DE102019102567B3 - Sensorvorrichtung zur Messung von Gleich- und Wechselströmen - Google Patents

Sensorvorrichtung zur Messung von Gleich- und Wechselströmen Download PDF

Info

Publication number
DE102019102567B3
DE102019102567B3 DE102019102567.2A DE102019102567A DE102019102567B3 DE 102019102567 B3 DE102019102567 B3 DE 102019102567B3 DE 102019102567 A DE102019102567 A DE 102019102567A DE 102019102567 B3 DE102019102567 B3 DE 102019102567B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
magnetic field
field sensors
sensor device
rogowski coil
conductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102019102567.2A
Other languages
English (en)
Inventor
Stefan Götz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Ing HCF Porsche AG filed Critical Dr Ing HCF Porsche AG
Priority to DE102019102567.2A priority Critical patent/DE102019102567B3/de
Priority to CN202010075183.9A priority patent/CN111521856B/zh
Priority to US16/779,841 priority patent/US11112434B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102019102567B3 publication Critical patent/DE102019102567B3/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/202—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using Hall-effect devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G01R15/181—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using coils without a magnetic core, e.g. Rogowski coils
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/207—Constructional details independent of the type of device used
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07—Hall effect devices
    • G01R33/072—Constructional adaptation of the sensor to specific applications

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung (1) zur Messung von Gleich- und Wechselströmen durch einen Leiter (2), wobei die Sensorvorrichtung (1) eine Rogowski-Spule (3) aufweist, wobei die Haupterstreckungsebene der Rogowski-Spule (3) im Wesentlichen orthogonal zur Haupterstreckungsrichtung des Leiters (2) angeordnet ist, wobei der Leiter (2) von der Rogowski-Spule (3) umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) eine Mehrzahl von Magnetfelssensoren (4) aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Messung von Gleich- und Wechselströmen in einem elektrischen Leiter.
  • Exakte Strommessungen sind ein zentrales Element der Leistungselektronik und der EMV-Technik. Dabei folgt üblicherweise die Regelung eines elektronischen Systems unteranderem anhand von durchgeführten Strommessungen. Um einen stabilen Betrieb des elektronischen Systems bei hohen Ansprüchen an die Qualität des Betriebs des elektronischen Systems zu gewährleisten, muss die Strommessung eine Vielzahl von Eigenschaften aufweisen. Zentrale Forderungen an die Strommessung sind dabei eine hohe spektrale Bandbreite, also ein gutes Funktionieren der Strommessung bei niederfrequenten und bei hochfrequenten Wechselströmen, ein geringes Messoffset, eine geringe Messdrift, einen hohen Dynamikbereich und eine phasengenaue Messung.
  • Die Detektion von Wechselströmen mit hohem Dynamikbereich, beispielsweise von wenigen µA bis zu mehreren kA, erfolgt in der Regel mit sehr hoher Genauigkeit über deren magnetisches Feld. Dabei sticht neben Hall-Sensoren, welche zumeist an hohen Messoffsets leiden, die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule (im Folgenden wie allgemein üblich nur mit „Rogowski-Spule“ bezeichnet) hervor, die in der Regel ohne magnetischen Kern und somit ohne Hochfrequenzmessung erschwerende magnetische Trägheit verwendet wird. Die Rogowski-Spule erlaubt sehr hohe Bandbreiten vom Millihertz- bis in den Megahertzbereich, erzeugt jedoch ein Messsignal, welches durch magnetische Induktion entsteht und daher proportional zur zeitlichen Ableitung des gemessenen Stromes ist. Der Rogowski- Spule liegt ein sehr einfaches Messprinzip zugrunde, das