DE1438234C

DE1438234C - Arrangement for monitoring the level of currents in circuits

Info

Publication number: DE1438234C
Authority: DE
Inventors: John Arnold Murray Hill May Harold Frederick Basking Ridge N J Baldwin jun (V St A)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Publication date: 1972-08-03

Description

1 4OÖ ZJ41 4OÖ ZJ4

1 21 2

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Praktisch brauchbare Überwachungsanordnungen überwachung des Fließens von Strömen in Strom- für Fernsprechleitungen dürfen außerdem keine Störkreisen, derart, daß das Fließen der Ströme selbst spannungen auf die überwachten Leitungen koppeln oder das über- oder Unterschreiten vorgegebener oder deren Erdsymmetrie stören. Dies gilt insbesondere Stromwerte anzeigbar ist, mit einem Magnetgleid 5 für Schaltungsanordnungen, bei denen eine aktive aus einem magnetisch sättigbaren Material, das we- Abtastung an Stelle einer rein passiven Anzeige erfolgt, nigstens eine öffnung zur Bildung und Begrenzung Hier besteht die Gefahr, daß durch die Abtastung einer die öffnung umgebenden, in sich geschlossenen Störspannungen auf die Leitung gelangen.
Flußbahn enthält, sowie mit einer HiTfsspannungs- Eine elektrische sowie auch eine mechanische quelle und einer Anzeigeeinrichtung, die zur Erzeugung io Trennung wird außerdem benötigt, um die teuren oder Anzeige von Flußänderungen in der Flußbahn Abfrage- und Anzeigeschaltungen vor Hochspannungsmit dieser gekoppelt sind. wanderwellen zu schützen, die beispielsweise durchThe invention relates to an arrangement for practically useful monitoring arrangements for monitoring the flow of currents in power lines for telephone lines must also not have interference circuits, such that the flow of the currents themselves couple voltages to the monitored lines or exceed or fall below predetermined or their earth symmetry disturb. This applies in particular to current values that can be displayed with a magnetic track 5 for circuit arrangements in which an active one is made of a magnetically saturable material that is scanned instead of a purely passive display, at least one opening for formation and limitation the scanning of a self-contained interference voltages surrounding the opening reach the line.
An electrical as well as a mechanical source and a display device, which is used to generate io separation, is also required in order to monitor the expensive or display of changes in the flow in the flow path, interrogation and display circuits before high voltage are coupled to it. to protect hiking waves, for example by

Eine solche überwachungsanordnung ist bekannt Blitzeinschläge verursacht werden. Wenn sich trotzdemSuch a monitoring arrangement is known to cause lightning strikes. If anyway

(AEG-Mitteilungen, 1938, S. 113 bis 116). Diese Zerstörungen nicht vermeiden lassen, ist es wün-(AEG-Mitteilungen, 1938, pp. 113 to 116). If this destruction cannot be avoided, it is desirable

Anordnung wird zur überwachung von Hochstrom- 15 sehenswert, diese auf billige, leicht zu ersetzendeArrangement is worth seeing for the monitoring of high-current 15, these on cheap, easy-to-replace

anlagen benutzt, indem der den zu messenden Strom Bauteile zu beschränken. Zusätzliche Schwierigkeitensystems used by restricting the current to be measured components. Additional difficulties

führende Leiter durch vorzugsweise zwei geschlossene ergeben sich dadurch, daß Fern- und Grtsverbin-Leading conductors through preferably two closed ones result from the fact that long-distance and Grtsverbin-

Ringkerne aus einem magnetisch weichen Material dungsleitungen unterschiedliche EmpfindlichkeitToroidal cores made of a magnetically soft material make cables of different sensitivity

geführt ist, das einen möglichst scharfen Sättigungs- gegen Störungen haben, sowie dadurch, daß kleineis performed that have a sharp saturation against disturbances, as well as the fact that small

knick zeigt, beispielsweise Nickeleisen. Mit dem Kern 20 aber nicht vernachlässigbare Spannungsabweichungenkink shows, for example nickel iron. With the core 20, however, voltage deviations are not negligible

ist eine Wicklung gekoppelt, der ein Hilfswechsel- bei den Teilnehmerleitungen auftreten. Daher müssena winding is coupled to which an auxiliary change occurs in the subscriber lines. Therefore must

strom zugeführt ist. Der Kern wird gesättigt betrieben; verschiedene Typen von Uberwachungsanordnungenelectricity is supplied. The core is operated in a saturated manner; different types of monitoring arrangements

er erreicht seine maximale Induktion bereits bei bereitgehalten werden. Darüber hinaus sind indivi-it already reaches its maximum induction when it is held ready. In addition, individual

Gleichströmen weit unterhalb der zu messenden duelle Einstellungen der ÜberwachungsanordnungenDirect currents far below the dual settings of the monitoring arrangements to be measured

Ströme. Der Einfluß der zu messenden Ströme auf 25 für jeden einzelnen Einsatzfall notwendig,Currents. The influence of the currents to be measured on 25 is necessary for each individual application,

den durch die Wicklung fließenden Wechselstrom Gleiche oder ähnliche Probleme treten auch beiThe same or similar problems occur with the alternating current flowing through the winding

ist ein Maß für die Gleichströme. Ein vollständiges Fernmeß-, Prüf- und Steueranlagen und insbesondereis a measure of the direct currents. A complete telemetry, test and control system and in particular

Umschalten des Flusses im Kern findet nicht statt. immer dann auf, wenn spezielle SteuereigenschaftenSwitching of the flow in the core does not take place. always on when special control properties

Die Entkopplung zwischen dem Gleichstromkreis verlangt werden. So sind häufig hohe Verstärkung,The decoupling between the DC circuit are required. So are often high gain,

und dem Wechselstrommeßkreis ist unvollkommen. 30 hohe Empfindlichkeit und große Linearität bei kleinemand the alternating current measuring circuit is imperfect. 30 high sensitivity and great linearity with small

Es wird sowohl eine Wechselspannung auf den Gleich- Aufwand und ohne unzulässige Beeinträchtigung derThere is both an alternating voltage on the direct effort and without undue impairment of the

Stromkreis als auch eine gegebenenfalls dem Gleich- Arbeitsgeschwindigkeit besonders wichtig. Für andereCircuit as well as a possibly constant working speed are particularly important. For others

strom überlagerte Wechselspannung (Welligkeit) auf Anordnungen kann es wünschenswert sein, zwischenCurrent superimposed alternating voltage (ripple) on arrangements, it may be desirable between

den Meßkreis gekoppelt. Strömen nahezu gleicher Höhe zu unterscheiden.coupled to the measuring circuit. Distinguish currents of almost the same height.

