ES2620542T3 - Resistencia de medición y procedimiento de medición correspondiente - Google Patents

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Abstract

Disposición de medición con a) una resistencia de medición (1; 10), con a1) una primera pieza de conexión (2) realizada a partir de un material conductor para conducir una corriente a la resistencia de medición (1; 10), a2) una segunda pieza de conexión (3) realizada a partir de un material conductor para conducir la corriente fuera de la resistencia de medición (1; 10), a3) un elemento de resistencia (4; 13) realizado a partir de un material de resistencia, estando el elemento de resistencia (4; 13) dispuesto en la dirección de la corriente entre las dos piezas de conexión, y siendo atravesado por la corriente, a4) un primer par de contactos de medición de tensión (7; 14) para medir la caída de tensión a través del elemento de resistencia (4; 13), entrando dicho contacto de medición de tensión (7) eléctricamente en contacto con la primera pieza de conexión (2), mientras que el otro contacto de medición de tensión (7) entra eléctricamente en contacto con la segunda pieza de conexión (3), y con a5) un segundo par de contactos de medición de tensión (7; 14) para medir la caída de tensión a través del elemento de resistencia (4; 13), entrando dicho contacto de medición de tensión (7) eléctricamente en contacto con la primera pieza de conexión (2), mientras que el otro contacto de medición de tensión (7) entra eléctricamente en contacto con la segunda pieza de conexión (3), b) una unidad de evaluación, que está conectada con los pares de contactos de medición de tensión (7; 14) y que registra en los pares, respectivamente, un valor de medición de tensión, y que determina a partir de los valores de medición de tensión la caída de tensión a través del elemento de resistencia (4; 13), caracterizada por que c) la unidad de evaluación pondera, respectivamente, los valores de medición de tensión individuales con un factor de ponderación, y d) la unidad de evaluación determina la caída de tensión a través del elemento de resistencia (4; 13) a partir de los valores de tensión ponderados.

Description

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DESCRIPCION
Resistencia de medicion y procedimiento de medicion correspondiente.
La invencion se refiere a una disposicion de medicion, en particular con una resistencia de medicion de corriente de bajo ohmiaje. La invencion se refiere ademas a un procedimiento de medicion correspondiente.
Por el estado de la tecnica (p. ej. DE 42 43 349 A1) se conoce, desde hace tiempo, la medicion de la corriente con resistencias de medicion de la corriente de bajo ohmiaje (“shunts”) segun la denominada tecnica de cuatro conductores. Al mismo tiempo se introduce la corriente electrica que hay que medir en la resistencia de medicion de la corriente de bajo ohmiaje, siendo medida la tension, que cae a traves del elemento de resistencia de la resistencia de medicion, de la corriente de bajo ohmiaje. La tension electrica medida es entonces, en correspondencia con la ley de Ohm, una medida para la corriente electrica, que fluye a traves de la resistencia de medicion de la corriente.
Las resistencias de medicion de la corriente de este tipo pueden estar formadas, por ejemplo, en forma de placa, como se describe, por ejemplo, en los documentos EP 0 605 800 A1 y DE 42 43 349 A1. Otra forma constructiva de las resistencia de medicion de la corriente de este tipo como resistencia coaxial se describe, por ejemplo, en los documentos WO 2007/068409 A1 y DE 10 2005 059 561 A1.
Las resistencias de medicion de la corriente conocidas no son, sin embargo, todavfa completamente satisfactorias en cuanto a la precision de medicion.
Cabe remitir ademas al estado de la tecnica en el documento US 6 181 244 B1. Esta publicacion da a conocer una resistencia en forma de placa de bajo ohmiaje con una tira de resistencia dispuesta en posicion central la cual puede constar, por ejemplo, de una aleacion nfquel-aluminio. En los dos cantos laterales opuestos entre si de la tira de resistencia estan soldados dos elementos conductores de calor asimismo en forma de placa, que pueden estar hechos, por ejemplo, de cobre y que sirven, exclusivamente, para la regulacion y desviacion de calor perdido. En el lado superior del elemento conductor del calor estan formados, al mismo tiempo, cinco pares de contactos unos junto a otros. Uno de estos pares de contactos sirve, al mismo tiempo, para la medicion de tension electrica que cae a traves de la tira de resistencia, sirviendo los otros pares de contactos para la introduccion o extraccion de la corriente electrica, lo que hace posible una medicion de la corriente segun la conocida tecnica de cuatro conductores. Aquf tiene lugar tambien la medicion de tension electrica que cae a traves de la resistencia unicamente en un punto determinado mediante un unico par de contactos. Cabe mencionar al mismo tiempo que los elementos conductores del calor en forma de placa en los lados de la tira de resistencia no sirven ellos mismos para el contacto electrico y no son ademas adecuados para ello. Esta resistencia conocida presenta, por lo tanto, una estructura fundamentalmente distinta y no es por ello generica.
Ademas cabe remitir al estado de la tecnica en los documentos DE 10 2006 039 722 A1 y DE 10 2012 211 749 A1. Estas publicaciones dan a conocer, sin embargo, otros tipos de resistencias y no son por ello genericas..
