DE1766450C3 - Schaltungsanordnung zur Ermittlung eines einen elektrischen Leiter durchfließenden Stromes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung eines einen elektrischen Leiter durchfließenden Stromes, mit einer Meßsonde, mit einem einen feststehenden Kernteil und einen dazu bewegbaren Kernteil aufweisenden Magnetkern, der den elektrischen Leiter umschließt, dessen Strom zu ermitteln ist und mit einer von dem Magnetkern getragenen Kernwicklung, die auf einen in dem Magnetkern auf einen den genannten Leiter durchfließenden Strom hin erzeugten Magnetfluß anspricht und die mit einer der Meßsonde zugehörigen Verstärkungseinrichtung verbunden ist.

Aus der US-PS 29 28 048 ist eine Schaltungsanordnung mit einer Meßsonde, mit einem Magnetkern, der einen Stromfaden umschließt, und mit einer von dem Magnetkern getragenen Kernwicklung bekannt, die mit einer der Meßsonde! zugehörigen Verstärkungseinrichtung verbunden ist. Insoweit gehört eine Schaltungsanordnung mit den vorstehend angegebenen, den Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bildenden Merkmalen, zum

Stand der Technik.

Aus der DE-PS 7 27 814 ist es bei einer Entmagnetisierungsvorrichtung bekannt, daß die Kernwicklung Teil eines Oszillatorschwingkreises einer Oszillatorschaltung ist und daß Schalter vorgesehen sind, durch deren Betätigung die Kernwicklung mit dem weiteren Teil der Oszillatorschaltung zur Erzeugung von zur Entmagnetisierung des Magnetkerns führenden Schwingungen verbindbar ist Diese bekannte Vorrichtung dient jedoch nicht zur Ermittlung eines einen elektrischen Leiter durchfließenden Stromes. Es sei jedoch an dieser Stelle bereits darauf hingewiesen, daß die noch zu betrachtende Weiterbildung des Anmeldungsgegenstandes gemäß dem Patentanspruch 4 aus dieser Druckschrift bekannt ist.

b5 Aus der DE-AS 10 62 566 ist eine Entmagnetisierungsvorrichtung mit einem in einem Magnetkern angeordneten Hallgenerator bekannt, bei der der Magnetkern des Hallgenerators mit Hilfe eines

niederfrequenten Wechselfeldes entmagnetisierbar ist, dessen Amplitude nach einer e-Funktion abnimmt Auch diese bekannte Vorrichtung wird nicht bei einer Schaltungsanordnung zur Ermittlung eines einen elektrischen Leiter durchließenden Stromes benutzt

Im Hinblick auf noch näher zu betrachtende weitere Ausgestaltungen des Anmeldungsgegenstandes nach den Patentansprüchen 5 und 6 sei an dieser Stelle noch erwähnt, daß die Gegenstände dieser Ausgestaltungen aus der CH-PS 2 25 661 bekannt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art eine Magnetisierung des vorgesehenen Magnetkernes aufzuheben ist

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Kernwicklung Teil eines Oszillatorschwingkreises einer Oszillatorschaltung ist und daß Schalter vorgesehen sind, durch deren Betätigung die Kernwicklung mit dem weiteren Teil der Oszillatorschaltung zur Erzeugung von zur Entmagnetisierung des Magnetkerns führenden Schwingungen verbindbar ist

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß mit relativ geringem schaltungstechnischem Aufwand eine Magnetisierung des bei der eingangs genannten Schaltungsanordnung vorgesehenen Magnetkerns aufgehoben werden kann.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist eine durch den Magnetfluß des Magnetkernes gesteuerte Hall-Platte vorgesehen, die einen einem Magnetfluß konstanter Größe und einem sich mit niedrigerer Frequenz ändernden Magnetfluß entsprechenden Strom an eine Verstärkungseinrichtung abgibt, welche einen diesem Strom entsprechenden höheren Strom an die Kernwicklung mit solchem Vorzeichen abgibt daß ein dem Magnetfluß, der durch den den Leiter durchfließenden Strom verursacht ist entgegengerichteter Magnetfluß entsteht Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer besonders einfachen Möglichkeit der Entmagnetisierung des vorgesehenen Magnetkerns.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist durch die Betätigung der Schalter die Kernwicklung bei Verbindung mit dem weiteren Teil der Oszillatorschaltung von der Verstärkungseinrichtung abschaltbar. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders einfache Trennung zwischen einem Entmagnetisierungsstromkreis und einem Meßstromkreis.

Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung enthält der Oszillatorschwingkreis einen ersten Kondensator, dem die Kernwicklung mit Hilfe der Schalter unter Bildung eines Parallelschwingkreises parallelschaltbar ist, der gedämpfte Schwingungen bestimmter Frequenz erzeugt Hierdurch ergibt sich ein relativ einfacher Aufbau des Oszillatorschwingkreises.

Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist die Oszillatorschaltung so ausgelegt, daß die zu Beginn eines Schwingungszustands der Oszillatorschaltung auftretenden Schwingungen eine Amplitude besitzen, durch die der Magnetkern abwechselnd in beiden Magnetisierungsrichtungen gesättigt ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders sichere Entmagnetisierung des Magnetkerns.