Bei Fernsprechteilnehmerleitungen muß festgestellt 35 In diesem Fall wird an Stelle einer linearen KennlinieIn the case of subscriber lines, it must be determined 35. In this case, instead of a linear characteristic

werden, ob ein Schleifenanschluß vorliegt oder nicht, eine Knickkennlinie verlangt.whether a loop connection is present or not, a kink characteristic is required.

ob. also der Hörer beim Teilnehmer ausgehängt ist Es sind bereits Meßanordnungen unter Verwendung und demgemäß ein Gleichstrom von der Amtsbatterie einer Vielzahl von Magnetkernen bekannt, die jedoch über die Teilnehmerleitung fließt. Da jedoch bei sehr langsam ansprechen (große Zeitkonstante des langen Leitungen häufig Störspannungen induziert 4° Steuerkreises), da sie paarweise verbundene Steuerwerden und Isolationsfehler auftreten, muß nicht und Lastwicklungen benötigen, um einen gegennur festgestellt werden, ob überhaupt ein Strom fließt, phasige Reihenschaltung im Steuerkreis zu erzielen, sondern es muß auch zwischen bestimmten Strom- damit die Steuerwicklung nicht dauernd als Sekundärwerten oberhalb oder unterhalb eines bestimmten wicklung eines Übertragers arbeitet. Zusätzliche Wick-Grenzwertes unterschieden werden, der durch die 45 lungen erhöhen aber die Induktivität wesentlich und Betriebswerte der Fernsprechanlage und auf Grund damit auch die Zeitkonstante des Steuerkreises. Auf von Erfahrungen festgelegt ist. In bekannter Weise solche Anordnungen ist das sogenannte »Gleichstromwerden zu diesem Zweck Relais benutzt, die zwar Transformatorgesetz« anwendbar. Es besagt, daß die gegen Störungen unempfindlich, jedoch wegen ihrer Amperewindungen des Steuerkreisstromes den Ammechanisch beweglichen Teile aufwendig sind und 5° perewindungen des Lastkreisstromes entsprechen insbesondere in elektronisch gesteuerten Vermittlungs- müssen. Da der Steuerkreis und der Lastkreis auf anlagen zu langsam arbeiten. Außerdem eignen sie dem gleichen Magnetkern angeordnet und durch sich schlecht für kompakte Abtastüberwachungs- wenigstens einen Magnetflußweg mit kleinem rnaanordnungen in Verbindung mit einer großen Zahl gnetischen Widerstand verkettet sind, durchsetzt im von Leitungen. 55 wesentlichen der gesamte Magnetfluß, der durch denwhether. So the listener is hung up at the subscriber's. Measurement arrangements are already in use and accordingly a direct current from the office battery known a plurality of magnetic cores, which however flows over the subscriber line. However, since they respond very slowly (large time constant of the long lines often induce interference voltages 4 ° control circuit), since they are controlled in pairs and insulation faults do not have to occur and load windings only need to counteract one determine whether a current is flowing at all, to achieve a phase series connection in the control circuit, but it must also be between certain currents so that the control winding does not work continuously as secondary values above or below a certain winding of a transformer. Additional wick limit value be differentiated, the 45 lungs increase the inductance significantly and Operating values of the telephone system and therefore also the time constant of the control circuit. on is determined by experience. In a well-known way such arrangements is the so-called »becoming direct current for this purpose relays are used, although the transformer law is applicable. It says that the Insensitive to disturbances, but because of their ampere turns of the control circuit current, the Amechanical moving parts are expensive and correspond to 5 ° perewindings of the load circuit current especially in electronically controlled placement needs. Since the control circuit and the load circuit are on systems work too slowly. They are also suitable for being arranged and through the same magnetic core bad for compact scan monitoring at least one magnetic flux path with small rnaanformen chained in connection with a large number of gnetic resistance, interspersed in the of lines. 55 essentially all of the magnetic flux flowing through the

Für schneller arbeitende Uberwachungsanordnun- Laststrom erzeugt wird, die Steuerwicklung. DieFor faster working Uberwachungsanordnun- load current is generated, the control winding. the

gen bei Fernsprechanlagen ist es bekannt (Bell System Zeitkonstante des Steuerkreises wird daher auchIt is known for telephone systems (Bell system time constant of the control circuit is therefore also

Technical Journal, November 1958, S. 1383 ff.), zwi- durch den zusätzlichen Magnetfluß auf Grund desTechnical Journal, November 1958, pp. 1383 ff.), Between the additional magnetic flux due to the

sehen dem eingehängten und dem ausgehängten Laststromes beeinflußt. Es kann daher ein größerersee the suspended and suspended load current influenced. It can therefore be a bigger one

Zustand einer Teilnehmerleitung an Hand von An- ^6o Laststrom (größerer Spannungsgewinn) nur auf KostenState of a subscriber line on the basis of an ^6o load current (greater voltage gain) only at cost

derungen der Spannung zu unterscheiden, die an einer größeren Zeitkonstante des Steuerkreises erreichtto distinguish changes in the voltage, which is achieved at a larger time constant of the control circuit

einem oder mehreren in Serie in die Leitung ge- werden.one or more in series in the line.