Por los documentos US 2007/177318 A1 y JP 2009 244065 A se conoce una disposicion de medicion segun el preambulo de la reivindicacion 1. Aunque la precision de medicion de estas disposicion de medicion conocidas es todavfa insatisfactoria.
Por ultimo cabe remitir al estado de la tecnica en los documentos US 6 181 234 B1 y GB 2 434 252 A.
La invencion se plantea por ello el problema de crear una disposicion de medicion mejorada y un procedimiento de medicion mejorado.
Este problema se resuelve mediante una disposicion de medicion segun la invencion de acuerdo con la reivindicacion principal. La invencion comprende ademas un procedimiento de medicion correspondiente de acuerdo con una reivindicacion adicional.
La invencion se basa en el conocimiento tecnico-ffsico de que la densidad de corriente en el elemento de resistencia en las resistencias de medicion de la corriente conocidas no es exactamente homogenea y rectificada de manera que los valores de medicion de tension en la resistencia de medicion dependen del lugar de la medicion, es decir del posicionamiento de los contactos de medicion de tension. Por ejemplo, estas inhomogeneidades perturbadoras de la densidad de la corriente se generan en el elemento de resistencia mediante un suministro de corriente asimetrico, inhomogeneidades en la alimentacion, contacto de conexion y material de resistencia, dependencias con la temperatura de un resistor en serie de cobre, variacion de la corriente e influencias sobre la inductividad y los campos magneticos. Durante el calculo de la corriente electrica que fluye a traves de la resistencia de medicion de la corriente en correspondencia con la ley de Ohm a partir del valor de medicion de tension se supone, sin embargo, que el valor de medicion de tension corresponde exactamente a la cafda de tension a traves del elemento de resistencia de la resistencia de medicion de la corriente. De hecho el calculo de la corriente electrica que fluye a traves de la resistencia de medicion de la corriente es falseado, sin embargo, por las inhomogeneidades mencionadas con anterioridad.
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La invencion comprende por ello la ensenanza tecnica general de tener en cuenta las inhomogeneidades de la densidad de la corriente en el resistencia de medicion y hacer posible con ello una medicion mas precisa.
La resistencia segun la invencion presenta, en coincidencia con la resistencia de medicion de la corriente usual descrita al principio, preferentemente dos piezas de conexion realizadas a partir de un material conductor electricamente conductor para conducir la corriente electrica en la resistencia o para extraerla de la resistencia.
En el caso del material conductor de las dos piezas de conexion se trata, preferentemente, de cobre o de una aleacion de cobre, dado que su resistencia electrica especffica es extremadamente pequena. La invencion no esta limitada, sin embargo, en lo que se refiere al material conductor de las piezas de conexion al cobre o a las aleaciones de cobre sino que se puede realizar, fundamentalmente, tambien con otros materiales conductores, los cuales presentan una resistencia electrica especffica suficientemente pequena. La resistencia electrica especffica el material conductor es, preferentemente, menor que 10-5 Qm, 10-6 Qm o incluso menor que 10-7 Qm.
La resistencia segun la invencion presenta, ademas, en coincidencia con la resistencia de medicion de la corriente usual descrita al principio, un elemento de resistencia que esta dispuesto, en el recorrido de circulacion de la corriente, entre las dos piezas de conexion, de manera que la corriente electrica fluye a traves del elemento de resistencia. El elemento de resistencia esta hecho al mismo tiempo de un material de resistencia de bajo ohmiaje, cuya resistencia electrica especffica es mayor que la resistencia especffica del material conductor de las dos piezas de conexion. Por ejemplo, en el caso del material de resistencia del elemento de resistencia puede tratarse de una aleacion de nfquel como, por ejemplo, nfquel-cromo o cobre-nfquel. Preferentemente se utiliza como material de resistencia, sin embargo, Cu84Ni4Mn12 (Manganin®) o Cu91Mn7Sn2 (Zeranin® 30).
Al mismo tiempo cabe mencionar que el material de resistencia es, preferentemente, de bajo ohmiaje y presenta una resistencia electrica especffica la cual es, preferentemente, menor que menor que 10-4 Qm, 10-5 Qm o incluso menor que 10-6 Qm.
Ademas cabe mencionar todavfa que las piezas de conexion y/o el elemento de resistencia son, preferentemente, en forma de placa, considerandose tambien una forma de placa doblada, lo que es en sf conocido sin embargo por el estado de la tecnica.
De acuerdo con la invencion la resistencia de medicion presenta no solo un unico par de contactos de medicion de tension, los cuales estan conectados con las piezas de conexion de la resistencia de medicion, para medir la cafda de tension a traves de elemento de resistencia de la resistencia de medicion. Mas bien presenta la resistencia de medicion segun la invencion varios pares de contactos de medicion de tension estando conectado uno de los contactos de medicion de tension de cada par con la otra pieza de conexion, mientras que el otro contacto de medicion de tension de cada par contacta con la otra pieza de conexion. Los pares individuales de los contactos de medicion de tension miden, por lo tanto, respectivamente la cafda de tension a traves del elemento de resistencia de la resistencia de medicion en posiciones espaciales diferentes de la resistencia de medicion. Con ello se pueden compensar, mediante la tecnica de medicion, las inhomogeneidades de la densidad de la corriente perturbadoras descritas al principio, gracias a que la tension electrica que cae a traves de la resistencia de medicion es calculada, a partir de todos los valores de medicion de tension en los pares de contactos de medicion de tension, por ejemplo mediante una simple obtencion de valor medio.
