigt 4. Die Messanordnung 1 weist eine Luftspule 2 sowie eine Übertragungseinrichtung 3 auf. Die Übertragungseinrichtung 3 ist derart gestaltet, dass sie ein Messsignal der Luftspule 2 empfangen kann. Die Übertragungseinrichtung 3 weist einen Prozessor 4 auf. Die Übertragungseinrichtung 3 ist geeignet, ein durch den Prozessor 4 aufbereitetes Signal zu erzeugen. Dazu weist die Übertragungseinrichtung 3 eine Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 auf. Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 Teil des Prozessors 4. Der Speicher 7 ist Teil des Prozessors 4. Im Speicher 7 können z.B. Kennwerte der Luftspule 2 und der Übertragungseinrichtung 3 gespeichert sein. Diese Kennwerte werden aus dem Speicher 7 durch den Prozessor 4 ausgelesen, durch den Prozessor 4 zur Umwandlung in ein aufbereitetes Signal und/oder Ausgangssignal genutzt und durch den Prozessor 4 verarbeitet. Auf diese Weise kann das Ausgangssignal zu einem beliebigen gemessenen Strom normiert werden, z.B. kann ein gemessener Strom von 32 A einem Ausgangssignal von 100 mA entsprechen, das durch die Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 ausgegeben wird. Vor der Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 ist eine Filtereinrichtung 5 angeordnet. Insbesondere werden durch die Filtereinrichtung 5 Störeinstrahlung sowie das Rauschen minimiert. Der Pegel der Spannungsspitzen kann festgelegt werden, z.B. durch eine Software. Auf diese Weise wird verhindert, dass Rauschen bzw. Störeinstrahlungen die gemessenen Stromstärken des stromdurchflossenen Leiters 10 verfälschen. Hinter dem Prozessor 4 weist die Übertragungseinrichtung 3 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung von Wechselströmen in einem stromdurchflossenen Leiter 10 weist zwei Verfahrensschritte auf. Im ersten Verfahrensschritt wird eine Eingangsspannung in einer um den stromdurchflossenen Leiter 10 angeordneten Luftspule 2 erzeugt. Im zweiten Verfahrensschritt wird am Ausgang einer Übertragungseinrichtung 3 ein Ausgangsstrom erzeugt. Durch die Filtereinrichtung 5 werden unerwünschte Signalanteile der Eingangsspannung, z.B. Rauschen und Störeinstrahlungen, abgeschwächt oder unterdrückt. Im Speicher 7 sind z.B. Kennwerte der Luftspule 2 und der Übertragungseinrichtung 3 gespeichert. Diese Kennwerte werden aus dem Speicher 7 durch den Prozessor 4 ausgelesen, durch den Prozessor 4 zur Umwandlung in ein aufbereitetes Signal und/oder Ausgangssignal genutzt und durch den Prozessor 4 verarbeitet. Auf diese Weise kann das Ausgangssignal zu einem beliebigen gemessenen Strom normiert werden, das durch die Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 ausgegeben wird. Die Eingangsspannung wird in ein digital verarbeitbares Signal umgewandelt, das einen digitalen Wert und/oder einen Frequenzwert beinhaltet. Das Ausgangssignal kann dann z.B. einer Messeinrichtung zugeführt werden.
