DE2843026A1 - Strommessgeraet mit einer stromzange - Google Patents

Description

• StrommeBgerät mit einer Stromzange
• Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Strommeßgerät nach der Gattung des Hauptanspruches.
• Ein Nachteil bei der üblichen galvanischen Strommessung besteht darin, daß der Stromkreis aufgetrennt werden muß. Um dies zu vermeiden, ist es bekannt, das die stromführende Leitung umgebende Magnetfeld zur Nessung der Stromstärke heranzuziehen. Ein in Abhängigkeit von der Magnetfeldstärke seine elektrischen Kennwerte änderndes Element ist das Hall-Element.
• Wird einem solchen Hall-Element ein Steuerstrom über seine Stromanschlüsse zugeführt, dann steht an seinen Spannungsanschlüssen eine Leerlaufspannung an, die sich unter der Einwirkung eines magnetischen Feldes ändert.
• Dabei sind bei konstantem Steuerstrom die Spannungsänderungen proportional den Mgnetfeldstärkenänderungen. Diese Spannung wird, nachdem die Leerlaufspannung auskompensiert wurde, verstärkt und ist ein Maß für die Stärke des Magnetfeldes und damit für den Strom in der Leitung. Von Nachteil ist allerdings, daß die Hall-Elemente in ihren elektrischen Kennwerten wesentlich stärker streuen als die zulässigen Meßfehler. Es ist daher erforderlich, in jeder Schaltung, die ein Hall-Element enthält, entsprechende Justierungen vorzunehmen.
• Ist eine Stromzange lösbar mit dem zugehörigen Meß- und Anzeigegerät verbunden, so muß jedesmal nach Herstellen der Verbindung die Justierung neu vorgenommen werden, oder es kann nur eine ganz bestimmte Stromzange an einem bestimmten Meßgerät angeschlossen werden. Diese er -.
• zwungene Zuordnung von Stromzange und Meßgerät ist vor allem in der Serienfertigung lästig, weil nach der Justage keine Verwechslungen mehr vorkommen dürfen. Auch bei Ersatzlieferungen wirkt sich dies störend aus und kann zu erheblichen und folgenreichen Fehlmessungen führen.
• Vorteile der Erfindung Das erfindungsgmäße Strommeßgerät mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß jede beliebige Stromzange mit jedem beliebigen Meß- und Anzeigegerät verbunden werden kann, ohne daß eine Justierung erforderlich ist und dennoch die geforderten Neßtoleranzen bzw. Fehlergrenzen eingehalten werden. Dadurch ist sowohl eine Serienherstellung von Zangen und Meß- und Anzeigegeräten unabhängig voneinander problemlos möglich und es entfallen auch Schwierigkeiten bei der Ersatzlieferung von Stromzangen oder Meß-und Anzeigegeräten ebenso wie mögliche Quellen für Fehlmessungen durch Verwechslungen von Stromzangen oder Fehljustierungen. Jede Stromzange wird bei der Fertigung auf vorgegebene Werte eingestellt und kann dann mit jedem beliebigen Meß- und Anzeigegerät zusammengeschaltet werden.
• Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Strommeßgerätes möglich. Besonders vorteilhaft sind dabei die Ausführungsformen, bei denen die Zahl der Adern der Verbindungsleitung zwischen Stromzange und Meßgerät vier bleibt und nicht erhöht zu werden braucht.
• Ze i chnung Drei Ausfübrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Meßgerätes mit Stromzange, und die Fig. 2 bis 4 verschiedene Schaltungsbeispiele unterschiedlicher Ausführungsformen in vereinfachter, prinzipieller Darstellung.
• Beschreibung der AusführungsbeisDiele Ein Strommeßgerät der zuvor beschriebenen Art umfaßt eine Stromzange 1 mit einem das Magnetfeld einer Leitung 2, deren Strom gemessen werden soll erfassenden Zangenelement 3. Die Stromzange 1 umfaßt ein darin untergebrachtes Hall-Element 4, dem über eine Leitung 5 ein vorzugsweise eingeprägt er Strom zugeführt wird und das in abhängigkeit von der Stärke des magnetischen Flusses im Zangenelement 3 eine Spannung über eine Leitung 6 an das Meß- und Anzeigegerät 7 liefert. Die Stromzange 1 ist mit dem Meß- und Anzeigegerät 7 über eine lösbare Steckverbindung 8 gekuppelt.
