DE102022128295A1

DE102022128295A1 - Current measuring device for arrangement around an electrical conductor

Info

Publication number: DE102022128295A1
Application number: DE102022128295.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Jankowski
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2022-10-26
Filing date: 2022-10-26
Publication date: 2024-05-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strommessvorrichtung (1) zum nachträglichen Anordnen um einen elektrischen Leiter (60), aufweisend:einen kettenförmigen, mechanisch öffen- und verschließbaren Träger (30), der wenigstens drei beweglich miteinander verbundene Trägersegmente (31-38) aufweist,die jeweils zur Aufnahme eines Magnetfeldsensors (10-17) ausgebildet sind und im geschlossenen Zustand des Trägers (30) in einer vorbestimmten Position zueinander angeordnet sind,wenigstens drei Magnetfeldsensoren (10-17), die jeweils in einem der drei Trägersegmente (31-38) angeordnet sind, wobei jeder der Magnetfeldsensoren (10-17) zum Messen eines Magnetfeldes, welches von einem durch den elektrischen Leiter (60) fließenden Strom hervorgerufen wird, ausgebildet ist,eine Auswerteeinrichtung (47), an die die wenigstens drei Magnetfeldsensoren (10-17) elektrisch parallel angeschlossen sind,wobei die Auswerteeinrichtung (47) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von den Messsignalen der wenigstens drei Magnetfeldsensoren (10-17) einen durch den elektrischen Leiter (60) fließenden Strom zu ermitteln.The invention relates to a current measuring device (1) for subsequent arrangement around an electrical conductor (60), comprising: a chain-shaped, mechanically openable and closable carrier (30) which has at least three carrier segments (31-38) which are movably connected to one another, each of which is designed to accommodate a magnetic field sensor (10-17) and, when the carrier (30) is closed, is arranged in a predetermined position relative to one another, at least three magnetic field sensors (10-17), each of which is arranged in one of the three carrier segments (31-38), each of the magnetic field sensors (10-17) being designed to measure a magnetic field which is caused by a current flowing through the electrical conductor (60), an evaluation device (47) to which the at least three magnetic field sensors (10-17) are electrically connected in parallel, the evaluation device (47) being designed to, depending on the measurement signals of the at least three magnetic field sensors (10-17) to determine a current flowing through the electrical conductor (60).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strommessvorrichtung insbesondere zum nachträglichen Anordnen um einen elektrischen Leiter, durch den ein zu messender Strom fließen kann.The present invention relates to a current measuring device, in particular for subsequent arrangement around an electrical conductor through which a current to be measured can flow.

Strommessgeräte zur kernlosen Strommessung, die um einen stromdurchflossenen Leiter angeordnet werden können, sind bekannt. So wird beispielsweise in der EP 2 821 797 B1 eine Stromerfassungsvorrichtung mit mindestens zwei Stromsensoren beschrieben, die in einem öffnungsfähigen ringförmigen Träger implementiert sind. Die Stromsensoren sind in einer kettenartigen Anordnung in dem ringförmigen Träger angeordnet, wobei die Stromsensoren elektrisch in Reihe verbunden sind. Um eine starre, vorbestimmte Position der Stromsensoren bezüglich des stromdurchflossenen Leiters zu erzielen, ist der ringförmige Träger in zwei Halbringelemente unterteilt, die durch ein Gelenk mechanisch verbunden sind. Die Stromsensoren sind als Spulen ausgebildet, die sich geradlinig erstrecken und in Reihe geschaltet sind.Current measuring devices for coreless current measurement that can be arranged around a current-carrying conductor are known. For example, in the EP 2 821 797 B1 a current detection device with at least two current sensors is described, which are implemented in an openable ring-shaped carrier. The current sensors are arranged in a chain-like arrangement in the ring-shaped carrier, wherein the current sensors are electrically connected in series. In order to achieve a rigid, predetermined position of the current sensors with respect to the conductor through which current flows, the ring-shaped carrier is divided into two half-ring elements, which are mechanically connected by a joint. The current sensors are designed as coils that extend in a straight line and are connected in series.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Strommessvorrichtung bereitzustellen, die insbesondere nachträglich um einen elektrischen Leiter angeordnet werden kann und eine präzise Strommessung ermöglicht.The present invention is based on the object of providing an alternative current measuring device which can in particular be subsequently arranged around an electrical conductor and enables precise current measurement.

Ein Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, eine Strommessvorrichtung zu schaffen, die einen kettenförmigen, mechanisch öffen- und verschließbaren Träger aufweist, der wenigstens drei beweglich miteinander verbundene Trägersegmente aufweist, die jeweils zur Aufnahme eines Magnetfeldsensors ausgebildet sind, wobei die wenigsten drei Magnetfeldsensoren elektrisch parallel an eine Auswerteeinrichtung angeschlossen sind.A core idea of the invention can be seen in the creation of a current measuring device which has a chain-shaped, mechanically openable and closable carrier which has at least three movably connected carrier segments, each of which is designed to accommodate a magnetic field sensor, wherein the at least three magnetic field sensors are electrically connected in parallel to an evaluation device.

Das oben genannte technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The above-mentioned technical problem is solved by the features of claim 1.