5 zeigt eine erfindungsgemäße Messanordnung 1 zur Messung von Wechselströmen mit Filtereinrichtung 5, in den Prozessor 4 integriertem Speicher 7 und Rückführung 9. Die Messanordnung 1 weist eine Luftspule 2 sowie eine Übertragungseinrichtung 3 auf. Die Übertragungseinrichtung 3 ist derart gestaltet, dass sie ein Messsignal der Luftspule 2 empfangen kann. Die Übertragungseinrichtung 3 weist einen Prozessor 4 auf. Die Übertragungseinrichtung 3 ist geeignet, ein durch den Prozessor 4 aufbereitetes Signal zu erzeugen. Dazu weist die Übertragungseinrichtung 3 eine Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 auf. Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 Teil des Prozessors 4. Der Speicher 7 ist Teil des Prozessors 4. Im Speicher 7 können z.B. Kennwerte der Luftspule 2 und der Übertragungseinrichtung 3 gespeichert sein. Diese Kennwerte werden aus dem Speicher 7 durch den Prozessor 4 ausgelesen, durch den Prozessor 4 zur Umwandlung in ein aufbereitetes Signal und/oder Ausgangssignal genutzt und durch den Prozessor 4 verarbeitet. Auf diese Weise kann das Ausgangssignal zu einem beliebigen gemessenen Strom normiert werden, der durch die Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 ausgegeben wird. Vor der Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 ist eine Filtereinrichtung 5 angeordnet. Insbesondere werden durch die Filtereinrichtung 5 Störeinstrahlungen sowie das Rauschen minimiert. Auf diese Weise wird verhindert, dass Rauschen bzw. Störeinstrahlungen die gemessenen Stromstärken des stromdurchflossenen Leiters 10 verfälschen. Hinter dem Prozessor 4 weist die Übertragungseinrichtung 3 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 auf.
Durch die Rückführung 9 wird der Wert des Ausgangssignals zu dem Prozessor 4 zurückgeführt. Im Prozessor 4 wird der zurückgeführte Wert des Ausgangssignals verarbeitet und das vom Prozessor 4 ausgegebene binäre, modulierte oder analoge Signal angepasst. Durch die Rückführung 9 wird der von der Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 erzeugte Ausgangssignal geprüft, ob das Ausgangssignal entsprechend des im stromdurchflossenen Leiter 10 gemessenen Stroms proportional ist und wird entsprechend angepasst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung von Wechselströmen in einem stromdurchflossenen Leiter 10 weist zwei Verfahrensschritte auf. Im ersten Verfahrensschritt wird eine Eingangsspannung in einer um den stromdurchflossenen Leiter 10 angeordneten Luftspule 2 erzeugt. Im zweiten Verfahrensschritt wird am Ausgang einer Übertragungseinrichtung 3 ein Ausgangsstrom erzeugt. Durch die Filtereinrichtung 5 werden unerwünschte Signalanteile der Eingangsspannung, z.B. Rauschen und Störeinstrahlungen, abgeschwächt oder unterdrückt. Im Speicher 7 sind z.B. Kennwerte der Luftspule 2 und der Übertragungseinrichtung 3 gespeichert. Diese Kennwerte werden aus dem Speicher 7 durch den Prozessor 4 ausgelesen, durch den Prozessor 4 zur Umwandlung in ein aufbereitetes Signal und/oder Ausgangssignal genutzt und durch den Prozessor 4 verarbeitet. Auf diese Weise kann das Ausgangssignal zu einem beliebigen gemessenen Strom normiert werden, das durch die Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 ausgegeben wird. Die Eingangsspannung wird in ein digital aufbereitetes Signal umgewandelt, das einen digitalen Wert und/oder einen Frequenzwert beinhaltet. Durch die Rückführung 9 wird der Wert des Ausgangsstroms zu dem Prozessor 4 zurückgeführt. Im Prozessor 4 wird der zurückgeführte Wert des Ausgangsstroms verarbeitet und das vom Prozessor 4 ausgegebene binäre, modulierte oder analoge Signal angepasst. Durch die Rückführung 9 wird der von der Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 erzeugte Ausgangsstrom geprüft, ob der Ausgangsstrom entsprechend des im stromdurchflossenen Leiter 10 gemessenen Stroms proportional ist und wird entsprechend angepasst. Das Ausgangssignal kann dann z.B. einer Messeinrichtung zugeführt werden.