Los pares de contactos de medicion de tension estan dispuestos al mismo tiempo, preferentemente, con respecto a la direccion de corriente, unos junto a otros en la resistencia de medicion. En el caso de una resistencia de medicion en forma de placa, como se conoce por ejemplo por el documento EP 0 605 800 A1, esto significa que los pares individuales de los contactos de medicion de tension estan dispuestos, transversalmente con respecto de la resistencia de medicion, unos junto a otros. En la resistencia coaxial, como se conoce por ejemplo por el documento WO 2007/068409 A1, esto significa por el contrario, preferentemente, que los pares individuales de contactos de medicion de tension estan dispuestos de manera distribuida a lo largo del perfmetro de la resistencia coaxial.
Las dos publicaciones EP 0 605 800 A1 y WO 2007/068409 A1 mencionadas con anterioridad describen, respectivamente, una resistencia de medicion en forma de placa o una resistencia coaxial, de manera que se puede prescindir de la descripcion detallada de los detalles constructivos de estos tipos de resistencia. El contenido de estas publicaciones debe ser sumado en toda su extension, por ello, a la presente descripcion en lo que respecta a la estructuracion constructiva de una resistencia de medicion en forma de placa o de una resistencia coaxial.
Ademas cabe mencionar que los pares de los contactos de medicion de tension estan, preferentemente, dispuestos en una distribucion sustancialmente equidistante. Esto es ventajoso debido a que los valores de medicion de tension reproducen entonces una imagen representativa de la distribucion de la densidad de corriente espacial, de manera que las inhomogeneidades de la distribucion de la densidad de la corriente se puede compensar bien mediante la tecnica de medicion.
Ademas cabe mencionar que las inhomogeneidades perturbadoras mencionadas con anterioridad son relevantes en
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particular cuando la anchura del elemento de resistencia es relativamente grande transversalmente con respecto a la direccion de corriente. La resistencia de medicion segun la invencion hace posible, sin embargo, a causa de la compensacion de las inhomogeneidades perturbadoras, anchuras relativamente grandes de mas de 5 mm, 10 mm, 20 mm, 50 mm, 100 mm o incluso de mas de 200 mm.
Ademas cabe mencionar que el numero de pares de contactos de medicion de tension es preferentemente mayor que 2, 4, 6 o, incluso, 8, haciendo posible una densidad espacial grande de pares de contactos de medicion de tension una compensacion de tecnica de medicion buena de las inhomogeneidades perturbadotas, dado que se pueden representar mejor oscilaciones espaciales de la densidad de la corriente en la resistencia de medicion.
Ademas cabe mencionar que la corriente y la tension en la resistencia de medicion de la resistencia de medicion presentan, parcialmente, un comportamiento inductivo y parcialmente un comportamiento capacitivo. Un comportamiento capacitivo de la corriente y de la tension se caracteriza por que la corriente corre por delante de la tension en una corriente alterna. Un comportamiento inductivo se caracteriza, por el contrario, por que la corriente va retrasada respecto de la tension en una corriente alterna. En una resistencia de medicion de la corriente en forma de placa la corriente y la tension se comportan en las zonas situadas lateralmente fuera del elemento de resistencia, por regla general, de manera capacitiva mientras que la corriente y la tension se comportan, sustancialmente, de manera inductiva en una zona intermedia del elemento de resistencia. Entre las zonas capacitivas y las zonas inductivas del elemento de resistencia se encuentran puntos neutros, en los cuales la corriente y la tension presenta, sustancialmente, la misma fase y, por consiguiente, no presentan ni un comportamiento capacitivo ni un comportamiento inductivo. En una variante de la invencion esta previsto, por ello, que un par de contactos de medicion de tension en la resistencia de medicion este dispuesto en un lugar que corresponda al punto neutro mencionado con anterioridad. Esto significa que la corriente a traves de la resistencia de medicion de la corriente y la tension medida a traves de un par de contactos de medicion de tension son equifasicas.
La invencion comprende, por lo tanto, una disposicion de medicion completa con la resistencia de medicion segun la invencion descrita con anterioridad y una unidad de evaluacion, la cual esta conectada con los pares de contactos de medicion de tension y que determina la cafda de tension a traves del elemento de resistencia a partir de los valores de medicion de tension, para poder calcular, a partir de ello, de acuerdo con la ley de Ohm, la corriente electrica que fluye a traves de la resistencia de medicion.
La invencion reivindica ademas proteccion para el procedimiento de medicion correspondiente, pudiendo verse los detalles del procedimiento de medicion ya en la descripcion anterior.