Danach ist eine Strommessvorrichtung vorgesehen, die insbesondere nachträglich um einen elektrischen Leiter, durch den ein zu messender Strom fließen kann, angeordnet werden kann. Die Strommessvorrichtung weist ein kettenförmigen, mechanisch öffen- und verschließbaren Träger auf, der wenigstens drei beweglich miteinander verbundene Trägersegmente, auch Kettenglieder genannt, aufweist, die jeweils zur Aufnahme eines Magnetfeldsensors ausgebildet sind. Im geschlossenen Zustand des Trägers sind die wenigstens drei Trägersegmente in einer vorbestimmten Position zueinander angeordnet. Ferner sind wenigstens drei Magnetfeldsensoren vorgesehen, die jeweils in einem der wenigstens drei Trägersegmente angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Magnetfeldsensoren jeweils als diskrete Bauelemente ausgebildet. Jeder der Magnetfeldsensoren ist zum Messen eines Magnetfeldes, welches von einem durch den elektrischen Leiter fließenden Strom hervorgerufen wird, ausgebildet. Ferner weist die Strommessvorrichtung eine Auswerteeinrichtung auf, an die die wenigstens drei Magnetfeldsensoren elektrisch parallel angeschlossen sind. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von den Messsignalen der wenigstens drei Magnetfeldsensoren einen durch den elektrischen Leiter fließenden Strom zu ermitteln.According to this, a current measuring device is provided which can be arranged, in particular subsequently, around an electrical conductor through which a current to be measured can flow. The current measuring device has a chain-shaped, mechanically openable and closable carrier which has at least three movably connected carrier segments, also called chain links, which are each designed to accommodate a magnetic field sensor. When the carrier is closed, the at least three carrier segments are arranged in a predetermined position relative to one another. Furthermore, at least three magnetic field sensors are provided, each of which is arranged in one of the at least three carrier segments. The magnetic field sensors are preferably each designed as discrete components. Each of the magnetic field sensors is designed to measure a magnetic field which is caused by a current flowing through the electrical conductor. Furthermore, the current measuring device has an evaluation device to which the at least three magnetic field sensors are electrically connected in parallel. The evaluation device is designed to determine a current flowing through the electrical conductor depending on the measurement signals of the at least three magnetic field sensors.

Der kettenförmige, mechanisch öffen- und verschließbare Träger ist ähnlich einer Schleppkette ausgebildet und sorgt somit dafür, dass die wenigstens drei beweglich miteinander verbundenen Trägersegmente im geschlossenen Zustand des Trägers eine vorbestimmte geometrische Figur bilden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass, immer, wenn der Träger geschlossen ist, die Positionen der Magnetfeldsensoren zueinander in vorbestimmter Weise festgelegt sind.The chain-shaped carrier, which can be opened and closed mechanically, is designed similarly to a drag chain and thus ensures that the at least three carrier segments, which are movably connected to one another, form a predetermined geometric figure when the carrier is closed. In this way, it can be ensured that, whenever the carrier is closed, the positions of the magnetic field sensors relative to one another are fixed in a predetermined manner.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Trägersegmente derart miteinander mechanisch verbunden, dass sie im geschlossenen Zustand des Trägers einen im Wesentlichen starren vorbestimmten geschlossenen Polygonzug bilden.According to an advantageous embodiment, the carrier segments are mechanically connected to one another in such a way that, in the closed state of the carrier, they form a substantially rigid, predetermined closed polygonal line.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung bilden die Trägersegmente im geschlossenen Zustand des Trägers ein regelmäßiges Polygon.According to an advantageous further development, the carrier segments form a regular polygon when the carrier is closed.

Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung am Träger befestigbar.Preferably, the evaluation device can be attached to the carrier.

Die Strommessvorrichtung kann vorzugsweise ein Basiselement aufweisen, in dem die Auswerteeinrichtung angeordnet ist. Das Basiselement kann beispielsweise Teil des Trägers sein. Ferner kann das Basiselement auch einen als Trägersegment ausgebildeten Bereich aufweisen.The current measuring device can preferably have a base element in which the evaluation device is arranged. The base element can, for example, be part of the carrier. Furthermore, the base element can also have an area designed as a carrier segment.

Vorteilhafterweise kann das Basiselement zum Befestigen an einer den elektrischen Leiter aufweisenden elektrischen Leitung ausgebildet sein.Advantageously, the base element can be designed for fastening to an electrical line having the electrical conductor.

Zweckmäßigerweise weisen wenigstens zwei Trägersegmente Verschlusselemente zum mechanischen Verschließen und Öffnen des Trägers auf.Conveniently, at least two carrier segments have closure elements for mechanically closing and opening the carrier.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die wenigstens drei Magnetfeldsensoren jeweils auf einer Leiterplatte montiert, wobei die wenigstens drei Trägersegmente jeweils zur Aufnahme einer der Leiterplatten ausgebildet sind. Die Leiterplatten können zum Beispiel mittels flexibler elektrischer Leitungen miteinander verbunden sein.According to an advantageous development, the at least three magnetic field sensors are each mounted on a circuit board, wherein the at least three carrier segments are each designed to accommodate one of the circuit boards. The circuit boards can be connected to one another, for example, by means of flexible electrical lines.

