DE3819370A1 - Vorrichtung zur gleichstrommessung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gleichstrommes­ sung, insbesondere im Hochstrombereich bei Gleichrichtern.

Es ist bekannt, derartige Gleichstrommessungen mit Nebenwi­ derständen (z.B. nach DIN 43 703) durchzuführen. Diese Ne­ benwiderstände werden zusätzlich parallel zu einer entspre­ chenden Meßstrecke angeordnet und bestehen üblicherweise aus mehreren parallel geschalteten Leitungswegen aus einem Material, das bei Temperaturänderungen einen konstan­ ten elektrischen Widerstand behält (z.B. Kupfer und Kon­ stantan). Über diesen Nebenwiderstand wird der Spannungsab­ fall gemessen und daraus der gewünschte Meßwert ermittelt.

Nachteilig ist jedoch, daß bei sehr hohen Gleichströmen die Nebenwiderstände einen sehr großen Raumbedarf und einen erheblichen Leistungsverlust aufweisen und sehr teuer sind. Aufgrund dieses Raumbedarfes ist der Einsatz dieser Nebenwiderstände in vielen Geräten, z. B. in Kom­ paktgleichrichtergeräten, nicht mehr möglich. Außerdem sind handelsübliche Nebenwiderstände nur zur Gleichstrom­ messung bis etwa 10 000 Amp. geeignet. Höhere Ströme, die mit fortschreitender Technik benötigt werden, können mit diesen bekannten Geräten nicht gemessen werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit welcher eine Gleichstrommessung auch im Hochstrombereich mit möglichst geringem Leistungsverlust und Raumbedarf er­ möglicht werden soll.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs be­ zeichneten Art durch eine Schiene aus elektrisch leitfähi­ gem Material mit einer Meßeinrichtung zum Messen des Span­ nungsabfalls über der Schiene, eine Temperaturmeßeinrich­ tung zum Messen der Temperatur der Schiene mit Referenzein­ richtung und eine Ausgleichseinrichtung zum Abgleich der Spannungs- und Temperaturmeßwerte gelöst.

Mit dieser Vorrichtung ist eine Gleichstrommessung auch im Hochstrombereich oberhalb etwa 10 000 Amp. möglich. Dabei weist die Vorrichtung lediglich eine stromleitende Schie­ ne auf, welche aus einem elektrisch leitfähigen Material mit sich temperaturabhängig änderndem Widerstand besteht und gegenüber herkömmlichen Nebenwiderständen wesentlich raum- und energiesparender ist. Die durch die Erwärmung der Schiene entstehende Widerstandsänderung wird durch die gleichzeitige Temperaturmessung berücksichtigt, so daß mit­ tels der Ausgleichseinrichtung der entsprechende Meßwert in Abhängigkeit vom jeweiligen Spannungs- und Temperatur­ meßwert unabhängig von der Temperatur ermittelt werden kann. Gegenüber herkömmlichen Nebenwiderständen mit einem Spannungsabfall von etwa 60 mV beträgt der maximale Span­ nungsabfall über der Schiene etwa 10 mV, wodurch eine erheb­ liche Leistungsverbesserung erreichbar ist.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Schiene einen Teil eines Leitungszuges des Gleichrichters bildet. Diese Aus­ führungsform ist besonders raum- und energiesparend, da keine zusätzlichen Bauteile notwendig sind.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß die Temperaturmeßeinrichtung als Temperatur- Strom-Umsetzer ausgebildet ist. Mit diesem Umsetzer können die Temperaturmeßwerte der Schiene besonders einfach umge­ wandelt und in der Ausgleichseinrichtung verarbeitet wer­ den.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist vorgesehen, daß die Ausgleichseinrichtung als Mul­ tiplizierer ausgebildet ist. Die sich etwa linear ändern­ den Spannungs- und Temperaturmeßwerte werden im Multipli­ zierer derart abgeglichen, daß sich am Ausgang des Multi­ plizierers ein annähernd konstanter, temperaturunabhängi­ ger Meßwert einstellt.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Referenzeinrichtung als Subtrahierer ausgebildet ist, welcher zwischen dem Multiplizierer und dem Temperatur-Strom-Umsetzer angeordnet ist. Durch das Anlegen einer einstellbaren Referenzspannung an den Sub­ trahierer kann dabei zur Einstellung eines Nullniveaus eine entsprechende Anpassung an die Temperaturabhängigkeit des Schienenmaterials vorgenommen werden.

Ferner sieht die Erfindung in Weiterbildung vor, daß die Spannungsmeßeinrichtung als Trennmeßverstärker ausgebildet ist. In diesen Verstärker wird die abgegriffene Meßspan­ nung an der Schiene in einen eingeprägten Gleichstrom umge­ wandelt, welcher dann ein Eingangssignal des Multiplizie­ rers bildet.

Zweckmäßigerweise ist am Ausgang des Multiplizierers ein Meßinstrument zur Anzeige des gemessenen Gleichstroms an­ geordnet, von welchem der entsprechende Gleichstromwert abgelesen werden kann. Dabei kann der Meßwert digital oder analog angezeigt werden.