die Ableitung des zu messenden Stromes erfasst und damit sehr ähnlich zu einem Transformator funktioniert. Aufgrund des Messprinzips, das über Faraday'sche Induktion die zeitliche Ableitung des zu messenden Stromes erfasst, können Rogowski-Spulen prinzipiell keine Gleichströme messen. Durch Steigerung der Sensitivität können zwar nahezu beliebig niedrige Frequenzen erfasst werden. Echte Gleichanteile sind jedoch unzugänglich. Dem steht ein hohes Interesse an der Messung von Gleichstromanteilen entgegen. Aus dem Stand der Technik ist ein System bekannt, das über mathematische Integration des Ableitungssignales des Stromes mit Beginn bereits vor dem Aufstecken der Sensorvorrichtung auf die zu messende Stromleitung oder -schiene den Gleichwert des zu messenden Stromes ermittelt. Allerdings ist dieses System extrem ungenau und ist bandbreitenbegrenzt, da für die Optimierung im unteren Spektralbereich für diese Funktion entsprechend die Qualität nicht mehr für hohe Stromwerte bei hohen Frequenzen zur Verfügung stehen. Zwar könnten prinzipiell Systeme entwickelt werden, die mehrere unabhängige Strommesssysteme verwenden und anschließend deren Information in einem digitalen Prozessor vereinigen, allerdings werden die meisten Rogowski-Spulen mit analogen Messsystemen bzw. Oszilloskopen, die analoge Signaleingänge erwarten, verwendet. Eine digitale Kombination würde Latenzen mit sich bringen, eine potentiell anschließende erneute Analogwandlung, um sie der weiteren analogen Signalverarbeitung zu übergeben würde die Qualität des Signales merklich verschlechtern und unnötig hohe Kosten verursachen, da alle Wandler hohe spektrale Bandbreite und Auflösung aufweisen müssen.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2017 215 722 A1 ist eine Einrichtung zur Messung zeitlich veränderlicher Ströme mit einer Rogowski-Spule und mehreren MTR-Sensoren bekannt. Die Druckschriften DE 10 2013 110 152 A1 und DE 698 02 203 T2 offenbaren einen Stromzähler bzw. ein Messgerät zur Erfassung eines Stromes durch einen Leiter mit einer Rogowski-Spule und einem Hall-Sensor. Aus der Druckschrift ist eine Blendschutzvorrichtung zum Schweißen mit einer Rogowski-Spule bekannt.
  • Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sensorvorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern eine Möglichkeit bietet, kosteneffizient und genau Wechsel- und Gleichströme zu messen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Sensorvorrichtung zur Messung von Gleich- und Wechselströmen durch einen Leiter, wobei die Sensorvorrichtung eine Rogowski-Spule aufweist, wobei die Haupterstreckungsebene der Rogowski-Spule im Wesentlichen orthogonal zur Haupterstreckungsrichtung des Leiters angeordnet ist, wobei der Leiter von der Rogowski-Spule umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren aufweist.
  • Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung ermöglicht es, sowohl Gleich- als auch Wechselströme zu messen. Wechselströme werden dabei mit Hilfe der Rogowski-Spule und Gleichströme mit Hilfe der Magnetfeldsensoren gemessen. Eine Rogowski-Spule ist eine toroidförmige Luftspule. Ein elektrisch leitfähiger Draht wird um einen ringförmigen Kern aus Luft zu einem nahezu geschlossenen Kreissegment gewickelt und magnetisch neutral vom Ende der Wicklung durch den Kern zum Anfang der Wicklung zurückgeführt. Wird die Rogowski-Spule auf einen Leiter gesteckt, so induziert das wechselnde Magnetfeld eines durch den Leiter fließenden Wechselstromes eine Spannung in der Rogowski-Spule. Üblicherweise wird die Spannung in der Rogowski-Spule hochohmig gemessen, sodass der Strom in der Rogowski-Spule nahezu null ist und damit die induzierte Spannung proportional zur zeitlichen Ableitung des zu messenden Wechselstromes ist. Ein Gleichstrom im Leiter wird durch dessen Magnetfeld mit Hilfe der Magnetfeldsensoren gemessen.
