DE69116397T2

DE69116397T2 - Gleichstrommonitor

Info

Publication number: DE69116397T2
Application number: DE69116397T
Authority: DE
Inventors: Stanley Canter
Original assignee: Loral Space Systems Inc
Current assignee: Maxar Space LLC
Priority date: 1990-03-09
Filing date: 1991-02-06
Publication date: 1996-08-29
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: EP0445921A2; CA2037790A1; EP0445921B1; JPH05322935A; EP0445921A3; JP3095440B2; CA2037790C; US5053695A; DE69116397D1

Description

Diese Erfindung ist eine dem NASA-Kontrakt NAS3-25082 unterliegende Gegenstands-Erfindung, und dadurch besitzt die Regierung der Vereinigten Staaten Rechte daran.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Fachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Geräte, die zum Messen von Gleichströmen Verwendung finden, und bezieht sich insbesondere auf einen verbesserten, die Schaltung nicht belastenden Gleichstrommonitor mit wesentlich verbesserter Genauigkeit, Abtastrate und Rauschminderung.

Kurzbeschreibung des Standes der Technik

Es ist oft nötig, den Wert elektrischen Stroms innerhalb eines elektronischen Systems zu messen. Das gebräuchlichste Meßverfahren besteht darin, den Strom durch einen Widerstand hindurchzuleiten und den sich dadurch ergebenden Spannungsabfall an diesem zu messen, welcher Spannungsabfall für den durchfließenden Strom repräsentativ ist. Wie allgemein bekannt, erhöht der beim Ausführen der Messung benutzte Widerstand die Belastung der Schaltung, durch die der Gleichstrom hindurchtreten muß. Diese vergrößerte Belastung kann einen wesentlichen Leistungsverlust insbesondere bei Hochleistungssystemen verursachen, in denen ein beträchtlicher Gleichstrom fließt.
Andere Strommeßgeräte sind verfügbar, die eine potentialfreie Messung von Gleichstrom erlauben. Ein Beispiel dieser Art von Geräten ist der Halleffekt-Fühler, der ein die Schaltung nicht belastender Stromwandler ist. Ein Hall-Gerät erfaßt das Magnetfeld eines Stromes und wandelt es in zu der Feldintensität proportionale elektrische Signale. Die Feldintensität ist repräsentativ für die Größe des gemessenen Stromes. Jedoch leiden diese Arten von Geräten an grundsätzlichen Begrenzungen ihrer Stabilität und Genauigkeit, die ihre Wirkung bei Anwendung in Prazisions-Systemen gering werden lassen. Beispielsweise haben diese Stromwandler einen Nullversatzstrom, der ein charakteristisches Driftverhalten zeigt. Das wird durch Faktoren wie Alterung oder Temperaturwechsel verursacht. Obwohl diese Nulldrift gering ist, ergeben sich daraus oft beträchtliche Verzerrungen der Messungen.
Eine andere Art von Gleichstrom-Meßgerät, von dem ein Beispiel in US-PS 4 682 100 offenbart ist, benutzt ein transformatorartiges Gerät zur Messung des Stromes in einer Weise, die keine Belastung für die Schaltung selbst darstellt. Der zu messende Gleichstrom wird durch eine Primärwicklung geschickt, die einen Magnetfluß in dem Transformatorkern erzeugt. Dieser Fluß wird kompensiert durch einen einer Sekundärwicklung zugeführten Strom, bis der Fluß im Kern zu einem Null-Gesamtflußzustand ausgeglichen ist. Der Kompensationsstrom durch diese Sekundärwicklung bildet den Strom in der Primärwicklung ab, gewandelt mit dem Wandlerverhältnis des Transformators. Geräte, die eine gleichartige Technologie verwenden, sind geoffenbart in US-PS 3 768 011, US-PS 4 454 553 und in der Veröffentlichung Powercon II, Seiten I-1, April 1984.
Keines dieser Geräte nach dem Stand der Technik ist jedoch fähig, zuverlässige und genaue Daten bei geringen Werten eines Sammelleitungsstromes zu schaffen, wodurch ihr Nützlichkeitsbereich begrenzt ist. Zusätzlich induzieren viele dieser Geräte ein Rauschen in die Sammelleitung (dem Bus), wenn ein Kompensationsstrom zur Herstellung einer Busstrommessung eingesetzt wird. Eine andere Begrenzung besteht darin, daß keines dieser Geräte nach dem Stand der Technik eine Meßerweiterung für bilateralen Stromfluß ergibt.