schalteten Widerständen abfällt. Wegen der Emp- Bei den ebenfalls bekannten Transfluxoren, die findlichkeit von Fernsprechleitungen gegen induzierte beispielsweise als abfragbare elektronische Speicher-Störspannungen sind für diese bekannten über- ⁶5 elemente benutzt werden, handelt es sich um Bauteile wachungsanordnungen jedoch umfangreiche und auf- aus remanentem Magnetmaterial, in welchem zuwendige Symmetrier- und Filtereinrichtungen er- nächst ein remanenter Magnetfluß induziert wird, forderlich. Bei einer Erregung von Wicklungen in einer oderswitched resistors drops. Because of the recom- For the likewise known transfluxors, the sensitivity of telephone lines against induced for example as a searchable electronic memory interference voltages are for these known used exceed ⁶ 5 elements, is components but wachungsanordnungen comprehensive and up from retentive magnetic material, A remanent magnetic flux is first induced in the associated balancing and filtering devices, which is necessary. With an excitation of windings in an or

mehreren Öffnungen des Transfluxors findet eine Umschaltung des remanenten Magnetflusses auf den kürzesten verfügbaren Flußweg statt. Alle möglichen Flußwege sind innerhalb des remanenten Materials geschlossen, und Flußlinien verschiedener Wege sind miteinander verkettet, so daß Störsignale von einem Weg auf den anderen und damit die entsprechenden Wicklungen übertragen werden können.The remanent magnetic flux is switched to the several openings of the transfluxor shortest available river path. All possible flow paths are within the remanent material closed, and flow lines of different paths are chained together, so that interfering signals from one Path to the other and thus the corresponding windings can be transferred.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache überwachungsanordnung der eingangs genannten Art mit hoher Empfindlichkeit und kurzer Ansprechzeit zu schaffen, die sich ohne Schwierigkeiten und ohne störende Beeinflussung in die den zu überwachenden Strom fließenden Leitungen einschalten läßt und bei der eine Abfrage Signale hoher Amplitude liefert.The invention is based on the object of a simple monitoring arrangement of the type mentioned at the beginning Type with high sensitivity and short response time to create that move without difficulty and switch on the lines carrying the current to be monitored without disturbing interference lets and in which an interrogation provides signals of high amplitude.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Magnetglied stabförmig ausgebildet ist und eine axiale, im wesentlichen nicht remanente Flußbahn aufweist, die eine remanente Flußbahn um die Öffnung beiderseits flankiert, und daß der zu überwachende Stromkreis mit dem Magnetglied über Kopplungsmittel derart gekoppelt ist, daß ein ■) von dem Stromwert des zu überwachenden Stromkreises abhängiger Magnetfluß von solcher Größe in die nicht remanente Flußbahn einführbar ist, daß der Betrag des für eine Umschaltung im remanenten Flußweg verfügbaren Magnetflusses steuerbar ist.This object is achieved according to the invention in that the magnetic member is rod-shaped and an axial, substantially non-remanent flux path that comprises a remanent flux path flanked around the opening on both sides, and that the circuit to be monitored with the magnetic member is coupled via coupling means in such a way that a ■) of the current value of the circuit to be monitored dependent magnetic flux of such size can be introduced into the non-remanent flux path that the amount of magnetic flux available for switching in the remanent flux path can be controlled.

Da das Magnetglied stabförmig ausgebildet ist, verläuft ein wesentlicher Teil der axialen Flußbahn außerhalb des Magnetgliedes, so daß die axiale Flußbahn im wesentlichen nicht remanent ist. Schaltet man den Fluß in der die Öffnung umgebenden Flußbahn mit Hilfe vorzugsweise impulsförmiger Signale der Hilfsspannungsquelle um, so werden in der Anzeigeeinrichtung entsprechende Signale induziert. Wenn jedoch ein von dem Stromwert des zu überwachenden Stromkreises abhängiger Magnetfluß in die nicht remanente Flußbahn eingeführt wird, wird der den um die Öffnung verlaufende, zur Umschaltung verfügbare Fluß verkleinert. Bei genügend großer Magnetisierung des nicht remanenten Flußweges steht überhaupt kein um die Öffnung verlaufender Fluß zur Umschaltung zur Verfügung, so daß dann auch keine Signale der Anzeigeeinrichtung zugeführt werden. Die Höhe des in die nicht remanente Flußbahn eingeführten Magnetflusses bestimmt also die Größe der abgegebenen Signale. Da keine Verkettung zwischen dem remanenten und dem nicht remanenten Flußweg vorhanden ist, können auch keine Störsignale in die zu überwachende Leitung eingeführt werden. Eine Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten ist ohne Schwierigkeiten durch eine entsprechende Bemessung des Magnetgliedes sowie der Kopplungswicklungen möglich. Die Geometrie des remanenten Magnetflußweges kann zusammen mit dem Entmagnetisierungsfaktor des Magnetgliedes so gewählt werden, daß sich wünschenswerte Steuereigenschaften ergeben.Since the magnetic member is rod-shaped, a substantial part of the axial flux path runs outside the magnetic member so that the axial flux path is essentially non-remanent. Switches the flow in the flow path surrounding the opening with the aid of preferably pulse-shaped signals of the auxiliary voltage source, corresponding signals are induced in the display device. However, if a magnetic flux in the non-remanent flux path is introduced, the one around the opening becomes the switch available flow decreased. If the magnetization of the non-remanent flux path is sufficiently large there is no flux at all around the opening available for switching, so then no signals are fed to the display device either. The height of the in the non-remanent flux orbit Introduced magnetic flux determines the size of the signals emitted. Since there is no concatenation between the remanent and the non-remanent flux path are present, no interference signals can either be introduced into the line to be monitored. An adaptation to the respective circumstances is without difficulty by a corresponding dimensioning of the magnetic member and the Coupling windings possible. The geometry of the remanent magnetic flux path can be used together with the demagnetization factor of the magnetic member can be chosen so that desirable control properties result.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further developments of the invention are the subject of the subclaims.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below using exemplary embodiments in the drawing. It shows

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur überwachung von Fernsprechteilnehmerleitungen,F i g. 1 an embodiment of the invention for monitoring telephone subscriber lines,

F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung des in der Anordnung nach F i g. 1 verwendeten Magnetgliedes, F i g. 3 die Steuerkennlinie der Anordnung nach Fig. 1,F i g. FIG. 2 shows an enlarged illustration of the in the arrangement according to FIG. 1 magnetic link used, F i g. 3 the control characteristic of the arrangement according to FIG. 1,

F i g. 4 eine andere Ausführungsform des Magnetgliedes nach F i g. 2,F i g. 4 shows another embodiment of the magnetic member according to FIG. 2,

F i g. 5 Steuerkennlinien für die Ausführungsform nach F i g. 4.F i g. 5 control characteristics for the embodiment according to FIG. 4th