  • Denkbar ist, dass die Rogowski-Spule mit nur geringer Elastizität und verschwindender Elastizität gefertigt ist. Somit ist es möglich, dass die Rogowski-Spule in räumlich genau definierter Position zum Leiter angeordnet wird. Denkbar ist weiterhin, dass die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren vier Magnetfeldsensoren und vorzugsweise sieben Magnetfeldsensoren umfasst. Der Messfehler sinkt mit steigender Anzahl von Magnetfeldsensoren. Sieben Magnetfeldsensoren haben sich dabei als besonders vorteilhaft in Bezug auf das Verhältnis von Fehlerreduktion und Herstellungsaufwand erwiesen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Magnetfeldsensoren Hall-Sensoren sind. Dies ermöglicht, statt lediglich der Magnitude des Magnetfeldes auch eine Richtungsabhängigkeit des Magnetfeldes zu detektieren. Dies ist insbesondere vorteilhaft, sollte die Stromrichtung erfasst werden sollen. Denkbar ist aber auch die Verwendung von GMR- oder TMR-Sensoren.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Magnetfeldsensoren in der Haupterstreckungsebene der Rogowski-Spule angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Rogowski-Spule zwischen dem Leiter und den Magnetfeldsensoren angeordnet ist. Der Messfehler des Magnetfeldteils steigt, je weiter sich der Leiter aus der Mitte der Rogowski-Spule entfernt und sich einer Stelle der Rogowski-Spule oder einem Magnetfeldsensor nähert. Es hat sich gezeigt, dass die Rogowski-Spule dahingehend fehlertoleranter ist als die Magnetfeldsensoren und dass sich somit der Messfehler senken lässt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Magnetfeldsensoren auf einer ringförmigen Fläche um den Leiter angeordnet sind, wobei vorzugsweise der Leiter im Mittelpunkt der ringförmigen Fläche angeordnet ist, wobei besonders bevorzugt die Abstände zwischen benachbarten Magnetfeldsensoren entlang der ringförmigen Fläche gleich sind. Durch diese Anordnung der Magnetfeldsensoren verbessert sich die Qualität der Messung insgesamt. Denkbar ist, dass die Magnetfeldsensoren an der Rogowski-Spule befestigt sind.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Magnetfeldsensoren so angeordnet sind, dass eine Messrichtung der Magnetfeldsensoren tangential zur Rogowski-Spule und entlang der Haupterstreckungsebene der Rogowski-Spule liegt. Ist der Leiter mit seiner Haupterstreckungsrichtung orthogonal zur Haupterstreckungsrichtung des Rogowski-Spule angeordnet, so entspricht die Richtung tangential zur Rogowski-Spule und entlang der Haupterstreckungsebene der Rogowski-Spule der Richtung der durch den zu messenden Gleichstrom induzierten Magnetfeldlinien.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung eine Auswertelektronik zum Auswerten der Messwerte der Magnetfeldsensoren aufweist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswertelektronik vorzugsweise eine analoge Auswertelektronik ist. Mit der Auswertelektronik ist es vorteilhaft möglich, den Wert für den gemessenen Gleichstrom auf den Wert für den gemessenen Wechselstrom zu addieren. Denkbar ist auch, dass die Auswertelektronik ebenfalls zum Auswerten der Messwerte der Rogowski-Spule konfiguriert ist. Vorzugsweise ist die Auswertelektronik zum Auswerten der Messwerte der Rogowski-Spule und zum Auswerten der Messwerte der Magnetfeldsensoren sowie zum Berechnen eines Gesamtstromes bestehend aus dem Gleichstrom und dem Wechselstrom durch den Leiter konfiguriert.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswertelektronik einen Tiefpassfilter aufweist. Damit lassen sich unerwünschte hochfrequente Signale herausfiltern, was zu einer Verbesserung der Messergebnisse führt.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Auswertelektronik für jeden Magnetfeldsensor einen Vorverstärker aufweist, wobei die Auswertelektronik einen Verstärker aufweist, wobei die Vorverstärker zum Vorverstärken um jeweils einen Vorverstärkungsfaktor konfiguriert sind, wobei die Vorverstärkungsfaktoren proportional zur den Abständen des jeweiligen Magnetfeldsensors zu seinen nächstbenachbarten Magnetfeldsensoren sind. Der jeweilige Vorverstärkungsfaktor sollte so gewählt werden, dass die Riemann-Steltjesartige Diskretisierung des Stokes-Integrals (Ampere'sches Gesetz) bis auf einen konstanten Vorverstärkungsfaktor abgebildet werden kann. Mit dem Ampereschen Gesetz ergibt sich damit der Strom zu I = C ⋅ ∫ Γ B ⋅ d γ ≈ C ⋅ ∑ i B ϕ , i ‖ r i − r i − 1 ‖ ≈ C 2 ⋅ ∑ i B ϕ , i ‖ r i + 1 − r i − 1 ‖