• Innerhalb des Meß- und Anzeigegerätes 7 befindet sich eine Stromguelle 9, die einen vorgegebenen Steuerstrom erzeugt, bei dem es sich vorzugsweise um einen eingeprägten Strom handelt, der bei der Produktion des Gerätes in seiner Größe eingestellt wird. Das MeB- und Anzeigegerät 7 umfaßt außerdem einen Meßverstirker 10, der die über die Leitung 6 zugeführte Spannung verstärkt und einem Anzeiger 11 zuführt, der unmittelbar die Stromstärke in der leitung 2 anzeigt und dessen Skala vorzugsweise in A geeicht ist.
• Um beliebige Stromzangen 1 mit beliebigen Meß- und Anzeigegeräten 7 verbinden zu können, sind die erforderlichen Abgleichelemente in die Stromzange 1 eingebaut. Sie werden vorzugsweise bei der Herstellung eingestellt und damit die Kennwerte einjustiert. Es kann jedoch auch eine Nachjustierung durch den Benutzer erfolgen, falls er über die erforderlichen Meßgeräte verfügt.
• Zur Kompensation der Leerlaufspannung, die an Spannungsanschlüssen U des Hall-Elementes 4 ansteht, wenn Stromanschlüssen I dieses Hall-Elementes über die Leitung 5 ein Steuerstrom zugeführt wird, ist ein Stellelement in Gestalt eines Potentiometers R 2 vorgesehen. Das Potentiometer R 2 ist zwischen zwei Adern 5' und 5" der Leitung 5 gelegt und befindet sich innerhalb des Gehäuses der Stromzange 1. Der Schleifer des Potentiometers R 2 ist unter Zwischenschaltung eines Widerstandes R 5 mit einer Ader 6' der Leitung 6 verbunden. Zwischen der Verbindung des Widerstandes R 5 mit der Ader 6' und dem zugehörigen Spannungsanschluß U des Hall-Elementes 4 liegt noch ein weiterer Widerstand R 6. Innerhalb des Meß- und Anzeigegerätes 7 sind die beiden Adern 6' und 6" der Leitung 6 über zwei Vorwiderstände R 7 und R 8 dem Ninus-und dem Plus-Eingang des Meßverstärkers i0 zugeführt.
• AuBerdem ist ein Widerstand R 9 zwischen dem Plus-Eingang und Masse gelegt. Auch die Ader 5n der Leitung 5 ist innerhalb des MeB- und Anzeigegerätes 7 an Masse gelegt.
• Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform umfaßt die Steuerstromquelle 9 einen Transistor T, dessen Emitter über einen Widerstand R 10 und einen Stellwiderstand R 1 mit einem Anschlußpol 12 einer einseitig an Masse liegenden apannungsquelle verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T ist mit der Ader 5' der Leitung 5 verbunden.
• Der Stellwiderstand R 1 ist innerhalb der Stromzange angeordnet und es umfaßt deshalb die Leitung 5 zwei zusätzliche Adern 5"' und 5nut. Die Basis des Transistors T liegt am Abgriff eines Spannungsteilers aus einem Widerstand R ii und R 12, die zwischen den Anschlußpol 12 und den Masseanschluß gelegt sind. Der den Widerstand R 12 enthaltende Zweig des Spannungsteilers enthält außerdem eine Stabilisierungsdiode D. Einen eingeprägten Strom erhält man dann, wenn als Stabilisierungsdiode D eine Zenerdiode verwendet wird, deren Innenwiderstand dann gleichzeitig den Widerstand R 12 bildet. In diesem Fall ist zweckmäßigerweise zur Grundeinstellung noch ein Potentiometer vorgesehen, das in den Spannungsteiler eingeschaltet ist und dessen mittleren Bereich bildet und an dessen Abgriff der BasisansohluB des Transistors T geführt ist. Mittels des Stellwiderstandes R 1 läßt sich die Stromstärke in der Leitung 5 innerhalb der Grenzen verändern, die erforderlich sind, um die Streuungen der zum Einsatz kommenden Hall-Elemente 4 auszugleichen. Wird an dem Anschlußpol 12 eine stabilsierte Spannung angelegt, dann ist die Diode D eine übliche Halbleiterdiode und dient der Temperaturkompensation der Basis-Emitter-Spannung von T.