Vorzugsweise sind die wenigstens drei Magnetfeldsensoren jeweils als magnetoresistive Sensoren oder Hall-Sensoren ausgebildet.Preferably, the at least three magnetic field sensors are each designed as magnetoresistive sensors or Hall sensors.

Vorteilhafterweise weist die Strommessvorrichtung mindestens vier Trägersegmente mit jeweils einem Magnetfeldsensor auf.Advantageously, the current measuring device has at least four carrier segments, each with a magnetic field sensor.

Vorzugsweise weist die Strommessvorrichtung eine Energieversorgungseinrichtung auf, die zur Energieversorgung der Auswerteeinrichtung und/oder der Magnetfeldsensoren ausgebildet ist. Die Energieversorgungseinrichtung und die Auswerteeinrichtung können gemeinsam in einem Gehäuse, welches Teil des Basiselements sein kann, untergebracht sein.The current measuring device preferably has a power supply device which is designed to supply power to the evaluation device and/or the magnetic field sensors. The power supply device and the evaluation device can be housed together in a housing which can be part of the base element.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

1 eine beispielhafte Strommessvorrichtung mit einem geöffneten kettenförmigen Träger, der an einer elektrischen Leitung montiert ist,
2 die in 1 gezeigte Strommessvorrichtung mit geschlossenem Träger,
3 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Strommessvorrichtung, bei dem die Magnetfeldsensoren elektrisch parallel an die Auswerteeinrichtung angeschlossen sind, und
4 eine schematische Darstellung einer Anordnung der in 2 gezeigten Magnetfeldsensoren, die konzentrisch um den elektrischen Leiter angeordnet sind

The invention is explained in more detail below using an embodiment in conjunction with the accompanying drawings, in which:

1 an exemplary current measuring device with an open chain-shaped carrier mounted on an electrical line,
2 in the 1 shown current measuring device with closed carrier,
3 a simplified block diagram of the current measuring device, in which the magnetic field sensors are electrically connected in parallel to the evaluation device, and
4 a schematic representation of an arrangement of the 2 shown magnetic field sensors, which are arranged concentrically around the electrical conductor

1 zeigt eine beispielhafte Strommessvorrichtung 1, die nachträglich um einen elektrischen Leiter 62 gelegt werden kann. Der elektrische Leiter 62 kann, wie in 1 gezeigt, von einer isolierenden Ummantelung 61 umgeben sein. Ummantelung 61 und elektrischer Leiter 62 bilden zusammen eine elektrische Leitung 60. Wie in 1 weiter dargestellt, kann die Strommessvorrichtung 1 beispielsweise mittels zweier Kunststoffbänder 50 und 51 an der elektrischen Leitung 60 befestigt werden. 1 shows an exemplary current measuring device 1, which can be subsequently placed around an electrical conductor 62. The electrical conductor 62 can, as in 1 shown, be surrounded by an insulating sheath 61. Sheath 61 and electrical conductor 62 together form an electrical line 60. As in 1 As further shown, the current measuring device 1 can be attached to the electrical line 60, for example by means of two plastic bands 50 and 51.

Die Strommessvorrichtung 1 weist einen kettenförmigen, mechanisch öffen- und verschließbaren Träger 30 auf, der wenigstens drei beweglich miteinander verbundene Trägersegmenten aufweist. Bei der beispielhafte Strommessvorrichtung 1 weist der kettenförmigen Träger beispielsweise acht beweglich miteinander verbundene Trägersegmente 31-38 auf, wobei in 1 ausschnittsweise lediglich die Trägersegmente 38, 31, 32 und 33 dargestellt sind. Die Trägersegmente, nachfolgend auch Kettenglieder genannt, weisen vorzugsweise Kopplungselemente beispielsweise in Form von nasenförmigen Vorsprüngen auf, mittels derer benachbarte Trägersegmente beweglich miteinander verbunden bzw. gekoppelt werden. Beispielhaft ist dies in 1 hinsichtlich der Trägersegmente 32 und 33 gezeigt, die jeweils zwei Kopplungselemente 32a, 32b bzw. 33a und 33b aufweisen. Ferner weisen beispielsweise die beiden in 2 gezeigten benachbarten Trägersegmente 37 und 38 jeweils ein Verschlusselement (nicht dargestellt) auf, über die der kettenförmige Träger 30 geöffnet und geschlossen werden kann. Bei den Verschlusselementen handelt es sich vorzugsweise um herkömmlich Verschlusselemente, mit denen der kettenförmige Träger 30 geöffnet und geschlossen werden kann.The current measuring device 1 has a chain-shaped, mechanically openable and closable carrier 30, which has at least three carrier segments movably connected to one another. In the exemplary current measuring device 1, the chain-shaped carrier has, for example, eight carrier segments 31-38 movably connected to one another, wherein in 1 only the carrier segments 38, 31, 32 and 33 are shown in detail. The carrier segments, also referred to below as chain links, preferably have coupling elements, for example in the form of nose-shaped projections, by means of which adjacent carrier segments are movably connected or coupled to one another. This is exemplified in 1 with respect to the carrier segments 32 and 33, which each have two coupling elements 32a, 32b or 33a and 33b. Furthermore, for example, the two in 2 The adjacent carrier segments 37 and 38 shown each have a closure element (not shown) via which the chain-shaped carrier 30 can be opened and closed. The closure elements are preferably conventional closure elements with which the chain-shaped carrier 30 can be opened and closed.

