EP4278195A1 - Verfahren und vorrichtung zur erfassung eines veränderten messverhaltens einer strommessvorrichtung mit einem magnetkern und mindestens einen sensor - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erfassung eines veränderten messverhaltens einer strommessvorrichtung mit einem magnetkern und mindestens einen sensor

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Publication number
EP4278195A1
EP4278195A1 EP22700388.6A EP22700388A EP4278195A1 EP 4278195 A1 EP4278195 A1 EP 4278195A1 EP 22700388 A EP22700388 A EP 22700388A EP 4278195 A1 EP4278195 A1 EP 4278195A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
measuring device
magnetic core
current flow
sensor
Prior art date
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Pending
Application number
EP22700388.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias STADTFELDER
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Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP4278195A1 publication Critical patent/EP4278195A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a changed measurement behavior of a current measuring device comprising a magnetic core and at least one sensor, in particular a Hall sensor, for measuring a current flowing through a conductor. Furthermore, the invention relates to a current-measuring device that is set up to detect a changed measurement behavior.
  • One object of the present invention is therefore to show a way of showing a possible incorrect measurement behavior of a current measuring device in which, to measure a current flow through a conductor, the corresponding current-carrying conductor is guided through an opening in a magnetic core, in particular also serving as a field concentrator , and the magnetic flux flowing as a result in the core is detected by means of at least one sensor, in particular a Hall sensor, to detect and determine.
  • the invention proposes a method with the features of independent patent claim 1 and a current measuring device according to patent claim 3, in particular a current measuring device suitable for such a method.
  • the invention consequently proposes a method for detecting a changed measurement behavior of a current measuring device comprising a magnetic core and for measuring a current flow in a current-carrying conductor, the magnetic core having a through-opening through which the current-carrying conductor is guided to measure the current flow and to at least one point is separated to form an air gap, in which at least one sensor, in particular a Hall sensor, is arranged.
  • the invention proposes, after providing a conductor that is routed through the through-opening and suitable for carrying current, to generate a known current flow in it, to measure a magnetic flux that occurs due to the current flow in the magnetic core, and to compare the measured value with a known current flow to compare the expected value based on it and to record a difference between the measured value and the expected value.
  • the invention consequently proposes a current measuring device for detecting a changed measurement behavior when measuring a current flow in a current-carrying conductor, which comprises a magnet core having a through-opening through which the current-carrying conductor is to be guided to measure a known current flow, and at least is separated at a point to form an air gap, in which at least one sensor, in particular a Hall sensor, is arranged.
  • the current measuring device is characterized in that the current measuring device using the at least one sensor is set up to measure a magnetic flux that occurs when the current-carrying conductor is routed through the through-opening in the magnet core, to compare the measured value with an expected value based on the known current flow, and to detect a difference.
  • the current measuring device can consequently also be set up expediently for determining such a correction factor from the detected difference and for calculating the correction factor into the measurement behavior of the current measuring device for its recalibration.
  • the current measuring device can also contain appropriately configured evaluation electronics connected to the at least one sensor suitable for the measurement.
  • the current-carrying conductor can expediently be wound around the magnetic core in at least some areas in the manner of a coil, so that a quasi-adjustment winding for conducting a defined and therefore known current flow is made possible.
  • any change in the measurement behavior in particular compared to the delivery condition and in particular due to deviations caused by contamination, can consequently be recorded on site and expediently taken into account in a new calibration, d. H . in particular with regard to the air gap, but advantageously also with regard to further cut surfaces in the case of magnetic cores designed in multiple parts that can be joined together, and thus in particular between the connection points of individual magnetic core parts joined together for the measurement.
  • the invention is therefore particularly suitable for use in retrofittable generic current measuring devices, in which case the current measuring devices can also be upgraded as measuring transducers and/or current transformers, for example.
  • the measured magnetic flux is therefore not used in the context of the invention to determine the current flow and any adjustment of the current flow to a specific value, but the object of the invention is rather to use the measured magnetic flux to detect a changed measurement behavior of a current measuring device and for this purpose to use a known current flow and thus the expected measurement behavior as a basis.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a method according to the invention using a basic sketch of a current measuring device which can be used within the scope of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a current measuring device according to the invention
  • FIG. 3 shows a concept of a structure of a further exemplary embodiment of a current measuring device according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a current measuring device according to the invention.
  • FIG. 1 first shows the basic sketch of a current measuring device that can be used within the scope of the invention for detecting a changed measuring behavior when measuring a current flow I P in a current-carrying conductor 100 .
  • the current measuring device outlined comprises a magnetic core 200 which has a through-opening 400 through which the current-carrying conductor 100 is to be guided in order to measure the current flow and which is shown in FIG. 1 is already passed through this.
  • the magnetic core is thus expediently designed as a toroidal core.
  • the magnetic core is separated at at least one point to form an air gap 300 .
  • a sensor 500 in particular a Hall sensor, is arranged in this air gap, it also being possible for a plurality of sensors to be arranged in such an air gap 300, depending on the specific embodiment. Due to the separation of the magnetic core to form at least one air gap, however, other magnetic core shapes can also be used, in particular depending on the specific design, such as a "C-core” or a "U-core”, for example. which already have a split point per se forming an air gap.
  • the current measuring device is now consequently set up using the at least one sensor 500 suitable for this purpose, in particular a Hall sensor , a magnetic flux 4? to measure, the measured value with a current flow based on a known to compare the expected value and to record a difference between the measured value and the expected value.