F i g. 1 zeigt eine überwachungsanordnung nach der Erfindung für die schnelle Abtastung von Teilnehmerleitungen in einer Fernsprechvermittlungsanlage. Jeder Teilnehmer besitzt einen Teilnehmerapparat, wie z. B. den Teilnehmerapparat 1, der an die Adern 2 a und 2b einer Teilnehmerleitung angeschlossen ist. übliche Kohle-Blitzschutzgeräte 3a und 2>b verbinden die Adern 2a und 2b mit der Erde 4, wenn eine bestimmte Durchbruchspannung erreicht ist. Die Primärwicklungen 6a und 6b eines Übertragers 6 führen den Adern 2 a und 2 b den Speisestrom von einer Batterie 8 zu. Die Schleife für den Speisestrom ist geschlossen, wenn der Teilnehmerapparat 1 sich im ausgehängten Zustand befindet. F i g. 1 shows a monitoring arrangement according to the invention for the rapid scanning of subscriber lines in a telephone exchange. Each participant has a participant set, such as. B. is connected to the telephone set 1, the wires of the 2 a and 2 b of a subscriber line. conventional coal-lightning protection equipment 3a and 2> b connect the wires 2a and 2b, when a certain breakdown voltage is reached with the earth. 4 The primary windings 6a and 6b of a transformer 6 guide the wires 2 a and 2 b the supply current from a battery to 8. The loop for the supply current is closed when the subscriber set 1 is off-hook.

Eine periodisch abgetastete überwachungsanordnung 22 enthält für jede Teilnehmerleitung eine eingepegelte überwachungsschaltung 22) zur Ubertragung von Impulsen aus einer Impulsquelle 13 an ein Anzeigegerät 14 im eingehängten Zustand und zur Sperrung dieser Impulse während des ausgehängten Zustandes. Anschlüsse α und b der Teilnehmerschleife sind an Klemmen a' und b' der Anordnung 22, und die Batterie 8 und Erde sind an Klemmen 8' und g' angeschaltet. Jede überwachungsschaltung 22 j weist ein stabförmiges Magnetglied 23 aus ferromagnetischem Material auf, das zwei PoleiV und S und eine öffnung 24 quer zu seiner Achse 25 hat.A periodically scanned monitoring arrangement 22 contains for each subscriber line a leveled monitoring circuit 22) for the transmission of pulses from a pulse source 13 to a display device 14 in the hung-up state and for blocking these pulses during the unhooked state. Terminals α and b of the subscriber loop are connected to terminals a ' and b' of the arrangement 22, and the battery 8 and earth are connected to terminals 8 'and g' . Each monitoring circuit 22 j has a rod-shaped magnetic member 23 made of ferromagnetic material, which has two poles and S and an opening 24 transverse to its axis 25.

Wie in F i g. 2 deutlicher gezeigt, ergeben sich durch die öffnung 24 im Magnetglied 23 gegabelte Magnetflußwege 26a und 26b für eine Flußbahn 26 zwischen den Polen N und S und eine Flußbahn 27, der die öffnung umfaßt. In einem Querschnitt des Magnetgliedes 23 in Höhe der öffnung 24 durchsetzen beide Wege für den Magnetfluß die AbschnitteAs in Fig. 2, bifurcated magnetic flux paths 26a and 26b result from the opening 24 in the magnet member 23 for a flux path 26 between the poles N and S and a flux path 27 which surrounds the opening. In a cross section of the magnetic member 23 at the level of the opening 24, both paths for the magnetic flux penetrate the sections

A₁ und A₂ des Querschnittes. Das Verhältnis -r- A ₁ and A _{2 of} the cross section. The ratio -r-

definiert die seitliche Exzentrizität e der öffnung 24 im Hinblick auf die Achse 25.defines the lateral eccentricity e of the opening 24 with regard to the axis 25.

Der Magnetflußweg 27 verläuft vollständig innerhalb des Magnetgliedes 23 und weist daher Umschalteigenschaften auf, die durch die Eigenschaften des Materials, aus dem das Magnetglied 23 am Umfang der öffnung 24 besteht, bestimmt werden. Vorteilhafterweise besitzt die öffnung 24 kreisförmigen Querschnitt, und das Magnetglied 23 kann aus irgendeinem der gut bekannten magnetischen Materialien hergestellt sein, die hohe Remanenz und kleine Koerzitivkraft aufweisen, so daß es für den Magnetflußweg 27 eine zylindrische Hülle mit rechteckiger Hysteresisschleife bildet.
Die Magnetflußwege 26 a und 26 b enden an den Polen N und S des Magnetgliedes 23, so daß sich deren Eigenschaften nicht nur auf Grund des Materials des Magnetgliedes 23 ergeben. Insbesondere sind die Remanenzeigenschaften der geschlossenen Flußbahn 26, der die beiden Magnetflußwege 26 a und 26 b enthält, völlig verschieden von denen der kreisförmigen Flußbahn 27, wie später noch gezeigt werden soll.
Wicklungen 28 und 29 (Fig. 1) befinden sich aufThe magnetic flux path 27 runs completely within the magnetic member 23 and therefore has switching properties which are determined by the properties of the material from which the magnetic member 23 is made on the circumference of the opening 24. Advantageously, the opening 24 is circular in cross-section and the magnetic member 23 can be made of any of the well known magnetic materials which have high remanence and small coercive force so that it forms a cylindrical envelope with a rectangular hysteresis loop for the magnetic flux path 27.
The magnetic flux paths 26 a and 26 b end at the poles N and S of the magnetic member 23, so that their properties are not only due to the material of the magnetic member 23. In particular, the remanence properties of the closed flux path 26, which contains the two magnetic flux paths 26 a and 26 b , are completely different from those of the circular flux path 27, as will be shown later.
Windings 28 and 29 (Fig. 1) are on