Bereits in dieser Stelle sei angemerkt, dass der kettenförmige Träger 30 ähnlich einer Schleppkette ausgebildet sein kann. Das bedeutet, dass die Trägersegmente 31-38 des Trägers 30 derart geformt und miteinander mechanisch verbunden sind, dass sie im geschlossenen Zustand des Trägers 30 eine vorbestimmte reproduzierbare geometrische Figur bilden. Vorzugsweise bilden die Trägersegmente 31 bis 38 im geschlossenen Zustand des Trägers 30 einen im Wesentlichen starren vorbestimmten geschlossenen Polygonzug, wie in den 2 und 4 gezeigt. Der Ausdruck „im Wesentlichen starr“ ist insbesondere dahingehend zu verstehen, dass immer, wenn sich der Träger 30 im geschlossenen Zustand befindet, die Trägersegmente 31 bis 38 sich in einer vorbestimmten Konstellation zueinander befinden, deren Abweichungen in einem Toleranzbereich liegen, der so gering ist, dass Veränderungen der geometrischen Figuren für die Berechnung des durch den elektrischen Leiter 62 fließenden Stroms vernachlässigt werden können. Bezugnehmend auf die 2, die den geschlossenen Träger 30 zeigt, ist anzumerken, dass die Trägersegmente 31-38 im geschlossenen Zustand des Trägers 30 ein vorbestimmtes regelmäßiges Polygon, im vorliegenden Fall ein Achteck bilden, das vorzugsweise konzentrisch um den elektrischen Leiter 62 angeordnet ist. Angemerkt sei, dass die Trägersegment 31 bis 38 vorzugsweise umfangsseitig geschlossen sind, d.h. einen geschlossenen Querschnitt aufweisen. Auf diese Weise können die Magnetfeldsensoren 11 bis 18, Leiterplatten 21 bis 28 und die Verbindungskabel z.B. gegen Verschmutzung und vor Beschädigung geschützt werden. In den 1 und 2 sind hingegen die Trägersegmente 31 bis 38 zu Erläuterungszwecken mit einem zu einer Seite hin geöffneten Querschnitt dargestellt, um die Anordnung der Magnetfeldsensoren, Leiterplatten und Verbindungskabel in den jeweiligen Trägersegmenten zeigen zu können.It should already be noted at this point that the chain-shaped carrier 30 can be designed similarly to a drag chain. This means that the carrier segments 31-38 of the carrier 30 are shaped and mechanically connected to one another in such a way that they form a predetermined reproducible geometric figure in the closed state of the carrier 30. Preferably, the carrier segments 31 to 38 form a substantially rigid predetermined closed polygonal line in the closed state of the carrier 30, as shown in the 2 and 4 The expression “essentially rigid” is to be understood in particular to mean that whenever the carrier 30 is in the closed state, the carrier segments 31 to 38 are in a predetermined configuration relative to one another, the deviations of which lie within a tolerance range which is so small that changes in the geometric figures can be neglected for the calculation of the current flowing through the electrical conductor 62. Referring to the 2 , which shows the closed carrier 30, it should be noted that the carrier segments 31-38 form a predetermined regular polygon, in the present case an octagon, in the closed state of the carrier 30, which is preferably arranged concentrically around the electrical conductor 62. It should be noted that the carrier segments 31 to 38 are preferably closed on the circumference, ie have a closed cross-section. In this way, the magnetic field sensors 11 to 18, circuit boards 21 to 28 and the connecting cables can be protected against dirt and damage, for example. In the 1 and 2 For explanatory purposes, however, the carrier segments 31 to 38 are shown with a cross-section open on one side in order to be able to show the arrangement of the magnetic field sensors, circuit boards and connecting cables in the respective carrier segments.

Die beispielhafte Strommessvorrichtung 1 weist ferner acht Magnetfeldsensoren 11-18 auf, von denen in 1 jeweils die Magnetfeldsensoren 11-13 und 18 und in 2 die Magnetfeldsensoren 13, 14, 17 und 18 zu sehen sind. Die Trägersegmente 31-38 sind so ausgebildet, dass sie jeweils einen der Magnetfeldsensoren 11 bis 18 aufnehmen und halten können. Die Magnetfeldsensoren 11-18 sind in an sich bekannter Weise zum Messen eines Magnetfeldes, welches von einem durch den elektrischen Leiter 62 fließenden Strom hervorgerufen wird, ausgebildet.The exemplary current measuring device 1 further comprises eight magnetic field sensors 11-18, of which 1 the magnetic field sensors 11-13 and 18 and in 2 the magnetic field sensors 13, 14, 17 and 18 can be seen. The carrier segment elements 31-38 are designed such that they can each receive and hold one of the magnetic field sensors 11 to 18. The magnetic field sensors 11-18 are designed in a manner known per se to measure a magnetic field which is caused by a current flowing through the electrical conductor 62.

