DE2920484A1 - Magnetic circuit measurement of primary coil dc - is by generation of compensation in secondary winding - Google Patents

Magnetic circuit measurement of primary coil dc - is by generation of compensation in secondary winding

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Abstract

A device with a magnetic circuit for measurement of the d.c. in a primary winding using the compensation method and a secondary winding supplied with an a.c. operates with an accuracy unaffected by remanence and nonlinearities in the magnetic circuit magnetisation characteristic. A compensation d.c. is fed to a secondary winding so as to balance out the induction in the magnetic circuit due to the d.c. in the primary winding. The compensation current is used as a measure of the primary d.c. On input of an operational amplifier (12) is connected via an integrator (11, 14) to the secondary winding (3) a.c. generator (1) output. Its other output is earthed and its output drives a further secondary (20) with the compensation current.

Description

s. 5500 *p. 5500 *

27*4.1979 A 39 B/Bn27 * 4.1979 A 39 B / Bn

BOBERT BOSCH GMBH. 7000 Stuttgart 1BOBERT BOSCH GMBH. 7000 Stuttgart 1

Meßeinrichtung mit magnetischem Kreis zum Messen eines Gleichstroms Measuring device with magnetic circuit for measuring a direct current

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung gemäß der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer derartigen aus der CH-PS 5ζμ* 9/flf bekannten Einrichtung erfolgt die Kompensation durch Regelung der die Sekundärwicklung speisenden Wechselspannung in der Weise, daß die Induktionsänderung im magnetischen Kreis konstant gehalten wird. Bei der bekannten Einrichtung beeinflußt die Remanenz die Meßgenauigkeit.The invention relates to a measuring device according to the preamble of the main claim. In the case of such from the CH-PS 5ζμ * 9 / flf known device, the compensation is carried out Regulation of the alternating voltage feeding the secondary winding in such a way that the induction change in the magnetic Circle is kept constant. In the known device, the remanence influences the measurement accuracy.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Remanenz die Meßgenauigkeit nicht beeinflußt und daß Nichtlinearitäten der Magnetisierungskennlinie des mag-The device according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the remanence does not influence the measurement accuracy and that non-linearities of the magnetization characteristic of the magnet

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netischen Kreises keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit haben.have no influence on the measurement accuracy.

Die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung. So benötigt die Einrichtung gemäß Unteranspruch 3 lediglich eine einzige Sekundärwicklung. 'The measures listed in the subclaims are advantageous developments and improvements of the im Main claim specified facility. Thus, the device according to dependent claim 3 only requires a single one Secondary winding. '

Zeichnungdrawing

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Pig. 1 ein erstes Ausfühfungsbeispiel in einer einfacheren Schaltungsausführung und Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.Two exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and in the description below explained in more detail. Show it Pig. 1 shows a first exemplary embodiment in a simpler circuit design and FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the invention.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

In Fig. 1 speist ein einseitig geerdeter Wechselstromgenerator 1 über einen als Gleichstromsperre wirkenden Kondensator 2 eine Sekundärwicklung 3 eines magnetischen Kreises 4, I der zwei U-förmige Joche 5 aufweist, die Teil einer Strom- | meßzange sind und daher in nicht näher dargestellter WeiseIn Fig. 1 feeds an alternating current generator grounded at one end 1 a secondary winding 3 of a magnetic circuit 4, I via a capacitor 2 acting as a direct current block the two U-shaped yokes 5, which are part of a current | are measuring clamps and therefore in a manner not shown

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voneinander entfernt und mit ihren Enden in gegenseitige Anlage gebracht werden können, so daß ein geschlossener Kreis gebildet ist, wie in der Figur dargestellt ist. Durch den Kreis k ist auch eine den zu messenden Gleichstrom führende Meßleitung gelegt, die die nur eine einzige Windung aufweisende Primärwicklung 7 bildet· Der Verbindungspunkt 9 zwischen der Sekundärwicklung 3 und dem Kondensator 2 kann als Ausgang des Generators 1 betrachtet werden und ist über einen Widerstand 11 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 12 verbunden; dieser Eingang ist über einen Kondensator Ii+ mit Masse verbunden, der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers 12 ist mit Masse verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 12 ist einerseits über einen Kondensator 16 mit Masse und andererseits über einen Widerstand 18 mit dem einen Anschluß einer weiteren Sekundärwicklung 20 verbunden, deren anderer Anschluß über die Parallelschaltung eines Kondensators 22 mit einem Widerstand 22+ mit Masse verbunden ist.apart from each other and brought into mutual abutment with their ends, so that a closed circle is formed, as shown in the figure. A measuring line carrying the direct current to be measured is also laid through the circle k and forms the primary winding 7, which has only a single turn 11 connected to the inverting input of an operational amplifier 12; this input is connected to ground via a capacitor Ii +, the non-inverting input of the operational amplifier 12 is connected to ground. The output of the operational amplifier 12 is connected on the one hand to ground via a capacitor 16 and on the other hand via a resistor 18 to one connection of a further secondary winding 20, the other connection of which is connected to ground via the parallel connection of a capacitor 22 with a resistor 22+.