  • the at least one sensor 500 suitable for this purpose in particular a Hall sensor , a magnetic flux 4? to measure, the measured value with a current flow based on a known to compare the expected value and to record a difference between the measured value and the expected value.
  • the senor 500 can be connected to evaluation electronics 600 that are appropriately set up.
  • the comparison and the differential detection can be used, for example, in the example shown in FIG. 1 marked with “pC” of the evaluation electronics 600.
  • an expected value based on a known current flow can also be stored.
  • a current-carrying conductor 100 guided through the through-opening of the magnetic core 200 is provided and a known current flow, identified by Ip in FIG. 1, is generated or generated in the current-carrying conductor. adjusted, consequently the magnetic flux ⁇ I> that occurs due to the current flow in the magnetic core can be measured.
  • the current conductor 100 this, d. H . for production or Setting a current flow, in particular also a known current flow, must be previously connected to a corresponding electronic device must, which however in Fig. 1 is not shown for reasons of clarity.
  • the correspondingly measured value can then be compared with an expected value based on this known current flow I P , i. H . in particular with a value stored for this purpose in advance, and subsequently any difference between the measured value and the expected value is recorded.
  • a correction factor is determined from the detected difference and this in turn can or can be included in the measurement behavior of the current measuring device, in particular for its recalibration. is also included.
  • Hall sensors which deliver a measured value that is proportional to the magnetic field, before comparing the values z. B. the measured value can also be converted from analog to digital, as in FIG. 1 z . B.
  • FIG. 2 shows an example of a schematic representation of an exemplary embodiment of an inventive device Current measuring device, in which in a modification to the principle sketch z ze according to FIG. 1 the magnetic core 200 consists of a plurality of magnetic core parts 210 and 220 which can be joined together, according to FIG. 2 of two parts . At least two magnetic core parts that can be joined together result in improved retrofitting of the current measuring device according to the invention, since the magnetic core can be easily arranged around an already installed conductor 100 for current conduction.
  • a desired air gap can also remain formed exactly at one or more of these points, in which then in each case at least one sensor, d . H . So in particular a Hall sensor can be placed.
  • a Hall sensor can be placed at Fig. 2, for example, even after the two magnetic core parts 210 and 220 have been joined together, an air gap 300 each remains in each case at separate locations, and in each of these air gaps 300 there is a sensor 500 expediently designed as a Hall sensor arranged .
  • An expedient evaluation electronics 600 is advantageously housed in the embodiment at the same time in a kind of base of the current measuring device and can, in particular, also be used to determine a correction factor from the detected difference and to calculate the correction factor into the measurement behavior the current measuring device, in particular be adapted to their new calibration.
  • the evaluation electronics 600 can preferably also be part of an electronic circuit which z. B. is housed on a printed circuit board. Such a circuit or such a circuit board can also include other functional blocks and / or components such. B. a power pack and various outputs, e.g. for standard current signals, e.g. B. in the order of current output 0-20mA, for an RS485 connection and/or for an Ethernet signal.
  • the current measuring device can also preferably be set up for manual starting, in particular for comparing and detecting.
  • an especially digital interface or button 610 connected to the evaluation electronics can be provided, via which a control command can be used via the interface or the steps of comparing and detecting the method according to the invention or a complete self-calibration, as indicated above, can be started manually in an expedient embodiment by pressing a button.
  • it can also be coupled to the electronic device that generates or initiates the flow of current in the conductor 100 .
  • a position detection device 650 can also be integrated in relation to the magnetic core parts that can be joined together, which is set up in particular in response to the detection of a new assumption of the magnetic core parts in a joined position, for automatically starting the comparison and the detection.
  • a possible example here is monitoring by means of a device as in FIG.
  • magnetic core parts that can be joined together can also be provided, and/or the magnetic core parts do not have to be divided into parts of the same size.
  • sensors a different number of sensors is possible, but at least one sensor, and thus in particular at least one Hall sensor, is necessary in at least one air gap.
  • the magnetic core there comprises at least one foldable magnetic core part 220, with a further magnetic core part 210 in the example shown, fixed to a mounting, holding or standing unit of the current measuring device, e.g. B. for mounting or mounting on a DIN rail 700, is integrated.
  • the magnetic core can consequently be opened by folding the magnetic core part 220 open or up, positioned in a simple manner around a current conductor 100 and closed by folding the magnetic core part 220 closed or down, expediently also locked.
  • a position detection device 650 can be integrated in the current measuring device.
  • a bridge in particular made of electrically conductive material, can be contained in the magnetic core part 220, which has a monitored 2-pole contact in the other magnetic core part 210 or in the mounting, holding or standing unit according to FIG. 3 shorts .
  • An air gap also remains in this end position, within which the sensor 500 is then accommodated.
  • Figure 4 shows a schematic representation of a further preferred exemplary embodiment of a current measuring device according to the invention, in which the current-carrying conductor 100 coil-like, at least partially wound around the magnetic core 200 .
  • the conductor thus provides a type of matching winding.
  • a defined current flow I P I is sent. This generates a magnetic flux 4?, in FIG. 4 also referred to as 'I' balance due to the conductor 100 used as the balance winding, which is measured by the existing current sensors 500, possibly also using secondary windings, and with an expected value already stored in the delivery state, which is therefore also known as Reference value can be referred to, is compared. From which it may According to the above description, the resulting deviation or difference can thus be used to determine the correction value or a corresponding factor for the measurement behavior, ie in particular also the transmission behavior, and to offset it against the measurement signal.