Von Vorteil bei der zuletzt betrachteten zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist es gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung, wenn ein im rüchtschwingenden Zustand der Oszillatorschaltung auf einen bestimmten Spannungswert aufgeladener zweiter Kondensator auf die Betätigung von weiteren Schaftern an die Oszillatorschaltung eine Spannung abgibt auf die hin die Oszillatorschaltung die gedämpften Schwingungen erzeugt Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders einfache und dennoch sichere Inbetriebsetzung der Oszillatorschaltung.

Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist eine Schaltersteuereinrichtung vorgesehen, welche eine solche Steuerung der im Oszillatorschwingkreis angeordneten und zur Ladung des zweiten Kondensators dienenden Schalter sowie weiterer Schalteinrichtungen bewirkt daß die Verstärkungseinrichtung bei geöffnetem Oszillatorschwingkreis einen dem Hall-Platten-Strom entsprechenden verstärkten Strom an die Kernwicklung abgibt und bei geschlossenem Oszillatorschwingkreis ein Nullsignal abgibt Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß mit relativ geringem schaltungstechnischem Aufwand sichergestellt ist daß zum einen durch die genannte Kernwicklung ein dem Hall-Strom entsprechender Strom geleitet wird, so daß in dem Magnetkern ein Magnetfluß entsteht der entgegengesetzt ist zu dem Magnetfluß, der durch den den Leiter durchfließenden Strom hervorgerufen wird, und daß zum anderen der Oszillatorschwingkreis ohne irgendeine Beeinflussung hinsichtlich der Entmagenetisierung des Magnetkerns zur Wirkung gelangen kann.

Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung enthält die Oszillatorschaltung zwei mit ihren Eingangs- und Ausgangselektroden kreuzweise rückgekoppelte Transistoren, deren jeder mit seiner Steuerelektrode mit dem Kondensator des Oszillatorschwingkreises verbunden ist Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein besonders einfacher Aufbau der Oszillatorschaltung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 in einem vereinfachten Blockschaltbild eine Strom-Meßsonde und eine Entmagnetisierungsanordnung,

Fig.2 in einem Blockschaltbild schematisch eine besondere Schaltungsanordnung.

Gemäß F i g. 1 enthält eine Strom-Meßsonde einen durch gestrichelte Linien angedeuteten Körper 10 mit einem Magnetkern 12 an dessen vorderen Ende. Dieser Magnetkern 12 besitzt einen oberen bewegbaren Teil 14 und einen unteren feitstehenden Teil. Der feststehende Teil des Magnetkerns enthält einen L-förmigen Teil 16 und einen I-förmigen Teil 18. Der I-förmige Teil 18 ist in geeigneter Weise am vorderen Ende der Meßsonde senkrecht zu dem benachbarten L-förmigen Teil 16 angeordnet, so daß sich ein U-förmiger feststehender Magnetkernteil ergibt

Der bewegbare Kernteil 14 ist in bezug auf den feststehenden Kernteil verschiebbar; er kann in bezug auf die Meßsonde in Längsrichtung in eine Ausnehmung 20 eingeführt werden. Wenn der Kernteil 14 sich in seiner zurückgezogenen Stellung in der Ausnehmung 20 befindet, kann ein Leiter 22 in den U-förmigen unteren Kernteil eingeführt werden. Dann wird der bewegbare Kernteil 14 aus der Ausnehmung 20 herausgeführt und in seine den unteren U-förmigen Kernteil verschließende Stellung gebracht. Damit ist dann, wie aus F i g. 1

hervorgeht, ein magnetischer Kreis um den elektrischen Leiter 22 herum geschlossen. Bei dem Leiter 22 handelt es sich um den Leiter, der von einem Strom durchflossen wird, welcher zu messen ist.

Sowohl der bewegbare als auch der feststehende Teil des Magnetkerns 12 bestehen aus magnetischem Material, vorzugsweise aus Ferritmaterial. Der Hauptteil zumindest des feststehenden Magnetkernteiles besteht vorzugsweise aus hochpermeablem Ferrit. Zwischen dem I-förmigen Teil 18 und dem L-förmigen Teil 16 befindet sich eine Hall-Einrichtung 24, die zweckmäßigerweise Querschnittsflächen aus hochohmigem Ferrit oder Isoliermaterial, z. B. aus Siliziummonoxyd, und zwischen diesen Schichten eine Halbleiter-Hallplatte enthält, die auf eine der hochohmigen Schichten aufgedampft ist. Diese Hall-Einrichtung wird zur Messung der Gleichstromkomponente und der niederfrequenten Komponenten des den Leiter 22 durchfließenden Stromes verwendet

