DE19844726A1

DE19844726A1 - Stromsensor nach dem Kompensationsprinzip

Info

Publication number: DE19844726A1
Application number: DE1998144726
Authority: DE
Inventors: Friedrich Lenhard
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2018-09-30
Also published as: DE19844726B4

Abstract

Beschrieben ist ein Kompensationsstromsensor mit einem Stromsensorkern (1), umfassend mindestens eine Primärwicklung (4), mindestens eine Kompensationsstromwicklung (40), mindestens eine Magnetfeldsonde (7), eine Sondenschaltung (6) und eine Kompensationsstromschaltung (5), welche das Magnetfeld an der Magnetfeldsonde auf einen Wert in der Nähe von H = 0 regelt, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß in die Sondenwicklung ein sich periodisch ändernder Strom eingespeist wird und der Sondenkern durch den Strom in mindestens eine Richtung der Magnetisierungskennlinie des Sondenkerns gesättigt wird, und die Sondenschaltung mindestens einen Ausgang Out¶I¶ (41) aufweist, welcher ein Signal liefert, das proportional zur Stärke des Magnetfeldes frequenzmoduliert oder pulsweitenmoduliert ist und daß der Kompensationsstromsensor in der Sondenschaltung Schaltungselemente zur Erkennung von Übersteuerungszuständen durch ein zu hohes Magnetfeld enthält, wobei hierzu eine in der Sondenschaltung (6) bei Übersteuerung auftretende Frequenzerhöhung des sich periodisch ändernden Stroms in der Sondenwicklung (3, 3') herangezogen wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromsensor nach dem Kompensati onsprinzip mit einem Stromsensorkern umfassend mindestens ei ne Primärwicklung für den zu messenden Strom, mindestens eine Kompensationsstromwicklung, mindestens eine Magnetfeldsonde mit mindestens einer Sondenwicklung und mindestens einem Son denkern, eine Sondenschaltung, welche die Auswertung des von der Magnetfeldsonde gemessenen Magnetfeldes vornimmt und eine Kompensationsstromschaltung, welche einen Strom in der Kom pensationsstromwicklung erzeugt, welcher das Magnetfeld an der Magnetfeldsonde auf einen Wert in der Nähe von H = 0 re gelt.

Ein Stromsensor nach dem Kompensationsprinzip ist aus der EP-A-0 294 590 bekannt. Wird in eine Primärwicklung eines Ring kerns der zu messende Strom eingespeist, so wird mittels ei ner Sekundärwicklung das Magnetfeld im Ringkern auf B = 0 ge regelt. Der Sekundärstrom ist dann ein Maß für den in der Primärwicklung fließenden Meßstrom. Zur Messung des Feldes im Magnetkern werden streifenförmige Magnetmaterialien mit rechteckiger Magnetisierungsschleife, wie beispielsweise VITROVAC 6025 (Fa. Vacuumschmelze GmbH), verwendet. Nachfol gend werden diese Magnetkerne zur Unterscheidung vom Ringkern des Stromsensors als Sondenkerne bezeichnet.

Die Messung des Magnetfelds im Ringkern des Stromsensors er folgt gemäß der EP-A-0 294 590 nach dem Prinzip der wechsel seitigen Sättigung des Sondenkerns. Die Ansteuerung des Son denkerns erfolgt mittels einer rechteckförmigen Rechteckspan nung mit fester Frequenz.

Ein Stromwandler, welcher ebenfalls nach dem Prinzip der Kom pensationsstromwandlung arbeitet, ist aus der EP-A-0 742 440 und den mit dieser Schrift in Zusammenhang stehenden deut schen Gebrauchsmustern DE-U-295 20 066 und DE-U-295 07 675 bekannt. Der angegebene Stromwandler arbeitet nach einem ähn lichem Prinzip wie der zuvor beschriebene Kompensationsstrom sensor. Auch hier erfolgt die Ansteuerung des Sondenkerns mittels einer Oszillatorstufe, die ein Rechtecksignal er zeugt.