  • the output signal obtained in this way can be read despite dirt, particularly on the cut surfaces , or despite other material changes with sufficient Accuracy, in particular linearly, are transmitted to the further downstream evaluation, not shown in the figures for reasons of clarity.
  • the resulting A correction factor can be determined for the resulting deviation and offset against the measurement signal in the evaluation electronics 500 .
  • wound silicon iron Due to the often high currents to be recorded, e.g. B. between 50A and 600A (nominal value DC, effective value AG), wound silicon iron has proven to be particularly useful as the core material.
  • an air gap required for the measurement can be limited to z. B. 1mm to 3mm, in particular approx. 2, 2mm to be designed.
  • the measuring ranges of the sensors 500 used for current measurement ie in particular Hall sensors, are not exceeded even with currents of 600A AG (with crest factor 2 with peak currents also of 1200A).
  • the sensors available on the market e.g. B. also in a housing known among experts as TO92 with a measuring range of approx. 200mT can be used.
  • Such is known to be a widespread type of semiconductor package used for transistors and smaller integrated circuits (temperature sensor, voltage reference).

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung eines veränderten Messverhaltens einer Strommessvorrichtung mit einem Magnetkern und mindestens einen Sensor, wobei der Magnetkern (200) eine Durchgangsöffnung (400) aufweist, durch die ein stromführender Leiter (100) zur Messung des Stromflusses geführt wird und an wenigstens einer Stelle zur Bildung eines Luftspaltes (300) aufgetrennt ist, in welchem mindestens ein Sensor (500), insbesondere Hall-Sensor angeordnet ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein durch die Durchgangsöffnung geführter zur Stromführung geeigneter Leiter (100) bereitgestellt und in diesem ein bekannter Stromfluss (IP) erzeugt wird. Ein sich aufgrund des Stromflusses im Magnetkern einstellenden magnetischer Fluss (Φ) wird gemessen, der gemessene Wert mit einem auf dem bekannten Stromfluss (IP) basierenden Erwartungswert verglichen und eine Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem Erwartungswert erfasst.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung eines veränderten Mess erhaltens einer Strommessvorrichtung mit einem Magnetkern und mindestens einen Sensor
Beschreibung
Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zur Erfassung eines veränderten Messverhaltens einer, einen Magnetkern und mindestens einen Sensor, insbesondere einen Hall-Sensor umfassenden Strommessvorrichtung zur Messung eines , durch einen Leiter fließenden Stroms . Des Weiteren Betri f ft die Erfindung eine Strommessvorrichtung, die zum Erfassen eines veränderten Messverhaltens eingerichtet ist .
Aus dem Stand der Technik sind Methoden zur Strommessung eines Stromdurchflusses durch einen Leiter bekannt , bei denen der stromführende Leiter hierzu durch die Öf fnung eines Magnetkerns geführt ist . So kann das sich um diesen stromführenden Leiter ausbildende magnetische Feld in dem, insbesondere auch als Feldkonzentrator dienenden, Magnetkern gebündelt und der im Kern fließende magnetische Fluss mittels eines Hall-Sensors erfasst und herkömmlicher Weise in ein elektrisches Signal umgewandelt werden . Der Magnetkern zusammen mit dem wenigstens einen Hall-Sensor fungiert bei der Strommessung also als eine Art Messumformer . Für die Erfassung des magnetischen Flusses ist der Magnetkern üblicherweise an einer Stelle aufgetrennt und so ein Luftspalt erzeugt ist , in den der Sensor eingeführt ist . Bekanntermaßen können hierbei bereits kleinste Änderungen, auch bereits im pm-Bereich, des Luftspalts die Strommessung und deren Genauigkeit beeinflussen . Ein wie vorstehend beschriebener Aufbau ist bei lediglich nur einer zur Erzeugung des Luftspaltes auf getrennten Stelle j edoch auch nur bedingt als nachrüstbarer Aufbau einsetzbar, da der zur Strommessung vorgesehene Leiter durch den Magnetkern hindurchgeführt werden muss . Um die Nachrüstbarkeit zu erleichtern, ist es z . B . möglich, den als Feldkonzentrator dienenden Magnetkern in zwei oder mehr Teile zu teilen, sodass diese um einen Leiter herum angeordnet werden können . An den hierbei entstehenden Schnittflächen kann nach Montage der Teile wiederum wenigstens ein Luftspalt bereitgestellt bleiben, in welchem der mindestens eine Hall-Sensor angeordnet sein kann . Durch diesen teilbaren Aufbau des magnetischen Kreises wird folglich ein gattungsbildender Magnetkern und in Folge ein hieraus gebildeter Messumformer dazu ertüchtigt , um eine bestehende Stromleitung herum installiert werden zu können . Gleiches gilt im Wesentlichen auch für als Stromwandler eingerichtete Strommessvorrichtungen, die zu Nachrüstbarkeit mit zur Montage klappbaren Magnetkernteilen ausgebildet und in diesem Fall häufig auch als Klappwandler bezeichnet werden .