De manera complementaria cabe mencionar que los valores de medicion de tension individuales son ponderados, en los diferentes pares de los contactos de medicion de tension, respectivamente con un factor de ponderacion, para poder calcular entonces la cafda de tension a lo largo de la resistencia de medicion, a partir de los valores de tension ponderados. Antes de la medicion real se determinan estos factores de ponderacion, preferentemente, en un proceso de calibracion separado.
Con respecto a los factores de ponderacion cabe destacar que las inhomogeneidades perturbadoras del recorrido de la corriente en el elemento de resistencia pueden ser completamente compensadas mediante un juego optimo de factores de ponderacion. De todos modos las inhomogeneidades perturbadoras del recorrido de la corriente en el elemento de resistencia dependen tambien de los parametros de medicion actuales (p. ej. temperatura, frecuencia, campo magnetico externo, etc.). Un juego optimo de factores de ponderacion hace posible, por lo tanto, para un juego de parametros de medicion correspondiente, una compensacion optima de las inhomogeneidades perturbadoras en el elemento de resistencia. En un ejemplo de realizacion de la invencion esta previsto por ello que los factores de ponderacion no sean predeterminados constantemente de manera especffica para el componente sino que se determinen en funcion de los parametros de medicion actuales. En caso de que, por ejemplo, la medicion tenga lugar bajo un campo magnetico exterior entonces se eligen otros factores de compensacion que cuando la medicion tiene lugar sin campo magnetico exterior. De esta manera es posible compensar las inhomogeneidades perturbadoras del recorrido de la corriente en el elemento de resistencia ampliamente de manera independiente con respecto a las condiciones de medicion externas (p. ej. temperatura, frecuencia, campo magnetico), gracias a que respectivamente se elige un juego de factores de compensacion, el cual es adecuado para las condiciones de medicion actuales. El juego optimamente adecuado de factores de ponderacion se determina, al mismo tiempo, preferentemente en el marco de un proceso de calibracion. En el marco del proceso de calibracion se alimenta con corriente la resistencia de medicion con corriente conocidas predeterminadas, midiendose respectivamente los valores de la tension a traves de los contactos de medicion de tension. Al mismo tiempo se miden los parametros de medicion (p. ej. temperatura, frecuencia, campo magnetico) para cada valor de la alimentacion con corriente. De esta manera se puede determinar entonces un juego de factores de ponderacion optimo para cada punto de funcionamiento. Los factores de ponderacion para los diferentes parametros de medicion determinados de esta manera pueden ser almacenados entonces en el campo caracterfstico pluridimensional y ser seleccionados entonces facilmente durante el funcionamiento de medicion propiamente dicho.
Es, sin embargo, tambien posible de forma alternativa que los factores de ponderacion optimos no sean lefdos de un campo caracterfstico, sino que se pueden determinar analfticamente en funcion de los parametros de medicion
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Ademas cabe mencionar que los valores de medicion de la tension individuales se miden, preferentemente, de manera smcrona. Mediante esta medicion smcrona y paralela de un gran numero de valores de medicion de tension se reduce tambien fuertemente el ruido, lo que para valores de medicion de tension generalmente muy pequenos supone una gran ventaja dado que con ello se puede aumentar la resolucion de medicion.
La medicion de los valores de medicion de tension individuales tiene lugar, ademas, con una velocidad de muestreo muy grande de, por ejemplo, mas de 100 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz o incluso mas de 4 kHz.
En un ejemplo de realizacion preferido de la invencion se calcula un valor medio de los valores de medicion de tension en los pares individuales del contactos de medicion de tension, pudiendo los valores de medicion de tension ser compensados tambien de manera diferente.
Esta obtencion de valor medio puede tener lugar, opcionalmente, sobre la base de los valores analogicos de medicion de tension o sobre la base de valores de medicion de tension correspondientemente digitalizados.
Otros perfeccionamientos ventajosos de la invencion estan caracterizados en las reivindicaciones y se explican a continuacion con mayor detalle junto con la descripcion de los ejemplos de realizacion preferidos de la invencion. Se muestra, en:
la figura 1, una vista en perspectiva esquematica de una resistencia de medicion de corriente segun la invencion con un gran numero de contactos de medicion de tension,
la figura 2, una representacion esquematica de un circuito para una obtencion de valor medio analogica a partir de valores de edicion de tension individuales en los contactos de medicion de tension de la resistencia de medicion de la corriente segun la figura 1,
la figura 3, un diagrama para explicar los diferentes valores de la corriente, que resultan de los diferentes valores de medicion de tension como consecuencia de la ley de Ohm,
la figura 4, un diagrama para explicar la amplitud y el corrimiento de fase en los diferentes contactos de medicion de tension en funcion de la posicion espacial de los contactos de medicion de tension,
la figura 5, un diagrama para la explicacion del comportamiento capacitivo de la corriente ya la tension en las zonas exteriores de la resistencia de medicion de la corriente,
la figura 6, un diagrama para la explicacion del comportamiento inductivo de la zona central de la resistencia de medicion de la corriente,
la figura 7, un diagrama para la explicacion de la perturbacion de la medicion mediante un campo magnetico externo,
la figura 8, una vista parcial en perspectiva de una resistencia coaxial con un gran numero de contactos de medicion de tension,
la figura 9, un ejemplo de realizacion que no es segun la invencion de una resistencia de medicion de la corriente en forma de placa con unicamente un par de contactos de medicion de tension,
la figura 10, un diagrama de flujo para la explicacion del proceso de calibracion para la determinacion de los factores de ponderacion optimos para diferentes condiciones de medicion, asf como
la figura 11, un diagrama de flujo para la explicacion del procedimiento de medicion real para diferentes condiciones de medicion.