Bei diesem Stromwandler, welcher eine besondere Art der Stromverstärkung für die Sekundärwicklung mit sogenannter "schwimmender Bürde" aufweist, kann es beim Einschalten des Stromwandlers zu einem unkontrollierten Überschwinger der Reglerstufe für den Strom in der Kompensationswicklung kom men. Der Stromwandler geht dann in einen unkontrollierten (sogenannten "Latch up"-) Zustand. Dieser unkontrollierte Zu stand wird gemäß der europäischen Patentanmeldung durch Über wachung der Symmetrie der positiven und negativen Versor gungsspannung und des Reglersummenpunktes in der Schaltung für die Magnetfeldsonde vermieden. Bei diesem Summenpunkt, welcher in Schaltungen mit fester Arbeitsfrequenz auftritt, handelt es sich um die Differenz zwischen dem nichtinvertie renden und invertierenden Eingang eines in der Sondenschal tung verwendeten Operationsverstärkers. Das Ergebnis dieser Überwachung wird zur Kontrolle des Ausgangs des Magnetsonden verstärkers oder des Verstärkers für die Kompensationswick lung genutzt.

Ein weiterer Kompensationsstromsensor ist aus der DE-A 196 42 472 bekannt. Bei diesem Stromsensor wird die Endstufe, welche die Kompensationswicklung ansteuert, über eine getaktete End stufe angesteuert. Die Steuergröße für die Endstufe wird von der Elektronik der Magnetfeldsonde (Sondenschaltung) erzeugt. Die Steuergröße kann abhängig vom Magnetfeld frequenzmodu liert mit konstanter Pulslänge sein. Wenn die Sondenschaltung ein bistabiles Element aufweist, so wird ein pulslängenabhän giges Signal bereitgestellt.

Ein induktiv arbeitender Stromsensor, welcher auch zur Mes sung von Gleichstromsignalen geeignet ist, ist beispielsweise aus der DE-A-42 29 948 bekannt. Am Ausgang stellt der Strom sensor ein dem Strom proportionales Signal bereit. Der zu messende Primärstrom erzeugt einen magnetischen Fluß in einem Ringkern, welcher mit Hilfe einer Sekundärwicklung abgefragt werden kann. Hierzu erzeugt ein Generators eine periodische Spannung in der Sekundärwicklung, die zu einer periodischen Ummagnetisierung des Ringkerns führt. Der Generator arbeitet dabei mit einer fest vorgebenen Frequenz. Der Ringkern be steht aus einem Material mit weitgehend rechteckförmiger Ma gnetisierungskennlinie. Solche Kerne weisen eine Hysterese in der Magnetisierungskennlinie auf, die gemäß der funktionswei se des hier beschriebenen Stromsensors durch eine Mittelwert bildung bei der Messung des Sekundärstroms aus der Messgröße herausfällt. Aufgrund der Unabhängigkeit von der Hysterese des Kerns arbeiten diese Stromsensoren mit besonders hoher Genauigkeit. Die Mittelwertbildung erfolgt durch selektive Messung der Spannung an einem Widerstand im Sekundärkreis. Wird die Spannung abwechselnd - nach durchlaufen der positiven bzw. negativen Sättigung des Kerns - bestimmt und gemittelt, so heben sich die Beiträge des Kernmagnetisierungsstroms auf und es verbleibt ein der zu messenden Stromstärke proportio naler Betrag.

Wird bei dieser Anordnung die Primärspule weggelassen, läßt sich mit der Anordnung auch die Stärke eines vom Ringern um faßten Magnetfeldes messen. Wird zusätzlich noch der Ringkern durch einen Sondenmagnetkern ersetzt, so führt dies zum aus der EP-A-0 294 590 bekannten Prinzip der Messung des Sonden magnetfelds.