    Figure DE102019102567B3_0001
    wobei Γ eine geschlossene Schleife ist, die durch die Magnetfeldsensoren durchlaufend und näherungsweise an der Rogowski-Spule entlanglaufend angeordnet ist. dγ ist ein vektorielles Wegelement auf der Kurve Γ. B ist das magnetische Feld, C eine Konstante und ri ist der Ortsvektor des i-ten Magentfeldsensors. ||ri-r(i-1)|| ist der Abstand des i-ten Magnetfeldensors zum nächstbenachbarten Sensor und ||ri+1-r(i-1)|| ist das Wegelement auf der Schleife Γ zu beiden Seiten des i-ten Magnetfeldsensors. Die Verstärkungsfaktoren der jeweiligen Vorverstärker der Magnetfeldsensoren i, i+1, ... ergeben sich vorzugsweise durch eine entsprechende Dimensionierung der zugehörigen Widerstände Ri , Rj , ... , welche vom Verhältnis der Abstände der jeweiligen Magnetfeldsensoren zueinander anhängen: R i R j = ‖ r i − r i − 1 ‖ ‖ r j − r j − 1 ‖
    Figure DE102019102567B3_0002
    oder R i R j = ‖ r i + 1 − r i ‖ ‖ r j + 1 − r j ‖
    Figure DE102019102567B3_0003
    oder R i R j = ‖ r i + 1 − r i − 1 ‖ ‖ r j + 1 − r j − 1 ‖
    Figure DE102019102567B3_0004
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswertelektronik zum Erzeugen eines Korrekturwertes konfiguriert ist, wobei die Auswertelektronik vorzugsweise zum Erzeugen eines Mittelwertes der Messwerte der Magnetfeldsensoren, zum Erzeugen von Differenzwerten der jeweiligen Magnetfeldsensoren, wobei der Differenzwert die Differenz zwischen dem Messwert des jeweiligen Magnetfeldsensors und dem Mittelwertes ist, und zum Erzeugen des Korrekturwertes aus den Differenzwerten konfiguriert ist.
  • Messfehler der Sensorvorrichtung entstehen insbesondere, wenn der Leiter und damit der zu messende Strom nicht zentriert durch die Rogowski-Spule läuft, folglich also die vom Zentrum der Rogowski-Spule näherungsweise gleich weit wegliegenden Magnetfeldsensoren nicht mehr gleiche Flussdichte detektieren, wird hierzu vorzugsweise der Korrekturwert aus der Unterschiedlichkeit der jeweils von den Magnetfeldsensoren gemessen Werte erzeugt.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Verfahren zur Messung von durch einen Leiter fließenden Gleich- und Wechselströmen mit einer Sensorvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit der Rogowski-SpuleWechselströme gemessen werden und mit den Magnetfeldsensoren Gleichströme gemessen werden.
  • Alle vorstehenden Ausführungen gelten gleichermaßen für die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
    • 1 illustriert schematisch die Sensorvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 (a) bis (d) illustrieren schematisch jeweils die Auswertelektronik der Sensorvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 1 ist schematisch die Sensorvorrichtung 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Sensorvorrichtung 1 weist die Rogowski-Spule 3 und die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren 4, in der hier dargestellten Ausführungsform von vier Hall-Sensoren, auf. Ein durch den Leiter 2 fließender Gleichstrom induziert ein Magnetfeld 5, welches von den Magnetfeldsensoren 4 detektiert wird. Mit Hilfe der Magnetfeldsensoren 4 lässt sich so der Gleichstrom messen. Ein durch den Leiter 2 fließender Wechselstrom induziert eine Spannung in der Rogowski-Spule, mit Hilfe welcher der Wechselstrom detektiert wird.