dem Magnetglied 23 und sind in Reihe geschaltet mit der Teilnehmerschleife, um ein Magnetfeld H_a (F i g. 2) parallel zur Achse 25 entsprechend dem Schleifenstrom zu erzeugen. Die Wicklungen 28 und 29 werden vom Strom der Batterie 8 durchflossen, wenn der im ausgehängten Zustand sich befindende Teilnehmerapparat 1 eine Schleife zwischen den Adern la und 2b bildet. Die Impulsquelle 13 ist mit Klemmen ρ 1 und pi der überwachungsschaltung 22; für einen bestimmten Zeitabschnitt während der Abtastung der Anordnung 22 verbunden und legt Schaltimpulse wechselnder Polarität an einen Leiter 30, der sich durch öffnung 24 des Magnetgliedes 23 erstreckt. Das Anzeigegerät 14 ist in entsprechender Weise mit Klemmen d\ und dl und einem Leiter 31, der ebenfalls durch die öffnung 24 führt, verbunden. Der um die öffnung 24 verlaufende Fluß 27 (F i g. 2), der die Leiter 30 und 31 verkettet, ermöglicht eine beträchtliche Kopplung.the magnetic member 23 and are connected in series with the subscriber loop in order to generate a magnetic field H _a (FIG. 2) parallel to the axis 25 corresponding to the loop current. The windings 28 and 29 are traversed by the current of the battery 8 when the subscriber set 1, which is in the unhooked state, forms a loop between the wires la and 2b. The pulse source 13 is connected to terminals ρ 1 and pi of the monitoring circuit 22; connected for a certain period of time during the scanning of the arrangement 22 and applies switching pulses of alternating polarity to a conductor 30 which extends through opening 24 of the magnetic member 23. The display device 14 is in a corresponding manner with terminals d \ and dl and a conductor 31 which likewise passes through the opening 24, respectively. The flow 27 (FIG. 2) running around the opening 24 and concatenating the conductors 30 and 31 enables considerable coupling.

Der umschaltbare Magnetfluß auf der Flußbahn 27 und damit der Kopplungsgrad zwischen der Impulsquelle 13 und dem Anzeigegerät 14 wird bestimmt durch den Zustand der Magnetflußwege 26 a und 26 b, und dieser Zustand wird wiederum durch das angelegte Feld H_a gesteuert.The switchable magnetic flux on the flux path 27 and thus the degree of coupling between the pulse source 13 and the display device 14 is determined by the state of the magnetic flux paths 26 a and 26 b, and this state is in turn controlled by the applied field H _a .

Auf Grund der Pole N und S ist ein wirksames Magnetfeld H innerhalb der Magnetflußwege 26a und 26 b proportional der Differenz zwischen dem angelegten Magnetfeld H_a und einem entmagnetisierenden Feld H_d der Pole. Außerdem verhindert das entmagnetisierende Feld H_d an den Enden der Magnetflußwege 26a und 26b den übergang eines Magnetflusses von der geschlossenen Flußbahn 27 auf die Magnetflußwege 26 a und 26 b, der die Wicklungen 28 und 29 verkettet. Dadurch wird die Abfrageschaltung, die die Impulsquelle 13 enthält, von der Teilnehmerschleife getrennt.Because of the poles N and S, an effective magnetic field H within the magnetic flux paths 26a and 26b is proportional to the difference between the applied magnetic field H _a and a demagnetizing field H _{d of} the poles. In addition, the demagnetizing field H _d at the ends of the magnetic flux paths 26a and 26b prevents the passage of magnetic flux from the closed flow path 27 to the magnetic flux paths 26 a and 26 b which links the windings 28 and 29th As a result, the interrogation circuit, which contains the pulse source 13, is separated from the subscriber loop.

Unter Bezugnahme auf F i g. 2 läßt sich der Wert des resultierenden Magnetfeldes H innerhalb der Magnetflußwege 26a und 26 b annähern, wenn man annimmt, daß das Feld homogen ist. Dann ergibt sich:Referring to FIG. 2, the value of the resulting magnetic field H within the magnetic flux paths 26a and 26b can be approximated if it is assumed that the field is homogeneous. Then we get:

H = H_a- H_d. H = H _a - H _d .

(1)(1)

Da die entmagnetisierende Feldstärke H_d proportional der Flußdichte M in Längsrichtung an den Polen N und S ist, kann die obengenannte Gleichung auch geschrieben werden:Since the demagnetizing field strength H _{d is} proportional to the flux density M in the longitudinal direction at the poles N and S, the above equation can also be written:

H = H_a- DM, H = H _a - DM,

(2)(2)

worin der Entmagnetisierungsfaktor D annähernd ist: WT where the demagnetization factor D is approximately: WT

= An= An

Γ_1η ⁴^ ,1Γ _1η ⁴ ^, 1

|_^ln w + T ¹J'| _ ^ln w + T ¹ J '

(3)(3)

wobei W die Breite, T die Dicke und L die Länge des Magnetgliedes 23 sind.where W is the width, T is the thickness and L is the length of the magnetic member 23.

Die Flußdichte oder Induktion M in Längsrichtung hängt von der angelegten Feldstärke H_a ab, wie in der folgenden Annäherung gezeigt ist, worin H₀ die Koerzitivkraft und M₅ die Sättigungsinduktion des Materials ist, aus dem das Magnetglied 13 besteht:The longitudinal flux density or induction M depends on the applied field strength H _a , as shown in the following approximation, where H _{0 is} the coercive force and M _{5 is} the saturation induction of the material of which the magnetic member 13 is made:

M=O, H₀ < H_c M = O, H ₀ < H _c

H_a-H_c H _a -H _c

M =■M = ■

(4a)
, H_c < H_a < H_c + DM₅ (4b)(4a)
, H _c < H _a < H _c + DM ₅ (4b)

Der Steuerfiuß in Längsrichtung der Magnetflußwege 26 a und 26 b kann angenähert werden durchThe control foot in the longitudinal direction of the magnetic flux paths 26 a and 26 b can be approximated by

Φ = Απ AM,Φ = Απ AM,

worin A die Querschnittsfläche des Stabes ist.where A is the cross-sectional area of the rod.