Da sich j edoch häufig an den Schnittflächen, und also insbesondere zwischen den Verbindungstellen der einzelnen Magnetkernteile und/oder innerhalb eines bereitgestellten Luftspaltes mit dem darin angeordneten Sensor, Verschmutzungen ansammeln können, insbesondere aus der Umgebung vor Ort im Betrieb, wie beispielsweise durch Staubkörner, Sand etc . , besteht insgesamt die Gefahr, dass das Messergebnis beeinflusst wird bzw . nicht mehr einem vor Inbetriebnahme durch Abgleich eingestellten Mess- und/oder Übertragungsverhalten entspricht , selbst bei einer hierbei bestimmten maximalen Fehlertoleranz . Daher eignen sich solche Strommessvorrichtungen für den Einsatz in industriellen Anlagen aktuell in der Regel nur, wenn entweder die Fehlertoleranzen groß zügig ( z . B . >2 % Abweichung vom Messbereichsendwert ) ausgelegt werden oder diese Vorrichtung nur in einer staubf reien/ sterilen Umgebung eingesetzt werden . Aber auch andere Beeinträchtigungen, z . B . durch mechanische Beanspruchung, und Strukturveränderungen, insbesondere des Magnetkerns , können das Messergebnis beeinflussen .
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, einen Weg auf zuzeigen, ein mögliches Fehlmessverhalten einer Strommessvorrichtung, bei welcher zur Messung eines Stromflusses durch einen Leiter, der entsprechende , stromführender Leiter durch eine Öf fnung eines , insbesondere auch als Feldkonzentrator dienenden, Magnetkerns geführt ist , und der in Folge im Kern fließende magnetische Fluss mittels wenigstens eines Sensors , insbesondere Hall-Sensors erfasst wird, zu erkennen und zu bestimmen .
Als Lösung schlägt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patenanspruchs 1 vor, sowie eine Strommessvorrichtung gemäß Patentanspruch 3 vor, insbesondere eine für ein solches Verfahren geeignete Strommessvorrichtung .
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche . Mit der Erfindung wird folglich ein Verfahren zur Erfassung eines veränderten Messverhaltens einer, einen Magnetkern und umfassenden Strommessvorrichtung zum Messen eines Stromflusses in einem stromführenden Leiter vorgeschlagen, wobei der Magnetkern eine Durchgangsöf fnung aufweist , durch die der stromführende Leiter zur Messung des Stromflusses geführt wird und an wenigstens einer Stelle zur Bildung eines Luftspaltes aufgetrennt ist , in welchem mindestens ein Sensor, insbesondere Hall-Sensor angeordnet ist . Die Erfindung schlägt hierbei vor, nach Bereitstellen eines durch die Durchgangsöf fnung geführten, zur Stromführung geeigneten Leiters , in diesem einen bekannten Stromfluss zu erzeugen, einen sich aufgrund des Stromflusses im Magnetkern einstellenden magnetischen Fluss zu messen, den gemessenen Wert mit einem auf dem bekannten Stromfluss basierenden Erwartungswert zu vergleichen und eine Di f ferenz zwischen dem gemessenen Wert und dem Erwartungswert zu erfassen .
Ferner schlägt die Erfindung folglich eine Strommessvorrichtung zum Erfassen eines veränderten Messverhaltens beim Messung eines Stromflusses in einem stromführenden Leiter vor, welche einen Magnetkern umfasst , der eine Durchgangsöf fnung aufweist , durch welche der stromführende Leiter zum Messen eines bekannten Stromflusses zu führen ist , und an wenigstens einer Stelle zur Bildung eines Luftspaltes aufgetrennt ist , in welchem mindestens ein Sensor, insbesondere Hall-Sensor angeordnet ist . Die Strommessvorrichtung kennzeichnet sich dadurch aus , dass die Strommessvorrichtung unter Verwendung des mindestens einen Sensor zum Messen eines sich bei durch die Durchgangsöf fnung geführten, stromführenden Leiter im Magnetkern einstellenden magnetischen Flusses , zum Vergleichen des gemessenen Wertes mit einem auf dem bekannten Stromfluss basierenden Erwartungswert und zum Erfassen einer Di f ferenz eingerichtet ist .
Insbesondere ist gemäß zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehen, aus der erfassten Di f ferenz einen Korrekturf aktor zu ermitteln und diesen in das Messverhalten der Strommessvorrichtung zu deren Neu-Eichung mit einzurechnen . Auch die Strommessvorrichtung kann folglich zweckmäßig zum Ermitteln eines solchen Korrekturf aktors aus der erfassten Di f ferenz und zum Einrechnen des Korrekturf aktors in das Messverhalten der Strommessvorrichtung zu deren Neu-Eichung eingerichtet sein . Insbesondere hierzu kann die Strommessvorrichtung auch eine mit dem mindestens einen zur Messung geeigneten Sensor verbundene , entsprechend eingerichtete Auswerteelektronik beinhalten .
Insbesondere zum Bereitstellen des durch die Durchgangsöf fnung geführten stromführenden Leiters und des darin erzeugten bekannten Stromflusses kann der stromführende Leiter zweckmäßig wenigstens Bereichsweise spulenartig um den Magnetkern gewickelt sein, so dass quasi eine Abgleichwicklung zum Durchleiten eines definierten und also bekannten Stromflusses ermöglicht ist .
Wesentliche Vorteil der Erfindung sind folglich darin zu sehen, dass das Erfassen von veränderten Messverhalten im Wesentlichen zu j eder Zeit und insbesondere auch im Feld bzw . vor Ort erfolgen kann, d . h . bei grundsätzlich bereits erfolgter Inbetriebnahme einer gattungsbildenden Strommessvorrichtung, mit welcher der Stromfluss in einem stromführenden Leiter derart gemessen werden kann, indem der stromführende Leiter durch die Durchgangsöf fnung eines Magnetkerns geführt ist und in einem Luftspalt an auf getrennter Stelle des Magnetkerns ein zur Messung geeigneter Sensor, insbesondere Hall-Sensor angeordnet ist , mittels welchem der sich daraufhin im Magnetkern einstellende magnetische Fluss gemessen wird .