  • 2 (a) bis (d) illustrieren schematisch jeweils die Auswertelektronik der Sensorvorrichtung 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 2 (a) ist die Auswertelektronik gemäß einer ersten Ausführungsform gezeigt. Die Auswertelektronik weist die Magnetfeldsensoren 4, die Spannungsversorgung 6 der Magnetfeldsensoren 4, die Vorverstärker 7 und zu den Vorverstärkern gehörende Vorverstärkerwiderstände 8 auf. Durch Anpassung der Vorverstärkerwiderstände 8 wird die Vorverstärkung des Signals des jeweiligen Magnetfeldsensors 4 eingestellt. Dabei wird der jeweilige Vorverstärkungswiderstand 8 an die Abstände des zugehörigen Magnetfeldsensors 4 zu seinen nächstbenachbarten Magnetfeldsensoren 4 angepasst. Weiterhin weist die Auswertelektronik den Tiefpassfilter 9 und den Verstärker 10 auf. In 2 (b) ist die Auswertelektronik gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Die Magnetfeldsensoren 4 sind in der Sensorvorrichtung zueinander äquidistant angeordnet. Daher ist es möglich, nicht für jeden Magnetfeldsensor 4 einen einzelnen Vorverstärker zu verbauen, sondern insgesamt nur einen Vorverstärker 7 für alle Magnetfeldsensoren 4 zu benutzen. Gezeigt ist ferner, dass die Spannungsversorgung 6 der Magnetfeldsensoren 4 in Serie erfolgt. In einer dazu alternativen nicht gezeigten Ausführungsform erfolgt die Spannungsversorgung der einzelnen Magnetfeldsensoren 4 jedoch unabhängig voneinander. Damit werden Ausgleichströme vermieden. In 2 (c) ist die Auswertelektronik gemäß einer dritten Ausführungsform gezeigt. In der hier gezeigten Ausführungsform wird auf eine Vorverstärkung der Magnetfeldsensoren 4 verzichtet und der Verstärker 10 wird mit einer entsprechend hohen Eingangsimpedanz ausgestattet. In 2 (d) ist die Auswertelektronik gemäß einer vierten Ausführungsform gezeigt. Der Summierer 13 erstellt einen Korrekturwert zur Korrektur der Messung. Dazu wird über die Widerstandskaskade 11 der Mittelwert der Messwerte der Magnetfeldsensoren 4 gebildet und über Quadrierer 12, beispielsweise über Analogmultiplizierer wie den AD534, die Differenz zwischen jeweiligem Messwert und dem Mittelwert aller Messwerte gebildet und quadriert. Alternativ kann hier in einer anderen Ausführungsform ebenso jeweils statt dem Quadrat auch der Absolutwert herangezogen werden. Nach der anschließenden Summierung entsteht im Falle der Quadrierung entsprechend die Varianz, zweites stochastisches Moment, oder das erste Absolutmoment der Messwerte, die beide die Ungleichheit der Messwerte quantifizieren. Zu erkennen sind weiterhin ein weiterer Tiefpassfilter 9' und ein weiterer Verstärker 10'. Durch geeignete Wahl der Verstärkung am Summierer 13 durch Einstellung des kann der Korrekturterm kalibriert werden. Unter Vernachlässigung des Tiefpassfilters 9 und des weiteren Tiefpassfilters 9' ergibt sich beispielhaft folgende Ausgangsspannung: V o u t = R g 1 R g f R f ⋅ ∑ i R i ⋅ V Hall , i + R g2 R g f R v f ⋅ ∑ i R v i ⋅ ( V Hall , i − 〈 V Hall , i 〉 ) 2
    Figure DE102019102567B3_0005
    wobei Ri die Vorverstärkerwiderstände 8 des i-ten Vorverstärkers 7, VHall,i die Ausgangsspannung des i-ten Magnetfeldsensors 4 sind. 〈 V Hall , i 〉 = R M ∑ j V Hall , j R M
    Figure DE102019102567B3_0006
    bezeichnet dabei den Mittelwert der Ausgangsspannungen der Magnetfeldsensoren 4, wobei RM die Widerstände der Widerstandskaskade 11 sind. R g 2 R g f R v f
    Figure DE102019102567B3_0007
    ist hier der Verstärkungsfaktor zur Einstellung der Gewichtung des Korrekturfaktors. Die Summe ∑ i R v i ⋅ ( V Hall , i − 〈 V Hall , i 〉 ) 2
    Figure DE102019102567B3_0008
    entspricht für gleiche Rvi der Streuung Var{VHall,i }.

Claims (9)

  1. Sensorvorrichtung (1) zur Messung von Gleich- und Wechselströmen durch einen Leiter (2), wobei die Sensorvorrichtung (1) eine Rogowski-Spule (3) aufweist, wobei die Haupterstreckungsebene der Rogowski-Spule (3) im Wesentlichen orthogonal zur Haupterstreckungsrichtung des Leiters (2) angeordnet ist, wobei der Leiter (2) von der Rogowski-Spule (3) umschlossen ist, wobei die Sensorvorrichtung (1) eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren (4) aufweist, wobei die Sensorvorrichtung (1) eine Auswertelektronik zum Auswerten der Messwerte der Magnetfeldsensoren (4) aufweist, wobei die Auswertelektronik für jeden Magnetfeldsensor (4) einen Vorverstärker (7) aufweist, wobei die Auswertelektronik einen Verstärker (10) aufweist, wobei die Vorverstärker (7) zum Vorverstärken um jeweils einen Vorverstärkungsfaktor konfiguriert sind, wobei die Vorverstärkungsfaktoren proportional zu den Abständen des jeweiligen Magnetfeldsensors (4) zu seinen nächstbenachbarten Magnetfeldsensoren (4) sind.
