JP2019531469A - 大電流範囲の電流を測定するための測定装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、大電流範囲の、特に１ｋＡより大きい電流範囲の、電流（Ｉ）を測定するための測定装置（１２）であって、４端子技術に従って電流を測定するための低抵抗の電流検出抵抗器（１）と、電流検出抵抗器（１）上で降下する電圧を測定するための構造的に統合された測定回路（１７）とを有する測定装置に関する。本発明は、抵抗素子（４）の両端間で降下する電圧を測定するための複数対の電圧タップを実現し、ここで、複数対の電圧タップは測定回路（１７）に接続される。本発明は、さらに、２つの導体バー（１５、１６）に接続するための２つの導体バー接続部（１３、１４）を実現する。温度係数、熱電電圧およびオフセットの各補正、並びに高いサンプリング・レートおよび分解能によって、交流大電流における直流電流の高分解能測定が可能になる。【選択図】図１

Description

本発明は、大電流範囲、特に１ｋＡより大きい電流範囲、の電流を測定するための測定装置に関する。

例えば、欧州特許出願公開第０６０５８００号で、４端子（４線、４導体）技術（Vierleitertechnik：四端子測定法）に従って低抵抗（niederohmigen：低インピーダンス）の電流検出（測定）抵抗器（“シャント”（分路））を用いて電流を測定することが知られている。ここで、測定される電流は低抵抗の電流検出抵抗器を通って流れ、その際、その検出（測定）抵抗器の両端間の電圧降下が、測定されて、オームの法則に従って電流の測定値または尺度を形成する。

また、国際公開第２０１４／１２７７８８号で、中電圧システムおよび高電圧システムにおける電流測定に４端子技術を使用できることが知られている。しかし、この文献では、抵抗器の設計および中電圧システムまたは高電圧システムへの電流検出抵抗器の電気的接続に満足できる解決策が、未だ提供されいない。

さらに、米国特許出願公開第２００７／０１７７３１８号は、４端子技術による電流測定を可能にする電流検出抵抗器を実現する。しかし、この周知の電流検出抵抗器はプリント回路基板上に実装するように設計されており、従って、中電圧または高電圧システムにおける電流測定には適していない。しかし、この周知の電流検出抵抗器は、電流検出抵抗器の抵抗素子の両端間の電圧降下を測定するための測定回路を既に有しており、その際、測定回路は、電流検出抵抗器の頂部に差し込まれ、次いで電流検出抵抗器にスナップイン接続で接続することができる。また、中電圧または高電圧システムにおける大電流測定に対する適合性の欠如は、測定回路が構造的に統合または集積化されておらず従って遮蔽されていないという事実に起因する。従って、中電圧システムまたは高電圧システムにおける大電流測定の期間に、測定回路の電子部品は妨害を受け得る。

さらに、本発明の一般的な技術的背景に関して、米国特許第６８０１１１８号、国際公開第２０１３／０３７６７７号および米国特許第３２４５０２１号も参照される。

欧州特許出願公開第０６０５８００号 国際公開第２０１４／１２７７８８号 米国特許出願公開第２００７／０１７７３１８号 米国特許第６８０１１１８号 国際公開第２０１３／０３７６７７号 米国特許出願第３２４５０２１号

従って、本発明の目的または課題は、対応して改良された測定装置を実現することである。

この目的または課題は、主要請求項による測定装置によって達成または解決される。

本発明による測定装置は、第１に、既知の４端子技術に従って電流を測定するために、技術水準による低抵抗（niederohmigen：低インピーダンス）の電流検出抵抗器を含んでいる。電流検出抵抗器は、基本的に、その測定される電流を電流検出抵抗器に導入するための導電（導体）材料（例えば、銅）製の第１の接続部分と、電流検出抵抗器からその測定される電流を放出するための導電材料（例えば、銅）製の第２の接続部分と、抵抗材料（例えば、マンガニン（Manganin）（登録商標））製の抵抗素子と、からなる。その抵抗素子は、その２つの接続部分の間に電気的に接続されており、測定される電流が通って流れるものである。そのような低抵抗の電流検出抵抗器は、一般的に、欧州特許出願公開第０６０５８００号で知られているが、それらの抵抗値、寸法および形状は、測定される電流の大きさおよび顧客の要求に適合化させなければならない。