Andererseits ist der verfügbare, umschaltbare Magnetfluß Δ Φ um die öffnung 24 begrenzt durch den kleineren Querschnitt A₂ und ergibt sich zuOn the other hand, the available, switchable magnetic flux Δ Φ around the opening 24 is limited by the smaller cross section A ₂ and results in

ΔΦ = 2A₂ -AnM,. (6) ΔΦ = 2A ₂ -AnM ,. (6)

Für kleine Werte des Schleifenstromes in den Wicklungen 28 und 29 wird der Steuerfluß Φ in Längsrichtung der Magnetflußwege 26a, 26b zuerst durch den größeren Querschnitt A₁ gehen, und der umschaltbare Magnetfluß Δ Φ wird konstant bleiben, bis der Längsfluß den kritischen WertFor small values of the loop current in the windings 28 and 29, the control flux Φ in the longitudinal direction of the magnetic flux paths 26a, 26b will first pass through the larger cross section A ₁ , and the switchable magnetic flux Δ Φ will remain constant until the longitudinal flux has reached the critical value

An [A₁ + A₂) M_s An [A ₁ + A ₂ ) M _s

erreicht. Wenn dieser Wert überschritten wird, wird der umschaltbare Magnetfluß Δ Φ mit zunehmenden Steuerfluß in Längsrichtung der Magnetflußwege entsprechend der Gleichungachieved. If this value is exceeded, the switchable magnetic flux Δ Φ with increasing control flux in the longitudinal direction of the magnetic flux paths according to the equation

ΔΦ = An[A₁ + A₂)M₅-ΦΔΦ = An [A ₁ + A ₂ ) M ₅ -Φ

abnehmen. Wenn der Steuerfluß in Längsrichtung der Magnetflußwege Φ den Wertdecrease. When the control flux in the longitudinal direction of the magnetic flux paths Φ the value

An(A₁ + A₂)M₅ To (A ₁ + A ₂ ) M ₅

erreicht, ist der Querschnitt A₂ vollständig gesättigt und der verkettende Fluß zwischen den Leitern 30 und 31 auf einen vernachlässigbaren kleinen Wert verringert.is reached, the cross-section A _{2 is} completely saturated and the interlinking flux between the conductors 30 and 31 is reduced to a negligibly small value.

Die obere und untere Grenze des Schleifenstromes während des ausgehängten und eingehängten Zustandes erfordern, daß die überwachungsschaltung zwischen zwei verschiedenen Werten für das angelegte Magnetfeld unterscheidet.The upper and lower limit of the loop current during the unhooked and hung-up state require the monitoring circuit to switch between two different values for the applied Magnetic field is different.

Die Beziehung zwischen Δ Φ und H_a auf Grund des Schleifenstromes erhält man durch Kombinieren der obengenannten Gleichungen. Der Wert für H_a, bei dem Δ Φ zuerst beginnt, mit zunehmender Feldstärke abzufallen, ist definiert als H₁ und ist gleichzeitig die Feldstärke, die dem maximal zulässigen Schleifenstrom Tür den eingehängten Zustand entspricht. Es ist:The relationship between Δ Φ and _a H on the basis of loop current is obtained by combining the above equations. The value for H _a , at which Δ Φ first begins to decrease with increasing field strength, is defined as H ₁ and is at the same time the field strength that corresponds to the maximum permissible loop current door in the suspended state. It is:

H₁=H,+H ₁ = H, +

A₁ -A₂ A ₁ -A ₂

DM,. DM,.

Wenn die öffnung 24 zentrisch verläuft [A₁ = A₂), entspricht diese Feldstärke gerade der Koerzitivkraft H_c. If the opening 24 runs centrally [A ₁ = A ₂ ), this field strength corresponds precisely to the coercive force H _c .

Der Wert des angelegten Feldes H„ bei dem der umschaltbare Fluß Δ Φ verschwindet, ist definiert als H₂ und ist die Feldstärke, die dem minimal vorgeschriebenen Wert des Schleifenstromes im ausgehängten Zustand entspricht. Sie beträgt:The value of the applied field H " at which the switchable flux Δ Φ disappears is defined as H ₂ and is the field strength which corresponds to the minimum prescribed value of the loop current in the unhooked state. It amounts to:

H₂ = H,+ DM_S.H ₂ = H, + DM _S.

Entsprechend istIs accordingly

Δ Φ = 8 π X₂M₂, Η_α< H₁; (1Oa) Δ Φ = 8 π X ₂ M ₂ , Η _α <H ₁ ; (1Oa)

/1Φ =-^-(Η₂ - Η_α), H₁ < Η_α < H₂ ; (1Ob)/ 1Φ = - ^ - (Η ₂ - Η _α ), H ₁ < Η _α <H ₂ ; (1Ob)

H_a > H_c H _a > H _c

DM₅ DM ₅

(4 c)(4 c)

Δ Φ = 0, Δ Φ = 0,

H_a>H₂ H _a > H ₂

(10c)(10c)

Den Faktor D erhält man durch Auslösung der Gleichungen.für H₁ und H₂:The factor D is obtained by solving the equations. For H ₁ and H ₂ :

Fluß ΔΦ als Funktion des angelegten Feldes H_a gegeben durch:Flux ΔΦ as a function of the applied field H _a given by:

2 A,2 A,

[H₂ - H₁I [ H ₂ - H ₁ I.

L M₅ J-LM ₅ J-

Δ Φ = 8 π Δ Φ = 8 π

H_a < H₁ ;H _a < H ₁ ;

(16a)(16a)

Daraus und aus der Gleichung (3) fur D kann die Bemessung von W, L und T für geeignete Werte "von Δ Φ entnommen werden. Diese Beziehung ist graphisch durch die Steuerkennlinie in F i g. 3-wieder- ίο Δ Φ — 0, gegeben, die zeigt, daß die öffnung 24 vorteilhafterweise seitlich von der Achse 25 angeordnet wird, um H₁ zu vergrößern, während H₂ konstant bleibt.
Auf diese Weise ergibt sich, indem man ein großes ΔΦ = 8 π WT , H₁ < H₀ < H₂ ; (16b)From this and from equation (3) for D , the dimensioning of W, L and T for suitable values of Δ Φ can be taken. This relationship is graphically represented by the control characteristic in FIG. 3-again- ίο Δ Φ - 0 , which shows that the opening 24 is advantageously arranged to the side of the axis 25 in order to increase _{H 1} , while H ₂ remains constant.
In this way, by adding a large ΔΦ = 8 π WT , H ₁ <H ₀ < H ₂ ; (16b)

H₂<H_a H ₂ <H _a

(16c)(16c)

Verhältnis —τ- und einen kleinen Entmagnetisierungs-Ratio -τ- and a small demagnetization-

faktor wählt, eine große Steilheit, und zwei Werte für H₀, die nicht sehr verschieden sind, können klar unterschieden werden. Andererseits kann eine Steuerung der Ausgangskopplung bei kleinen Werten des angelegten Feldes erreicht werden, indem ein Material mit kleiner Koerzitivkraft, ein kleines Ver-factor selects a large steepness, and two values for H ₀ , which are not very different, can be clearly distinguished. On the other hand, the output coupling can be controlled for small values of the applied field by using a material with a small coercive force, a small

hältnisratio

und ein kleiner Entmagnetisierungs-and a small demagnetization

faktor benutzt werden.factor can be used.