Um den L-förmigen Teil 16 des Magnetkerns ist in geeigneter Weise als Sekundärwicklung eine Kernwicklung 26 herumgewickelt. Die Enden dieser Spule sind mit bewegbaren Kontakten 28 und 30 eines doppelpoligen Umschalters verbunden, dessen feststehende Kontakte 32 und 34 die betreffende Spule an einen Strom-Meßsonden-Verstärker anzuschalten erlauben. Dieser Verstärker verstärkt Wechselströme, die auf Grund von in der Kern wicklung 26 induzierten Spannungen fließen. Vom Hall-Generator 24 gelieferte Gleichströme werden dabei der Kernwicklung 26 mit solchem Vorzeichen zugeführt, daß ein Magnetfeld erzeugt wir j, das dem Magnetfeld entgegengerichtet ist, welches sich auf Grund des den Leiter 22 durchfließenden Stromes ergibt Diese Ströme werden ebenfalls in dem Strom-Meßsonden-Verstärker verstärkt In ihrer zweiten Stellung sind die bewegbaren Kontakte 28 und 30 mit feststehenden Kontakten 36 und 38 verbunden. In dieser Schalterstellung ist die Spule 26 mit einer Kapazität 40 verbunden, die zusammen mit der Kernwicklung 26 den Schwingkreis eines Oszillators 42 bildet

Der Magnetkern 12 ist durch eine magnetische Abschirmung abgeschirmt Diese magnetische Abschirmung enthält einen bewegbaren Teil 27, der mit dem bewegbaren Kernteil 14 über eine Isolierschicht 29 verbunden ist Ferner ist ein feststehender magnetischer Abschirmteil 31 Ober eine Isolierschicht 33 mit dem feststehenden Magnetkernteil verbunden. Die Abschirmung wird durch magnetisches Material bewirkt

Um einen einen elektrischen Leiter durchfließenden Strom zu messen, wird bei der in F i g. 1 dargestellten Meßanordnung der bewegbare Teil 14 des Magnetkerns 12 in die Ausnehmung 20 des Meßsondenkörpers 10 zurückgeschoben, und dann wird in den unteren Teil des Magnetkerns der in Frage kommende Leiter 22 eingeführt Sodann wird der obere Teil 12 über den unteren Teil geschoben, wodurch um den Leiter 22 herum ein magnetischer Kreis geschlossen ist Es sei bemerkt, daß in dem Magnetkern 12 ein dem den Leiter 22 durchfließenden Strom entsprechender Magnetfluß induziert wird. Dabei werden mit Hilfe der Hall-Einrichtung 24 zumindest die niederfrequenten Komponenten und die Gleichstromkomponenten dieses Flusses gemessen. Höherfrequente Komponenten des Flusses können mit Hilfe der Kernwicklung 26 gemessen werden.

Die Kernwicklung 26 erfüllt neben der erwähnten Funktion noch zwei weitere Funktionen. Erstens wird sie von einem Gleichstrom durchflossen, der dem vor der Hall-Einrichtung (über in F i g. 1 nicht nähei dargestellte Schaltungseinrichtungen) gelieferten Stron entspricht. Zweitens wird die Kernwicklung 26 zui Entmagnetisierung des den Magnetkern 12 enthalten den magnetischen Kreises verwendet, so daß fehlerhaf te permanente Magnetisierungen die Meßgenauigkei der Meßsonde, insbesondere im Hinblick auf den Leit3i 22 durchließende Gleichströme nicht beeinflussen

ίο Wenn die Schalterkontakte 28 und 30 in die untere Schalterstellung gebracht sind, ist die Kernwicklung 2i von dem Strom-Meßsonden-Verstärker und damit vor der ihr den Ausgangsstrom der Hall-Einrichtung 2< liefernden Schaltungsanordnung abgeschaltet Mit ir der unteren Schalterstellung befindlichem Schalter isi die Kernwicklung 26 dem Kondensator 40 paralle geschaltet, wodurch ein die Kernwicklung 26 und der Kondensator 40 enthaltender Parallelschwingkrei: geschlossen ist. Dieser Schwingkreis stellt den Schwing kreis des Oszillators 42 dar, der auf die Zuführung eine; Schwingungs-Auslöseimpulses hin, welcher bei Verbindung der Schalterkontakte 28, 20 mit den Schalterkon takten 36, 38 auftritt, zu schwingen anfängt. Dei Oszillator fängt somit z. B. zu dem Zeitpunkt an zt schwingen, zu dem die Schalterkontakte betätigi werden.

Der den zuvor genannten Schwingkreis enthaltende Oszillator 42 vermag in der Kernwicklung 26 eins gedämpfte Stromschwingung mit dem in der Zeichnun§ angedeuteten Verlauf 43 zu erzeugen. Der durch die Kernwicklung 26 des Schwingkreises fließende Strom besitzt eine hinreichend hohe Amplitude, um wenigsten; während des Beginns der gedämpften Schwingunger oder während des Auftretens von Schwingungen mil höherer Amplitude abwechselnd eine Sättigung in positiver und negativer Magnetisierungseinrichtung des Magnetkerns zu bewirken. Der Magnetkern 12 wird dadurch wirksam entmagnetisiert Die durch den zunächst in einer Richtung erfolgenden Magnetfluß und dann durch einen in entgegengesetzter Richtung gerichteten Magnetfluß erfolgende Sättigung des Magnetkerns überschreitet erheblich den im Magnetkern noch vorhandenen Restmagnetismus. Wenn die Amplitude der gedämpften Schwingungen abnimmt durchläuft die Magnetkemmagnetisierung ständig kleiner werdende Hysteresisschreifen, bis der gesamte Restmagnetismus praktisch beseitigt ist Bei einer besonderen Ausführungsform betrug die Frequenz der gedämpften Schwingungen des die Kernwicklung 26 und den Kondensator 40 enthaltenden Schwingkreises etwal0bisl5kHz.