4 zeigt schematisch die durch einen Strom, der durch den elektrischen Leiter 62 fließt, hervorgerufenen Magnetfeldlinien, die von den Magnetfeldsensoren 11-18 in Abhängigkeit ihres Abstandes und ihrer Position zum elektrischen Leiter 60 gemessen werden. 4 shows schematically the magnetic field lines caused by a current flowing through the electrical conductor 62, which are measured by the magnetic field sensors 11-18 depending on their distance and their position to the electrical conductor 60.

Weiterhin weist die Strommessvorrichtung 1 eine Auswerteeinrichtung 47 auf, an die die Magnetfeldsensoren 11-18 elektrisch parallel angeschlossen sind. Dies ist in dem vereinfachten Blockschaltbild nach 3 dargestellt. Mit anderen Worten: Die Magnetfeldsensoren 11-18 messen unabhängig voneinander Magnetfelder und liefern ihre Ergebnisse separat an die Auswerteeinrichtung 47. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von den Messsignalen der Magnetfeldsensoren 11-18 den durch den elektrischen Leiter 62 fließenden Strom zu ermitteln.Furthermore, the current measuring device 1 has an evaluation device 47 to which the magnetic field sensors 11-18 are electrically connected in parallel. This is shown in the simplified block diagram according to 3 In other words: the magnetic field sensors 11-18 measure magnetic fields independently of one another and deliver their results separately to the evaluation device 47. The evaluation device is designed to determine the current flowing through the electrical conductor 62 depending on the measurement signals of the magnetic field sensors 11-18.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Strommessvorrichtung 1 ein Basiselement 40 aufweisen, das eine konkav gekrümmte, in Richtung elektrischer Leiter 62 weisende Oberfläche aufweist, die zur Montage an der elektrischen Leitung 60 ausgebildet ist. Wie in den 1, 2 und 3 ferner zu sehen, kann das Basiselement 40 beispielsweise einen Aufnahmebereich oder ein Gehäuse 45 aufweisen, in dem die Auswerteeinrichtung 47 untergebracht sein kann. Dies ist schematisch in 3 angedeutet. Wie in den 1 und 2 zu sehen, sind die beiden Bänder 50 und 51 beispielsweise an entsprechenden Ösen des Basiselements 40 befestigt.According to an advantageous embodiment, the current measuring device 1 can have a base element 40 which has a concavely curved surface pointing in the direction of the electrical conductor 62, which is designed for mounting on the electrical line 60. As shown in the 1 , 2 and 3 As can also be seen, the base element 40 can have, for example, a receiving area or a housing 45 in which the evaluation device 47 can be accommodated. This is shown schematically in 3 As indicated in the 1 and 2 As can be seen, the two bands 50 and 51 are attached to corresponding eyelets of the base element 40.

Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der Strommessvorrichtung 1 kann das Basiselement 40 Teil des Trägers 30 sein und einen Bereich aufweisen, der das Trägersegment 38 bildet, wie dies beispielhaft in 2 gezeigt ist. Bei dieser beispielhaften Ausgestaltung kann die Strommessvorrichtung 1 mittels des Basiselements 40 an der elektrischen Leitung 60 nachträglich befestigt werden. Alternativ können Trägersegment 38 und das die Auswerteeinrichtung 47 tragende Basiselement 40 physisch getrennte Elemente sein. Allerdings muss die Auswerteeinrichtung 47 elektrisch mit den in den Trägersegmenten 31 bis 38 angeordneten Magnetfeldsensoren 11 bis 18 elektrisch verbunden sein. Das Basiselement 40 kann eine Schnittstelle, vorzugsweise eine serielle Schnittstelle aufweisen, über die die Messdaten der Magnetfeldsensoren 11-18 und/oder die Ergebnisse der Auswerteeinrichtung 47 zum Beispiel zu einem übergeordneten System übertragen werden können.According to an exemplary embodiment of the current measuring device 1, the base element 40 can be part of the carrier 30 and have a region which forms the carrier segment 38, as shown by way of example in 2 is shown. In this exemplary embodiment, the current measuring device 1 can be subsequently attached to the electrical line 60 by means of the base element 40. Alternatively, the carrier segment 38 and the base element 40 carrying the evaluation device 47 can be physically separate elements. However, the evaluation device 47 must be electrically connected to the magnetic field sensors 11 to 18 arranged in the carrier segments 31 to 38. The base element 40 can have an interface, preferably a serial interface, via which the measurement data of the magnetic field sensors 11-18 and/or the results of the evaluation device 47 can be transmitted, for example, to a higher-level system.

