DE2543828A1

DE2543828A1 - Vorrichtung zum messen von elektrischem strom

Info

Publication number: DE2543828A1
Application number: DE19752543828
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr Greiner; Lothar Pezl; Gerhard Dr Quietzsch
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1975-10-01
Filing date: 1975-10-01
Publication date: 1977-04-14
Also published as: DD126498A5; BE846877A; NL7610643A; DE2543828C2; CA1076648A; JPS5243467A; CH607035A5; GB1562117A; SE7610891L; FI762775A; US4100488A

Description

Aktenzeichen: - HOE 75/F 259 +H

Datum:' 30, September 1975 - DPh.HS/sch

Vorrichtung zum Messen von elektrischem Strom

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Messen von elektrischem Strom, insbesondere zum gleichzeitigen Messen von Gleichstrom und diesem überlagertem Wechselstrom.

Zur Messung starker elektrischer Ströme, zum Beispiel, Gleichströme in Elektrolysebetrieben sind sogenannte Stromzangen bekannt, bei denen der Strom über das von ihm erzeugte Magnetfeld gemessen wird. Der stromführende Leiter wird dabei von einem aufklappbaren ringförmigen Eisenjoch umfasst. Durch das Eisenjoch wird das Magnetfeld in einem Luftspalt innerhalb des Joches konzentriert und dort mit einem Dreheisensystem gemessen. Ferner ist vorgeschlagen worden, statt des Dreheisensystems mehrere Halbleitermeßelemente mit magnetfeldabhängigem Widerstand in Luftspalten innerhalb des Joches zu verwenden. Der Nachteil dieser Anordnung ist, daß das Eisenjoch wegen seines großen Gewichtes unbequem zu handhaben ist bzw, bei engen räumlichen Verhältnissen wegen seines großen Umfangs überhaupt nicht benutzt werden kann. Zudem ist eine genaue Mechanik erforderlich, da für exakte Messungen die Luftspalte beim Auf- und Zuklappen genügend genau reproduziert werden müssen. Aus diesem Grund sind Stromzangen sehr empfindlich gegenüber mechanischen Erschütterungen.

Es sind ferner Stromzangen bekannt, deren Eisenjoch Luftspalte an symmetrischen Stellen aufweisen, in denen Hall-Generatoren angeordnet sind. Auch diese Stromzangen weisen die oben beschriebenen Nachteile auf. Um eine saubere Messung des Gleichstromes

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I durch Messung der magnetischen Feldstärke H längs des geschlossenen Weges s nach der Gleichung

Hds - I

zu erreichen, müßten die Hall-Generatoren in den Meßzangen auf einer geschlossenen Linie um den stromführenden Leiter herum aneinandergereiht werden. Aus Gründen der beengten räumlichen Verhältnisse muß man sich jedoch mit wenigen, günstig angeordneten Hall-Generatoren begnügen. Fehlmessungen durch magnetische Störfelder, die nicht von dem zu messenden Strom herrühren, sind deshalb nicht auszuschließen. Darüber hinaus sind die Stromzangen reparaturanfällig, da Hall-Generatoren bei erhöhten Temperaturen, wie sie bei Elektrolyseprozessen auftreten, häufig ausfallen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die vorstehenden Nachteile zu vermeiden. Darüber hinaus sollte eine Vorrichtung geschaffen werden, mit der gleichzeitig der Elektrolysegleichstrom, sowie' der diesem überlagerte Wechselstrom, der immer bei geringem Elektrodenabstand auftritt, gemessen werden kann.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wurde eine Vorrichtung gefunden, die a is einer Zange mit Induktionsspulen besteht, deren Backen eine Ausnehmung für den stromführenden Leiter umschließen und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Backen der Zange Führungseinrichtungen für den stromführenden Leiter, die die Ausnehmung teilweise begrenzen, und Induktionsspulen aufweisen, die konzentrisch zur Ausnehmung in den Backen angeordnet sind und die mit einer elektronischen Verstärkereinrichtung, die einen Integrator

einen Filter

für Gleichstrom, einen Verstärker,/und Gleichrichter für Wechselstrom sowie Einrichtungen zur Ausgabe der Meßwerte aufweist, verbunden sind.