In Fig.2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt Die hier schematisch dargestellte Meßsonde 10' enthält Elemente, wie sie bei dem Ausführungsbei spiel gemäß F i g. 1 bereits erläutert worden sind. Dabei sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fi g. 1 bereits vorgesehene Elemente hier mit gleichen Bezugszeichen, zusätzlich jedoch mit einem Apostroph bezeichnet Die Hallsonde 24' ist in einer um 90° aus ihrer normalen Stellung geschwenkten Stellung gezeigt, so daß ihre Anschlüsse einfacher darstellbar sind. Die Hallsonde enthält eine Halbleiterplatte 44, die derart in dem magnetischen Kreis eingefügt ist, daß sie nahezu den gesamten Magnetfluß des Magnetkerns 12' erfaßt Ober

6', erste Verbindungsleitungen 46 48 wird die Ausgangsspannung der Hall-Platte einem Gleichstrom-Differenzverstärkter 50 mit hoher Verstärkung zugeführt Ober zweite Verbindungsleitungen 52, 53 wird von dem

Verstärker ein Gleichstrom durch die Hall-Platte hindurchgeleitet, und zwar zwischen Punkten, deren Verbindungslinie senkrecht zu der Verbindungslinie zwischen den Punkten liegt, an denen die Verbindungsleitungen 46 und 48 angeschlossen sind. Die an den Verbindungsleitungen 46, 48 abnehmbare Hall-Spannung bzw. der zufolge dieser Spannung fließende Strom ist ein Maß für den Magnetfluß in dem Kern 12' insbesondere für einen weitgehend konstanten oder sich nicht ändernden Magnetfluß.

Der Ausgang des Verstärkers 50 ist mit dem Eingang eines zwei Transistoren 54, 56 enthaltenden Umkehr-Gleichspannungsverstärkers verbunden. Die Basiselektroden der beiden Transistoren 54, 56 nehmen das Gleichstrom-Ausgangssignal des Verstärkers 50 auf. Die Emitter der Transistoren 54, 56 sind über ein Widerstandsnetzwerk, enthaltend einen veränderlichen Widerstand 58, durch den die Verstärkung des Verstärkers eingestellt werden kann, miteinander verbunden. Von den Kollektorelektroden der beiden Transistoren 54, 56 abnehmbare Ausgangssignale des Phasenumkehr-Verstärkers werden der Basis und dem Emitter eines Transistors 60 zugeführt, dessen Kollektor mit den Basiselektroden zweier Transistoren 62, 64 sowie mit der Kollektorelektrode eines Transistors 66 verbunden ist. Die Emitterelektrode des Transistors 62 ist über einen als Konstantstromquelle wirkenden Transistor 68 mit dem positiven Pol einer Spannungsquelle verbunden; der Emitter des Transistors 64 ist in entsprechender Weise über einen als Konstantstromquelle wirkenden Transistors 70 mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle verbunden. Der Emitter des Transistors 62 steuert die Basis eines Transistors 72, dessen Emitterelektrode über einen Wärmestabilisierungswiderstand 74 an einen entsprechenden Wärme-Stabilisierungswiderstand 76 für den Transistor 7θ angeschlossen ist. Die Basis dieses Transistors 78 wird vom Emitter des Transistors 64 her gesteuert. Der Verbindungspunkt der beiden Wärmestabilisierungswiderstände 74, 76 ist über einen Widerstand 82, dein eine Induktivität 84 parallel geschaltet ist, an einen feststehenden Schalterkontakt 80 angeschlossen. Der Widerstand 82 stellt einen Zb-Abschluß für eine zwischen dem bewegbaren Schalterkontakt 83 und der Kernwicklung 26' verlaufende Koaxialleitung dar; die Induktivität 84 stellt eine zusätzliche Ausgangssteuerung bei niedrigen Frequenzen sicher. Ein aus der Reihenschaltung eines Widerstands 87 und eines Kondensators 86 bestehendes ÄC-Netzwerk kompensiert induktive Komponenten der Transistoren 72 und 78. Die Transistoren 62 und 72 sowie die Transistoren 64 und 78 sind vorzugsweise über ein Kühlblech miteinander verbunden, um jegliche aufgrund von Wärmeunterschieden in diesen Transistoren sich ergebende, zu fehlerhaften, hohen Strömen führende kumulative Wirkungen zu vermeiden.