Die Stromstärke des Generators 1 und die Windungszahl der Sekundärwicklung 3 ist unter Berücksichtigung der magneti-• sehen Eigenschaften des magnetischen Kreises i+ so bemessen, daß die Hysteresisschleife bis zur Sättigung ausgesteuert wird, aber nicht wesentlich darüberhinaus. Die Kurvenform des gelieferten Wechselstroms kann in weiten Grenzen beliebig gewählt sein, sie soll jedoch symmetrisch sein. Der Widerstand 11 und der Kondensator 1/+ bilden eine Integrierschaltung. Wenn durch die Primärwicklung 7 kein Strom fließt, so liegt am Punkt 9» also am Eingang der Integrierschaltung, eine reine symmetrische Wechselspannung, am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 12 liegt daher das Potential O V. Da der andere Eingang dieses Verstärkers auf dem gleichen Potential liegt, liefert derThe current strength of the generator 1 and the number of turns of the secondary winding 3 is, taking into account the magnetic • see properties of the magnetic circuit i + so dimensioned that the hysteresis loop is controlled up to saturation, but not significantly beyond that. The curve shape of the supplied alternating current can be chosen arbitrarily within wide limits, but it should be symmetrical. Of the Resistor 11 and capacitor 1 / + form an integrating circuit. If no current flows through the primary winding 7, then at point 9 »is at the input of the integrating circuit, a pure symmetrical alternating voltage, is applied to the inverting input of the operational amplifier 12 hence the potential O V. Since the other input of this amplifier is at the same potential, the delivers

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■f Operationsverstärker keinen Strom· Sobald durch die Prill märwicklung 7 ein Gleichstrom fließt, wird die am Punkt 9 |s herrschende Spannung unsymmetrisch,und dadurch erscheint■ f op amp no power · once through the prill If a direct current flows through the winding 7, the voltage prevailing at point 9 | s becomes asymmetrical, and thus appears

I am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 12I at the inverting input of the operational amplifier 12

II eine je nach Stromrichtung in der Primärwicklung 7 positii; ve oder negative Gleichspannung, die einen derartigen Aus-4 gangsstrom Ia des Operationsverstärkers 12 liefert, daßII one depending on the direction of current in the primary winding 7 positive; ve or negative DC voltage which supplies such an output current Ia of the operational amplifier 12 that

:| hierdurch die vom Gleichstrom in der Primärwicklung 7 er-: | as a result of the direct current in the primary winding 7

ijj zeugte Induktion kompensiert wird und somit der invertie-ijj induced induction is compensated and thus the inverted

,f ( ") rende Eingang des Operationsverstärkers 12 wjsler auf 0 V, f (") rende input of the operational amplifier 12 wjsler to 0 V

i$, liegt· Der Ausgangsstrom Ia des Operationsverstärkers 12 i $, is · The output current Ia of the operational amplifier 12

;| . ist unter Berücksichtigung der Windungszahl der weiteren ; | . is taking into account the number of turns of the other

;| Sekundärwicklung 20 ein Maß für den in der Primärwicklung; | Secondary winding 20 is a measure of the primary winding

fließenden Gleichstrom. Die Größe des Ausgangsstroms oderflowing direct current. The size of the output current or

'% Kompensationsstroms Ia kann durch Messung der Spannung Ua '% Compensation current Ia can be determined by measuring the voltage Ua

; am Widerstand 2k ermittelt werden, wie in der Zeichnung an-; can be determined at the resistor 2k , as shown in the drawing

■| gedeutet ist.■ | is interpreted.