Ein Stromsensor, der ähnlich dem vorstehend dargestellten Prinzip ohne Magnetfeldsensor arbeitet, ist auch aus der deutschen Patentanmeldung 197 05 770.5 bekannt. Gegenüber dem vorstehend beschriebenen Stromsensor ist die Generatorschal tung selbstschwingend aufgebaut, woraus sich Vorteile hin sichtlich des schaltungstechnischen Aufwandes ergeben. Bei der selbstschwingenden Anordnung wird mittels invertierender Verstärker der Sekundärstrom bei Überschreitung eines be stimmten Maximalstroms (Schwellenwert) umgepolt. Die Fre quenz, mit der die Schaltung schwingt, ist somit abhängig vom magnetischen Fluß in der Magnetspule. Hierdurch entstehen im Sekundärkreis Strompulse, deren Breite proportional zum Pri märstrom ist.

Es hat sich gezeigt, das die vorstehend beschriebenen Kompen sationsstromsensoren immer noch zu aufwendig konstruiert sind. Insbesondere im Hinblick auf die industrielle Massen fertigung kommt dem schaltungstechnischen Aufwand eine beson ders große Bedeutung zu.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Kom pensationsstromsensors, der gegenüber den vorstehend be schriebenen Kompensationsstromsensoren verbessert ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kom pensationsstromsensor zu schaffen, der im Zustand einer Über steuerung besonders sicher ist.

Die Erfindung betrifft einen Kompensationsstromsensor mit ei nem Stromsensorkern 1 umfassend mindestens eine Primärwick lung 4 für den zu messenden Strom, mindestens eine Kompensa tionsstromwicklung 40, mindestens eine Magnetfeldsonde 7 mit mindestens einer Sondenwicklung 3, 3' und mindestens einem Sondenkern 2, 2', eine Sondenschaltung 6, welche die Auswer tung des von der Magnetfeldsonde gemessenen Magnetfeldes vor nimmt und eine Kompensationsstromschaltung 5, welche einen Strom in der Kompensationsstromwicklung erzeugt, welcher das Magnetfeld an der Magnetfeldsonde auf einen Wert in der Nähe von H = 0 regelt, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß in die Sondenwicklung ein sich periodisch ändernder Strom einge speist wird und der Sondenkern durch den Strom in mindestens eine Richtung der Magnetisierungskennlinie 21 des Sondenkerns gesättigt wird, und die Sondenschaltung mindestens einen Aus gang Out_I 41 aufweist, welcher ein Signal liefert, das pro portional zur Stärke des Magnetfeldes frequenzmoduliert oder pulsweitenmoduliert ist und daß der Kompensationsstromsensor in der Sondenschaltung Schaltungselemente zur Erkennung von Übersteuerungszuständen durch ein zu hohes Magnetfeld ent hält, wobei hierzu eine in der Sondenschaltung 6 bei Über steuerung auftretende Frequenzerhöhung des sich periodisch ändernden Stroms in der Sondenwicklung 3, 3' herangezogen wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Prinzip der Messung des Magnetfel des nach dem Prinzip der wechselseitigen Sättigung des Son denkerns, existiert eine maximale Feldstärke, oberhalb der das Ausgangssignal der Sondenschaltung kein dem Magnetfeld proportionales Ausgangssignal mehr liefert. Insbesondere kann es vorkommen, daß das Ausgangssignal um einen bestimmten Be trag kleiner ist, als der bei optimaler Arbeitsweise der Son denschaltung zu erwartende Wert für das Ausgangssignal. Im praktischen Betrieb ist es bei derartig gestalteten Sonden schaltungen nicht möglich, zwischen sehr hohen Magnetfeldern und um einen bestimmten Betrag niedrigere Magnetfelder im re gulären Meßbereich zu unterscheiden.

Vorzugsweise stellt sich die Frequenz des periodischen Stroms selbst ein, d. h. die Frequenz ist nicht durch einen Genera tor (Spannungs- oder Stromgenerator) fest vorgegeben.