Der den den Transistor 72 ansteuernden Transistor 62 enthaltende Verstärker ist ein Doppel-Emitter-Foiger mit niedriger Ausgangsimpedanz am Emitter des Transistors 72; der die von der gleichen Signalquelle angesteuerten Transistoren 64 und 78 enthaltende Verstärker stellt einen entsprechenden Verstärker dar. Die Transistoren sind derart vorgespannt, daß der Transistor 72 nur auf seiner Basis zugeführte positive Eingangssignale hin einen nennenswerten Strom führt, während der Transistor 78 nur auf entsprechend zugeführte negative Signale hin einen nennenswerten Strom führt Es sei bemerkt, daß bei Auftreten eines nahezu Null Volt betragenden Eingangssignals am Kollektor des Transistors 60 eine Ausgangsspannung von nahezu 0 Volt und damit eine entsprechende Spannung an dem feststehenden Schalterkontakt 80 auftritt. Wenn jedoch das Signal am Kollektor des Transistors 60 einen Wert über oder unter Erdpotential annimmt, wird der Verbindungspunkt der beiden Wärmestabilisierungswiderstände 74 und 76 sowie der Schalterkontakt 80 ein entsprechendes, über oder unter Erdpotential liegendes Potential führen.

Der Transistor 60 wird durch einen von der Hall-Platte über die Verbindungsleitungen 46 und 48 in einer ersten Richtung fließenden Strom in eine Richtung und auf einen von der Hall-Platte aus über diese Leitungen mit entgegengesetztem Vorzeichen fließenden Strom hin in entgegensetzte Richtung ausgesteuert. Damit liegt das Gleichspannungssignal am Schalterkontakt 80 oberhalb oder unterhalb von Erdpotential, je nach Richtung bzw. Vorzeichen des von der Hall-Platte aus fließenden Stromes. Die Größe des betreffenden Gleichstromsignals besitzt einen der Amplitude des Hall-Platten-Stromes entsprechenden Wert. Damit stellt das an dem feststehenden Schalterkontakt 80 auftretende Signal ein Maß für die Richtung und Amplitude des in dem Magnetkern 12' vorhandenen Magnetflusses dar. Die Transistoren 54,56,60,62,64,72 und 78 können als Gleichstrom-Verstärkungseinrich"-tung angesehen werden, die eine Vergrößerung des phasendrehenden Gleichspannungsverstärkers 50 darstellt

Der feststehende Schalterkontakt 80 ist normalerweise mit einem bewegbaren Schalterkontakt 83 verbunden, der durch eine Entmagnetisierungs-Schaltersteuerungseinrichtung 85 betätigbar ist Der bewegbare Kontakt 83 verbindet normalerweise den feststehenden Kontakt 80 mit einem Ende der Kernwicklung 26'. Das andere Ende der Kernwicklung 26' ist an einem ebenfalls durch die Entmagnetisierungs-Schaltersteuerungseinrichtung 85 betätigbaren bewegbaren Schalter-Kontakt 88 angeschlossen, der normalerweise mit einem feststehenden Kontakt 90 verbunden ist. Das an dem feststehenden Kontakt 90 auftretende Signal wird über ein veränderliches und geeichtes Dämpfungsglied 94 einem Meßsonden-Verstärker 92 zugeführt Der Verstärker 92 ist ein Breitbandverstärker, von dessen Ausgang 96 ein Ausgangssignal abnehmbar ist

Das am Ausgang 96 des Verstärkers 92 abnehmbare Ausgangssignal ist eine Kombination des Hall-Stromes, wie er dem feststehenden Schalterkontakt 80 über die

so vorstehend erwähnte Gleichspannungs-Verstärkungseinrichtung zugeführt worden ist, und des Stromes, der auf Grund der in der Kernwicklung 26' induzierten Spannung fließt Das Ausgangssignal des Verstärkers 92 enthält somit von der Hall-Einrichtung 24' gelieferte Komponenten niedriger Frequenz bis herab zur Frequenz Null und höherfrequente Komponenten, wie sie in der Kernwicklung 26' induziert werden. Da der Verstärkerausgang am feststehenden Schalterkontakt 80 mit der Kernwicklung 26' in Reihe liegt, wird somit ein dem Hall-Strom entsprechender Strom durch die Kernwicklung 26' geleitet Dieser Strom fließt in solcher Richtung, daß in dem Magnetkern 12' ein Magnetfluß entsteht, der entgegengesetzt ist zu dem Magnetfluß, der durch den den Leiter 22" durchfließenden Strom hervorgerufen wird. Deshalb arbeitet die Meßsonden-Anordnung bei niedrigen Frequenzen als Gleichstromtransformator, wobei die Gleichströme bzw. die mit niedriger Frequenz auftretenden Ströme in der

Kernwicklung 26' dem ansteigenden Fluß in gleichem Maße entgegenwirken oder diesen unwirksam machen. Die Kernwicklung 26' arbeitet selbst bei höheren Frequenzen wirksam, um einen Fluß hervorzurufen, der einem aufgrund von in ihr fließenden höherfrequenten Strömen ansteigenden Fluß entgegensteht.