Jegliche Veränderung des Messverhaltens , insbesondere gegenüber einem Auslieferungs zustand und insbesondere aufgrund von Verunreinigungen hervorgerufenen Abweichungen kann folglich vor Ort erfasst und zweckmäßig bei einer Neu- Eichung berücksichtig werden, d . h . insbesondere in Bezug auf den Luftspalt aber vorteilhafter Weise auch in Bezug auf weiterer Schnittflächen bei mehrteilig ausgebildeten, zusammenfügbaren Magnetkernen, und also insbesondere zwischen den Verbindungstellen einzelner solcher für die Messung zusammengefügten Magnetkernteile . Die Erfindung eignet sich somit insbesondere auch für den Einsatz bei nachrüstbaren gattungsbildenden Strommessvorrichtungen, wobei die Strommessvorrichtungen beispielsweise auch als Messumformer und/oder Stromwandler ertüchtigt sein können .
Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweisen zur Messung eines Stromflusses durch einen Leiter, wie z . B . der JP 2018- 017687 , wird somit der gemessene magnetische Fluss im Rahmen der Erfindung nicht zur Bestimmung des Stromflusses und eventuellen Einstellung des Stromflusses auf einen bestimmen Wert eingesetzt , sondern ist Gegenstand der Erfindung vielmehr, den gemessenen magnetischen Fluss zum Erfassen eines veränderten Messverhaltens einer Strommessvorrichtung einzusetzen und hierfür als Grundlage auf einen bekannten Stromfluss und damit erwartetes Messverhalten zurückzugrei fen .
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus einigen bevorzugten Aus führungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden . In schematischer Darstellung zeigt dabei :
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Aus führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Nutzung einer Prinzipski z ze einer im Rahmen der Erfindung einsetzbaren Strommessvorrichtung;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Aus führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung;
Figur 3 ein Konzept eines Aufbaus eines weiteren Aus führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung;
Figur 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Aus führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung . Figur 1 zeigt zunächst die Prinzipski z ze einer im Rahmen der Erfindung einsetzbaren Strommessvorrichtung zum Erfassen eines veränderten Messverhaltens beim Messen eines Stromflusses IP in einem stromführenden Leiter 100 . Wie zu sehen, umfasst die ski z zierte Strommessvorrichtung einen Magnetkern 200 , der eine Durchgangsöf fnung 400 aufweist , durch welche der stromführende Leiter 100 zum Messen des Stromflusses zu führen ist und welcher bei Fig . 1 bereits durch diese geführt ist . Der Magnetkern ist somit zweckmäßig als Ringkern ausgebildet . Ferner ist der Magnetkern an wenigstens einer Stelle zur Bildung eines Luftspaltes 300 aufgetrennt . In diesem Luftspalt ist ein Sensor 500 , insbesondere ein Hall-Sensor angeordnet , wobei j e nach spezi fischer Aus führung auch mehrere Sensoren in einem solchen Luftspalt 300 angeordnet sein können . Aufgrund der Auftrennung des Magnetkerns zur Bildung wenigstens eines Luftspaltes können j edoch folglich auch andere Magnetkernformen grundsätzlich, insbesondere j e nach spezi fischer Aus führung, zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel ähnlich einem „C-Kern" , oder einem „U-Kern" , die bereits eine , einen Luftspalt bildende , aufgetrennte Stelle per se aufweisen .
Die Strommessvorrichtung ist nunmehr folglich unter Verwendung des wenigstens einen hierfür geeigneten Sensors 500 , insbesondere also eines Hall-Sensors , eingerichtet , einen sich bei durch die Durchgangsöf fnung 400 geführten, stromführenden Leiter 100 im Magnetkern einstellenden magnetischen Flusses 4? zu messen, den gemessenen Wert mit einem auf einem bekannten Stromfluss basierenden Erwartungswert zu vergleichen und eine Di f ferenz zwischen dem gemessenen Wert und dem Erwartungswert zu erfassen .
Wie bei Fig . 1 ski z ziert , kann hierfür der Sensor 500 , oder können auch mehrere Sensoren hierfür, mit einer entsprechend geeignet eingerichteten Auswerteelektronik 600 verbunden sein . Der Vergleich und die Di f ferenzerfassung kann beispielsweise in der bei Fig . 1 mit „pC" gekennzeichneten Einrichtung der Auswerteelektronik 600 erfolgen . In dieser kann z . B . auch ein auf einem bekannten Stromfluss basierender Erwartungswert gespeichert sein .
Bei der Messung des im Kern fließenden magnetischen Flusses hat sich ein zumindest ähnlich zu Fig . 1 ausgebildeter, auf getrennter „Ringkern" als besonders bevorzugt erwiesen, da der Magnetkern hierzu das sich um den stromführenden Leiter 100 ausbildende magnetische Feld vorteilhaft bündeln und somit quasi auch als Feldkonzentrator dienen kann .
Wird also beispielsweise gemäß Fig . 1 ein durch die Durchgangsöf fnung des Magnetkerns 200 geführter stromführender Leiter 100 bereitgestellt und in dem stromführenden Leiter ein bekannter Stromfluss , bei Figur 1 mit Ip gekennzeichnet , erzeugt bzw . eingestellt , kann folglich der sich aufgrund des Stromflusses im Magnetkern einstellenden magnetischen Flusses <I> gemessen werden . Es versteht sich, dass der Stromleiter 100 hierzu, d . h . zur Erzeugung bzw . Einstellung eines Stromflusses , insbesondere auch eines bekannten Stromflusses , zuvor an einem entsprechenden elektronischen Gerät angeschlossenen sein muss , welches j edoch bei Fig . 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist .
Der entsprechend gemessene Wert kann daraufhin mit einem auf diesem bekannten Stromfluss IP basierenden Erwartungswert , d . h . insbesondere mit einem hierfür im Vorfeld gespeicherten Wert , verglichen werden sowie in Folge eine eventuelle Di f ferenz zwischen zischen dem gemessenen Wert und dem Erwartungswert erfasst werden . Zweckmäßig wird bei dem Verfahren zur Erfassung eines veränderten Messverhaltens hierbei ferner vorgesehen, dass aus der erfassten Di f ferenz ein Korrekturf aktor ermittelt wird und dieser wiederum in das Messverhalten der Strommessvorrichtung, insbesondere zu deren Neu-Eichung, mit eingerechnet werden kann bzw . auch eingerechnet wird . Insbesondere , wenn Hall-Sensoren eingesetzt werden, die einen magnetfeldproportionalen Messwert liefern, kann vor dem Vergleichen der Werte z . B . auch eine Analog-Digital- Umwandlung des gemessenen Wertes erfolgen, wie bei Fig . 1 z . B . durch die mit ADC bezeichnete Einheit wiedergegeben, so dass zweckmäßig ein Vergleich digitaler Werte erfolgt . Insbesondere in diesem Fall kann entsprechend auch nach Ermittlung eines Korrekturwertes dieser wieder mittels einer Digital-Analog-Umwandlung in einen analogen Wert gewandelt werden, wie bei Fig . 1 z . B . durch die mit DAC bezeichnete Einheit wiedergegeben . Infolge kann im Rahmen der Erfindung somit eine Selbstkalibrierung der Strommessvorrichtung durchgeführt werden .
Figur 2 zeigt beispielhaft die schematische Darstellung eines Aus führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung, bei welcher in Abwandlung zur Prinzipski z ze gemäß Fig . 1 der Magnetkern 200 aus einer Mehrzahl von zusammenfügbaren Magnetkernteilen 210 und 220 besteht , gemäß Fig . 2 aus zwei Teilen . Durch wenigsten zwei zusammenfügbaren Magnetkernteile kann insbesondere ergibt sich zum einen eine verbesserte Nachrüstbarkeit der erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung, da hierbei der Magnetkern um einer bereits installierten Leiter 100 zur Stromführung in einfacher Weise herum angeordnet werden kann . Andererseits kann, da der Magnetkern somit grundsätzlich bereits an mehreren Stellen vor der Montage aufgetrennt ist , nach Zusammenfügen der Magnetkernteile 210 und 220 , insbesondere j e nach spezi fischer Ausgestaltung, auch exakt an einer oder an mehreren dieser Stellen ein gewünschter Luftspalt ausgebildet bleiben, in welchem dann j eweils wenigstens ein Sensor, d . h . also insbesondere ein Hall-Sensor platziert werden kann . Bei Fig . 2 beispielsweise ist auch nach Zusammenfügen der beiden Magnetkernteile 210 und 220 an den beiden in diesem Fall somit bereits vor Montage auf getrennten Stellen j eweils ein Luftspalt 300 verblieben, und in j edem dieser Luftspalte 300 j eweils ein zweckmäßig als Hall-Sensor ausgebildeter Sensor 500 angeordnet .
Eine , wie vorstehend beschriebene , zweckmäßige Auswerteelektronik 600 ist bei der Aus führungs form in vorteilhafter Weise gleichzeitig in eine Art Standfuß der Strommessvorrichtung eingehaust und kann insbesondere auch zum Ermitteln eines Korrekturf aktors aus der erfassten Di f ferenz und zum Einrechnen des Korrekturf aktors in das Messverhalten der Strommessvorrichtung, insbesondere zu deren Neu-Eichung angepasst sein . Die Auswerteelektronik 600 kann vorzugsweise auch Teil einer elektronischen Schaltung sein, welche z . B . auf einer Leiterplatte untergebracht ist . Eine solche Schaltung oder eine solche Leiterplatte kann darüber hinaus weitere Funktionsblöcke und/oder Komponenten umfassen, wie z . B . ein Netzteil und diverse Ausgänge , bspw . für Normstromsignale , z . B . in der Größenordnung von Stromausgang 0-20mA, für einen RS485- Anschluss und/oder für ein Ethernet-Signal .