  2. Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Magnetfeldsensoren (4) Hall-Sensoren sind.
  3. Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetfeldsensoren (4) in der Haupterstreckungsebene der Rogowski-Spule (3) angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Rogowski-Spule (3) zwischen dem Leiter (2) und den Magnetfeldsensoren (4) angeordnet ist.
  4. Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetfeldsensoren (4) auf einer ringförmigen Fläche um den Leiter (2) angeordnet sind, wobei vorzugsweise der Leiter (2) im Mittelpunkt der ringförmigen Fläche angeordnet ist, wobei besonders bevorzugt die Abstände zwischen benachbarten Magnetfeldsensoren (4) entlang der ringförmigen Fläche gleich sind.
  5. Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetfeldsensoren (4) so angeordnet sind, dass eine Messrichtung der Magnetfeldsensoren (4) tangential zur Rogowski-Spule (3) und entlang der Haupterstreckungsebene der Rogowski-Spule (3) liegt.
  6. Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswertelektronik eine analoge Auswertelektronik ist.
  7. Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei die Auswertelektronik einen Tiefpassfilter (9) aufweist.
  8. Sensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei die Auswertelektronik zum Erzeugen eines Korrekturwertes konfiguriert ist, wobei die Auswertelektronik vorzugsweise zum Erzeugen eines Mittelwertes der Messwerte der Magnetfeldsensoren (4), zum Erzeugen von Differenzwerten der jeweiligen Magnetfeldsensoren (4), wobei der Differenzwert die Differenz zwischen dem Messwert des jeweiligen Magnetfeldsensors (4) und dem Mittelwertes ist, und zum Erzeugen des Korrekturwertes aus den Differenzwerten konfiguriert ist.
  9. Verfahren zur Messung von durch einen Leiter (2) fließenden Gleich- und Wechselströmen mit einer Sensorvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit der Rogowski-Spule (3) Wechselströme gemessen werden und mit den Magnetfeldsensoren (4) Gleichströme gemessen werden.
DE102019102567.2A 2019-02-01 2019-02-01 Sensorvorrichtung zur Messung von Gleich- und Wechselströmen Active DE102019102567B3 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019102567.2A DE102019102567B3 (de) 2019-02-01 2019-02-01 Sensorvorrichtung zur Messung von Gleich- und Wechselströmen
CN202010075183.9A CN111521856B (zh) 2019-02-01 2020-01-22 用于测量直流电流和交流电流的传感器设备
US16/779,841 US11112434B2 (en) 2019-02-01 2020-02-03 Sensor apparatus for measuring direct and alternating currents

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019102567.2A DE102019102567B3 (de) 2019-02-01 2019-02-01 Sensorvorrichtung zur Messung von Gleich- und Wechselströmen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019102567B3 true DE102019102567B3 (de) 2020-03-05

Family

ID=69527030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019102567.2A Active DE102019102567B3 (de) 2019-02-01 2019-02-01 Sensorvorrichtung zur Messung von Gleich- und Wechselströmen

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11112434B2 (de)
CN (1) CN111521856B (de)
DE (1) DE102019102567B3 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117594340A (zh) * 2024-01-15 2024-02-23 江苏常荣电器股份有限公司 一种闭环霍尔电流传感器线圈设计结构

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023158760A1 (en) * 2022-02-16 2023-08-24 The University Of North Carolina At Charlotte Switch current sensors
JP2024008304A (ja) * 2022-07-07 2024-01-19 横河電機株式会社 電流センサ
CN117554676B (zh) * 2024-01-11 2024-04-02 华南理工大学 一种电流测量装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69802203T2 (de) * 1997-04-21 2002-06-27 Arbeitsgemeinschaft Prof Dr J Gerät mit bandpass grosser bandbreite zum messen elektrischer stromstärke in einem leiter