$ Der Widerstand 18 und der Kondensator 16 verhindern, daß i die auf die weitere Sekundärwicklung 20 trans!brmatorisch$ Prevent the resistor 18 and the capacitor 16, that i the trans to the further secondary winding 20! Brmatorisch

übertragene Wechselspannung an den Ausgang des Operations- >; Verstärkers 12 gelangt, wo sie Störungen hervorrufen könnte. * ' ' Der Kondensator 22 schließt die Wechselspannung über dsm Widerstand 2k kurz.transmitted alternating voltage to the output of the operation->; Amplifier 12 reaches where it could cause interference. * '' The capacitor 22 short-circuits the alternating voltage across the dsm resistor 2k.

I Bei geeignetem Kernmaterial mit schmaler Magnetisierungs-" schleife und somit niedrigen Ummagnetisierungsverlusten I With a suitable core material with a narrow "magnetization" loop and thus low core losses

wird zweckmäßigerweise die Frequenz des Generators 1 möglichst hoch gelegt. Wird die Zeitkonstante R · C der Integrierschaltung 11, 1 if klein gewählt, so können dann auch } niederfrequente Wechselströme in der Primärwicklung 7 ge- i messen werden; die Frequenz dieser Wechselströme kann imthe frequency of the generator 1 is expediently set as high as possible. If the time constant R * C of the integrating circuit 11, if 1 is selected small, so also} low-frequency alternating currents can then be measured overall i in the primary winding 7; the frequency of these alternating currents can be im

j 030049/0081j 030049/0081

Ausführungsbeispiel etwa bis zu 5 % der Generatorfrequenz betragen.Embodiment about up to 5% of the generator frequency be.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind diejenigen Teile, die mit der Fig. 1 übereinstimmen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Operationsverstärker kann bei dieser Ausführungsform vom gleichen Typ sein wie bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung, er ist hier jedoch r.it dem Bezugszeichen 12· bezeichnet, weil hfer der nicht-invertierende Eingang mit der Integrierschaltung 11, lif verbunden ist. Der invertierende Eingang ist über einen Widerstand 31 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 12« und über einen Widerstand 32 mit Masse verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 12· ist zum Schutz vor Wechselspannungen wieder über einen Kondensator 16 geerdet. Außerdem ist der Ausgang des Operationsverstärkers 12« über einen Widerstand 33 mit dem den Ausgang des Generators 1 bildenden Verbindungspunkt 9 verbunden. Mit dem Verbindungspunkt 9 ist der eine Anschluß der einzigen Sekundärwicklung 31 verbunden, deren anderer Anschluß über die Parallelschaltung eines Widerstands 34 mit einem die Wechselspannung über dem Widerstand 34 kurzschließenden Kondensator 25 mit Masse verbunden ist. Die Widerstände 31, 32, 33 und 3Zf sind unter Berücksichtigung eines nicht besonders eingezeichneten Gleichstromwiderstands der Sekundärwicklung 3 so gewählt daß am Verbindungspunkt der Widerstände 31 und 32 und am Verbindungspunkt des Widerstands 33 mit der Sekundärwicklung 3' bei abgeschaltetem Generator 1 durch den Ausgangsstrom Ia" des Operationsverstärkers 12' die gleiche Spannung erzeugt wird.In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, those parts which correspond to FIG. 1 are provided with the same reference numerals. The operational amplifier in this embodiment can be of the same type as in the arrangement shown in FIG. 1, but here it is denoted by the reference symbol 12 because the non-inverting input is connected to the integrating circuit 11, lif. The inverting input is connected to the output of the operational amplifier 12 'via a resistor 31 and to ground via a resistor 32. The output of the operational amplifier 12 is again grounded via a capacitor 16 to protect against alternating voltages. In addition, the output of the operational amplifier 12 ″ is connected via a resistor 33 to the connection point 9 forming the output of the generator 1. One connection of the single secondary winding 3 1 is connected to the connection point 9, the other connection of which is connected to ground via the parallel connection of a resistor 34 with a capacitor 25 short-circuiting the alternating voltage via the resistor 34. The resistors 31, 32, 33 and 3Zf are selected taking into account a direct current resistance of the secondary winding 3, which is not specifically shown, that at the connection point of the resistors 31 and 32 and at the connection point of the resistor 33 with the secondary winding 3 'with the generator 1 switched off, the output current Ia " of the operational amplifier 12 'the same voltage is generated.