Die Strommessvorrichtung kann ferner bevorzugt zum manuellen Starten, insbesondere des Vergleichens und des Erfassens eingerichtet sein . Hierfür kann gemäß Fig . 2 beispielsweise eine an der Auswerteelektronik angeschaltete , insbesondere digitale Schnittstelle oder Taste 610 vorgesehen sein kann, über welche per Steuerbef ehlt über die Schnittstelle bzw . per Tastendruck das Aus führen der Schritte des Vergleichens und des Erfassens des erfindungsgemäßen Verfahren oder auch eine vollständige Selbstkalibrierung, wie vorstehend angezeigt , in zweckmäßiger Aus führung manuell gestartet werden kann . Ergänzend oder alternativ kann auch eine Kopplung mit dem elektronischen Gerät erfolgen, welches den Stromfluss in dem Leiter 100 erzeugt bzw . einstellt , welches j edoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher in den Figuren gezeigt ist , so dass beispielsweise auch in Reaktion auf das Erzeugen bzw . Einstellen des bekannten Stromflusses vorerwähntes Aus führen der Schritte automatisch gestartet werden kann . Ergänzend oder alternativ kann für ein vorerwähntes automatisches Aus führen der Schritte , insbesondere einer vollständigen Selbstkalibrierung beispielsweise auch eine Positionserkennungseinrichtung 650 in Bezug auf die zusammenfügbaren Magnetkernteile integriert sein, welche insbesondere in Reaktion auf das Erkennen eines Neu-Einnehmens der Magnetkernteile in einer zusammengefügten Position eingerichtet ist , zum automatischen Starten des Vergleichens und des Erfassens . Ein mögliches Beispiel bietet hier die Überwachung mittels einer wie bei Fig . 2 ski z ziert , in Art eines Schaltkontaktes ausgebildeten Positionserkennungseinrichtung 650 , welche sich an zusammenfügbaren Flächen befindet und seinen Schalt zustand ändert sobald das Gerät montiert und verriegelt wird, worauf hin z . B . ein entsprechendes Schaltsignal an die Auswerteelektronik 600 gesandt wird . Über ein solches kann j e nach spezi fischer Aus führung der erfindungsgemäßen Gegenstände vorzugsweise auch das Erzeugen bzw . Einstellen des bekannten Stromflusses ausgelöst werden .
Selbstverständlich kann auch eine andere Anzahl von zusammenfügbaren Magnetkernteilen vorgesehen sein, und/oder die Magnetkernteile müssen nicht in gleich große Teile aufgeteilt sein . Weiterhin ist eine abweichende Anzahl Sensoren möglich, mindestens ein Sensor, und also insbesondere mindestens ein Hall-Sensor, in wenigstens einem Luftspalt ist j edoch notwendig .
So ist ein mögliches Konzept eines Aufbaus eines weiteren Aus führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung in Figur 3 gezeigt . Wie zu sehen, umfasst der Magnetkern dort wenigstens einen klappbaren Magnetkernteil 220 , wobei ein weiterer Magnetkernteil 210 im dargestellten Beispiel fest an einer, insbesondere als Gehäuse für eine Auswerteelektronik 600 ausgebildeten, Montage- , Halte- oder Standeinheit der Strommessvorrichtung, z . B . zur Montage oder Halterung an einer Hutschiene 700 , integriert ist . Der Magnetkern lässt sich folglich durch Auf- oder Hochklappen des Magnetkernteils 220 öf fnen, auf einfache Weise um einen Stromleiter 100 positionieren und durch Zu- oder Runterklappen des Magnetkernteils 220 schließen, zweckmäßig auch verriegeln . Auch hierbei kann, wie angedeutet , eine Positionserkennungseinrichtung 650 in der Strommessvorrichtung integriert sein . Diese bewirkt folglich zweckmäßig ein die Auswerteelektronik 600 aktivierendes Schaltsignal , sobald der Magnetkernteil 220 in Richtung auf den Magnetkernteil 210 bis zu einer Endposition geklappt und zweckmäßig auch verriegelt ist . Beispielsweise kann in dem Magnetkernteil 220 eine Brücke , insbesondere aus elektrisch leitfähigem Material beinhaltet sein, die einen überwachten 2-Poligen Kontakt in dem anderen Magnetkernteil 210 oder in der Montage- , Halteoder Standeinheit gemäß Fig . 3 kurzschließt . Dadurch wird bevorzugt eine Erkennung implementiert , wann die Strommessvorrichtung bereit für die Selbstkalibrierung ist bzw . hierfür aktiviert wird . Auch in dieser Endposition verbleibt wieder ein Luftspalt , innerhalb welchem dann der Sensor 500 aufgenommen ist .
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren bevorzugten Aus führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung, bei welcher der durch Durchgangsöf fnung 400 geführte , stromführende Leiter 100 spulenartig, wenigstens Bereichsweise um den Magnetkern 200 gewickelt ist . Der Leiter stellt folglich eine Art Abgleichwicklung bereit .
Zur erfindungsgemäßen Ermittlung eines veränderten Messverhaltens einer Strommessvorrichtung gemäß Figur 4 wird das Messverhalten folglich durch eine Messung überwacht , bei welcher für die Messung im Luftspalt oder in den Luftspalten 300 durch einen solchen als Abgleichwicklung auf genommenen Leiter 100 , insbesondere während der Installation, auf über den umwickelten Bereich ein definierter Stromfluss IP I geschickt wird . Dieser erzeugt einen magnetischen Fluss 4?, bei Fig . 4 aufgrund des als Abgleichwicklung auf genommenen Leiter 100 auch als ‘I’Abgieich bezeichnet , der durch die vorhandenen Strom- Sensoren 500 , gegebenenfalls auch unter Verwendung von Sekundärwicklungen, gemessen und mit einem hierfür zweckmäßig bereits im Auslieferungs zustand gespeicherten Erwartungswert , der folglich auch als Referenzwert bezeichnet werden kann, verglichen wird . Aus der sich daraus ggf . ergebenden Abweichung oder Di f ferenz kann somit gemäß vorstehender Beschreibung der Korrekturwert oder ein entsprechender - faktor für das Messverhalten, also insbesondere auch das Übertragungsverhalten, ermittelt und in mit dem Messsignal verrechnet werden . Infolge einer damit bewirkten Neu-Eichung oder eines Neu-Abgleiches kann daraufhin bei „Normalbetrieb" , d . h . wenn bei elektronischen Geräten hinsichtlich der an Bauteile geführten Stromleiter übliche Strommessungen durchgeführt werden müssen, das hierbei gewonnene Ausgangssignal trotz Verschmutzungen, insbesondere an den Schnittflächen, oder trotz anderweitiger Materialveränderungen mit hinreichender Genauigkeit , insbesondere linear zur weiteren, in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten, nachgelagerten Auswertung übertragen werden . In allen zuvor beschriebenen Messaufbauten kann aus der sich daraus ggf . ergebenden Abweichung ein Korrekturf aktor ermittelt werden und in der Auswerteelektronik 500 mit dem Messsignal verrechnet werden .