Ferner kann die Strommessvorrichtung 1 eine Energieversorgungseinrichtung 48 aufweisen, die beispielsweise in dem Gehäuse 45 angeordnet ist. Die Energieversorgungseinrichtung 48 kann die Auswerteeinrichtung 47 und/oder die Magnetfeldsensoren 11-18 mit Energie versorgen kann. Die Energieversorgungsquelle 48 liefert hierzu eine Gleichspannung von beispielsweise 3,3V. Alternativ kann die Versorgungsspannung für die Auswerteeinrichtung 47 und/oder die Magnetfeldsensoren 11 bis 18 auch von einer externen Energieversorgungsquelle geliefert werden.Furthermore, the current measuring device 1 can have a power supply device 48, which is arranged, for example, in the housing 45. The power supply device 48 can supply the evaluation device 47 and/or the magnetic field sensors 11-18 with energy. The energy supply source 48 supplies a direct voltage of, for example, 3.3V. Alternatively, the supply voltage for the evaluation device 47 and/or the magnetic field sensors 11 to 18 can also be supplied by an external energy supply source.

Wie aus den 1 und 2 ersichtlich, können die Trägerelemente 31-38 jeweils zur Aufnahme einer Leiterplatte 21-28 ausgebildet sein, auf denen der jeweilige Magnetfeldsensor mechanisch und elektrisch montiert werden kann. Wie beispielsweise in 1 zu sehen, ist der Magnetfeldsensor 18 an einer Leiterplatte 28, der Magnetfeldsensor 11 an einer Leiterplatte 21, der Magnetfeldsensor 12 an einer Leiterplatte 22 und der Magnetfeldsensor 13 an einer Leiterplatte 23 mechanisch und elektrisch verbunden. Jede der Leiterplatten 21 bis 28 weist mehrere Leiterbahnen auf, die in 3 zu sehen sind.As can be seen from the 1 and 2 As can be seen, the carrier elements 31-38 can each be designed to accommodate a circuit board 21-28 on which the respective magnetic field sensor can be mounted mechanically and electrically. As for example in 1 As can be seen, the magnetic field sensor 18 is mechanically and electrically connected to a circuit board 28, the magnetic field sensor 11 to a circuit board 21, the magnetic field sensor 12 to a circuit board 22 and the magnetic field sensor 13 to a circuit board 23. Each of the circuit boards 21 to 28 has several conductor tracks which are 3 you can see.

Benachbarte Leiterplatten können hierbei beispielsweise über flexible Leitungen 80 bis 86 elektrisch miteinander verbunden sein. In 1 sind die flexiblen Leitungen 80 bis 83 zu sehen, während in 2 die flexiblen Leitungen 81 bis 84 und 86 zu sehen sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Leiterplatten 27 und 28 nicht elektrisch miteinander verbunden, da die entsprechenden Trägersegmente 37 und 38 den Anfang bzw. das Ende des Trägers 30 bilden. An dieser Stelle kann der Träger 30 geöffnet und geschlossen werden. Dieser Sachverhalt ist auch in 3 ersichtlich.Neighbouring circuit boards can be electrically connected to each other via flexible cables 80 to 86, for example. In 1 the flexible cables 80 to 83 can be seen, while in 2 the flexible lines 81 to 84 and 86 can be seen. In the embodiment shown, the circuit boards 27 and 28 are not electrically connected to one another, since the corresponding carrier segments 37 and 38 form the beginning and the end of the carrier 30. At this point, the carrier 30 can be opened and closed. This fact is also shown in 3 visible.

Die elektrischen flexiblen Leitungen 80 bis 86 weisen jeweils eine ausreichende Länge auf, so dass sie beim Schließen des Trägers 30 nicht beschädigt werden.The electrical flexible lines 80 to 86 each have a sufficient length so that they are not damaged when the carrier 30 is closed.