La figura 1 muestra una resistencia de medicion de corriente 1 en forma de placa para medicion de la corriente segun la conocida tecnica de cuatro conductores.
La resistencia de medicion de la corriente 1 esta estructurada ampliamente de manera usual de forma que se remite, por completitud, a la solicitud de patente EP 0 605 800 A1 cuyo contenido debe sumarse por ello en toda su extension a la presente descripcion.
La resistencia de medicion de la corriente 1 consta, sustancialmente, de dos piezas de conexion en forma de placa realizada a partir de un material conductor (p. ej. cobre o una aleacion de cobre) y un elemento de resistencia 4 asimismo en forma de placa realizada a partir de un material de resistencia de bajo ohmiaje (p. ej. Manganin®). La corriente electrica que hay que medir es introducida, al mismo tiempo, en la pieza de conexion 2, fluye entonces a
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traves del elemento de resistencia 4 y abandona la resistencia de medicion de la corriente entonces a traves de la otra pieza de conexion 3.
Para la introduccion y la extraccion de la corriente electrica las piezas de conexion 2, 3 presentan, respectivamente, uno o varios taladros 5, 6, en los cuales se pueden atornillar, por ejemplo, contactos de conexion.
En este ejemplo de realizacion la resistencia de medicion de la corriente 1 presenta una anchura b = 200 mm, si bien son posibles tambien otros valores para la anchura b de la resistencia de medicion de la corriente 1.
Al mismo tiempo es problematico el hecho de que la densidad de corriente en el elemento de resistencia 4 no sea exactamente homogenea y no este rectificada sino que oscile a lo largo de la anchura b de la resistencia de medicion de la corriente 1 lo que conduce, en las resistencias de medicion usuales, a errores de medicion correspondientes, dado que la tension de cafda a lo largo del elemento de resistencia 4 es medida, al mismo tiempo, unicamente mediante dos contactos de medicion de tension.
La resistencia de medicion de la corriente 1 segun la invencion presenta por ello un gran numero de pares de contactos de medicion de tension 7 los cuales estan dispuestos de manera distribuida a traves de la anchura b de la resistencia de medicion de la corriente 1. En cada uno de los pares de los contactos de medicion de tension 7 esta dispuesto uno de los contactos de medicion de tension 7 en la pieza de conexion 2, mientras que el otro contacto de medicion de tension 7 de cada par contacta con la otra pieza de conexion 3. Los pares individuales de contactos de medicion de tension 7 miden por lo tanto, respectivamente, la tension electrica que cae a lo largo del elemento de resistencia 4 en diferentes puntos a lo largo de la anchura b de la resistencia de medicion de la corriente 1.
Durante una medicion se miden entonces, de manera simultanea, un gran numero de valores de la tension en los contactos de medicion de tension 7, a partir de los cuales se deduce entonces, por ejemplo mediante una obtencion de valor medio ponderada, un valor de la tension el cual esta libre de las inhomogeneidades de la densidad de corriente perturbadoras, descritas con anterioridad, en el elemento de resistencia 4 y que presenta por ello una mayor precision.
La figura 2 muestra, en una representacion esquematica muy simplificada, un circuito para la explicacion de una obtencion de valor medio analogica a partir de los valores de medicion de tension que se miden en la resistencia de medicion de la corriente 1 segun la figura 1 en los diferentes pares de contactos de medicion de tension 7.
Al mismo tiempo se miden en la resistencia de medicion de la corriente 1, en los distintos pares de contactos de medicion de tension 7, respectivamente valores de medicion de tension U0, U1,..., Un, cayendo los valores de medicion de tension U0, U1, ..., Un respectivamente a traves de una resistencia efectiva R0, R1, ..., Rn.
Los valores de medicion de tension U0, U1, ..., Un son conducidos entonces, a traves de resistencias F0Ra, F0Rb, F1Ra, F1Rb, ..., Fn Ra, Fn Rb, a la entrada de un sistema de medicion analogico o de un convertidor analogico/digital 8, el cual emite entonces una senal de salida correspondiente, que reproduce la tension electrica que cae a lo largo del elemento de resistencia 4 y que esta liberada casi por completo de las inhomogeneidades perturbadoras descritas con anterioridad.
La figura 3 muestra los resultados de medicion en la resistencia de medicion de la corriente 1 segun la invencion con un valor de la resistencia de R = 1 jQ y una anchura b = 200 mm y ocho pares de contactos de medicion de tension 7. Al mismo tiempo la corriente electrica suministrada es de I = 4 kA.
