DE2843026C2 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Strommeßgerät nach der Gattung des Hauptanspruches.

Ein Nachteil bei der üblichen galvanischen Strom­ messung besteht darin, daß der Stromkreis aufge­ trennt werden muß. Um dies zu vermeiden, ist es be­ kannt, daß die stromführende Leitung umgebende Magnet­ feld zur Messung der Stromstärke heranzuziehen. Ein in Abhängigkeit von der Magnetfeldstärke seine elektri­ schen 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 Spannungs­ änderungen proportional den Magnetfeldstärkenänderun­ gen. 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 Justa­ ge 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 erfindungsgemäße Strommeßgerät mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vor­ teil, daß jede beliebige Stromzange mit jedem beliebigen Meß- und Anzeigegerät verbunden werden kann, ohne daß eine Justierung erforderlich ist und dennoch die ge­ forderten Meßtoleranzen bzw. Fehlergrenzen eingehalten werden. Dadurch ist sowohl eine Serienherstellung von Zangen und Meß- und Anzeigegeräten unabhängig voneinan­ der problemlos möglich und es entfallen auch Schwierig­ keiten bei der Ersatzlieferung von Stromzangen oder Meß- und Anzeigegeräten ebenso wie mögliche Quellen für Fehl­ messungen durch Verwechslungen von Stromzangen oder Fehl­ justierungen. Jede Stromzange wird bei der Fertigung auf vorgegebene Werte eingestellt und kann dann mit jedem beliebigen Meß- und Anzeigegerät zusammengeschaltet wer­ den.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Strommeßgerätes möglich. Be­ sonders 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.

Zeichnung

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Meßgerätes mit Stromzange, und die

Fig. 2 bis 4 verschiedene Schaltungsbeispiele unter­ schiedlicher Ausführungsformen in vereinfachter, prinzi­ pieller Darstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein Strommeßgerät der zuvor beschriebenen Art umfaßt eine Stromzange 1 mit einem das Magnetfeld einer Leitung 2, deren Strom gemessen werden soll erfassenden Zangenele­ ment 3. Die Stromzange 1 umfaßt ein darin untergebrachtes Hall-Element 4, dem über eine Leitung 5 ein vorzugsweise eingeprägter 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 Anzeige­ gerät 7 liefert. Die Stromzange 1 ist mit dem Meß- und An­ zeigegerät 7 über eine lösbare Steckverbindung 8 gekuppelt. Innerhalb des Meß- und Anzeigegerätes 7 befindet sich eine Stromquelle 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 Meß- und Anzeigegerät 7 um­ faßt außerdem einen Meßverstärker 10, der die über die Leitung 6 zugeführte Spannung verstärkt und einem Anzei­ ger 11 zuführt, der unmittelbar die Stromstärke in der Leitung 2 anzeigt und dessen Skala vorzugsweise in A ge­ eicht ist.

Um beliebige Stromzangen 1 mit beliebigen Meß- und Anzeige­ geräten 7 verbinden zu können, sind die erforderlichen Ab­ gleichelemente in die Stromzange 1 eingebaut. Sie werden vorzugsweise bei der Herstellung eingestellt und damit die Kennwerte einjustiert. Es kann jedoch auch eine Nachjustie­ rung durch den Benutzer erfolgen, falls er über die erfor­ derlichen Meßgeräte verfügt.

Zur Kompensation der Leerlaufspannung, die an Spannungs­ anschlüssen U des Hall-Elementes 4 ansteht, wenn Strom­ anschlüsse I dieses Hall-Elementes über die Leitung 5 ein Steuerstrom zugeführt wird, ist ein Stellelement in Gestalt eines Potentiometers R 2 vorgesehen. Das Poten­ tiometer R 2 ist zwischen zwei Adern 5′ und 5′′ der Lei­ tung 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 Ver­ bindung des Widerstandes R 5 mit der Ader 6′ und dem zu­ gehörigen 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 Lei­ tung 6 über zwei Vorwiderstände R 7 und R 8 dem Minus- und dem Plus-Eingang des Meßverstärkers 10 zugeführt. Außerdem ist ein Widerstand R 9 zwischen dem Plus-Eingang und Masse gelegt. Auch die Ader 5′′ der Leitung 5 ist in­ nerhalb des Meß- 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 liegen­ den Spannungsquelle verbunden ist. Der Kollektor des Tran­ sistors T ist mit der Ader 5′ der Leitung 5 verbunden. Der Stellwiderstand R 1 ist innerhalb der Stromzange an­ geordnet und es umfaßt deshalb die Leitung 5 zwei zusätz­ liche Adern 5′′′ und 5′′′′. Die Basis des Transistors T liegt am Abgriff eines Spannungsteilers aus einem Wider­ stand R 11 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 Po­ tentiometer vorgesehen, das in den Spannungsteiler einge­ schaltet ist und dessen mittleren Bereich bildet und an dessen Abgriff der Basisanschluß des Transistors T geführt ist. Mittels des Stellwiderstandes R 1 läßt sich die Stromstärke in der Leitung 5 innerhalb der Grenzen ver­ ändern, die erforderlich sind, um die Streuungen der zum Einsatz kommenden Hall-Elemente 4 auszugleichen. Wird an dem Anschlußpol 12 eine stabilisierte Spannung angelegt, dann ist die Diode D eine übliche Halbleiterdiode und dient der Temperaturkompensation der Basis-Emitter-Span­ nung 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 Strom­ zange 1 ist ein einstellbarer Nebenwiderstand R 3 vorge­ sehen, 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 einge­ stellt, der unverändert allen Hall-Elementen 4 zugeführt wird. Die Leerlaufspannung wird wie bereits anhand der Fig. 2 geschildert, mit dem Stellwiderstand R 2 vorgenom­ men. Zur Anpassung an die unterschiedlichen Kennwerte der Hall-Elemente 4 dient ein Stellwiderstand R 4, der inner­ halb der Stromzange 1 untergebracht ist und zwischen die Adern 6′ und 6′′ geschaltet ist. Er dient als einstellbarer Belastungswiderstand und ermöglicht es ebenfalls, die ge­ wünschten gleichen Empfindlichkeiten für alle Stromzangen 1 einzustellen. Die gleiche Empfindlichkeit bedeutet im vor­ liegenden 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 zwi­ schen U und B für alle Stromzangen ein einheitlicher Wert ist.

Claims (8)

1. Strommeßgerät 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 Kenn­ werte des Hall-Elementes, dadurch gekennzeichnet, daß alle Einstellelemente (R 1, R 2, R 3, R 4) in der Stromzange (1) angeordnet sind.

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. Strommeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Kon­ stantstromquelle mit einstellbarer Stromstärke, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromstärkensteller (R 1) in der Stromzange (1) angeordnet ist.

4. Strommeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Stromzange (1) ein zu den Stroman­ schlüssen (I) des Hall-Elementes (4) paralleler Stellwi­ derstand (R 3) vorgesehen ist.

5. Strommeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stromzange (1) ein zu den Spannungsanschlüssen (U) des Hall-Elementes (4) paral­ leler Stellwiderstand (R 4) vorgesehen ist.

6. Strommeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellwiderstand (R 2) zur Nullspannungskompensation in der Strommeßzange (1) ange­ ordnet ist.

7. Strommeßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellwiderstand (R 2) den beiden Stromanschlüssen (I) des Hall-Elementes (4) parallelgeschaltet ist und der Stellanschluß über einen Anpaßwiderstand (R 5) mit einem der Spannungsanschlüsse (U) verbunden ist.

8. Strommeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Einstellelemente steuer­ bare Halbleiter verwendet sind.