Die EP-Anmeldung EP-A-0 356 243 offenbart einen Stromsensor, der ein Magnetfühlerelement enthält mit einem Kern, der zyklisch einer Sättigung unterzogen wird. Indem der ferromagnetische Kern zyklisch in Vorwärts- und Rück-Sättigung getrieben wird, arbeitet der Transformator in einem Modus mit nahezu Fluß Null. Die Sensorvorrichtung kann eine Schaltung zum Abtrennen der erfaßten Stromkomponente von der Magnetisierungs-Stromkomponente in der Sekundärwicklung des Magnetfühlerelementes enthalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein die Schaltung nicht belastender Gleichstrom-Monitor geschaffen, der umfaßt:
Magnet-Sensormittel mit einem Magnetkern und einer Sekundär- Wicklung, welches Sensormittel fähig ist, einen durch eine Leitung (10) fließenden Gleichstrom zu erfassen und in der Sekundär-Wicklung einen zu dem erfaßten Gleichstrom proportionalen Sekundärstrom zu erzeugen;
mit dem Magnet-Sensormittel gekoppeltes Strom-Meßmittel, das zum Erzeugen eines zu der Größe des Sekundärstroms proportionalen Spannungs-Ausgangssignals wirksam ist; und
mit dem Sensormittel gekoppeltes Rücksetzmittel, das enthält ein erstes Schaltermittel, um periodisch einen Rücksetz-Strom an die Sekundärwicklung anzulegen, und ein zweites Schaltermittel, um periodisch eine Seite der Sekundärwicklung an Masse zu legen, welches Rücksetzmittel wirksam ist, den Kern in einer zu dem durch den Gleichstrom verursachten Fluß umgekehrten Richtung in Sättigung zu treiben, so daß die Größe des darauffolgend in der Sekundärwicklung induzierten Stromes genau der Größe des in der Leitung fließenden Stromes entspricht; dadurch gekennzeichnet, daß das Rücksetzmittel weiter wirksam ist, periodisch einen Rücksetzstrom in dem Sensormittel zu erzeugen, der ausreicht, die Polarität des Magnetflusses in dem Kern umzukehren.
Entsprechend dem Vorangehenden benutzen bevorzugte Ausführungen der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ein Gleichstrom-Transformatorelement, welches den theoretischen Betrieb eines Wechselstrom-Transformators emuliert und 50 die Nützlichkeit des Wechselstrom-Transformators 50 erweitert, daß er beim Messen eines wahren Gleichstromes benutzt werden kann. Bei der bevorzugten Ausführung wirkt ein Draht oder eine Sammelleitung (Bus), der bzw. die den zu messenden Laststrom führt, als Primärteil des Gleichstrom-Transformators. Dieses Primärteil führt den Laststrom durch das Zentrum einer Sekundärwicklung und eines darum angeordneten Kernes und erzeugt einen Magnetfluß, der in dem Sekundärteil einen zu dem im Primärteil fießenden Strom proportionalen Strom induziert. Dieser induzierte Sekundärstrom wird dann gemessen und ist für den Laststrom repräsentativ. Um die durch Kernsättigung verursachten Meß-Ungenauigkeiten zu vermeiden, sind Mittel vorgesehen, um periodisch den Transformatorkern "zurückzustellen" durch periodisches Erzeugen eines Rückstellstromflusses durch die Sekundärwicklung. Dieser Rückstellstrom erzeugt einen zu dem durch den Laststrom geschaffenen Fluß entgegengesetzt polarisierten Magnetfluß in dem Transformator-"Kern", um so gemittelt über einen vollständigen Meß/Rücksetz-Zyklus den Netto-Magnetfluß auf Null zu reduzieren. Das erlaubt das Durchführen fortlaufender Messungen ohne die mit Transformator-Kernsättigung verbundenen Schwierigkeiten.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung, das im allgemeinen die beim Messen des Last-Gleichstromes und beim Zurücksetzen des Magnetflusses in dem Kern benutzten Komponenten darstellt.
Fig. 2 ist ein Schaltbild, das im einzelnen eine bevorzugte Ausführung der in Fig. 1 dargestellten vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 3 ist ein Zeitablauf-Schaubild, das an ausgewählten Stellen während des Betriebes der Schaltung auftretende Spannungen darstellt.