Bei diesem Ausführungsbeispiel durchfließt ein Teil des Ausgangsstroms Ia, der hier IaI genannt ist, die Sekundärwicklung 3 und den Widerstand 3k; durch die Messung-der am Widerstand3tf In this exemplary embodiment, part of the output current Ia, which is called IaI here, flows through the secondary winding 3 and the resistor 3k; by measuring-the at the resistor3t f

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litt tsuffered t

f ':;! 55 0 0f ':;! 55 0 0

herrschenden Spannung kann die Größe dieses Kompensationsstroms Ia1 bestimmt werden. Die durch den Kompensationsstrom Ia1 am Widerstand 34- und am Gleichstromwiderstand der Sekundärwicklung 3' erzeugte Gleichspannung gelangt über die Integrierschaltung 11, 14 an den nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 12' und wird dadurch kompensiert, daß der invertierende Eingang bei diesem Ausführungsbeispiel . nicht mit Masse, sondern mit dem Abgriff des durch die Widerstände 31 und 32 gebildeten Spannungsteilers verbunden ist.
(IThe size of this compensation current Ia1 can be determined by the prevailing voltage. The DC voltage generated by the compensation current Ia1 at the resistor 34- and at the DC resistor of the secondary winding 3 'reaches the non-inverting input of the operational amplifier 12' via the integrating circuit 11, 14 and is compensated by the fact that the inverting input in this embodiment. is not connected to ground, but to the tap of the voltage divider formed by resistors 31 and 32.
(I.

Die zuletzt beschriebene Schaltung weist die Vorteile der in Fig. 1 gezeigten Anordnung auf und weiterhin den Vorteil, daß keine weitere Sekundärwicklung benötigt wird.The circuit described last has the advantages of the arrangement shown in FIG. 1 and furthermore the advantage that no further secondary winding is required.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 müssen die Eingänge des Operationsverstärkers 12' unabhängig vom Wicklungssinn der Sekun-In the arrangement according to FIG. 2, the inputs of the operational amplifier 12 'regardless of the winding direction of the seconds

därwicklung 3' in der dargestellten Weise mit der übrigen IDärwick 3 'in the manner shown with the rest of the I.

Schaltung verbunden sein. In der Anordnung nach Fig. 1 hängt | dagegen die Zuordnung der Eingänge des OperationsverstärkersCircuit be connected. In the arrangement according to FIG. 1, | on the other hand, the assignment of the inputs of the operational amplifier

12 zur übrigen Schaltung vom Wicklungssinn der Sekundärwick- |12 to the rest of the circuit of the winding direction of the secondary winding |

lung 3 und der weiteren Sekundärwicklung 20 ab. Würde die 1ment 3 and the further secondary winding 20 from. Would the 1

( Wicklungsrichtung einer dieser beiden Sekundärwicklungen um- t|(Winding direction of one of these two secondary windings around t |

gekehrt, so müßte der invertierende Eingang an Masse ge- % swept, so the inverting input to ground would have overall%

legt werden und der nicht-invertierende Eingang mit dem % and the non-inverting input with the %

Integrierglied 11, 14· verbunden werden. §Integrating member 11, 14 · are connected. §

Die Polarität der Ausgangsspannung Ua hängt von der Strom- I] richtung in der Primärwicklung 7 ab.The polarity of the output voltage Ua depends on the direction of the current in the primary winding 7.

Ein Vorteil der Erfindung liegt noch darin, daß ein Null-Punkt abgleich, wie er bei bekannten Meßeinrichtungen erforderlich ist, nicht nötig ist.Another advantage of the invention is that a zero point adjustment, as is required in known measuring devices is not necessary.

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Claims (2)