Wie in 3 zu sehen, ist gemäß der beispielhaften Strommessvorrichtung 1 jeder der Magnetfeldsensoren 11-18 vorzugsweise mit drei Leiterbahnen der entsprechenden Leiterplatte 21-28 elektrisch verbunden. Über eine erste Leiterbahn überträgt der jeweilige Magnetfeldsensor seine für die Auswerteeinrichtung 47 bestimmten Messsignale, während ihm über eine zweite und dritte Leiterbahn Energie von der Energieversorgungseinrichtung 48 zugeführt wird. Lediglich der einfachen Darstellung wegen sind die zweite und dritte Leiterbahn in 3 durch eine einzige Linie dargestellt. Weiterhin sind in 3 die flexiblen Leitungen, die benachbarte Leiterplatten elektrisch verbinden, durch Bezugszeichen 80 bis 86 gekennzeichnet. Gemäß der beispielhaften Ausgestaltung der Strommessvorrichtung 1 sind auf der Leiterplatte 27 mindestens drei Leiterbahnen, auf der Leiterplatte 26 mindestens vier Leiterbahnen, auf der Leiterplatte 25 mindestens fünf Leiterbahnen, auf der Leiterplatte 24 mindestens sechs Leiterbahnen, auf der Leiterplatte 23 mindestens sieben Leiterbahnen, auf der Leiterplatte 22 mindestens acht Leiterbahnen, auf der Leiterplatte 21 mindestens neun Leiterbahnen und auf der Leiterplatte 20 mindestens zehn Leiterbahnen aufgebracht. Demgemäß verbindet eine mindestens dreiadrige flexible Leitung 86 die Leiterplatten 27 und 26, eine mindestens vieradrige flexible Leitung 85 die Leiterplatten 26 und 25, eine mindestens fünfadrige flexible Leitung 84 die Leiterplatten 25 und 24, eine mindestens sechsadrige flexible Leitung 83 die Leiterplatten 24 und 23, eine mindestens siebenadrige flexible Leitung 82 die Leiterplatten 23 und 22, eine mindestens achtadrige flexible Leitung 81 die Leiterplatten 22 und 21, und eine mindestens neunadrige flexible Leitung 80 die Leiterplatten 21 und 28. Von der Leiterplatte 28 führen demzufolge mindestens acht elektrische Adern für die Übertragung der Messsignale der Magnetfeldsensoren 11-18 zur Auswerteeinrichtung 47 und zwei weitere Adern zur Übertragung der elektrischen Energie zur Energieversorgungseinrichtung 48. Bei dieser beispielhaften Implementierung sind alle Magnetfeldsensoren 11 bis 18 an einer gemeinsamen zweiadrigen Energieversorgungsleitung angeschlossen.As in 3 As can be seen, according to the exemplary current measuring device 1, each of the magnetic field sensors 11-18 is preferably electrically connected to three conductor tracks of the corresponding circuit board 21-28. The respective magnetic field sensor transmits its measurement signals intended for the evaluation device 47 via a first conductor track, while energy is supplied to it from the energy supply device 48 via a second and third conductor track. For the sake of simplicity of illustration, the second and third conductor tracks are shown in 3 represented by a single line. Furthermore, 3 the flexible lines that electrically connect adjacent circuit boards are identified by reference numerals 80 to 86. According to the exemplary embodiment of the current measuring device 1, at least three conductor tracks are applied to the circuit board 27, at least four conductor tracks on the circuit board 26, at least five conductor tracks on the circuit board 25, at least six conductor tracks on the circuit board 24, at least seven conductor tracks on the circuit board 23, at least eight conductor tracks on the circuit board 22, at least nine conductor tracks on the circuit board 21 and at least ten conductor tracks on the circuit board 20. Accordingly, a flexible line 86 with at least three wires connects the circuit boards 27 and 26, a flexible line 85 with at least four wires connects the circuit boards 26 and 25, a flexible line 84 with at least five wires connects the circuit boards 25 and 24, a flexible line 83 with at least six wires connects the circuit boards 24 and 23, a flexible line 82 with at least seven wires connects the circuit boards 23 and 22, a flexible line 81 with at least eight wires connects the circuit boards 22 and 21, and a flexible line 80 with at least nine wires connects the circuit boards 21 and 28. Accordingly, at least eight electrical wires lead from the circuit board 28 for transmitting the measurement signals from the magnetic field sensors 11-18 to the evaluation device 47 and two further wires for transmitting the electrical energy to the energy supply device 48. In this exemplary implementation, all magnetic field sensors 11 to 18 are connected to a common two-wire energy supply line.

Angemerkt sei noch an dieser Stelle, dass die Leiterplatten 21-28 alternativ auch als StarrΣlex-Leiterplatten ausgestaltet sein können.It should be noted at this point that the circuit boards 21-28 can alternatively be designed as StarrΣlex circuit boards.

Wie in 2 gezeigt, dient das Basiselement 40 ferner dazu, den Abstand der Trägersegmente 31-38 und somit den Abstand der Magnetfeldsensoren 10-17 bezüglich des elektrischen Leiters 62 festzulegen. Wie bereits erwähnt, ergibt sich im geschlossenen Zustand des Trägers 30 beispielhaft eine konzentrische Anordnung der Magnetfeldsensoren 11-18 um den elektrischen Leiter 62 herum, wie dies in 4 schematisch dargestellt ist.As in 2 shown, the base element 40 also serves to determine the distance between the carrier segments 31-38 and thus the distance between the magnetic field sensors 10-17 with respect to the electrical conductor 62. As already mentioned, in the closed state of the carrier 30, for example, a concentric arrangement of the magnetic field sensors 11-18 around the electrical conductor 62 results, as shown in 4 is shown schematically.