DE102013110152A1 (de) * 2012-10-05 2014-04-24 Jürgen Mangelberger Stromzählereinrichtung
WO2018166995A1 (en) * 2017-03-16 2018-09-20 Lem Intellectual Property Sa Electrical current transducer with magnetic field gradient sensor
DE102017215722A1 (de) * 2017-09-07 2019-03-07 Universität Stuttgart Einrichtung zur Messung zeitlich veränderlicher Ströme
EP3462184A1 (de) * 2017-09-28 2019-04-03 optrel Holding AG Erfassungsvorrichtung für eine aktive blendschutzvorrichtung

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5438257A (en) * 1993-09-09 1995-08-01 General Electric Company Reduced magnetic flux current sensor
JPH10149948A (ja) 1996-11-19 1998-06-02 Tdk Corp 高電圧貫通形コンデンサ
US7164263B2 (en) * 2004-01-16 2007-01-16 Fieldmetrics, Inc. Current sensor
FR2870350B1 (fr) * 2004-05-13 2006-07-14 Schneider Electric Ind Sas Dispositif de mesure d'un courant electrique, capteur de courant, declencheur electrique et dispositif de coupure comportant un tel dispositif de mesure
DE602007014195D1 (de) * 2007-06-28 2011-06-09 Lem Liaisons Electron Mec Rogowski-Stromsensor
US7605580B2 (en) * 2007-06-29 2009-10-20 Infineon Technologies Austria Ag Integrated hybrid current sensor
US20110121827A1 (en) * 2007-08-06 2011-05-26 Christopher Paul Yakymyshyn Slotted current transducer using magnetic field point sensors
KR20100088676A (ko) * 2007-11-21 2010-08-10 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비 센서를 보정하는 방법
FR2931945B1 (fr) * 2008-05-22 2010-06-18 Billanco Capteur de circulation de champ magnetique et capteur de courant mettant en oeuvre un tel capteur
US8330449B2 (en) * 2009-07-20 2012-12-11 Fluke Corporation Clamp-on multimeters including a Rogowski coil for measuring alternating current in a conductor
KR101543039B1 (ko) 2009-10-26 2015-08-10 현대자동차주식회사 임피던스 매칭법을 이용한 인버터 커패시터 모듈의 회로 구성방법
DE102010064183B4 (de) 2010-12-27 2024-04-25 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Ausbildung einer Durchführungskapazität
CN102589459A (zh) * 2012-02-21 2012-07-18 中国计量学院 融合光纤拉曼频移器和拉曼放大器的全分布式光纤传感器
US9297836B2 (en) * 2013-03-08 2016-03-29 Deere & Company Method and sensor for sensing current in a conductor
DE102013225645A1 (de) * 2013-12-11 2015-06-11 Deere & Company Stromsensor und Regelschaltung
CN103823095A (zh) * 2014-02-27 2014-05-28 上海品研测控技术有限公司 罗氏线圈补偿装置
US9606146B2 (en) * 2014-09-25 2017-03-28 Fluke Corporation Wireless rogowski coil system
KR101684021B1 (ko) 2014-12-16 2016-12-07 현대자동차주식회사 차량용 인버터의 커패시터 모듈
US9977051B2 (en) * 2015-01-13 2018-05-22 Fluke Corporation Electrical conductor testing device
US10545177B2 (en) * 2015-09-02 2020-01-28 Veris Industries, Llc Non-contact sensor based Rogowski coil
JP2017181220A (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 日置電機株式会社 電流検出センサおよび電流測定装置
US10908187B2 (en) * 2016-05-02 2021-02-02 Covidien Lp Current sensor with reduced voltage coupling
WO2017197269A1 (en) * 2016-05-13 2017-11-16 The University Of North Carolina At Charlotte Wideband contactless magnetoresistive-rogowski current sensing
JP6508163B2 (ja) * 2016-10-31 2019-05-08 横河電機株式会社 電流測定装置
DE102016124165A1 (de) * 2016-12-13 2018-06-14 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Sensor zur Messung eines Wechselstroms
DE102016124167A1 (de) * 2016-12-13 2018-06-14 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Rogowski-Stromsensor mit aktiver Kapazitätskompensation
US10388445B2 (en) * 2016-12-21 2019-08-20 Eaton Intelligent Power Limited Current sensing circuit and current sensing assembly including the same
EP3534538A1 (de) * 2018-02-28 2019-09-04 LEM Intellectual Property SA Elektronisches leistungsschalterantriebsmodul
US10746767B2 (en) * 2018-05-09 2020-08-18 Fluke Corporation Adjustable length Rogowski coil measurement device with non-contact voltage measurement