Der Kompensationsstromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Kompensationsstromschaltung 5 auf, die in Abhän gigkeit vom Signal der Sondenschaltung 6 den Kompensati onsstrom steuert. Die Kompensationsstromschaltung kann mit einem linearen Verstärker realisiert werden, aber auch, wie beispielsweise in der EP-A-0 742 440 beschrieben, mittels ei ner Gegentaktendstufe mit schwimmender Bürde. Die Kompensati onsstromschaltung kann hierbei auch, pulsweitenmoduliert ar beiten, wodurch sich Vorteile hinsichtlich des Leistungsver brauch der Schaltung ergeben.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung be trifft daher einen Kompensationsstromsensor, der im Strom kreis der Kompensationsstromwicklung 4 ein oder mehrere LC-Glieder aus Spulen und Kondensatoren aufweist. Hierdurch wird der Ausgang der Kompensationsstromschaltung besonders zweck mäßig bei niedrigen Frequenzen geglättet. Bei dem geschilder ten Beispiel handelt es sich somit um einen Tiefpaß 2. Ord nung. Es ist auch möglich, das andere an sich bekannte Schal tungen, die als Tiefpaß wirken, zum Einsatz kommen. Beispiele sind Tiefpässe 1. Ordnung oder auch höherer Ordnung.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Un teransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 9 nä her erleutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit bewickeltem Stromsensor kern 1, Primärwicklung 4, Sondenkernen 2, 2' und Sondenwick lungen 3, 3',

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Beschaltung der Se kundärwicklung mit Kompensationsstromschaltung 5, Sonden schaltung 6 und Magnetfeldsonde 7,

Fig. 3 ein Beispiel für eine Magnetisierungskennlinie eines Sondenkerns,

Fig. 4 Zeitverläufe der frequenzmodulierten Ausgangsgröße der Sondenschaltung in Abhängigkeit vom zu messenden Magnet feld,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel für eine Sondenschaltung mit Übersteuerungserkennung, welche im Vergleich zu Fig. 6 einen reduzierten Schaltungsaufwand aufweist,

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Sonden schaltung mit Ausgangssignal zur Erkennung einer Frequenz-Über schreitung bei Übersteuerung am Ausgang Out II durch Ein satz von 4 D-Flipflops,

Fig. 7 ein Prinzipschaltbild zur Erläuterung der wechselsei tigen Sättigung des Sondenkerns 2,

Fig. 8 ein Beispiel für einen Teil der Sondenschaltung zur Ansteuerung des Sondenkerns 2,

Fig. 9 ein Diagramm mit Strom und Spannungsverläufen in der Sondenschaltung im Betrieb des Kompensationsstromsensors.

Der Kompensationsstromsensor gemäß der Erfindung ist schema tisch in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Der zu messende Strom fließt durch die Wicklung 4 und erzeugt im Stromsensor kern 1 eine Magnetisierung. Der Kern weist bevorzugt einen oder mehrere Luftspalte 16 auf, die zu einem Austritt des Fel des aus dem Bereich des ringförmigen Stromsensorkerns führen. Das H-Feld im Bereich des Spalts bzw. an anderen geeigneten Positionen läßt sich mit Magnetfeldsonden bestehend aus einem oder mehreren Sondenkernen 2, 2' und einer oder mehreren Son denwicklungen 3, 3' bestimmen. Vorzugsweise weist der Kompen sationsstromsensor genau eine Magnetfeldsonde aus einem Son denkern mit einer Sondenwicklung auf. Das bestimmte Magnet feld wird als Regelgröße für einen durch die Kompensations wicklung 40 fließenden Kompensationsstrom benutzt. Diese An ordnung zeigt Fig. 2. Die Magnetfeldsonde 7 wird mit einer Sondenschaltung 6 verbunden, die ein zum Magnetfeld propor tionales Spannungs- oder Stromsignal 41 zur Verfügung stellt. Dieses Signal wird der Kompensationsstromschaltung 5 zuge führt, welche für die Regelung des Kompensationsstroms in der Kompensationsstromwicklung 40 sorgt. Als Maß für den durch den Kompensationsstromsensor gemessenen Strom wird die Strom stärke in der Kompensationsstromwicklung herangezogen.