Fig. 4 stellt eine alternative Fühlergestaltung zum Messen eines bidirektionalen Stromflusses dar.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild gezeigt, das die funktionellen Komponenten der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung und ihre gegenseitigen Beziehungen darstellt. Der zu messende Laststrom wird durch eine Leitung 10 geführt, welche durch ein Laststrom-Magnetflußsensormittel 12 hindurchtritt. Die gestrichelte Linie in Fig. 1 stellt die Leitung 10 so dar, daß sie durch das Sensormittel 12 hindurchtritt, im Gegensatz zu einem Anschluß an diesem. Ein Ausgang von dem Sensormittel 12 ist mit einem Eingang eines Laststrom-Meßmittels 14 gekoppelt, von dem wiederum ein Ausgang an einem Eingang eines Abtast- und Haltekreises 16 angeschlossen ist. Ein Ausgang des Abtast- und Haltekreises ist mit einem Eingang eines Bezeichnungs-, Anzeige- oder Steuermittels 18 oder dergleichen verbunden, welches die Strommeßdaten in einem benutzer-lesbaren Format schafft.
Ebenfalls in Fig. 1 gezeigt ist ein Oszillator 20, von dem ein Ausgang mit einem Eingang des Abtast- und Haltekreises 16 verbunden ist und ein anderer Ausgang mit einem Eingang eines Magnetfluß-Rückstellmittels 20 verbunden ist. Ein Ausgang des Magnetfluß-Rückstellmittels ist mit einem Eingang des Sensormittels 12 verbunden.
Im Betrieb tritt der in der Leitung 10 fließende Laststrom durch das Sensormittel 12 hindurch und erzeugt darin einen Magnetfluß. Dieser Magnetfluß induziert in dem Sensormittel einen zu dem durch die Leitung strömenden Laststrom proportionalen Sekundärstrom. Der Sekundärstrom tritt dann durch das Laststrom-Meßmittel 14, durch welches eine Spannungsmessung hergestellt wird. Der Abtast- und Haltekreis 16 tastet periodisch die gemessene Spannung ab und überträgt daraufhin die abgetastete Information zum Anzeige- oder Steuermittel 18.
Es ist ein in der Elektromagnetismus-Theorie gut bekanntes Prinzip, daß die in einem Magnetkreis induzierte EMK proportional zu der Rate ist, mit der sich der Magnetfluß durch den Kreis ändert. Da der durch die Leitung 10 geführte Laststrom normalerweise ein relativ gleichmäßiger Gleichstrom ist, wird nach dem Beginn des Leitens der Magnetfluß in dem Sensormittel 12 sich aufbauen und dann bei einer relativ konstanten Größe bleiben, bis eine wesentiche Änderung des durch die Leitung 10 fließenden Stromes erfolgt. Demzufolge wird der Sekundärstrom, falls der Kern nicht periodisch zurückgesetzt wird, dem Primärstrom folgen, und es werden unzuverlässige Messungen erhalten.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird das Problem der Sättigung vermieden durch periodisches "Zurücksetzen" des Magnetkopplungs-Mechanismus unter Benutzung eines Magnetfluß- Rückstellmittels 22. Unter Beeinflussung durch den Oszillator 20 wird der Ausgang des Rücksetzmittels periodisch mit dem Sensormittel 12 gekoppelt, wodurch ein Rücksetzstrom da hindurch zum Fließen gebracht wird. Wenn dies eintritt, wird der Magnetfluß in dem Sensormittel "zurückgesetzt", so daß die Größe des Nettoflusses zwischen dem Sensormittel und der Leitung einen Null-Wert durchschreitet und daraufhin seine Polarität umkehrt, im Vergleich zu dem Magnetfluß, der durch den Laststrom allein in der Leitung 10 geschaffen wurde. Das Rücksetzmittel wird dann von dem Sensormittel entkoppelt unter Beeinflussung durch den Oszillator, und zu diesem Zeitpunkt wird der Laststrom wieder kurz einen Sekundärstrom in dem Sensormittel induzieren, so daß er die Herstellung einer weiteren Messung durch das Meßmittel 14 zuläßt. Der hier beschriebene Vorgang wird mit einer Frequenz wiederholt, die der Frequenz des vom Oszillator an das Rücksetzmittel übertragenen Ausgangssignals entspricht, und so wird wirksam ein Gerät geschaffen, das einen Gleichstrom mit einer hohen Abtastrate genau überwachen kann.