Damit mit der Strommessvorrichtung 1 ein durch den elektrischen Leiter 62 fließender Strom gemessen werden kann, ist zuvor werksseitig ein Abgleich der Strommessvorrichtung 1 durchzuführen. Hierzu wird der geschlossene Träger 30 und somit die Magnetfeldsensoren in einer festgelegten Position um einen elektrischen Leiter gelegt und ein Abgleich-Strom mit bekannter Stromstärke durch den elektrischen Leiter geschickt. Dieser Leiter, der auch der elektrische Leiter 62 sein kann, kann als elektrischer Abgleichs-Leiter bezeichnet werden. Die Magnetfeldsensoren 11-18 messen nunmehr jeweils eine Magnetfeldstärke in Abhängigkeit ihrer jeweiligen Position bezüglich des elektrischen Abgleich-Leiters . Anschließend werden vorzugsweise die jeweils von den Magnetfeldsensoren 11-18 während des Abgleichvorgangs gemessenen Magnetfeldstärken als Abgleichswerte zusammen mit dem bekannten Abgleichs-Stromwert beispielsweise in einem Speicher 49 abgelegt, auf den die Auswerteeinrichtung 47 zugreifen kann. Bei jeder neuen Strommessung, wie zum Beispiel der Messung eines durch den elektrischen Leiter 62 fließenden Stroms, ermittelt die Auswerteeinrichtung 47 insbesondere in Abhängigkeit der aktuell von den Magnetfeldsensoren 11-18 gemessenen Magnetfeldstärken, die von dem zu messenden, durch den elektrischen Leiter 62 fließenden Strom hervorgerufen werden, und vorzugsweise unter Berücksichtigung der für die Magnetfeldsensoren 11-18 zuvor im Speicher 49 hinterlegten Abgleichswerte und des Abgleichstromwertes den zu messenden, aktuell durch den elektrischen Leiter 62 fließenden Strom.In order for the current measuring device 1 to be able to measure a current flowing through the electrical conductor 62, the current measuring device 1 must first be calibrated at the factory. For this purpose, the closed carrier 30 and thus the magnetic field sensors are placed in a fixed position around an electrical conductor and a calibration current with a known current strength is sent through the electrical conductor. This conductor, which can also be the electrical conductor 62, can be referred to as an electrical calibration conductor. The magnetic field sensors 11-18 now each measure a magnetic field strength depending on their respective position with respect to the electrical calibration conductor. The magnetic field strengths measured by the magnetic field sensors 11-18 during the calibration process are then preferably stored as calibration values together with the known calibration current value, for example in a memory 49 which the evaluation device 47 can access. With each new current measurement, such as the measurement of a current flowing through the electrical conductor 62, the evaluation device 47 determines the current to be measured, currently flowing through the electrical conductor 62, in particular as a function of the magnetic field strengths currently measured by the magnetic field sensors 11-18, which are caused by the current to be measured flowing through the electrical conductor 62, and preferably taking into account the calibration values previously stored in the memory 49 for the magnetic field sensors 11-18 and the calibration current value.

Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass wie bereits erwähnt, die Trägersegmente 31-38 des Trägers 30 derart ausgebildet sind, dass sie im geschlossenen Zustand des Trägers 30 immer im Wesentlichen die vorbestimmte geometrische Figur bilden, sodass die Magnetfeldsensoren 11-18 im Wesentlichen immer die gleiche Position und den gleichen Abstand zueinander und zum elektrischen Leiter 62 einnehmen, den sie umschließen.It is important in this context that, as already mentioned, the carrier segments 31-38 of the carrier 30 are designed such that, in the closed state of the carrier 30, they always essentially form the predetermined geometric figure, so that the magnetic field sensors 11-18 essentially always assume the same position and the same distance from one another and from the electrical conductor 62 which they enclose.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2821797 B1 [0002]

Claims

Current measuring device (1) for arrangement around an electrical conductor (62), comprising: a chain-shaped, mechanically openable and closable carrier (30) which has at least three carrier segments (31-38) which are movably connected to one another and which are each designed to accommodate a magnetic field sensor (10-17) and are arranged in a predetermined position relative to one another when the carrier (30) is closed, at least three magnetic field sensors (11-18), each of which is arranged in one of the three carrier segments (31-38), wherein each of the magnetic field sensors (10-17) is designed to measure a magnetic field which is caused by a current flowing through the electrical conductor (60), an evaluation device (47) to which the at least three magnetic field sensors (10-17) are electrically connected in parallel, wherein the evaluation device (47) is designed to generate a to determine the current flowing through the electrical conductor (60).

Current measuring device according to Claim 1 , wherein the evaluation device (47) can be fastened to the carrier.

Current measuring device according to Claim 2 , wherein a base element (40, 45) is provided in which the evaluation device (47) is arranged.

Current measuring device according to Claim 3 , wherein the base element (40, 45) is designed for fastening to an electrical line (60) having the electrical conductor (62).

Current measuring device according to one of the preceding claims, wherein the at least three magnetic field sensors (11-18) are each mounted on a circuit board (21-28), and wherein the at least three carrier segments (31-38) are each designed to receive one of the circuit boards (21-28).

Current measuring device according to Claim 5 , wherein adjacent circuit boards (21-28) are electrically connected to one another by means of a flexible electrical line (80-87).

Current measuring device according to one of the preceding claims, wherein the magnetic field sensors (11-18) are each designed as magnetoresistive sensors or Hall sensors.

Current measuring device according to one of the preceding claims, wherein the carrier segments (31-38) form a substantially rigid, predetermined closed polygonal line in the closed state of the carrier (30).

Current measuring device according to Claim 8 , wherein the support segments (31-38) form a regular polygon in the closed state of the support (30).

Current measuring device according to one of the preceding claims, comprising a power supply device (48) which is designed to supply power to the evaluation device (47) and/or the magnetic field sensors (11-18).

Current measuring device according to one of the preceding claims, wherein at least four carrier segments (31-38) and at least four magnetic field sensors (11-18) are provided. Note: MJ13 contained no comment

Current measuring device according to one of the preceding claims, further comprising a memory (49) in which the magnetic field strengths measured in a calibration process for each of the magnetic field sensors (11-18) and the predetermined calibration current flowing through an electrical calibration conductor during the calibration process are stored, wherein the evaluation device (47) is designed to further determine a current flowing through the electrical conductor (60) taking into account the stored magnetic field strengths and the stored predetermined calibration current.