En el diagrama puede verse que los valores de medicion de tension individuales en los diferentes pares de contactos de medicion de tension 7 divergen ligeramente tanto con respecto a la amplitud como tambien con respecto a la posicion de fase.
La figura 4 muestra otro diagrama para la explicacion de la dependencia de la amplitud y del corrimiento de fase en funcion de la posicion de medicion de los contactos de medicion de tension 7 dentro de la resistencia de medicion de la corriente 1.
El eje X muestra, al mismo tiempo, la distancia del contactos de medicion de tension 7 respectivamente con respecto al canto lateral de la resistencia de medicion de la corriente 1.
El eje Y muestra, por el contrario, por un lado la amplitud normalizada del valor de medicion de tension y por el otro el corrimiento de fase en grados.
En el diagrama se puede ver que la corriente y la tension presentan, en el centro de la resistencia de medicion de la corriente 1, un comportamiento inductivo mientras que por el contrario la corriente y la tension muestran un comportamiento capacitivo en las zonas del borde laterales de la resistencia de medicion de la corriente. Entre la zona central inductiva de la resistencia de medicion de la corriente 1 y las zonas laterales inductivas de la resistencia de medicion de la corriente 1 se encuentra un asf llamado punto neutro 9, tratandose en realidad de una lfnea a lo
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largo de la direccion principal de circulacion de la corriente en la resistencia de medicion de la corriente 1. En una disposicion de un par de contactos de medicion de tension 7 en el punto neutro 9 los valores de medicion de tension y la corriente electrica no presentan un comportamiento capacitivo ni tampoco uno inductivo sino que son sustancialmente equifasicos.
La figura 5 muestra el comportamiento capacitivo de la corriente y la tension en las zonas exteriores laterales de la resistencia de medicion de la corriente 1 durante un proceso de desconexion. En el diagrama puede verse que en caso de un corrimiento de fase positivo aparece una sobresoscilacion.
La figura 6 muestra el comportamiento inductivo de la corriente y de la tension en la zona central de la resistencia de medicion de la corriente 1 durante el proceso de desconexion. En el diagrama puede verse el terminacion gradual asintotica de la senal de medicion.
La figura 7 muestra, ademas, los valores de medicion de tension en los diferentes pares de contactos de medicion de tension 7 o los valores de la corrientes correspondientes resultantes de ellos en caso de una corriente continua de aprox. I = 8 A y cable de corriente alterna, que discurre en proximidad directa de la resistencia de medicion de la corriente 1, con aprox. I = 5000 A. El campo magnetico que se forma en el cable de corriente alterna crea corrientes parasitas, en la resistencia de medicion de la corriente 1 y en sus hilos de alimentacion, las cuales son medidas en los canales individuales o en los pares individuales de los contactos de medicion de tension 7 con una fase y amplitud diferentes, pero que no se pueden ver en la media ponderada. La obtencion del valor medio a partir de los diferentes valores de medicion de tension hace posible, por lo tanto, de manera ventajosa tambien una compensacion de las influencias perturbadoras de campos magneticos externos.
La figura 8 muestra una representacion parcial de una resistencia coaxial 10, como esta descrita como un todo por ejemplo en el documento WO 2007/068409 A1, de manera que se puede prescindir de una descripcion completa de la estructura y de la forma de funcionamiento de una resistencia coaxial 10. La solicitud de patente WO 2007/068409 A1 mencionada ya con anterioridad debe sumarse por ello, en lo que se refiere a la estructuracion y a la forma de funcionamiento de la resistencia coaxial 10, en toda su extension a la presente descripcion.
En este punto cabe mencionar unicamente que la resistencia coaxial 10 presenta dos piezas de conexion 11, 12 anulares entre las cuales esta introducido un elemento de resistencia 13 asimismo anular.
La resistencia coaxial 10 presenta ademas un gran numero de pares de contactos de medicion de tension 14, los cuales estan distribuidos a lo largo del perfmetro y que por ello pueden compensar inhomogeneidades de la distribucion de la corriente a lo largo del perfmetro, como se puede ver en si ya en la descripcion anterior.
La figura 9 muestra otra variante de una resistencia de medicion de la corriente 1 que no es segun la invencion la cual corresponde, sustancialmente, a la resistencia de medicion de la corriente 1 segun la figura 1, de manera que para evitar repeticiones se remite a la descripcion anterior, utilizandose para detalles correspondientes los mismos signos de referencia.
Una particularidad de este ejemplo de realizacion consiste en que la resistencia de determinacion de la corriente 1 presenta un unico de contactos de medicion de tension 7 los cuales estan dispuestos, sin embargo, para evitar influencias perturbadoras de las inhomogeneidades de la distribucion de la corriente, en el elemento de resistencia 4, en la zona del punto neutro 9, es decir exactamente en el lfmite entre la zona capacitiva y la zona inductiva de la resistencia de medicion de la corriente 1. Durante una medicion de un valor de medicion de tension en los contactos de medicion de tension 7 mediante una unidad de evaluacion 15 la corriente y la tension no muestran, por lo tanto, ni un comportamiento inductivo ni un comportamiento capacitivo, sino que son sustancialmente equifasicas.