In Fig. 2 ist nun ein Schaltbild gezeigt, das die verschiedenen Funktionselemente der bevorzugten Ausführung und ihre Verbindungen darstellt. Das Magnetfluß-Sensormittel 12 umfaßt eine Induktionsspule 24 (und einen zugehörigen Magnetkern), die an einem Ende an dem Laststrom-Meßmittel 14 angeschlossen ist. Obwohl das dargestellte Sensormittel durch eine einzelne Spule dargestellt ist, können ein Paar gegensinnig gewickelte Spulen benutzt werden, wie in Fig. 4 gezeigt, so daß unter Benutzung im wesentlichen der gleichen Rücksetz-Schaltungsgestaltung, wie der in Fig. 2 abgebildeten, bidirektionale Ströme überwacht werden können. Die Wicklung 24 wird dabei einfach durch in Reihe geschaltete Wicklungen 24a und 24b ersetzt, wie in Fig. 4 gezeigt. Jede Wicklung 24a und 24b hat bei dieser Ausführung ihren eigenen zugeordneten Kern. Es ist so gedacht, daß eine in einem Sinn gewickelte Wicklung benutzt werden kann, um die beiden den Wicklungen 24a bzw. 24b in Fig. 4 zugeordneten Kerne zu überdecken, so daß wirksam die Zweispulenanordnung durch eine einzelne Spule ersetzt wird, wobei weiterhin die bidirektionale Meßfähigkeit erhalten bleibt.
Wiederum nach Fig. 2 umfaßt das Laststrom-Meßmittel 14 einen Widerstand 26, dessen eines Ende mit der Wicklung 24 verbunden ist, während sein anderes Ende mit der Schaltungs-Erde oder -Masse verbunden ist. Ein Eingang des Abtast- und Haltekreises 16 ist mit dem Widerstand 26 verbunden, und ein Ausgang des Abtast- und Haltekreises 16 ist mit einem Eingang des Anzeigemittels 18 verbunden.
Das Magnetfluß-Rücksetzmittel 22 umfaßt allgemein eine Spannungseingangsklemme 28, an der eine entsprechende Spannungsversorgung V&sub3; angeschlossen sein kann, Schaltermittel 30 und 32, Verzögerungsmittel 34, eine Stromkopplungsschaltung 35 und ein Stromverbrauchsmittel 36. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführung umfaßt das Schaltermittel 30 einen Transistor mit einer Source 40, einem Gate 42 und einem Drain 44. Ein Induktor 38 ist zwischen der Klemme 28 und der Source 40 des Schaltermittels 30 angeschlossen. Der Induktor 38 bewirkt eine Reduzierung des mit dem Schaltbetrieb verbundenen Leitungsrauschens. Der Drain 44 des Schaltermitteis 30 ist mit Masse verbunden.
Das Schaltermittel 32 umfaßt einen Transistor mit einem Source 50, einem Gate 52 und einem Drain 54. Ein Ende der Induktionsspule 24 ist mit der Source 50 verbunden, während der Drain 54 mit Masse verbunden ist.
Das Stromverbrauchsmittel in Form eines Widerstandes 36 ist mit einem Ende mit der Source 50 und mit seinem anderen Ende über eine Diode 56 mit Masse verbunden.
Der Rücksetzstrom-Kopplungskreis 35 enthält eine Diode 56 und eine Zener-Diode 48, die in Reihe zwischen Source 40 an einem Knoten 39 und Source 50 an einem Knoten 25 verbunden sind. Die Zener-Diode 48 ist gegenüber der Diode 46 entgegengesetzt polarisiert, so daß ein Strom nur in der Richtung von der Klemme 28 durch den Induktor 38 und dem Kreis 35 zur Spule 24 fließt, wenn die Spannung an der Source 40 das Durchbruchspotential der Zener-Diode 48 übersteigt.
Das Gate 42 des Schaltermitteis 30, und das Gate 52 des Schaltermittels 32 sind durch ein Verzögerungsmittel 34 verbunden, das einen Widerstand 58 umfaßt, von dem ein Ende als Eingang zu dem Verzögerungsmittel dient, und mit dem Gate 42 des Schaltermittels 30 verbunden ist, während das andere Ende mit einem Kondensator 62 verbunden ist. Die der Verbindungsstelle mit dem Widerstand 54 gegenüberliegende Seite des Kondensators liegt an Masse. Der Ausgang des Verzögerungsmittels ist mit dem Gate 52 des Transistors 32 verbunden. Eine Diode 60 ist zwischen den beiden Gates 42 und 52 parallel zu dem Verzögerungsmittel 34 angeschlossen. Die Diode 60 ist so polarisiert, daß Stromfluß zum Ladekondensator 62 durch den Widerstand 58 hindurch fießen muß, der Entladestrom jedoch darum kurzgeschlossen werden kann. Dies stellt das synchrone Abschalten der Transistoren 30 und 32 sicher.