** < I t t I all<I t t I all • · · · I I I lit • t · « I ItO ···• · · · I I I lit • t · «I ItO ··· I · · I I ' ΦI · · I I 'Φ >»···« I I 1 J 1 ■ Il> »···« I I 1 J 1 ■ Il H. 5 5 0 0 My 27.if.1979 A 39 R/BnH. 5 5 0 0 My 27.if.1979 A 39 R / Bn ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart ■it
si;■ it
si; AnsprücheExpectations MJKach Kompensations verfahr en arbeitende Meßeinrichtung mit einem magnetischen Kreis zum Messen des in einer Primärwicklung fließenden Gleichstroms, mit einer wechselstromgespeisten Sekundärwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zum Erzeugen eines die vom Gleichstrom (IM) im Magnetkreis (4) bewirkte Induktion kompensierenden einer Sekundärwicklung (20,3') zugeführten Kompensations-Gleichstroms (Ia, Ia1) vorgesehen ist, und daß der Kompensationsstrom als Maß für den Gleichstrom verwendet ist. MJKach compensation method working measuring device with a magnetic circuit for measuring the direct current flowing in a primary winding, with an alternating current-fed one Secondary winding, characterized in that a device for generating one of the direct current (IM) in the magnetic circuit (4) induced induction compensating one Secondary winding (20,3 ') supplied compensation direct current (Ia, Ia1) is provided, and that the compensation current is used as a measure for the direct current. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Operationsverstärker (12) mit einem invertierenden und einem nicht-invertierenden Eingang vorgesehen ist, dessen einer Eingang über ein Integrierglied (11, 1Z1.) mit dem Ausgang eines die wechselstromgespeiste Sekundärwicklung (3) speisenden Wechselstromgenerators (1), dessen anderer Eingang an Masse liegt, verbunden ist, daß der andere Eingang des Operationsverstärkers an Masse liegt, daß zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers und Masse eine weitere Sekundärwicklung (20) angeschlossen ist, in der der vom Operationsverstärker gelieferte Kompensationsstrom (Ia) fließt.2. Device according to claim 1, characterized in that an operational amplifier (12) is provided with an inverting and a non-inverting input, one input of which via an integrator (11, 1Z 1. ) With the output of a secondary winding (3 ) feeding alternating current generator (1), the other input of which is connected to ground, that the other input of the operational amplifier is connected to ground, that between the output of the operational amplifier and ground, another secondary winding (20) is connected, in which the one supplied by the operational amplifier Compensation current (Ia) flows. 030049/0081030049/0081 *· · · · t · » · IMl ft* · · · · T · »· IMl ft • · <■· ··· tit• · <■ · ··· tit * · I I III II·* I I III II • »··> 1(1 III• »··> 1 (1 III • · · I I ι >• · · I I ι> «'•«I· · t ^l ) 1 ι if«'•« I · · t ^ l) 1 ι if :i 3· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß : i 3 · Device according to claim 1, characterized in that :\ ein Operationsverstärker (12·) mit einem invertierenden ;| und einem nicht-invertierenden Eingang vorgesehen ist, dessen ι einer Eingang über ein Integrierglied (11, 14) mit dem Aus-A gang eines die wechselstromgespeiste Sekundärwicklung (31) ! speisenden Wechselstromgenerators (1), dessen anderer Aus-■:- ) gang an Masse liegt, verbunden ist, daß der andere Eingang des Operationsverstärkers über einen ersten Widerstand (31) Λ mit dem Ausgang des Operationsverstärkers und über einen Ϊ zweiten Widerstand (32) mit Masse verbunden ist, daß der κ Ausgang des Operationsverstärkers über einen dritten Widerstand (33) mit dem Ausgang (Verbindungspunkt 9) des Generators (1) verbunden ist, daß das Verhältnis des ersten zum zweiten Widerstand gleich dem Verhältnis des dritten zu einem vierten Widerstand ist, wobei der vierte Widerstand der zwischen den Ausgang des Generators (1) und Masse in Serie zur Sekundärwicklung (31) wirksame Widerstand ist, und daß eine Vorrichtung (Widerstand 34) zur Ermittlung des in der Sekundärwicklung fließenden Kompensationsstroms (Ia1) vorgesehen ist.: \ an operational amplifier (12 ·) with an inverting; | and a non-inverting input is provided, the ι one input via an integrator (11, 14) with the output of the AC-fed secondary winding (3 1 ) ! feeding alternating current generator (1), whose other output is connected to ground, that the other input of the operational amplifier via a first resistor (31) Λ to the output of the operational amplifier and via a Ϊ second resistor (32) is connected to ground, that the κ output of the operational amplifier via a third resistor (33) is connected to the output (connection point 9) of the generator (1), that the ratio of the first to the second resistance is equal to the ratio of the third to a fourth resistance is, the fourth resistor being the resistor between the output of the generator (1) and ground in series with the secondary winding (3 1 ), and that a device (resistor 34) is provided for determining the compensation current (Ia1) flowing in the secondary winding . 4· Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis (4) Teil einer Strommeßzange ist.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic circuit (4) part a clamp meter. 030049/0081030049/0081
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