La figura 10 muestra un diagrama de flujo para la explicacion de una proceso de calibracion para la determinacion de los factores de ponderacion optimos para las diferentes condiciones de medicion.
En un primer paso S1 la resistencia de medicion de la corriente es alimentada con diferentes corrientes de calibracion conocidas, reinando respectivamente diferentes parametros de calibracion (p. ej. temperatura, frecuencia, campo magnetico). Los valores actuales de los parametros de calibracion determinan por lo tanto, respectivamente, un punto de funcionamiento pluridimensional, influyendo el punto de funcionamiento sobre las inhomogeneidades perturbadoras en el elemento de resistencia. Durante la alimentacion con corriente de la resistencia de medicion de la corriente con las diferentes corrientes de calibracion se miden entonces, respectivamente, las tensiones de caen a lo largo de los contactos de medicion de tension.
En el paso S3 se calcula entonces, respectivamente, un juego optimo de factores de ponderacion para cada punto de funcionamiento, es decir para cada juego de parametros de calibracion.
Los juegos optimos de factores de ponderacion calculados de esta manera son almacenados entonces, en un paso S4, en un campo caracterfstico pluridimensional.
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La figura 11 muestra un diagrama de flujo para la explicacion del proceso de medicion real sobre la base de la calibracion descrita con anterioridad.
En un paso S1 se alimenta la resistencia de medicion con la corriente que hay que medir.
En un paso S2 se miden, al mismo tiempo, las tensiones que caen a lo largo de los contactos de medicion de tension, mientras que la resistencia de medicion es alimentada con la corriente que hay que medir.
Ademas se miden, durante la alimentacion con corriente, los parametros de medicion actuales (p. ej. temperatura, frecuencia, campo magnetico) dado que los parametros de medicion pueden tener una influencia sobre las inhomogeneidades perturbadoras en el elemento de resistencia de la resistencia de medicion de la corriente.
Dependiendo de los parametros de medicion actuales se lee entonces, en un paso S4, un juego adecuado de factores de ponderacion en el campo caracterfstico, habiendo sido determinados los factores de ponderacion con anterioridad durante el proceso de calibracion segun la figura 10.
Los valores de medicion de tension medidos son ponderados entonces, en un paso S5, con los valores de ponderacion lefdos, para determinar un valor de medicion de tension.
Por ultimo se calcula, en el paso S6, a partir del valor de medicion de tension ponderado, la corriente de acuerdo con la ley de Ohm.
La invencion no esta limitada a los ejemplos de realizacion preferidos descritos con anterioridad. Mas bien es posible un gran numero de variantes y modificaciones las cuales hacen uso, asimismo, de la idea de la invencion y que por ello caen en el ambito de proteccion. La invencion reivindica en particular tambien proteccion para el objeto y las caracterfsticas de las reivindicaciones subordinadas independientemente de las reivindicaciones a las que se haga referencia respectivamente.
Listado de signos de referencia
1 resistencia de medicion de corriente
2 pieza de conexion
3 pieza de conexion
4 elemento de resistencia
5 taladro
6 taladro
7 contactos de medicion de tension
8 convertidor analogico/digital
9 punto neutro
10 resistencia coaxial
11 pieza de conexion
12 pieza de conexion
13 elemento de resistencia
14 contactos de medicion de tension
15 unidad de evaluacion
b anchura de la resistencia de medicion de corriente

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Disposicion de medicion con
    a) una resistencia de medicion (1; 10), con
    a1) una primera pieza de conexion (2) realizada a partir de un material conductor para conducir una corriente a la resistencia de medicion (1; 10),
    a2) una segunda pieza de conexion (3) realizada a partir de un material conductor para conducir la corriente fuera de la resistencia de medicion (1; 10),
    a3) un elemento de resistencia (4; 13) realizado a partir de un material de resistencia, estando el elemento de resistencia (4; 13) dispuesto en la direccion de la corriente entre las dos piezas de conexion, y siendo atravesado por la corriente,
    a4) un primer par de contactos de medicion de tension (7; 14) para medir la cafda de tension a traves del elemento de resistencia (4; 13), entrando dicho contacto de medicion de tension (7) electricamente en contacto con la primera pieza de conexion (2), mientras que el otro contacto de medicion de tension (7) entra electricamente en contacto con la segunda pieza de conexion (3), y con
    a5) un segundo par de contactos de medicion de tension (7; 14) para medir la cafda de tension a traves del elemento de resistencia (4; 13), entrando dicho contacto de medicion de tension (7) electricamente en contacto con la primera pieza de conexion (2), mientras que el otro contacto de medicion de tension (7) entra electricamente en contacto con la segunda pieza de conexion (3),
    b) una unidad de evaluacion, que esta conectada con los pares de contactos de medicion de tension (7; 14) y que registra en los pares, respectivamente, un valor de medicion de tension, y que determina a partir de los valores de medicion de tension la cafda de tension a traves del elemento de resistencia (4; 13),
    caracterizada por que
    c) la unidad de evaluacion pondera, respectivamente, los valores de medicion de tension individuales con un factor de ponderacion, y
    d) la unidad de evaluacion determina la cafda de tension a traves del elemento de resistencia (4; 13) a partir de los valores de tension ponderados.