Ein Ausgang des Oszillators 20 ist mit dem Gate 42 des Schaltermittels 30 und mit dem Gate 52 des Schaltermittels 32 verbunden, wobei die letztere Verbindung über das Verzögerungsmittel 34 geführt ist. Bei der bevorzugten Ausführung besteht das durch den Oszillator 20 an die Gates 42 und 52 übertragene Signal aus einer Reihe von Rechteckimpulsen mit 90% (der Zykluszeit) Einschaltdauer, die mit einer Rate von 100 bis 2000 Hz auftreten. Der Oszillator hat auch einen entsprechenden Ausgang, der mit einem Eingang des Abtast- und Haltekreises 16 verbunden ist.
Wenn kein Gleichstrom in der Leitung 10 fließt, wird kein Magnetfluß in dem Sensormittel 12 erzeugt, und kein Sekundärstrom ist durch das Meßmittel 14 zu messen. Wie in Fig. 3 angezeigt, wird, wenn ein sich langsam ändernder "Gleich-"Strom durch die Leitung 10 fließt, infolge der Änderung des Magnetflusses ein Sekundärstrom in der Induktionsspule 24 induziert, der in dem Kern des Sensors durch den Laststrom entwickelt wird. Wenn er jedoch nicht periodisch zurückgesetzt wird, wird der Kern gesättigt werden und der Sekundärstrom wird nicht genau dem zu messenden Strom folgen.
Wenn das Ausgangssignal vom Oszillator hoch wird, schaltet der Transistor 30 "ein" und der Transistor 32 bleibt anfangs "aus", was einen Stromfluß von Vs durch den Induktor 38 zu Masse zuläßt, wodurch der Knoten 39 im wesentlichen zu Masse gezogen wird. Eine durch die Verzögerungsschaltung 34 bestimmte kurze Zeit danach wird der Transistor 32 eingeschaltet und zieht den Knoten 25 an Masse.
Wenn der Transistor 32 "ein" ist, läuft der in der Wicklung 24 durch den Strom in der Leitung 10 induzierte Sekundärstrom in einer Schleife im Uhrzeigersinn durch den Widerstand 26 zur Masse und dann zurück durch den Transistor 32 zum Knoten 25. Wenn der Sekundärstrom durch den Widerstand 26 fließt, kann eine darüber entwickelte Potentialdifferenz durch den Abtastund Haltekreis 16 abgetastet werden. Diese Messung ist für den in der Leitung 10 fließenden Strom repräsentativ.
Wie vorstehend angezeigt, wird, da die Leitung 10 einen Gleichstrom führt, der durch diesen Strom geschaffene Fluß beginnen, kurze Zeit nach Einleitung des Stromflusses den Kern zu sättigen, wonach der ggf. in der Wicklungsspule 24 induzierte Sekundärstrom nicht genau den Primärstrom wiedergibt. Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung benutzt ein Magnetfluß- Rücksetzmittel 22, um diese die Messung beeinträchtigende Sättigungswirkung zu vermeiden.
Wenn der Ausgang vom Oszillator 20 tief geht, werden die Schaltermittel 30 und 32 augenblicklich "aus"-geschaltet, so daß kein Strom von Source nach Drain dort hindurch fließen kann. Wenn der Transistor 30 abschaltet, wird der Knoten 39 nach oben zur Versorgungsspannung hin gezogen, und die Potentialsperre der Zener-Diode 48 wird überwunden, was einen Rücksetzstrom durch die Wicklung 38, die Diode 46, die Zener-Diode 48 und von dort durch die Sekundärwicklung 24 und den Widerstand 26 nach Masse in der durch den Pfeil 27 der Figur angezeichneten Richtung fließen läßt. Der Rücksetzstrom kann nicht durch den Transistor 32 fießen, da dieser zu diesem Zeitpunkt "aus" ist, noch kann Strom durch den Widerstand 36 wieder zu Masse fließen, wegen der Diode 56. Wenn der Rücksetzstrom durch diese Schleife im Uhrzeigersinn fließt, wird ein Magnetfluß im Kern des Sensors 12 erzeugt, der entgegengesetzt zu dem polarisiert ist, der durch den Laststrom in der Leitung 10 erzeugt wurde. Das hat den Effekt, den in dem Kern durch den Laststrom erzeugte Magnetfluß zu begegnen und dadurch "den Kern zurückzusetzen", in der Weise, daß im Durchschnitt über einem vollständigen Messungs/Rücksetz-Zyklus ein Netto-Flußwert der Größe Null vorhanden ist.