さらに、本発明による測定装置は、抵抗素子の両端間での降下する電圧（両端間の電圧降下）を測定する構造的に統合（一体化、集積化）された測定回路を含んでいる。例えば、この測定回路は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ、カスタムチップ）として設計することができる。そのようなＡＳＩＣは、例えば欧州特許出願公開第１３６３１３１号で知られており、その測定回路の構造および機能に関して、この文献の内容全体を参照により本明細書に組み込む。しかし、留意すべきこととして、その統合（集積化）された測定回路は、１６ビットの測定値の取得または捕捉を有することが好ましい。

本発明による測定装置は、電流検出抵抗器の抵抗素子の両端間で降下する電圧が１対の電圧タップによって測定されるのではなく、測定回路に接続される複数対の電圧タップによって測定されること、を特徴とする。これは、低抵抗の電流検出抵抗器の抵抗素子における電流密度が空間的に一定ではないので、有利である。その結果、抵抗素子の両端間で降下する電圧の測定値は、それらの電圧タップの空間的配置に依存し、それが測定誤差を生じさせる。一方、空間的に分散配置された複数対の電圧タップを有する本発明による測定装置では、測定回路が、相異なる複数対の電圧タップ上で測定される複数の電圧測定値を評価することが、可能である。次いで、例えば、これらの相異なる電圧測定値から平均値を計算することができ、それによって測定誤差が最小化される。これに関する詳細は、国際公開第２０１４／１６１６２４号で知られており、この文献の内容全体を参照により本明細書に組み込む。

さらに、本発明による測定装置は、測定装置を各導体バー（Stromschienen：バスバー、導体レール、母線）に接続することができるようにするための２つの導体バー接続部を特徴としている。第１の導体バー接続部（好ましくは互いに上下に配置された３つの導体バーに接触するためのもの）は、低抵抗の測定抵抗器の第１の接続部分に電気的に接続され、一方、第２の導体バー接続部は、低抵抗の測定抵抗器の第２の接続部分に電気的に接続される。従って、本発明による測定装置によって、大電流装置において導体バーに対する簡単で信頼性のある電気的接続が可能になる。

本発明の好ましい実施形態において、２つの導体バー接続部は、それぞれ、導電材料製の上下に重ねられた複数の平行な接続プレート（板）を有する。これによって、互いに上下に配置された３つの導体バーとの接触が可能となり、測定される電流が分割されて様々な接続プレートを通って流れるという利点が得られ、それによって、電流密度が、大電流測定の期間においても比較的低い範囲に収まり（留まり）、導体バー接続部の電流（搬送）容量を超えない、という利点が得られる。

また、留意すべきこととして、２つの導体バー接続部は、各導体バーに対してネジ取り付けされるように設計されることが好ましい。この目的のために、両導体バー接続部は、例えば、ネジ結合（接続）用の穴または開口を有してもよい。

また、留意すべきこととして、導体バー接続部は、環境影響に対する耐性を改善するために、ニッケル・メッキ、スズ・メッキ、銀メッキまたは金メッキされていることが好ましい。

本発明の好ましい実施形態において、測定装置は、測定される電流が個々の電流検出抵抗器中を流れる複数の部分電流に分割されるように、電気的に並列に接続された複数の低抵抗の電流検出抵抗器を有する。電流検出抵抗器は、複数の平面において互いに重なり合うように配置することができる。さらに、複数の電流検出抵抗器を各平面において互いに隣接して配置することができる。欧州特許出願公開第０６０５８００号に従って複合材料ストリップから低抵抗の電流検出抵抗器を製造するとき、この複数の電流検出抵抗器への細分割は、電流方向に長さ方向または縦方向に伸び電流方向に対して横方向に互いに隣接して配置される抵抗材料のストリップに複数のスロット（細長い穴）を挿入することによって、達成できる。次いで、それらのスロットは、複合材料ストリップおよび結果的に得られる電流検出抵抗器において、隣接の抵抗素子を互いに分離させる。