Eine überwachungsschaltung mit Steuerkennlinien, die einen festlegbaren Knick haben, erhält man durch ein Magnetfeld 23 mit zwei öffnungen 54 a und 54 b (F i g. 4), durch die elektrische Leiter 30' und 31' geführt sind. Ein Stromimpuls von der Impulsquelle 13 im Leiter 30' ergibt eine Magnetisierung auf einer Flußbahn 57a im Uhrzeigersinn um die öffnung 54a und eine Magnetisierung auf der Flußbahn 57 b um die öffnung 54 b entgegen dem Uhrzeigersinn. Ohne ein angelegtes Feld H_a beträgt der umschaltbare Magnetfluß auf Grund des stromdurchflossenen Leiters 30':A monitoring circuit with control characteristics that have a definable kink is obtained by a magnetic field 23 with two openings 54 a and 54 b (FIG. 4) through which electrical conductors 30 'and 31' are passed. A current pulse from the pulse source 13 in the conductor 30 'results in a magnetization on a flow path 57a in the clockwise direction around the opening 54a and a magnetization to the flow path 57 b to the opening 54 b in the counterclockwise direction. Without an applied field H _a , the switchable magnetic flux due to the current-carrying conductor 30 'is:

ΔΦ = 8πτΤΜ_ί, (12) ΔΦ = 8πτΤΜ _ί , (12)

öff-open

worin r der minimale Abstand zwischen den
nungen 54 a und 54 b ist.
Ein Längsfluß Φ, dargestellt durchwhere r is the minimum distance between the
54 a and 54 b.
A longitudinal flow Φ, represented by

Φ= T(W- r - d)4nM_s, Φ = T (W- r - d) 4nM _s ,

(13)(13)

worin d der Durchmesser der öffnungen 54 a und 54 b ist, kann durch das Glied 53 fließen, ohne die Flußbahnen 57 a und 57 b einzuschnüren. Ein Längsfluß oberhalb dieser Größe verringert den wirksamen Durchmesser der Flußbahnen 57 a und 57 b proportional und verringert daher den Wert des Magnetflusses, der durch einen Abfragestromimpuls mit wechselnder Polarität auf dem Leiter 30' umgeschaltet werden kann, Der umzuschaltende Fluß wird Null, wenn der Längsfluß das Material auf beiden Seiten der Öffnungen vollständig sättigt. Das tritt ein beiwhere d is the diameter of the openings 54 a and 54 b, can flow through the member 53 without constricting the flux paths 57 a and 57 b. A longitudinal flux above this size reduces the effective diameter of the flux paths 57 a and 57 b proportionally and therefore reduces the value of the magnetic flux, which can be switched by an interrogation current pulse with alternating polarity on the conductor 30 '. The flux to be switched becomes zero when the longitudinal flux completely saturates the material on both sides of the openings. That occurs

Φ = T(W - d)AnM_s. Φ = T (W - d) AnM _s .

(14)(14)

Indem man die oben angegebenen Beziehungen kombiniert, ergeben sich die Werte für H₁ und H₂:By combining the relationships given above, the values for H ₁ and H _{2 result} :

DM_s DM _s

(15a)(15a)

Die öffnungen 54a und 54b. können seitlich herausgerückt werden, ohne diese Ergebnisse zu beeinflussen, solange die Flußbahnen 57a und 57b die Seitenbegrenzungen des Teiles 53 nicht schneiden, d. h., solange W > r + D ist und der Winkel Θ zwischen der Längsachse des Magnetgliedes 23 und r Null ist. F i g. 5 zeigt die Abhängigkeit des umschaltbaren Flusses Δ Φ als Funktion des angelegten Feldes H_a für verschiedene Lagen der öffnung 54 a relativ zur Lage der öffnung 54b, d. h., m, n, r und W werden konstant gehalten und) und k mit Θ geändert (F i g. 4). H_x ist der Wert für H_a, bei dem die Größe der Änderung von Δ Φ mit H₀ einen ersten Änderungspunkt unterschreitet. The openings 54a and 54b. can be moved out laterally without influencing these results, as long as the flux paths 57a and 57b do not intersect the side limits of the part 53, ie as long as W> r + D and the angle Θ between the longitudinal axis of the magnetic member 23 and r is zero. F i g. 5 shows the dependence of the switchable flux Δ Φ as a function of the applied field H _a for different positions of the opening 54 a relative to the position of the opening 54 b, that is, m, n, r and W are kept constant and) and k is changed with Θ ( Fig. 4). H _x is the value for H _a at which the size of the change in Δ Φ with H ₀ falls below a first change point.

Hy ist der Wert für H₀, bei dem er einen zweiten Änderungspunkt unterschreitet, und H_x ist der Wert für H₀, bei dem er einen dritten Änderungspunkt unterschreitet. Kurve α zeigt das für axial angeordnete öffnungen, d. h. Θ = 0, H_x = H_y. Wenn Θ im Gegenuhrzeigersinn wächst, bewegt sich H_x nach links und H_y nach rechts, während H_z unverändert bleibt, wie in Kurve b gezeigt. Wenn k = η + r, Hy = H. (Kurve c) ist, verschwindet der steile abfallende Teil der Kurve. Wenn Θ weiter zunimmt, nehmen der restliche Magnetfluß Δ Φ und H₁ ab, bis j = m — r, und bei diesem Wert verschwindet Δ Φ vollständig, wie durch die Kurven d und e gezeigt. Hy is the value for H ₀ at which it falls below a second change point, and H _x is the value for H ₀ at which it falls below a third change point. Curve α shows that for axially arranged openings, ie Θ = 0, H _x = H _y . As Θ increases counterclockwise, H _x moves to the left and H _y to the right, while H _z remains unchanged, as shown in curve b. If k = η + r, Hy = H. (curve c) , the steeply sloping part of the curve disappears. As Θ continues to increase, the residual magnetic flux Δ Φ and H ₁ decrease until j = m - r, at which value Δ Φ disappears completely, as shown by curves d and e .