Wenn der Ausgang vom Oszillator wiederum hoch geht, wird der Transistor 30 "ein"-geschaltet, was unmittelbar den Knoten 39 an Masse zieht. Zu diesem Zeitpunkt fällt die Spannung über der Diode 48 unter das Durchbruchspotential ab, das notwendig ist, einen Rückstrom dort hindurch fließen zu lassen, und die Versorgungsspannung an der Klemme 28 ist nicht länger wirksam, die am Knoten 25 anliegende Spannung zu bestimmen.
Anders als der Transistor 30 wird der Transistor 32 nicht unmittelbar "ein"-geschaltet, wenn der Ausgang des Oszillators 20 hoch geht, sondern bleibt stattdessen während eines durch das Verzögerungsmittel 34 bestimmten Zeitraumes "aus". Das Signal vom Oszillator kann nicht durch die Diode 60 laufen, sondern muß stattdessen durch den Widerstand 58 und den Kondensator 62 hindurchtreten. Erst wenn der Kondensator ausreichend aufgeladen ist, um die an dem Gate 52 des Transistors 32 angelegte Spannung auf dessen Einschaltpotential anzuheben, wird der Transistor 32 leiten und den Knoten 25 an Masse ziehen. Die Länge der Verzögerung, bevor der Transistor 32 "ein"-geschaltet wird, wird durch die durch den Widerstand 58 und den Kondensator 62 gebildete RC-Zeitkonstante bestimmt.
Während des Verzögerungszeitraumes bei "aus"-geschaltetem Transistor 32 verhindern die Dioden 46 und 56, daß der Knoten 25 unmittelbar durch den Transistor 30 an Masse gezogen wird. Jedoch kommen an dieser Verbindung der Widerstand 36 und die Diode 56 ins Spiel durch Schaffen einer Schleifensperre, die es ermöglicht, die in dem Kern und der Wicklung 24 gespeicherte Energie an Masse abzuladen. Kurz danach wird der Transistor 32 eingeschaltet, wenn die Ladung am Kondensator 62 das Gate- Einschaltpotential erreicht. Zu diesem Zeitpunkt ist dann das Oszillatorsignal hoch und beide Transistoren sind an. Da der die Leitung 10 und die Wicklung 24 miteinander verbindende Magnetfluß zurückgesetzt wurde, induziert der Fluß von dem in der Leitung fließenden Gleichstrom wiederum einen Sekundärstrom im Sensormittel 12. So kann wieder eine Messung dieses Sekundärstromes angestellt werden, wie er durch das Meßmittel 14 fließt.
Ein zweiter Ausgang des Oszillators 20 schafft eine Zeitgabesteuerung für den Abtast- und Haltekreis 16 in Synchronbeziehung mit der Steuerung des Rücksetzmittels 22 in solcher Weise, daß die an dem Meßmittel 14 unternommenen Messungen periodisch abgetastet und zum Anzeigemittel 18 übertragen werden.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet als ein die Schaltung nicht belastendes Gleichstrom-Meßgerät. Bei der bevorzugten Ausführung werden die Spule 24 und der zugeordnete Kern über eine bestehende Sammelleitung oder einen solchen Leiter gestreift. Pies ergibt den sehr wichtigen innewohnenden Vorteil, daß es nicht erforderlich ist, den Leiter 10 zu unterbrechen. Weiter ist keine zusätzliche Reihenkomponente vorhanden, die eine mögliche Zuverlässigkeits-Beeinträchtigung ergeben kann, die in einer Zuverlässigkeits-Abschätzung in Betracht gezogen werden muß.
Ein anderer Vorteil ist die Gerätegenauigkeit. Die Begrenzungen der Genauigkeit oder der Stabilität des Gerätes treten nur in dem Abtast- und Haltekreis und dem zugehörigen Verstärker auf, nicht in dem Erfassungs-(Sensor-), Meß- und Flußrückstellmittel. So wurden die mit Geräten vom Hall-Effekt-Typ und verschiedenen anderen Arten von Stromüberwachungsgeräten verbundenen Driftprobleme beseitigt. Kleine Ströme können mit dem Gerät genau gemessen werden, ohne den hochprozentigen Fehler von Geräten nach dem Stand der Technik, so daß die Einsatzfähigkeit des Gerätes auf einen breiteren Anwendungsbereich erweitert werden kann. Zusätzlich kann mit einer Gestaltung, wie sie in Fig. 4 abgebildet ist, ein bilateraler Stromfluß gemessen werden, womit der Einsatzbereich des Gerätes zusätzlich erweitert wird.