Anhand von Fig. 7 wird nachfolgend die prinzipielle Funkti onsweise der Magnetfeldmessung mit wechselseitiger Sättigung des Sondenkerns 2, 2' erläutert. Das zu messende Magnetfeld wirkt beispielsweise auf den Sondenkern 2 ein. Die Sonden wicklung 30 ist mit dem Eingang und dem Ausgang eines inver tierenden Verstärkers 50, welcher z. B. ein Schmitt-Trigger ist, angeschlossen. Zwischen einer Seite der Sekundärwicklung und Masse ist ein Widerstand R_s geschaltet. Liegt der Ausgang U_a des invertierenden Verstärkers 50 zunächst auf einem hohen Potential, so fließt durch die Sondenwicklung 30 und den Wi derstand R_s ein gemeinsamer Strom I_s. Der Ausgang U_a stellt gleichzeitig eine Ausgangsgröße dar, die zur Bestimmung des zu messenden Magnetfeldes herangezogen werden kann. Hierzu dient die Auswerteeinheit AE, welche eine Bestimmung der Pulsbreite von U_a vornimmt. Diese Pulsbreitenbestimmung kann durch Mittelwertbildung oder eine Zeitmessung erfolgen. Die Pulsbreite ist proportional zu messenden Magnetfeld.

Der Strom- und Spannungsverlauf im Betrieb des Kompensati onsstromsensors wird mit Hilfe von Fig. 9 deutlich. Im linken Teil des Diagramms von Fig. 9 ist der Verlauf ohne ein Ma gnetfeld am Magnetfeldsensor gezeigt, im rechten Teil der Verlauf mit einem Magnetfeld. Die Spannung U9 entspricht dem Verlauf der Spannung an U_a in den Fig. 7 und 8. Der Strom I10 ist der durch die Sekundärspule fließende Strom I_s. Wechselt U auf einen positiven Wert, so wird der Sondenkern 2 ummagnetisiert. Währendessen fließt ein Strom, welcher im we sentlichen durch die Impedanz der Sekundärspule begrenzt wird. Geht nun der Kern bei anwachsendem Strom in die Sätti gung, sinkt die Impedanz schnell ab und der Strom steigt ra pide an. Ab einem von der Schaltung vorgebenen Grenzwert für den Strom schaltet der Differenzverstärker auf ein negatives Spannungspotential um. Dies führt zu einem Richtungswechsel des Stroms Is, so daß der Sondenkern im Anschluß in entgegen gesetze Richtung die Magnetisierungskennlinie durchläuft. Durch das zu messende Magnetfeld wird die Magnetisierungskur ve des Kerns auf der B(H)-Kurve je nach Vorzeichen auf der H-Achse nach links oder rechts verschoben. Der Strom- und Span nungsverlauf mit zusätzlichem Primärstrom ist im rechten Teil des Diagramms von Fig. 9 dargestellt. Je nach Betrag und Vor zeichen des zusätzlichen durch die Primärspule erzeugten H-Feldes wird der positive oder negative Sättigungsbereich schneller angesteuert. Entsprechend ändert sich das Pulsbrei tenverhältnis der am Ausgang abgegriffenen Spannung U_a.

Fig. 8 zeigt eine weitere Möglichkeit der wechselseitigen Er regung des Sondenkerns 2 mit einem Differenzverstärker 6 und zwei NAND-Gattern 7, 8. Mittels der Widerstände Ra und Rb läßt sich der Umschaltschwellwert für die Spannung U_s dimen sionieren. Diese Anpassung kann notwendig sein, wenn Kernma terialien mit unterschiedlichen Magnetisierungskennlinien eingesetzt werden.

Wird die Magnetfeldsonde gemäß den Fig. 7 und 8 übersteu ert, so befindet sich das Feld H in einem Bereich, in dem der Kern im gesamten durchlaufenden H-Bereich in einem Sätti gungszustand. Der invertierende Verstärker 5 schaltet in die sem Fall aufgrund der sehr niedrigen Impedanz der Sondenspule 2 sehr schnell zwischen zwei Spannungszuständen hin und her. Die Frequenz der in Fig. 9 dargestellten Spannungspulse steigt als Folge davon stark an. Dies ist in Fig. 4 für ver schiedene Felder gezeigt. Im Fall von H » 0 wird die Breite der Spannungspulse wesentlich geringer. Der Kompensati onsstromsensor befindet sich bei einer derartigen Übersteue rung in einem Latch-Zustand.