特別な特徴は、複数の電圧タップに近接したシャント（分路）において、完全な測定および評価用電子機器が統合（集積化、一体化）されていることである。電圧タップと測定変換器（例えば、ＡＳＩＣ）の間の接続は、ストリップライン技術における複数のフレキシブル・ラインを使用して行われることが好ましい。両方の手段または方策（短いラインおよびストリップライン技術）から、非常に耐干渉（緩衝防止）性のある測定装置（極端に小さいアンテナ面積または領域）が得られる。

また、留意すべきこととして、本発明による測定装置の電子部品（例えば、測定回路、データ・インタフェース）は、シャントに設置することによって、導電材料製の電気的シールド内にカプセル化（封入）される。これは理にかなっており、その理由は、そうでなければ、測定される電流による電子部品への外乱（妨害）が大電流測定で生じ得るからである。電気的シールドは、導体バー接続部、導体バー接続部相互間のスペーサ、および導電材料製の横方向の片面電気絶縁された強化プレート（補強板）によって、形成される。追加的な強磁性材料製の遮蔽板が上面および下面に取り付けられ、片面が電気的に絶縁される。

また、測定装置は、顧客によって設けられる評価ユニットにデータを送信するためのおよび／または外部からデータを受信するための、構造的に統合（集積化、一体化）されたデータ・インタフェースをも含んでいることが、好ましい。また、一方側の測定装置および他方側の評価ユニットが、通常、異なる電位になっているので、データ・インタフェースは、直流電気的な（ガルバニック）絶縁を形成することが、好ましい。この直流電気的な絶縁は、例えば光ファイバと共にオプトカプラ（フォトカプラ、光結合素子）によって実現することができる。そのようなデータ・インタフェースの技術的な実現の詳細は、例えば、国際公開第２０１４／１２７７８８号で知られており、この文献の内容全体を参照により本明細書に組み込む。

また、留意すべきこととして、低抵抗の電流検出抵抗器における抵抗素子の抵抗材料は、その抵抗値の温度依存性が極めて低いが、それにもかかわらず非常に正確な測定が求められる場合にこれを無視することはできない。この温度依存性を補償するために、測定装置は、低抵抗の電流検出抵抗器の抵抗素子の温度を測定しかつ温度依存性の補正特性に従って抵抗素子の両端間での降下する電圧の測定値を補正する１つ以上の温度センサを有してもよい。

また、留意すべきこととして、低抵抗の電流検出抵抗器の抵抗素子の抵抗材料は、一方の抵抗素子と他方の各接続部分の間に温度差が存在する場合に、固有の熱電電圧（Thermospannung：熱起電力）を発生させる固有の熱的力（Thermokraft）を有する。この熱電電圧は、抵抗素子において測定される電流によって生成された電圧に重ね合わ（重畳）され、従って測定誤差を生じさせる。従って、本発明の好ましい実施形態において、２つの接続部分に熱的に接続され従って抵抗素子と同じ温度差に曝される抵抗素子の両端間で降下する熱電電圧を補償するために、補償素子が設けられる。一方の補償素子と他方の各接続部分の間に温度差が存在する場合に、補償素子は或る熱電電圧を生成する。補償素子および抵抗素子は、電圧測定回路において電気的に直列に接続されて、一方の抵抗素子の熱電電圧と他方の補償素子の熱電電圧が少なくとも部分的に互いに補償し合うようになっている。この熱電電圧補償の詳細は独国特許出願第１０２０１６００８４１５．４号に記載されており、この特許出願の内容全体を参照により本明細書に組み込む。この補償素子に加えて、温度差は、熱電電圧の補償が不完全なときに数学的補正を行うこともできるように、各電圧測定点において測定されることが、好ましい。

既に上述した通り、測定装置は、電流検出抵抗器上で（ueber：の両端間で）降下する電圧を捕捉するまたは取り出すための複数の電圧タップを有する。これらの電圧タップは、電流検出抵抗器の表面全体にわたって電気的に接触する平型リボン（帯状）ケーブルに、有利な形態で統合（一体化、集積化）することができる。このリボン・ケーブルは多層でありストリップラインを形成することが好ましく、その際、上述の温度センサおよび温度差センサもリボン・ケーブルに取り付けることができる。さらに、熱電電圧を補償するのに役立つ上述の補償素子をリボン・ケーブルに取り付けることもできる。