Für die Beurteilung einer Elektrode ist die Kenntnis ihrer Temperatur erwünscht, da aus dieser auf unzulässige Übergangswiderstände geschlossen werden kann. In mindestens einem Backen der Zange ist ein in die Ausnehmung für den stromführenden Leiter ragendes Thermometer angeordnet. Neben Widerstandsthermometern und ⁺' eignen sich insbesondere wegen ihrer schnellen ⁺^NTC-Widerständen

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Ansprechzeit Thermoelemente. Das Thermometer ist zum Beispiel federbelastet in der Ausnehmung untergebracht, damit es bei geschlossener Zange in jedem Falle fest am stromführenden Leiter anliegt. Die Induktionsspulen bilden bei geschlossener Zange vorzugsweise einen Ring (Toroid). Die Gleiteinrichtung hat mehrere Aufgäben zu erfüllen, einmal soll sie dafür Sorge tragen, daß der stromführende Leiter in die Ausnehmung der Zange gleiten kann. Ferner hält sie den stromführenden Leiter in der Ausnehmung in seiner Position und zum letzten verhindert sie das Beschädigen der Spulenenden beim Aufschieben der Zange auf den stromführenden Leiter.

Die elektronische Verstärkereinrichtung ist integrierter Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Neben den schon erwähnten elektronischen Bauteilen weist sie einen Schalter zum richtungsabhängigen Löschen des Gleichstrommeßwertes auf. Dieser Schalter ist mit einer Einrichtung verbunden, mit der eine vorgegebene Amplitude der Stromstärke festgestellt werden kann. Die Einrichtung steuert ein Zeitglied an, das schließlich den Schalter zum Löschen freigibt.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen die Erfindung in beispielsweiser Ausführung.

Figur 1 zeigt die Vorrichtung zum gleichzeitigen Messen von Gleichstrom und von Wechselstrom, der den Gleichstrom überlagert.

Figur 2 zeigt die Backen der Stromzange teilweise geöffnet, so daß die Induktionsspulen zu sehen sind, sowie die Führungseinrichtung in demontiertem Zustand.

Figur 3 zeigt die Induktionsspulen.

Die Vorrichtung ist an einem langen Stiel 17 befestigt, für den Fall, daß sich die stromführenden Leiter (nicht dargestellt) in Bodennähe befinden. Die beiden drehbar gelagerten Rollen 1 und 2 werden gegen den stromführenden Leiter (im Bild durch die gezeich-

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nete Pfeilspitze gekennzeichnet) gedrückt. Dadurch öffnen sich die bei 3 drehbar gelagerten Backen 4 und 5 der Zange und schieben sich um den stromführenden Leiter. Nach dem sich die beiden Backen durch Federkraft (nicht dargestellt) wieder geschlossen haben, verläuft der stromführende Leiter senkrecht durch die zentrische Ausnehmung 6 der Zange. Vom Beginn bis zum Abschluß der Umfassung des stromführenden Leiters wird durch das dem Gleichstrom im stromführenden Leiter proportionale Magnetfeld eine magnetische Flußänderung erzeugt, die in der innerhalb· der beiden Zangenbacken eingelegten zweiteiligen Ringspule (Toroid) 11, 12 eine veränderliche Spannung erzeugt. Diese Spannung wird in dem elektronischen Teil der Meßanordnung während des Umschließvorganges der Zange um den stromführenden Leiter aufsummiert und ist dann ein direktes Maß für den im Leiter fließenden Gleichstrom. Sein Wert wird gespeichert und in der Digitalanzeige 8 angezeigt.