Eine erfindungsgemäße Messanordnung 1 zur Messung von Wechselströmen mit Filtereinrichtung 5 und Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 11 zeigt 6. Die Messanordnung 1 weist eine Luftspule 2 sowie eine Übertragungseinrichtung 3 auf. Die Übertragungseinrichtung 3 ist derart gestaltet, dass sie ein Messsignal der Luftspule 2 empfangen kann. Die Übertragungseinrichtung 3 weist einen Prozessor 4 auf. Die Übertragungseinrichtung 3 ist geeignet, ein durch den Prozessor 4 aufbereitetes Signal auszugeben. Dazu weist die Übertragungseinrichtung 3 eine Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 auf. Vor der Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 ist eine Filtereinrichtung 5 angeordnet. Insbesondere werden durch die Filtereinrichtung 5 Störeinstrahlungen sowie das Rauschen minimiert. Auf diese Weise wird verhindert, dass Rauschen bzw. Störeinstrahlungen die gemessenen Stromstärken des stromdurchflossenen Leiters 10 verfälschen. Zwischen Filtereinrichtung 5 und der Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 ist eine Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 11 angeordnet, die den Pegel der von der Luftspule 2 erzeugten Eingangsspannung anpasst. Die Amplitude der von der Luftspule 2 erzeugten Eingangsspannung wird durch die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 11 derart verändert, dass sie die üblicherweise von der Luftspule 2 erzeugten Eingangsspannung verstärkt. Hinter dem Prozessor 4 weist die Übertragungseinrichtung 3 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung von Wechselströmen in einem stromdurchflossenen Leiter 10 weist zwei Verfahrensschritte auf. Im ersten Verfahrensschritt wird eine Eingangsspannung in einer um den stromdurchflossenen Leiter 10 angeordneten Luftspule 2 erzeugt. Im zweiten Verfahrensschritt wird am Ausgang einer Übertragungseinrichtung 3 ein Ausgangsstrom erzeugt. Durch die Filtereinrichtung 5 werden unerwünschte Signalanteile der Eingangsspannung, z.B. Rauschen und Störeinstrahlungen, abgeschwächt oder unterdrückt. Zwischen Filtereinrichtung 5 und der Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 ist eine Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 11 angeordnet, die den Pegel der von der Luftspule 2 erzeugten Eingangsspannung anpasst. Die Amplitude der von der Luftspule 2 erzeugten Eingangsspannung wird durch die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 11 derart verändert, dass sie die üblicherweise von der Luftspule 2 erzeugte Eingangsspannung verstärkt. Vorteilhafterweise wird die Eingangsspannung in ein digital verarbeitbares Signal umgewandelt, das einen digitalen Wert und/oder einen Frequenzwert beinhaltet. Das Ausgangssignal kann dann z.B. einer Messeinrichtung zugeführt werden.
Eine erfindungsgemäße Messanordnung 1 zur Messung von Wechselströmen mit Filtereinrichtung 5 und durch den Prozessor 4 gesteuerten Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 11 zeigt 7. Die Messanordnung 1 weist eine Luftspule 2 sowie eine Übertragungseinrichtung 3 auf. Die Übertragungseinrichtung 3 ist derart gestaltet, dass sie ein Messsignal der Luftspule 2 empfangen kann. Die Übertragungseinrichtung 3 weist einen Prozessor 4 auf. Die Übertragungseinrichtung 3 ist geeignet, ein durch den Prozessor 4 aufbereitetes Signal auszugeben. Dazu weist die Übertragungseinrichtung 3 eine Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 auf. Vor der Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 ist eine Filtereinrichtung 5 angeordnet. Insbesondere werden durch die Filtereinrichtung 5 Störeinstrahlungen sowie das Rauschen minimiert. Auf diese Weise wird verhindert, dass Rauschen bzw. Störeinstrahlungen die gemessenen Stromstärken des stromdurchflossenen Leiters 10 verfälschen. Zwischen Filtereinrichtung 5 und der Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 ist eine Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 11 angeordnet, die den Pegel