• Eine andere Möglichkeit der Justierung und Einstellung zeigt Fig. 3. Hierbei ist der Steuerstrom der Stromquelle 9 fest auf einen Wert eingestellt, der größer ist als der maximal erforderliche Steuerstrom. Innerhalb der Stromzange 1 ist ein einstellbarer Nebenwiderstand R 3 vorgesehen, der die Adern 5' und 5" der Leitung 5 miteinander verbindet. Je nach Einstellung des Stellwiderstandes R 3 fließt ein größerer oder kleinerer Strom durch das Hall-Element 4. Die Kompensation der Leerlaufspannung ist in der gleichen Weise vorgenommen wie dies bereits anhand Fig. 2 erläutert wurde.
• Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist ein für alle Geräte gleicher, mittlerer Steuerstrom eingestellt, der unverändert allen Hall-Elementen 4 zugeführt wird. Die Leerlaufspannung wird wie bereits anhand der Fig. 2 geschildert, mit dem Stellwiderstand R 2 vorgenommen. Zur Anpassung an die unterschiedlichen Kennwerte der Hall-Elemente 4 dient ein Stellwiderstand R 4, der innerhalb der Stromzange 1 untergebracht ist und zwischen die Adern 6' und 6" geschaltet ist. Er dient als einstellbarer Belastungswiderstand und ermöglicht es ebenfalls, die gewünschten gleichen Empfindlichkeiten für alle Stromzangen 1 einzustellen. Die gleiche Empfindlichkeit bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, daß bei einer vorgegebenen, auf das Hall-Element 4 wirkenden Magnetfeldstärke eine jeweils gleiche Spannung über die Leitung 6 an den Meßverstärker 10 geliefert wird, daß also der Proportionalitätsfaktor zwischen U und B für alle Stromzangen ein einheitlicher Wert ist.

Claims (8)

1. Ansprüche 1. ßtroimeßgerät mit einer ein Hall-Element enthaltenden Stromzange, die über ein Kabel und eine Steckverbindung lösbar mit dem eine Stromversorgung, einen Meßverstärker und eine Anzeige enthaltenden Gerät verbunden ist, und mit Einstellelementen zum Ausgleichen von Streuungen der Eennwerte des Hall-Elementes, dadurch gekennzeichnet, daß alle Einstellelemente CR 1, R 2, R 3, R 4) in der Stromzange (1) angeordnet sind.
2. 2. Strommeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Einstellelemente (R 1 bis R 4) verschiedener Stromzangen (1) so eingestellt sind, daß sie bei demselben Magnetfeld dieselbe Ausgangsspannung ergeben.
3. 3. Strommeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, mit einer gonstantstromquelle mit einstellbarer Stromstärke, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromstärkensteller (R 1) in der Stromzange (1) angeordnet ist.
4. 4. Strommeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stromzange (i) ein zu den Stromanschlossen (I) des Hall-Elementes (4) paralleler Stellwiderstand (R 3) vorgesehen ist.
5. 5. Strommeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stromzange (1) ein zin den Spannungsanschlüssen (U) des Hall-Elementes (4) paralleler Stellwiderstand (R 4) vorgesehen ist.
6. 6. Strommeßgerät nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellwiderstand (R 2) zur Nullspannungskompensation in der Strommeßzange (1) angeordnet ist.
7. 7. Strommeßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellwiderstand (ß 2) den beiden Stromanschlüssen (1) des Hall-Elementes (4) parallel geschaltet ist und der Stellanschluß über einen Anpaßwiderstand (ß 5) mit einem der Spannungsanschlüsse (U) verbunden ist.
8. 8. Strommeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Einstellelemente steuerbare Halbleiter verwendet sind.