Claims

1. Nicht in die Schaltung eingreifender Gleichstrom-Monitor, der umfaßt:

Magnet-Sensormittel (12) mit einem Magnetkern und einer Sekundär-Wicklung (24), welches Sensormittel fähig ist, einen durch eine Leitung (10) fließenden Gleichstrom zu erfassen und in der Sekundär-Wicklung einen zu dem erfaßten Gleichstrom proportionalen Sekundärstrom zu erzeugen;

mit dem Magnet-Sensormittel (12) gekoppeltes Strom-Meßmittel (14), das zum Erzeugen eines zu der Größe des Sekundärstroms proportionalen Spannungs-Ausgangssignals wirksam ist; und

mit dem Sensormittel (12) gekoppeltes Rücksetzmittel (22), das enthält ein erstes Schaltermittel (30), um periodisch einen Rücksetz-Strom an die Sekundärwicklung anzulegen, und ein zweites Schaltermittel (32), um periodisch eine Seite der Sekundärwicklung (24) an Masse zu legen, welches Rücksetzmittel wirksam ist, den Kern in einer zu dem durch den Gleichstrom verursachten Fluß umgekehrten Richtung in Sättigung zu treiben, so daß die Größe des darauffolgend in der Sekundärwicklung (24) induzierten Stromes genau der Größe des in der Leitung (10) fließenden Stromes entspricht;

dadurch gekennzeichnet, daß das Rücksetzmittel (22) weiter wirksam ist, periodisch einen Rücksetzstrom in dem Sensormittel (12) zu erzeugen, der ausreicht, die Polarität des Magnetflusses in dem Kern umzukehren.

2. Vorrichtung, wie in Anspruch 1 beschrieben, und die weiter umfaßt:

einen mit dem Rücksetzmittel (22) gekoppelten Oszillator (20), der wirksam ist, periodisch das erste und das zweite Schaltermittel (30,32) zu betätigen.