  2. 2. Disposicion de medicion segun la reivindicacion 1, caracterizada por que los pares de contactos de medicion de tension (7; 14) estan dispuestos en la resistencia de medicion (1; 10), unos junto a otros con respecto a la direccion de corriente.
  3. 3. Disposicion de medicion segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que los pares de los contactos de medicion de tension (7; 14) estan dispuestos en una distribucion sustancialmente equidistante.
  4. 4. Disposicion de medicion segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el elemento de resistencia (4; 13) presenta una anchura (b) transversalmente con respecto a la direccion de corriente de por lo menos 5 mm, 10 mm, 20 mm, 50 mm, 100 mm o 200 mm.
  5. 5. Disposicion de medicion segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el numero de pares de contactos de medicion de tension (7; 14) es mayor que dos, cuatro, seis u ocho.
  6. 6. Disposicion de medicion segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que
    a) la resistencia de medicion (1) tiene forma de placa, o
    b) la resistencia de medicion (10) es una resistencia coaxial, estando los pares de contactos de medicion de tension (14) dispuestos de manera distribuida a lo largo del perfmetro.
  7. 7. Disposicion de medicion segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que
    a) la resistencia de medicion (1; 10) muestra un comportamiento capacitivo en por lo menos uno de los pares de contactos de medicion de tension (7; 14), y
    b) la resistencia de medicion (1; 10) muestra un comportamiento inductivo en por lo menos uno de los pares de contactos de medicion de tension (7; 14).
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  8. 8. Procedimiento de medicion, en particular para medir la corriente segun la tecnica de cuatro conductores, en particular con una resistencia de medicion (1; 10) segun una de las reivindicaciones anteriores, con las etapas siguientes:
    a) conducir una corriente que hay que medir a una resistencia de medicion (1; 10), de manera que la corriente fluya a traves de un elemento de resistencia (4; 13) en la resistencia de medicion (1; 10),
    b) conducir la corriente fuera de la resistencia de medicion (1; 10) y
    c) determinar la cafda de tension a traves del elemento de resistencia (4; 13) de la resistencia de medicion (1; 10), cuando la corriente fluye a traves del elemento de resistencia (4; 13), siendo la tension medida en un primer par de contactos de mediacion de la tension (7; 14),
    d) midiendose los valores de medicion de tension de la cafda de tension a traves del elemento de resistencia (4; 13) en varios pares de contactos de medicion de tension (7; 14), respectivamente,
    e) determinandose la cafda de tension a traves del elemento de resistencia (4; 13) a partir de los valores de medicion de tension individuales en los pares de contactos de medicion de tension (7; 14),
    caracterizada por las etapas siguientes:
    f) ponderar cada uno de los valores de medicion de tension individuales, respectivamente, con un factor de ponderacion, y
    g) determinar la cafda de tension a traves del elemento de resistencia (4; 13) a partir de los elementos de tension ponderados.
  9. 9. Procedimiento de medicion segun la reivindicacion 8, caracterizado por la etapa siguiente: calibrar los factores de ponderacion en un proceso de calibracion.
  10. 10. Procedimiento de medicion segun la reivindicacion 9, caracterizado por las etapas siguientes:
    a) determinar por lo menos un parametro de medicion, que tiene una influencia sobre inhomogeneidades en la corriente en el elemento de resistencia (4; 13), y
    b) determinar los factores de ponderacion en funcion de dicho por lo menos un parametro de medicion.
  11. 11. Procedimiento de medicion segun la reivindicacion 10, caracterizado por que el parametro de medicion comprende por lo menos una de las magnitudes siguientes:
    a) frecuencia de la corriente,
    b) temperatura del entorno o de la resistencia de medicion,
    c) magnitud y direccion de un campo magnetico exterior, en el que tiene lugar la medicion,
    d) corriente a traves de la resistencia de medicion,
    e) tension a traves de los contactos de medicion de tension.
  12. 12. Procedimiento de medicion segun una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado por que los valores de medicion de tension se miden sincronicamente en los pares individuales de contactos de medicion de tension (7; 14).
  13. 13. Procedimiento de medicion segun una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado por que unos valores de medicion de tension se miden en los pares individuales de los contactos de medicion de tension (7; 14) con una velocidad de muestreo de por lo menos 100 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz o por lo menos 4 kHz.
  14. 14. Procedimiento de medicion segun una de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado por las etapas siguientes:
    a) calcular un valor medio, simple o ponderado de los valores de medicion de tension,
    b) calcular la cafda de tension a traves del elemento de resistencia (4; 13) a partir del valor medio de los valores de medicion de tension.
  15. 15. Procedimiento de medicion
    a) los valores de medicion y/o
    5
    b) la obtencion del valor medio simple o ponderado tiene lugar sobre la base de los valores de medicion de tension analogicos o sobre la base de los valores de medicion de tension digitalizados.
    segun una de las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado por que
    de tension analogicos se convierten en valores de medicion de tension digitalizados,
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