Das in Fig. 6 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel für eine Sondenschaltung mit Erkennung einer Frequenzüberschrei tung bei Übersteuerung wurde durch Einsatz von 4 D-Flipflops realisiert. In der Sondenwicklung 3 fließt ein Strom mit wechselnder Polarität. Hierzu ist ein Ende der Sekundärwick lung 12 mit einem Ausgang Q1 eines D-Flipflops über den Wi derstand R1 verbunden, das andere Ende 13 ist über den Wider stand R2 mit Q(Quer)1 verbunden. In der Schaltung sind zur Ansteuerung der Sondenwicklung zwei D-Flipflops parallel ge schaltet. Hierzu sind die Eingänge D1 und D2 der beiden Flipflops miteinander verbunden. Zusätzlich ist Ausgang Q1 mit Q2 und Ausgang Q(quer)1 mit Q(quer)2 verbunden. Die Ein gänge D1 und D2 sind über einen Kondensator C2 mit Masse ver bunden. Die Abgriffe an der Sekundärspule werden auch einem logischen NAND-Gatter 11 der Bezeichnung 74HCT10 eingangssei tig zugeführt. Das eingesetzte NAND-Gatter besitzt drei Ein gänge, von denen zwei mit der Spule verbunden sind. Der drit te Eingang ist über einen Widerstand R3 mit dem Ausgang des NAND-Gatters 11 verbunden. Weiterhin ist der dritte Eingang Über einen Kondensator C1 mit Masse verbunden. Der Ausgang des NAND-Gatters ist auf die 3 Eingänge eines weiteren NAND-Gat ters 14 gelegt, welches baugleich mit dem ersten NAND-Gat ter 10 ist. Der Ausgang des zweiten NAND-Gatters 14 wird an die Anode der Diode D1 angeschlossen. Die Kathode von D1 ist über einen Kondensator C3 mit Masse verbunden. Parallel zu C3 ist ein Widerstand R4 angeschlossen. Die Anode von D1 wird auf Anschluß CP der 4 D-Flipflops gelegt. Ein geeigneter Baustein mit 4 D-Flipflops ist beispielsweise unter der Be zeichnung "74AC175" erhältlich. Die Kathode von D1 ist über ein drittes NAND-Gatter 15 mit D0 eines dritten Flipflops ge legt. An diesem Flipflop wird an Ausgang Q(quer)0 das Aus gangssignal OutI zur Verfügung gestellt. Das vierte Flipflop des Bausteins 74AC175 ist stellt am Ausgang Q3 das Ausgangs signal OutII bereit. Der Eingang dieses Flipflops ist mit den Eingängen D1 und D2 verbunden. Ausgang Q(quer)3 des vierten Flipflops wird über Widerstand R5 an Eingang D3 zurückge führt.

Bei jedem Taktimpuls wird die der Kondensator C3 über die Di ode D1 aufgeladen und damit D0 auf ein hohes Potential ge setzt. Über R4 wird C3 wieder entladen und unterschreitet nach einer bestimmten Verzögerungszeit die Schwellenspannung am Eingang D0. Beim nächsten Taktimpuls wird dieser Wert übernommen. Wird nun bei Übersteuerung des Sensors die Fre quenz der Pulse zu groß, ist die Schwellspannung noch nicht überschritten und Q(quer)0 wechselt auf ein niedriges Poten tial, welches am Ausgang QutI anliegt.

Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Schal tungsanordnung für einen Stromsensor kommt mit 2 getrennten D-Flipflops 20, 21 aus.