Die Bandbreite des Verstärkers 50 und die Verstärkung der Schaltung sind mit Hilfe des veränderlichen Widerstands 58 einstellbar; durch diesen Widerstand ist der Übergang zwischen dem bei niedriger Frequenz liegenden Feststellbereich der die Hall-Einrichtung enthaltenden Anordnung und dem zugehörigen, allein durch die Kernwicklung 26' erfaßten höherfrequenten Feststellbereich einstellbar. Die Bandbreite muß groß gegenüber der L/R-Zeitkonstante, die durch die Induktivität der Kernwicklung 26' und die Widerstandbelastung, z. B. der Dämpfungswiderstand 94, bestimmt ist, sein. Bei dieser Vorrichtung werden die höheren und niedrigen Frequenzbereiche der Meßvorrichtung im wesentlichen zusammengeführt, um am Ausgang 96 des Verstärkers 92 ein Ausgangssignal zu erhalten, das ein genaues Maß des den Leiter 22' durchfließenden Stroms von hohen Frequenzen herab bis zur Frequenz Null, d. h. einschließlich der Gleichstromkomponente des betreffenden Stroms, darstellt. Das am Ausgang 96 des Verstärkers 92 auftretende Ausgangssignal wird in einem Oszilloskop oder einer anderen Meßeinrichtung zur Registrierung oder Abbildung des den Leiter 22' durchfließenden Stroms zugeführt.

In einer zweiten Stellung der Schaltersteuerungseinrichtung 85 sind der bewegbare Kontakt 83 mit dem feststehenden Kontakt 98 und der bewegbare Kontakt 88 mit dem feststehenden Konstakt 100 verbunden. Die Kontakte 98 und 100 sind mit der jeweils einen Belegung eines Schwingkreiskondensators 102 verbunden. Dieser Kondensator ist Teil eines Rückkopplungsoszillators, zu dem zwei über Kreuz gekoppelte Transistoren 104 und 106 gehören. Die Basis des Transistors 104 ist dabei mit dem Kollektor des Transistors 106 über die Parallelschaltung eines Widerstands 106 und der Reihenschaltung des Kondensator 110 und eines Widerstands 112 verbunden, in entsprechender Weise ist die Basis des Transistors 106 über die Parallelschaltung eines Widerstands 114 und der Reihenschaltung eines Kondensators 116 und eines Widerstands 118 mit dem Kollektor des Transistors 104 verbunden. Der Kondensator 102 verbindet den Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 110 und dem Widerstand 112 mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 116 und dem Widerstand 118.

Der Emitter des Transistors 106 liegt auf negativem Potential; der Emitter des Transistors 104 ist über einen Widerstand 122 mit einem normalerweise geöffneten Schalter 120 verbunden. Der Emitter des Transistors 104 ist ferner über einen Kondensator 124 mit Erde verbunden. Der Schalter 120 verbindet den Schwingkreis mit dem feststehenden Schalterkontakt 126, der seinerseits mit einem bewegbaren Kontakt 128 verbindbar ist Zu diesem Zweck muß sich die Schaltersteuerungseinrichtung 85 in ihrer unteren Stellung bzw. in ihrer Arbeitsstellung befinden. Der bewegbare Kontakt 128 liegt normalerweise an einem feststehenden Kontakt 130 an, der mit dem Verbindungspunkt eines Widerstands 132 und eines Kondensators 134 verbunden ist, welcher mit seiner einen Belegung auf Erde und mit seiner anderen Belegung über den Widerstand 132 an einer positives Potential führenden Klemme liegt Mit dem bewegbaren Kontakt 128 ist ein Kondensator 138 mit seiner einen Belegung verbunden; die andere Belegung des Kondensators 138 liegt auf Erde.

Wenn die Schaltersteuerungseinrichtung 85 sich in ihrer oberen normalen Stellung befindet, sind der feststehende Kontakt 80 und die Kernwicklung 26' in Reihe geschaltet, wodurch, wie oben bereits erwähnt, dem Dämpfungsglied 94 ein Eingangssignal zugeführt wird. Wenn die Schaltersteuerungseinrichtung 85 in ihre

ίο untere Stellung geführt ist, verbinden die bewegbaren Kontakte 83 und 88 die Kernwicklung 26' mit dem Kondensator 102, wodurch ein Parallelschwingkreis für den Oszillator geschlossen ist. Bei in dieser oberen Stellung befindlicher Entmagnetisierungs-Schaltersteuerungseinrichtung 85 wird der Kondensator 138 über den Widerstand 132 auf eine Spannung von etwa + 16V aufgeladen. Wird die Entmagnetisierungs-Schaltersteuerungseinrichtung 85 nunmehr betätigt, so verbindet der bewegbare Kontakt 128 den Kondensator 138 mit dem feststehenden Kontakt 126; wenn der Schalter 120 dabei geschlossen wird, fließt vom Kondensator 138 über die Transistoren 104 und 106 und durch die Kernwicklung 26' ein Strom. Dadurch wird dem Oszillator der Betriebsstrom während der Entladung des Kondensators 138 zugeführt. Während dieser Zeitspanne bewirkt die kreuzweise Kopplung der Transistoren der Oszillatorschaltung eine genügende Rückkopplung, um eine Schwingung entstehen und einen Strom in dem die Kernwicklung 26' und den Kondensator 102 enthaltenden Schwingkreis mit der Resonanzfrequenz der Schaltung zirkulieren zu lassen. Diese Frequenz liegt zweckmäßig zwischen 10 und 15 kHz. Die Amplitude der Schwingung nimmt jedoch zufolge der Entladung des Kondensators 138 allmählich nach einer e-Funktion ab. Dabei besitzt der durch die Kernwicklung 26' zirkulierende Strom mit Schwingungsbeginn eine genügend hohe Amplitude, um den Magnetkern 12' zuerst in der einen und dann in der anderen Magnetisierungsrichtung zu sättigen. Wenn die