der von der Luftspule 2 erzeugten Eingangsspannung anpasst. Die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 11 wird durch die Ansteuerung der Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 12 angesteuert. Die Amplitude der von der Luftspule 2 erzeugten Eingangsspannung wird durch die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 11 derart verändert, dass sie die üblicherweise von der Luftspule 2 erzeugte Eingangsspannung verstärkt. Hinter dem Prozessor 4 weist die Übertragungseinrichtung 3 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung von Wechselströmen in einem stromdurchflossenen Leiter 10 weist zwei Verfahrensschritte auf. Im ersten Verfahrensschritt wird eine Eingangsspannung in einer um den stromdurchflossenen Leiter 10 angeordneten Luftspule 2 erzeugt. Im zweiten Verfahrensschritt wird am Ausgang einer Übertragungseinrichtung 3 ein Ausgangsstrom erzeugt. Durch die Filtereinrichtung 5 werden unerwünschte Signalanteile der Eingangsspannung, z.B. Rauschen und Störeinstrahlungen, abgeschwächt oder unterdrückt. Zwischen Filtereinrichtung 5 und der Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 ist eine Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 11 angeordnet, die den Pegel der von der Luftspule 2 erzeugten Eingangsspannung anpasst. Die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 11 wird durch die Ansteuerung der Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 12 angesteuert. Die Amplitude der von der Luftspule 2 erzeugten Eingangsspannung wird durch die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 11 derart verändert, dass sie die üblicherweise von der Luftspule 2 erzeugten Eingangsspannung verstärkt. Vorteilhafterweise wird die Eingangsspannung in ein digital aufbereitetes Signal umgewandelt, das einen digitalen Wert und/oder einen Frequenzwert beinhaltet. Das Ausgangssignal kann dann z.B. einer Messeinrichtung zugeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Messanordnung
2: Luftspule
3: Übertragungseinrichtung
4: Prozessor
5: Filtereinrichtung
6: Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal
7: Speicher
8: Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals
9: Rückführung
10: Stromdurchflossener Leiter
11: Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels
12: Ansteuerung der Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010012834 A1 [0003]

Claims

Messanordnung (1) zur Messung von Wechselströmen umfassend: • eine Luftspule (2) • eine Übertragungseinrichtung (3) • wobei die Übertragungseinrichtung (3) einen Prozessor (4) aufweist, wobei die Übertragungseinrichtung (3) geeignet ist, ein Messsignal der Luftspule (2) zu empfangen, und wobei die Übertragungseinrichtung (3) geeignet ist ein durch den Prozessor (4) aufbereitetes Signal zu erzeugen.
Messanordnung (1) zur Messung von Wechselströmen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung (3) eine Filtereinrichtung (5) aufweist, die geeignet ist Störgrößen im Messsignal der Spule abzuschwächen, wobei die Filtereinrichtung (5) zwischen der Luftspule (2) und dem Prozessor (4) angeordnet ist.
Messanordnung (1) zur Messung von Wechselströmen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung (3) eine Vorrichtung (6) zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus dem Messsignal aufweist, die geeignet ist, aus dem empfangenen Messsignal ein digital verarbeitbares Signal zu generieren, wobei die Vorrichtung (6) zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus dem Messsignal zwischen der Luftspule (2) und dem Prozessor (4) angeordnet ist und/oder die Vorrichtung (6) zur Generierung eines digitalen Signals aus dem Messsignal ein Teil des Prozessors (4) ist.
Messanordnung (1) zur Messung von Wechselströmen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung (3) einen Speicher (7) aufweist, in dem auf die Eigenschaften der Spule und der Übertragungseinrichtung (3) bezogene Kennwerte speicherbar sind.