Das erste Ende der Sondenwicklung 16 ist über Widerstand R1 mit dem Ausgang Q0 von Flipflop 20 verbunden, das zweite Ende ist über Widerstand R2 mit Q(Quer)0 von Flipflop 21 verbun den. In der Schaltung wird zur Ansteuerung der Sondenwicklung im Gegensatz zur Schaltung in Fig. 6 keine Parallelschaltung von zwei D-Flipflops durchgeführt. Eingang D0 des Flipflops 20 und Eingang D1 eines zweiten Flipflops 21 sind gemeinsam über einen Kondensator C3 mit Masse verbunden. Die beiden Ausgänge der Sondenwicklung werden einem NAND-Gatter 17 mit drei Eingängen zugeführt. Einer der Eingänge des NAND-Gat ters ist zusätzlich über einen Widerstand R3 mit dem Aus gang des NAND-Gatters 17 und über einen Kondensator C1 mit Masse verbunden. Der Ausgang des NAND-Gatters 17 ist auf die 3 Eingänge eines weiteren NAND-Gatters 18 gelegt. Der Ausgang des NAND-Gatters 18 ist an die Anode der Diode D1 angeschlos sen. Die Kathode von D1 ist über einen Kondensator C2 mit Masse verbunden. Parallel zu C2 ist ein Widerstand R4 ange schlossen. Die Anode von D1 wird auf Anschluß CP des D-Flipflops 20 gelegt. Die Kathode von D1 ist über ein drittes NAND-Gatter 19 mit gebrückten drei Eingängen an Eingang CP des Flipflops 21 angeschlossen. Das Flipflop 21 stellt am Ausgang Q1 das Ausgangssignal Out_I bereit. Der Eingang D1 dieses Flipflops ist mit Eingang D0 des Flipflops 20 verbun den. Diese verbundenen Anschlüsse sind über Kondensator C3 an Masse geführt. Ausgang Q(quer)0 von Flipflop 20 wird über Wi derstand R5 an Eingang D1 des Flipflops 21 zurückgeführt. Die Bauelemente D1, C2 und R4 bilden gemeinsam mit dem nach geschalteten Inverter 19 ein nachtriggerbaren Monoflop. Die Taktimpulse setzen das Monoflop. Fällt das Monoflop zurück, so wird das nachfolgend angeordnete D-Flipflop 21 getriggert. Sind die das Monoflop setzenden Taktimpulse zu hochfrequent, fällt das Monoflop nicht zurück und der Ausgang Q1 bleibt im Fall der Übersteuerung des Stromsensors auf dem letzten Wert stehen. Dieses Signal wird an Out_I abgreifbar.

Weitere, nichtgezeichnete Ausführungsbeispiele, werden nach folgend beschrieben. Die erfindungsgemäße Stromsensorschal tung läßt sich mit einem Zeit-Zählerbauelement realisieren, in dem die Halbwellen des Ausgangssignals (QP, QN) abgetastet werden. Bei einer Unterschreitung einer bestimmten vorgegebe nen Zeit für die Pulsbreite wird ein Signal für die Über steuerung des Stromsensors an einen Ausgang abgegeben.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel arbeitet mit einer Auswerte schaltung, die ein Signal zur Erkennung einer Frequenzüber schreitung mit zwei logischen Haltebausteinen (Latch-Bau steine) zur Zeitmessung, in Abhängigkeit der Ladezeit der Kondensatoren C₁ und C₂, erzeugt. Einen Bestandteil dieser Schaltung können Latch-Bausteine der Bezeichnung "HC75", die beispielsweise von der Fa. Philips unter der Bezeichnung 74HC75 lieferbar sind, sein. Die Ein- und Ausgänge der Latch-Bau steine sind miteinander über Eingang D2 und Ausgang Q ver bunden. Das aus dem Schaltungsteil in Fig. 8 stammende Signal Q_p wird dem ersten Latch Baustein an Eingang LE (Latch En able) zugeführt. Des weiteren ist der Eingang des ersten Latch-Bausteins mit einem RC-Glied beschaltet. Durch die Verschaltung zweier Latch-Bausteine wird am Ende einer Halbwelle ein zeitverzögertes H-Potential abgefragt. Sofern ein zugehöriger Schwellwert bis dahin nicht über schritten ist, liegt eine zu kurze Pulsdauer vor. An einem Ausgang Out liegt beispielsweise in diesem Fall ein niedriges (low-) Potential an. Im regulären Betrieb liegt dann an Out ein positives (High-) Potential an. Somit wird durch den Aus gang Out ein Signal zur Verfügung gestellt, welches den Fall der Übersteuerung des Stromsensors anzeigt. Besonders vor teilhaft ist es bei dieser Ausführungsform, daß der Schal tungsteil zur Überwachung des Zustandes der Übersteuerung er kennt, welches Vorzeichen der die Übersteuerung hervorrufende Strom hatte.