w Amplitude der in Fig.2 mit 139 angedeuteten Schwingungen abnimmt, wird der restliche Magnetismus des Magnetkerns 12' nahezu Null, wodurch der Magnetkern 12' entmagnetisiert ist. Es sei bemerkt daß der Entmagnetisierungsvorgang nur eine kurze Zeitspanne in Anspruch nimmt und daß deshalb die Entmagnetisierungs-Steuereinrichtung 85 einen Druckknopf oddgL enthalten kann, der lediglich während einer kurzen Zeitspanne betätigt zu werden braucht Die betreffende Zeitspanne hängt von der Entladezeit des Kondensators 138 ab. Zweckmäßigerweise schwingt die Schaltung etwa ¹Ao Sekunde lang.

Die Oszillatorschaltung enthält zweckmäßigerweise den normalerweise geöffneten Schalter 120. Dieser Schalter wird durch einen Bügel oder Halter für den Meßsondenkörper HO' (nicht gezeigt) geschlossen. Die Schaltung wird damit lediglich dann in Betrieb gesetzt wenn der Meßsondenkörper in einen solchen Bügel oder Halter eingesetzt ist Deshalb ist der Meßsondenkörper während des Entmagnetisierungsvorganges mif der den Leiter 22' enthaltenden Schaltung nicht verbunden. Da die Kernwicklung 26' während der kurzen Entmagnetisierungszeitspanne von nennenswerten Strömen durchflossen wird, könnten sonst derartige Ströme Beschädigungs-Ströme in dem Leiter 22' fließen lassen, was insbesondere in dem Fall gefährlich wäre, in dem dieser Leiter mit einer bei niedrigem Pegel arbeitenden Schaltungsanordnung verbunden wäre.
Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 enthält noch

einen durch die Entmagnetisierungs-Schaltersteuerungseinrichtung 85 betätigbaren bewegbaren Kontakt 140. In der unteren Schalterstellung des bewegbaren Kontakts 140 ist dieser mit einem feststehenden Kontakt 142 verbunden, der auf einem Potential von +16 V liegt. Der Schalter dient dazu, über einen Widerstand 144 einen Kondensator 146 auf dieses positive Potential aufzuladen. Die andere Belegung des Kondensators 146 liegt auf einem Potential von —16 V. Die Kapazität des Kondensators 146 kann eine nennenswerte Größe besitzen; so wurde für den Kondensator 146 bei einer aufgebauten Schaltungsanordnung eine Kapazität von 47 μΡ gewählt. An dem Verbindungspunkt des Widerstandes 144 und des Kondensators 146 ist über einen Widerstand 148 die Basis des Transistors 66 angeschlossen. Über einen Widerstand 150 wird die Basis dieses Transistors im weiteren auf —16 V gehalten; über einen Kondensator 152 geringer Kapazität ist die Basis des Transistors 66 geerdet. Der Emitter des Transistors 66 ist über eine in Stromflußrichtung gepolte Diode geerdet.