Messanordnung (1) zur Messung von Wechselströmen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung (3) eine Vorrichtung (8) zur Erzeugung eines Ausgangssignals aufweist, wobei die Vorrichtung (8) zur Erzeugung eines Ausgangssignals hinter dem Ausgang des Prozessors (4) angeordnet ist, wobei ein binäres, moduliertes oder analoges aufbereitetes Signal durch den Prozessor (4) erzeugbar ist, wobei des binäre, modulierte oder analoge aufbereitete Signal geeignet ist, durch die Vorrichtung (8) zur Erzeugung eines Ausgangssignals einen eingeprägten Strom zu generieren.
Messanordnung (1) zur Messung von Wechselströmen nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Ausgang der Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals (8) eine Rückführung (9) zum Prozessor (4) angeordnet ist, wobei der Prozessor (4) geeignet ist, durch die Rückführung (9) des zum Prozessor (4) zurückgeführten Wertes des Ausgangssignals das Ausgangssignal zu regeln.
Messanordnung (1) zur Messung von Wechselströmen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung (3) eine Vorrichtung (11) zur Anpassung des Signalpegels aufweist, die geeignet ist, das Messsignal der Spule zu verstärken, wobei die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels (11) zwischen der Luftspule (2) und dem Prozessor (4) angeordnet ist und wobei die Übertragungseinrichtung (3) eine Ansteuerung der Vorrichtung (12) zur Anpassung des Signalpegels aufweist, wobei die Ansteuerung durch den Prozessor (4) erfolgt.
Verfahren zur Messung von Wechselströmen in einem stromdurchflossenen Leiter (10) umfassend die Verfahrensschritte: • Erzeugen einer Eingangsspannung in einer um den stromdurchflossenen Leiter (10) angeordneten Luftspule (2) • Erfassen der Eingangsspannung am Eingang einer Übertragungseinrichtung (3) • Erzeugen eines Ausgangssignals am Ausgang einer Übertragungseinrichtung (3) dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsspannung in ein digital verarbeitbares Signal umgewandelt wird.
Verfahren zur Messung von Wechselströmen in einem stromdurchflossenen Leiter (10) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal ein eingeprägter Strom ist.
Verfahren zur Messung von Wechselströmen in einem stromdurchflossenen Leiter (10) nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass das digital verarbeitbare Signal ein digitaler Wert und/oder ein Frequenzwert ist.
Verfahren zur Messung von Wechselströmen in einem stromdurchflossenen Leiter (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass vor der Umwandlung der Eingangsspannung in ein digital verarbeitbares Signal unerwünschte Signalanteile der Eingangsspannung abgeschwächt oder unterdrückt werden.
Verfahren zur Messung von Wechselströmen in einem stromdurchflossenen Leiter (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Pegel der Eingangsspannung verstärkt wird, wobei die Verstärkung des Pegels der Eingangsspannung durch den Prozessor (4) gesteuert wird.
Verfahren zur Messung von Wechselströmen in einem stromdurchflossenen Leiter (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Speicher (7) zur Luftspule (2) und zur Übertragungseinrichtung (3) gespeicherten Kennwerte ausgelesen werden wobei das digital verarbeitbare Signal in ein aufbereitetes Signal und/oder Ausgangssignal umgewandelt wird und, wobei die aus dem Speicher ausgelesenen Kennwerte zur Umwandlung des digital verarbeitbaren Signals in das aufbereitete Signal und/oder Ausgangssignal genutzt werden
Verfahren zur Messung von Wechselströmen in einem stromdurchflossenen Leiter (10) nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass das aufbereitete Signal des Prozessors (4) ein binäres, moduliertes oder analoges Signal ist, wobei das aufbereitete Signal eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals (8) ansteuert.
Verfahren zur Messung von Wechselströmen in einem stromdurchflossenen Leiter (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des Ausgangssignals zu einem Prozessor (4) zurückgeführt wird, wobei der Wert des Ausgangssignals durch eine Nachführung des binären, modulierten oder analogen Signals geregelt wird.