Zum besseren Verständnis ist in Figur 2 der Meßteil der Zange noch einmal in auseinandergezogener Darstellung gezeigt. Im Zangenbacken 4 ist die eine Hälfte 11 des Toroids zu sehen die mit der anderen, nicht sichtbaren Spulenhälfte bei geschlossener Zange das vollständig geschlossene Toroid bildet. Die beiden Spulenhälften 11 und 12, die in Figur 3 noch einmal zu sehen sind, sind so gewickelt, daß ihre Anschlüsse an den Enden 13 und 14 nahe dem Drehpunkt 3 liegen und mit dem elektronischen Teil 7 verbunden werden können. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, das Toroid aus mehreren Wicklungen herzustellen, die so angeordnet sind, daß in dem durch das Toroid selbst gebildeten großen Leiterkreis keine Störspannungen durch benachbarte magnetische Störfelder induziert werden.

Wie aus Figur 2 ersichtlich, werden nach Eingreifen der Ringspulenhälften in die beiden Zangenbacken 4 und 5 über die Spulenhälften zum mechanischen Schutz kreisförmige Schalen 15 übergeschoben. Hat sich die Zange um einen stromführenden Leiter herum geschlossen, so kann von da an nur noch der im Leiter fließende Wechselstrom eine Spannung im geschlossenen Toroid erzeugen, die im elektronischen Teil 7 verarbeitet und beispielsweise in einer digitalisierten, durch eine Reihe von Leuchtdioden gebildeten

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Skala 9 angezeigt wird.

Für die Messung der Temperatur des stromführenden Leiters als dritte Meßgröße ist in einer Aussparung eines Zangenbackens ein Miniaturthermoelement 16 federnd gelagert so angebracht, daß seine Lötstelle etwas in die Ausnehmung 6 hineinragt. Schließt sich die Zange um einen stromführenden Leiter, so wird die Lötstelle des Thermoelementes federnd gegen den Leiter gedrückt und nimmt in kurzer Zeit dessen Temperatur an. Das Thermoelement ist ebenfalls mit der elektronischen Einrichtung 7 verbunden, in der sich auch die Vergleichsmeßstelle des Thermoelementes befindet. Die Temperatur kann zum Beispiel auf einer digitalisierten mit Leuchtdioden bestückten Skala 10 angezeigt werden.

Somit stehen nach dem Umschließen des stromführenden Leiters mit der Zange gleichzeitig die drei Meßwerte für Gleichstrom, Wechselstromanteil und Temperatur zur Verfügung.

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Leerseite

Claims

- 4? - HOE 75/F 259+H

P atentansprüche :

Vorrichtung zum gleichzeitigen Messen von Gleichstrom und Wechselstrom^der dem Gleichstrom überlagert ist, bestehend aus einer zange mit Induktionsspulen, deren Backen eine Ausnehmung für den stromführenden Leiter umschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Backen der Zange Führungseinrichtungen für den stromführenden Leiter, die die Ausnehmung teilweise begrenzen und Induktionsspulen aufweisen, die konzentrisch zur Ausnehmung in den Backen angeordnet sind und die mit einer elektronischen Verstärkereinrichtung, die einen Inte-

Fi It er grator für Gleichstrom, einen Verstärker, und Gleichrichter für Wechselstrom, sowie Einrichtungen zur Ausgabe der Meßwerte aufweist, verbunden sind.
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Backen der Zange ein/die Ausnehmung für den stromführenden Leiter ragendes Thermometer angeordnet ist.
3) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Backen der Zange ein in die Ausnehmung ragendes Thermoelement angeordnet ist.
4) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulen bei geschlossener Zange einen Ring (Toroid) bilden.
5) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung für den stromführenden Leiter aus zwei Rollen besteht.
6) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Schalter zum richtungsabhängigen Löschen des Gleichstrommeßwertes aufweist, der mit einer Einrichtung zum Feststellen einer vorgegebenen Amplitude des Stromes und einem Zeitglied versehen ist.

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ORIGINAL INSPEOTKD