Claims

1. Kompensationsstromsensor mit einem Stromsensorkern (1) um fassend mindestens eine Primärwicklung (4) für den zu messen den Strom, mindestens eine Kompensationsstromwicklung (40), mindestens eine Magnetfeldsonde (7) mit mindestens einer Son denwicklung (3, 3') und mindestens einem Sondenkern (2, 2'), eine Sondenschaltung (6), welche die Auswertung des von der Magnetfeldsonde gemessenen Magnetfeldes vornimmt und eine Kompensationsstromschaltung (5), welche einen Strom in der Kompensationsstromwicklung erzeugt, welcher das Magnetfeld an der Magnetfeldsonde auf einen Wert in der Nähe von H = 0 re gelt, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Sondenwicklung ein sich periodisch ändernder Strom eingespeist wird und der Sondenkern durch den Strom in minde stens eine Richtung der Magnetisierungskennlinie (21) des Sondenkerns gesättigt wird, und die Sondenschaltung minde stens einen Ausgang Out_I (41) aufweist, welcher ein Signal liefert, das proportional zur Stärke des Magnetfeldes fre quenzmoduliert oder pulsweitenmoduliert ist und
daß der Kompensationsstromsensor in der Sondenschaltung Schaltungselemente zur Erkennung von Übersteuerungszuständen durch ein zu hohes Magnetfeld enthält, wobei hierzu eine in der Sondenschaltung (6) bei Übersteuerung auftretende Fre quenzerhöhung des sich periodisch ändernden Stroms in der Sondenwicklung (3, 3') herangezogen wird.

2. Kompensationsstromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Übersteuerung an einem oder mehreren zusätzlichen Ausgängen Out_L (42) der Sondenschaltung (6) ein Signal zur Verfügung gestellt wird, welches die Übersteuerung erkennbar macht.

3. Kompensationsstromsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Übersteuerung an einem Ausgang Out_I der Sondenschal tung, welcher das zum Magnetfeld proportionale frequenzmodu lierte oder pulsweitenmodulierte Signal bereitstellt, ein Si gnal erzeugt wird, welches dem Maximalwert des Meßbereichs für das Magnetfeld entspricht.

4. Kompensationsstromsensor nach mindestens einem der Ansprü che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenschaltung an einem zusätzlichen Ausgang Out_L (42) ein Signal zur Verfügung stellt, welches die Übersteue rung des Stromsensors erkennbar macht und zusätzlich am Aus gang Out_I, an dem das im Meßbereich zum Magnetfeld proportio nale frequenzmodulierte Signal anliegt, bei Übersteuerung ein Signal anliegt, welches dem Maximalwert des Meßbereichs für das Magnetfeld entspricht.

5. Kompensationsstromsensor nach mindestens einem der Ansprü che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkern eine im wesentlichen rechteckförmige Ma gnetisierungskennlinie (21) aufweist.

6. Kompensationsstromsensor nach mindestens einem der Ansprü che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Stromänderung in der Sondenwicklung (3, 3') durch einen Schaltungsteil in der Sondenschaltung (6) hervorgerufen wird, welcher mittels eines Schmitt-Triggers und mindestens einer nachfolgenden Inverterschaltung die treibende Wechselspannung erzeugt.

7. Kompensationsstromsensor nach mindestens einem der Ansprü che 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Übersteuerung auftretende Frequenzerhöhung in der Sondenschaltung (6) mit einem Schaltungsteil abgefragt wird, welcher mindestens ein RC-Glied und mindestens einen Flipflop (20, 21) aufweist.

8. Kompensationsstromsensor nach mindestens einem der Ansprü che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenschaltung (6) ein pulsweitenmoduliertes Signal erzeugt, welches zur direkten Ansteuerung der Kompensati onsstromschaltung dient, wobei die Kompensationsstromschal tung ein durch Pulsweitenmodulation ansteuerbarer Verstärker ist.