Der Transistor 66 ist normalerweise nicht leitend. Wenn die Entmagnetisiemngs-Schaltersteuerungseinrichtung 85 betätigt wird, beginnt der Transistor 66 zufolge des seiner Basis zugeführten positiven Potentials stark an zu leiten. Führt der Kollektor des Transistors 66 zunächst positives Potential, so wird über die Emitter-Kollektor-Strecke des dabei leitenden Transistors 66 und über die Diode 154 am Kollektor des Transistors 60 Erdpotential auftreten; am Kollektor des Transistors 66 auftretende negative Spannungen werden infolge des stark leitenden Transistors 66 über dessen Kollektor-Basis-Strecke und über die niederohmigen Widerstände 144 und 148 auf +16V begrenzt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß an dem feststehenden Kontakt 80 eine Spannung nahe Null Volt auftritt. Wenn die Entmagnetisierungs-Schaltersteuerungseinrichtung 85 wieder losgelassen wird, wird der Transistor 66 allmählich in seinen nichtleitenden Zustand übergeführt. Dieser Übergang in den nichtleitenden Zustand ist durch die Entladung des Kondensators 146 über die Widerstände 148, 150 und über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 66 bestimmt. Der Kontakt 80 wird mittlerweile nahezu auf Erdpotential gehalten. Der Zweck dieser Schaltungsanordnung besteht darin, jeglichen Stromstoß in der Kernwicklung 26' von der Gleichstrom-Verstärkungseinrichtung abzuhalten, die an die Spule einen Strom abgibt, wenn ihr von der Hall-Einrichtung ein Strom zugeführt wird und wenn die Schalterkontakte durch die Entmagnetisierungs-Schaltersteuerungseinrichtung 85 in ihre normale Schalterstellung bewegt sind. Wären diese Umschaltmaßnahmen nicht getroffen, so könnte in dem Magnetkern 12' ein unerwünschter Magnetisierungsfluß versehentlich hervorgerufen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Ermittlung eines einen elektrischen Leiter durchfließenden Stromes, mit einer Meßsonde, mit einem einen feststehenden Kernteil und einen dazu bewegbaren Kernteil aufweisenden Magnetkern, der den elektrischen Leiter umschließt, dessen Strom zu ermitteln ist, und mit einer von dem Magnetkern getragenen Kernwicklung, die auf einen in dem Magnetkern auf einen den genannten Leiter durchfließenden Strom hin erzeugten Magnetfluß anspricht und die mit einer der Meßsonde zugehörigen Verstärkungseinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernwicklung (26; 26') Teil eines Oszillatorschwingkreises (26, 40; 26', 102) einer Oszillatorschaltung (42,40,26; 104,106,102,26') ist und daß Schalter (28,20,32,34,36,38; 80,83,98,88, 90,100) vorgesehen sind, durch deren Betätigung die Kernwicklung (26; 26') mit dem weiteren Teil der Oszillatorschaltung (40, 42; 104, 106, 102) zur Erzeugung von zur Entmagnetisierung des Magnetkerns (12; 12') führenden Schwingungen verbindbar ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch den Magnetfluß des Magnetkerns (12') gesteuerte Hall-Platte (24') vorgesehen ist, die einen einem Magnetfluß konstanter Größe und einem sich mit niedrigerer Frequenz ändernden Magnetfluß entsprechenden Strom an eine Verstärkungseinrichtung (50,54,56,60, 62,64, 68, 70, 72, 78) abgibt, welche einen diesem Strom entsprechenden höheren Strom an die Kernwicklung (26'), mit solchem Vorzeichen abgibt, daß ein dem Magnetfluß, der durch den den Leiter (22') durchfließenden Strom verursacht ist, entgegengerichteter Magnetfluß entsteht

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Betätigung der Schalter (83, 80, 98, 88, 90, 100) die Kernwicklung (26') bei Verbindung mit dem weiteren Teil der Oszillatorschaltung (104,106,102) von der Verstärkungseinrichtung (50,54,56,60,62,64,68,70,72,78) abschaltbar ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillatorschwingkreis einen ersten Kondensator (40,102) enthält, dem die Kernwicklung (26; 26') mit Hilfe der Schalter (28,30,32,34,36,38; 83,80,98,88, 90, 100) unter Bildung eines Parallelschwingkreises parallelschaltbar ist, der gedämpfte Schwingungen bestimmter Frequenz erzeugt.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorschaltung (42,40, 26; 104,106,102, 26') so ausgelegt ist, daß die zu Beginn eines Schwingungszustands der Oszillatorschaltung (42,40,26; 104,106, 102, 26') auftretenden Schwingungen (43; 139) eine Amplitude besitzen, durch die der Magnetkern (12; 12') abwechselnd in beiden Magnetisierungsrichtungen gesättigt ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein im nichtschwingenden Zustand der Oszillatorschaltung (104, 106, 102, 26') auf einen bestimmten Spannungswert aufgeladener, zweiter Kondensator (138) auf die Betätigung von weiteren Schaltern (120, 126, 128, 130) an die Oszillatorschaltung (104, 106, 102, 26') eine Spannung abgibt, auf die hin die Oszillatorschaltung (104, 106, 102, 26') die gedämpften Schwingungen (43; 139) erzeugt

7. Schaltungsanordnung nach einem dar Ansprüehe 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltersteuereinrichtung (85) vorgesehen ist, welche eine solche Steuerung der im Oszillatorschwingkreis angeordneten und zur Ladung des /.weiten Kondensators (138) dienenden Schalter (83, 80, 98,

ίο 88, 90, 100; 126, 128, 130) sowie weiterer Schalteinrichtungen (140, 142, 66) bewirkt, daß die Verstärkungseinrichtung (50, 54, 56, 60, 62, 64, 68, 70, 72, 78) bei geöffnetem Oszillatorschwingkreis (26, 102, 104, 108) einen dem Hall-Platten-Strom

ι s entsprechenden verstärkten Strom an die Kernwicklung (26') abgibt und bei geschlossenem Oszillatorschwingkreis ein Nullsignal abgibt

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die Oszillatorschaltung (104,106,102,26') zwei mit ihren Eingangs- und Ausgangselektroden kreuzweise rückgekoppelte Transistoren (104, 106) enthält, deren jeder mit seiner Steuerelektrode mit dem Kondensator (102) des Oszillatorschwingkreises (102,26') verbunden ist