3. Vorrichtung, wie in Anspruch 1 oder 2 beschrieben, und die weiter umfaßt:

einen mit dem Meßmittel (14) zum periodischen Abtasten und Speichern des Spannungs-Ausgangssignals gekoppelten Abtastund Haltekreis (16); und

zum Empfangen des gespeicherten Spannungssignals von dem Abtast- und Haltekreis (16) und zum Anzeigen des Signals in einer benutzer-lesbaren Form wirksames Anzeigemittel (18).

4. Vorrichtung, wie in Anspruch 3 beschrieben, bei der der Oszillator weiter wirksam ist, Zeitgabe-Steuerung für den Abtast- und Haltekreis (16) in Synchronbeziehung mit der Betätigung des ersten und des zweiten Schaltermittels zu schaffen.

5. Vorrichtung, wie in Anspruch 1 beschrieben, bei der das Meßmittel (14) einen Widerstand (26) enthält, über dem das Spannungssignal erzeugt wird, wenn der Sekundärstrom dort hindurchfließt, wobei das Spannungssignal zu dem durch die Leitung (10) fließenden Gleichstrom proportional ist.

6. Vorrichtung, wie in Anspruch 2 beschrieben, bei der das Rücksetzmittel (22) weiter enthält:

über das zweiten Schaltermittel (32) so angeschlossenes Strom-Wärmewandlermittel (36), daß dann, wenn das erste Schaltermittel durch den Oszillator (20) "ein-"geschaltet ist, der Rücksetzstrom durch das Strom-Wärmewandlermittel (36) fließen kayin, um in Wärme gewandelt zu werden; und zwischen dem Oszillator (20) und dem Eingang zu dem zweiten Schaltermittel (32) angeschlossenes Verzögerungsmittel (34), das wirksam ist, die Betätigung des zweiten Schaltermittels (32) ausreichend zu verzögern, um den Rücksetzstrom durch das Strom-Wärmewandlermittel (36) in Wärme wandeln zu lassen.

7. Vorrichtung, wie in Anspruch 6 beschrieben, bei der das erste Schaltermittel (30) einen ersten Transistor enthält, dessen Source (40) mit einer Versorgungsspannung (Vs), dessen Drain (44) mit der Schaltungs-Masse und dessen Gate (42) mit einem Ausgang des Oszillators (20) verbunden ist.

8. Vorrichtung, wie in Anspruch 7 beschrieben, bei der das zweite Schaltermittel (32) einen zweiten Transistor enthält, dessen Source (50) mit dem Sensormittel (12), dessen Drain (54) mit der Schaltungs-Masse und dessen Gate (52) mit dem Verzögerungsmittel (34) verbunden ist.

9. Vorrichtung, wie in Anspruch 6 beschrieben, bei der das Strom-Wärmewandlermittel (36) einen Widerstand mit einem so hohen Widerstandswert enthält, daß dort hindurchgehender Strom schnell in Wärme gewandelt wird.

10. Vorrichtung, wie in Anspruch 6 beschrieben, bei der das Verzögerungsmittel (34) einen Widerstand (58) und einen Kondensator (62) enthält, die zwischen dem Oszillator (20) und dem zweiten Schaltermittel (32) angeschlossen sind, wobei der Widerstand (58) parallel zu einer Diode (60) liegt, so daß, wenn das Signal von dem Oszillator (20) hoch ist, Strom durch den Widerstand (58) fließt und den Kondensator (62) auf lädt, und, wenn dann das Signal von dem Oszillator (20) tief ist, der Kondensator sich durch die Diode (60) entlädt, wodurch das erste Schaltermittel (30) und das zweite Schaltermittel (32) im wesentlichen gleichzeitig "aus-"geschaltet werden.

11. Vorrichtung, wie in Anspruch 1 beschrieben, bei der das Sensormittel (12) weiter eine zusätzliche Sekundärwicklung 24b enthält, die gegensinnig zu der ersten Sekundärwicklung 24a angeschlossen ist, so daß bidirektionaler Gleichstrom gemessen werden kann.