Schließlich sieht die Erfindung vor, daß die Schiene aus Kupfer gebildet ist. Dieses Metall wird üblicherweise in Leitungszügen derartiger Hochstromgeräte verwandt und zeichnet sich durch eine weitgehend lineare Temperatur- und Spannungsänderung aus.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Figur ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Eine Vorrichtung zur Gleichstrommessung, insbesondere im Hochstrombereich bei Gleichrichtern, welche zum Beispiel in der Schweißtechnik Anwendung finden, weist eine Schiene 101 aus Kupfer auf, welche Bestandteil eines nicht darge­ stellten Leitungszuges eines Kompaktgleichrichters oder dgl. ist. An zwei Punkten 102, 103 der Schiene 101, welche eine Meßstrecke 104 definieren, wird die zu messende Span­ nung abgegriffen und in einen als Meßeinrichtung dienenden Trennmeßverstärker 105 übertragen.

Über einen oder mehrere Temperaturmeßfühler 106, die im Bereich der Meßstrecke 104 angeordnet sind, wird die Tem­ peratur der Kupferschiene 101 bestimmt und die entsprechen­ den Meßwerte werden einem Temperatur-Strom-Umsetzer 107 zu­ geführt. In diesem Umsetzer findet eine Umsetzung der Tem­ peraturmeßwerte in entsprechende Gleichstromwerte statt.

Ein Subtrahierer 108 dient als Referenzeinrichtung für die Temperaturwerte, wobei an Klemmen 10, 12 eine einstellbare Referenzspannung angelegt ist, deren Wert vom jeweiligen Material der Schiene 101 abhängt. Die Ausgangswerte des Subtrahierers 108 werden einem als Ausgleichseinrichtung dienendem Multiplizierer 109 zugeführt, zu dem über einen zweiten Eingang auch die Ausgangssignale des Trennmeßver­ stärkers 105 übertragen werden. Am Ausgang des Multiplizie­ rers 109 ist ein Meßinstrument 110 angeordnet, das digital oder analog ausgebildet sein kann.

Fließt in der Kupferschiene 101 ein Gleichstrom, so be­ steht über der Meßstrecke 104 ein sich etwa linear mit der Temperatur ändernder Spannungsabfall. Gleichzeitig erfolgt eine etwa lineare Temperaturzunahme. Durch diese Lineari­ tät ist die Bestimmung eines einheitlichen Meßwertes mög­ lich. Die Temperaturmeßwerte werden dazu im Temperatur- Strom-Umwandler 107 in einen eingeprägten Gleichstrom umge­ wandelt, wobei der Temperaturbereich von 0 bis 100°C einer Gleichstromstärke von 0 bis 20 mA entspricht. Im Sub­ trahierer 108 werden die Temperaturmeßwerte auf einen vor­ bestimmten Referenzwert bezogen und anschließend als Ein­ gangssignale in den Multiplizierer 109 geführt.

Die abgegriffenen Spannungsmeßwerte an den Punkten 102 und 103 werden im Trennmeßverstärker 105 in einen eingeprägten Gleichstrom umgewandelt, wobei eine Spannung 0 bis 60 mV einer Gleichstromstärke von 0 bis 20 mA entspricht. Die Ausgangssignale des Verstärkers 105 gelangen als Eingangs­ signale ebenfalls in den Multiplizierer 109.

Im Multiplizierer 109 werden die Eingangswerte aus der Spannung- und Temperaturmessung der Schiene 101 miteinan­ der multipliziert und geeignet normiert, wodurch sich auf­ grund der Linearität der beiden Verläufe ein nahezu tempe­ raturunabhängiger Meßwert ergibt. Dieser Meßwert wird über das Meßinstrument 110 angezeigt.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Aus­ gestaltungen der Erfindung sind möglich, ohne den Grundge­ danken zu verlassen. So ist die Erfindung insbesondere nicht auf die elektrotechnischen Bauteile 105 bis 110 be­ schränkt.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Gleichstrommessung, insbesondere im Hoch­ strombereich bei Gleichrichtern, gekennzeichnet durch eine Schiene (101) aus elektrisch leitfähigem Material mit einer Meßeinrichtung (105) zum Messen des Spannungsabfalls über der Schiene, eine Temperaturmeßeinrichtung (106, 107) zum Messen der Temperatur der Schiene (101) mit Referenz­ einrichtung (108) und eine Ausgleichseinrichtung (109) zum Abgleich der Spannungs- und Temperaturmeßwerte.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (101) einen Teil eines Leitungszuges des Gleichrichters bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtung als Temperatur-Strom-Um­ setzer (107) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichseinrichtung als Multiplizierer (109) aus­ gebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzeinrichtung als Subtrahierer (108) ausge­ bildet ist, welcher zwischen dem Multiplizierer (109) und dem Temperatur-Strom-Umsetzer (107) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsmeßeinrichtung als Trennmeßverstärker (105) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Multiplizierers (109) ein Meßinstrument (110) zur Anzeige des gemessenen Gleichstroms angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (101) aus Kupfer gebildet ist.