US10573803B1 (en) * 2018-08-21 2020-02-25 Semiconductor Components Industries, Llc Current sensor packages with through hole in semiconductor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69802203T2 (de) * 1997-04-21 2002-06-27 Arbeitsgemeinschaft Prof Dr J Gerät mit bandpass grosser bandbreite zum messen elektrischer stromstärke in einem leiter
DE102013110152A1 (de) * 2012-10-05 2014-04-24 Jürgen Mangelberger Stromzählereinrichtung
WO2018166995A1 (en) * 2017-03-16 2018-09-20 Lem Intellectual Property Sa Electrical current transducer with magnetic field gradient sensor
DE102017215722A1 (de) * 2017-09-07 2019-03-07 Universität Stuttgart Einrichtung zur Messung zeitlich veränderlicher Ströme
EP3462184A1 (de) * 2017-09-28 2019-04-03 optrel Holding AG Erfassungsvorrichtung für eine aktive blendschutzvorrichtung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117594340A (zh) * 2024-01-15 2024-02-23 江苏常荣电器股份有限公司 一种闭环霍尔电流传感器线圈设计结构
CN117594340B (zh) * 2024-01-15 2024-04-16 江苏常荣电器股份有限公司 一种闭环霍尔电流传感器线圈设计结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN111521856A (zh) 2020-08-11
US11112434B2 (en) 2021-09-07
US20200249258A1 (en) 2020-08-06
CN111521856B (zh) 2023-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102019102567B3 (de) Sensorvorrichtung zur Messung von Gleich- und Wechselströmen
EP3259603B1 (de) Strommessvorrichtung und verfahren zur bestimmung eines elektrischen stroms
DE10064738B4 (de) Verfahren zur Prüfung eines magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts
DE202013011690U1 (de) Messwiderstand
WO2000060366A1 (de) Strommessaufnehmer
DE102010000683B4 (de) System, das eine Schaltung umfasst, die Kalibrierungswerte bestimmt
EP1584902B1 (de) Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät und Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts
DE102009022136A1 (de) Vorrichtung und Verfahren für induktive Messungen
DE19910801B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Strommessung
DE102009022138A1 (de) Vorrichtung und Verfahren für induktive Messungen
DE112012000422T5 (de) Verfahren und Vorrichtung für ein Halbbrücken-Differentialtransformator-Positionserfassungssystem
DE102011088406A1 (de) Metallsensor
EP1715301A2 (de) Verfahren zum Betrieb eines Messgeräts
DE102018118130A1 (de) Offset-Schätzvorrichtung und -verfahren, Korrekturvorrichtung für einen Magnetsensor, und Stromsensor
EP2174147B1 (de) Anordnung zur messung eines in einem elektrischen leiter fliessenden stroms
EP2031412B1 (de) Vorrichtung zur galvanisch getrennten Messung der elektrischen Leistungsaufnahme eines Zweipols
WO2018114189A1 (de) Verfahren zum betreiben eines magnetisch-induktiven durchflussmessgeräts und ein solches durchflussmessgerät
DE102016124977B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts und ein solches Durchflussmessgerät
DE102016217168A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Stromstärke eines einzelnen Leiters eines Mehrleitersystems
DE102019120666B3 (de) Sensorvorrichtung zur breitbandigen Messung von elektrischen Strömen durch einen Leiter und Verfahren zur breitbandigen Messung
DE102013112628A1 (de) Vorrichtung, Anordnung und Verfahren zur Messung einer Stromstärke in einem stromdurchflossenen Primärleiter
DE102013014016B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts
EP3376176B1 (de) Verfahren zur bestimmung des strömungsprofils, messwertumformer, magnetisch-induktives durchflussmessgerät und verwendung eines magnetisch-induktiven durchflussmessgeräts
WO2014154395A1 (de) Magnetisch-induktives durchflussmessgerät
EP1728052A2 (de) Vorrichtung zum messen und/oder berwachen des durchflusses eines messmediums

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final