Aufgrund der oftmals hohen, zu erfassenden Ströme , z . B . zwischen 50A bis 600A (Nennwert DC, Ef fektivwert AG ) hat sich gewickeltes Sili ziumeisen als Kernmaterial als besonders zweckmäßig gezeigt . Für die Begrenzung des magnetischen Flusses kann hierbei ein zur Messung benötigter Luftspalt auf z . B . 1mm bis 3mm, insbesondere ca . 2 , 2mm ausgelegt sein . Insbesondere innerhalb dieses Bereiches kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass die Messbereiche der zur Strommessung eingesetzten Sensoren 500 , also insbesondere von Hall-Sensoren, auch bei Strömen von 600A AG (mit Crestfaktor 2 bei Spitzenströmen auch von 1200A) nicht überschritten werden . Dadurch können die am Markt verfügbaren Sensoren, z . B . auch in einem, in Fachkreisen als bekannten TO92 Gehäuse mit einem Messbereich von ca . 200mT eingesetzt werden . Ein solches stellt bekanntermaßen einen weit verbreiteten Typ eines Halbleiter-Gehäuses dar, das für Transistoren und kleinere integrierte Schaltungen ( Temperatursensor, Spannungsreferenz ) verwendet wird .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erfassung eines veränderten Messverhaltens einer, einen Magnetkern (200) umfassenden Strommessvorrichtung zum Messen eines in einem stromführenden Leiter (100) fließenden Stromflusses, wobei der Magnetkern (200) eine Durchgangsöffnung (400) aufweist, durch die der stromführende Leiter (100) zur Messung des Stromflusses geführt wird und an wenigstens einer Stelle zur Bildung eines Luftspaltes (300) aufgetrennt ist, in welchem mindestens ein Sensor (500) , insbesondere Hall- Sensor angeordnet ist, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines durch die Durchgangsöffnung geführten zur Stromführung geeigneten Leiter (100) ,
- Erzeugen eines bekannten Stromflusses (IP) in dem stromführenden Leiter,
- Messen eines sich aufgrund des Stromflusses im Magnetkern einstellenden magnetischen Flusses (4?) ,
- Vergleichen des gemessenen Wertes mit einem auf dem bekannten Stromfluss (IP) basierenden Erwartungswert und Erfassen einer Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem Erwartungswert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass, aus der erfassten Differenz ein Korrekturf aktor ermittelt und dieser in das Messverhalten der Strommessvorrichtung zu deren Neu-Eichung mit eingerechnet wird .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Vergleichens und des Erfassens manuell gestartet werden und/oder automatisch, insbesondere in Reaktion auf das Erzeugen des bekannten Stromflusses (IP) gestartet werden.
4. Strommessvorrichtung zum Erfassen eines veränderten Messverhaltens beim Messen eines Stromflusses in einem stromführenden Leiter (100) , umfassend einen Magnetkern (200) , der eine Durchgangsöffnung (400) aufweist, durch welche der stromführende Leiter (100) zum Messen eines bekannten Stromflusses (IP) zu führen ist und an wenigstens einer Stelle zur Bildung eines Luftspaltes (300) aufgetrennt ist, in welchem mindestens ein Sensor (500) , insbesondere Hall-Sensor, angeordnet ist, wobei die Strommessvorrichtung unter Verwendung des mindestens einen Sensors (500) eingerichtet ist, zum Messen eines sich bei durch die Durchgangsöffnung (400) geführten, stromführenden Leiter (100) im Magnetkern einstellenden magnetischen Flusses (4?) , zum Vergleichen des gemessenen Wertes mit einem auf dem bekannten Stromfluss (IP) basierenden Erwartungswert und zum Erfassen einer Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem Erwartungswert.
5. Strommessvorrichtung nach Anspruch 4, ferner gekennzeichnet durch eine mit dem mindestens einen Sensor (500) verbundene Auswerteelektronik (600) .
6. Strommessvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, welche ferner eingerichtet ist, zum Ermitteln eines
Korrekturf aktors aus der erfassten Differenz und zum Einrechnen des Korrekturf aktors in das Messverhalten der Strommessvorrichtung zu deren Neu-Eichung.
7. Strommessvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Durchgangsöffnung (400) geführte, stromführende Leiter (100) spulenartig, wenigstens Bereichsweise um den
Magnetkern (200) gewickelt ist.
8. Strommessvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei diese ferner eingerichtet ist, zum manuellen und/oder automatischen Starten des Vergleichens und des Erfassens.
9. Strommessvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (200) aus einer Mehrzahl von zusammenfügbaren Magnetkernteilen (210, 220) besteht .
10. Strommessvorrichtung nach Anspruch 9, ferner gekennzeichnet durch eine Positionserkennungseinrichtung (650) in Bezug auf die zusammenfügbaren Magnetkernteile (210, 220) , welche insbesondere in Reaktion auf das Erkennen eines Neu-Einnehmens der Magnetkernteile in einer zusammengefügten Position eingerichtet ist, zum automatischen Starten des Vergleichens und des Erfassens.
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