Wenn Θ noch weiter zunimmt, wandert der geneigte Abschnitt nach links und behält seine anfängliche Steigung, bis es den Endwert bei Θ = 90° erreicht (Kurve /). Für j > m — r und fc ^ η + r (Kurven c bis e) ergibt sich:If Θ increases even further, the inclined section moves to the left and maintains its initial slope until it reaches the end value at Θ = 90 ° (curve /). For j> m - r and fc ^ η + r (curves c to e) we get:

4545 H_d H _d

j + η — rj + η - r

W 'W '

⁵⁰⁵⁰

undand

5555

6060 ΔΦ =ΔΦ =

H_a<H_x H _a <H _x

(17a)(17a)

(17b)(17b)

H_x<H_a< H_v H _x <H _a <H _v

(18a)(18a)

(18 b)(18 b)

(15b) ⁶⁵ ΔΦ = ΛπΤΝΪ,ϋ - m + r), H₀ = H, (18c)(15b) ⁶⁵ ΔΦ = ΛπΤΝΪ, ϋ - m + r), H ₀ = H, (18c)

und entsprechend · ist der verfügbare, umschaltbare und Δ Φ nimmt langsam ab, wenn H₀ über H₂ zunimmt.and accordingly · is the available, switchable and Δ Φ slowly decreases as H _{0 increases} above H ₂ .

109 553/174109 553/174

üry < m — r (Kurven e und /) ergibt sich:üry <m - r (curves e and /) we get:

DM₅ DM ₅

H_y = H_c + DM₅ H _y = H _c + DM ₅

j + η - r W j + η - r W

j + η + r W j + η + r W

Δ Φ = 8.-rrTM_s, H_a< H_x; Δ Φ = 8.-rrTM _s , H _a <H _x ;

(19a)(19a)

(19b)(19b)

(20 a)(20 a)

H_x<H_a< H_v H _x <H _a <H _v

ΔΦ= 0, ΔΦ = 0,

(20b)(20b)

(20c)(20c)

2020th

Es kann daher der geschlossene Weg für den remanenten Magnetfluß, der flankiert wird von dem axialen, nicht remanenten Magnetfluß, gebildet werden entweder durch eine einzige öffnung, die aus der Achse des Magnetgliedes gerückt werden kann, oder durch zwei öffnungen, und zwar je nach der gewünschten Empfindlichkeit und Eigenschaft der überwachungsschaltung. In jedem Fall ist jedoch eine Trennung zwischen den Schaltungen, die den beiden Magnetflußwegen zugeordnet sind, sichergestellt.It can therefore be the closed path for the remanent magnetic flux that is flanked by the axial, non-remanent magnetic flux, are formed either by a single opening from the Axis of the magnetic member can be moved, or through two openings, depending on the desired Sensitivity and characteristics of the monitoring circuit. In each case, however, there is one Separation between the circuits associated with the two magnetic flux paths is ensured.

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for monitoring the flow of currents in circuits, such that the The flow of the currents themselves or the exceeding or falling below of specified current values can be displayed is, with a magnetic member made of a magnetically saturable material, the at least one Opening for forming and delimiting a closed flow path surrounding the opening contains, as well as with an auxiliary voltage source and a display device that is used to generate or display of flux changes in the flux path are coupled with this, d a by characterized in that the magnetic member (23) is rod-shaped and one axial, essentially non-remanent flux path (26) which has a remanent flux path (27) flanked around the opening (24) on both sides and that the circuit to be monitored with the magnetic member (23) is coupled via coupling means such that one of the current value of the To be monitored circuit-dependent magnetic flux of such a size in the non-remanent Flux path (26) can be introduced that the amount of for a switch in the remanent flux path available magnetic flux is controllable.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the auxiliary voltage source is a Contains pulse source (13).

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the magnetic member (23) from

a material with a substantially rectangular hysteresis loop, that the coupling means consist of windings (28, 29) which are coaxial are applied to the magnetic member (23), and that the auxiliary voltage source (13) and the J Display device (14) each connected to a conductor (30 or 31) leading through the opening (24) are.

4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the opening (24); asymmetrical with respect to the middle longitudinal! axis (25) of the magnetic member (23) is arranged and that the magnetic member has a degaussing factor

D =

(H₂ - H₁)(H ₂ - H ₁ )

2A₂ 2A ₂

has, wherein the size -r- is the ratio of the

^Al ^A l

is the maximum to the minimum cross-sectional section of the magnetic member, the size (JFi ₂ - H ₁ ) is the difference between the value for the field strength of the non-remanent flux path (26) at which the switching of the magnetic flux of the remanent flux path (27) is first influenced, and the value for the field strength of the non-remanent flux path (26) at which the switching is suppressed, and in which the quantity M _{s is} the saturation magnetization of the magnetic member (23) (FIG. 2).

5. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the magnetic member (23) has two openings (54 a, 54 b), each of which has a self-contained remanent flux path (57α, 57 b) limit, and that the auxiliary voltage source (13) in the opposite direction to the two openings (54 a, 54 b) is coupled so that the direction of the remanent magnetic fluxes around the openings (54 a, 54 b) between these openings is the same (FIG. 4).

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the two openings (54 a, 54 b) are not further apart than the sum of one of the two distances, / + η and m + k, where j and k is the minimum lateral distance opposite sides of the first opening (54 a) from corresponding side edges of the magnetic member (23) and m and η are the minimum lateral distance between opposite sides of the second opening (54 b) from corresponding side edges of the magnetic member (23) (Fig. 4) .

7. Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that there are a plurality of openings extending through the magnetic member, each of which has an annular zone which a switchable remanent magnetic flux proportional to the field strength of the non-remanent Has the flow path and corresponds to the relationships:

ΔΦ =ΔΦ =

11 1211 12

where applied magnetic field, Δ Φ the switchable magnetic flux, W the width, T the thickness, D the design

(^ - d) magnetization factor and H _{c is} the coercive force

W of the magnetic member (23), d is the diameter and r

5 the minimum distance between the openings,

in which means: H _{a is} the size of the an- where r <(W - d) .

1 sheet of drawings