低抵抗の電流検出抵抗器に対する平型リボン・ケーブルの直接的なハンダ付けは、銅の極めて良好な熱放散（拡散）およびリボン・ケーブルの制限された温度耐性（耐温度性）に起因して、一般的に不可能である。従って、リボン・ケーブルと電流検出抵抗器の間に、導電材料（例えば、銅）製のプレートがあることが好ましく、その際、このプレートは、ハンダ付け、焼結、溶接または導電性接着剤結合（即ち、導電性接着剤（接着性）接続の形成）によって電流検出抵抗器に接続または結合される。リボン・ケーブルを電気的に接触させるために、このプレートは折り曲げ可能な複数の接続ピンを有し、その後、そのプレートの複数の接続ピンはリボン・ケーブルの対応する各電気的接続点に接続または結合（ハンダ付け、溶接、または導電性接着剤で接着）することができる。従って、リボン・ケーブルと電流検出抵抗器の間のプレートによって、リボン・ケーブルと電流検出抵抗器の間の接続または結合が容易になる。

本発明の変形例において、電子部品の電源（電力供給）用の測定装置は、高電圧変圧器（変換器）を含んでいる。

一方、本発明の別の変形例において、光電池が電源用に設けられており、その光電池は光源（例えば、レーザまたはＬＥＤ）によって照射されて導光体（光導波路）を介して発電する。この種の発電の詳細は、例えば、国際公開第２０１４／１２７７８８号で知られており、この文献の内容全体を参照により本明細書に組み込む。

本発明の好ましい実施形態において、電流検出抵抗器は、例えば欧州特許出願公開第０６０５８００号で知られているような複数の平坦な複合プレート（板）を有し、その際、これらの複合プレートは抵抗素子および各接続部分を含んでいる。その複数の複合プレートは、上下に互いに平行に配置されることが好ましい。隣接する複合材料プレートは、接続部分において互いに電気的および機械的に接続され、一方、隣接する複合材料プレートは、複数の抵抗素子の領域において絶縁間隙（ギャップ）によって互いに電気的に分離（絶縁）される。測定される電流は分割され、重ね合わされた複合材料プレートの隣接の各抵抗素子を通って別々に流れる。

しかし、電流分布は、垂直方向にだけでなく、水平方向にも、即ち複合プレート内でも、形成され得る。この目的のために、複数の複合プレートは、それぞれ、電流方向に沿ってかつ電流方向に対して横方向に互いに並んで配置された複数のスロットを有することができ、その際、各複合プレートにおける複数のスロットは複数の抵抗素子を互いに分離する。

電流検出抵抗器は、例えば、１μΩ〜１ｍΩの範囲の抵抗値を有することができる。

例えば、電流検出抵抗器の抵抗材料は、例えばＣｕ８６Ｍｎ１２Ｎｉ２のような銅−マンガン−ニッケル合金であってもよい。代替形態として、抵抗材料は、銅−マンガン−スズ（錫）合金、例えばＣｕ９０．７Ｍｎ７Ｓｎ２．３であっても、または、特にニッケル−クロム−アルミニウム合金、例えばＮｉ７４．５Ｃｒ２０Ａｌ１３．５Ｓｉ１Ｍｎ０．５Ｆｅ０．５であってもよい。

導電材料は、銅または銅合金であることが好ましい。留意すべきこととして、導電材料は、抵抗素子の抵抗材料より低い抵抗率（電気抵抗率、比抵抗）を有することが好ましい。

また、留意すべきこととして、測定装置には大電流を加える（流す）ことができることが好ましい。例えば、短期間の最大電流は、少なくとも １０ｋＡ、２５ｋＡ、５０ｋＡ、１００ｋＡ、２００ｋＡ、またはさらには５００ｋＡとすることもできる。一方、連続的な電流搬送（通電）容量は、少なくとも １ｋＡ、２ｋＡ、５ｋＡ、１０ｋＡ、２０ｋＡ、またはさらには少なくとも３０ｋＡであることが、好ましい。

さらに、留意すべきこととして、抵抗素子は、電流方向に相対的に短い長さ、好ましくは、５０ｍｍ、２５ｍｍ、１０ｍｍ、７ｍｍ、またはさらには５ｍｍ 未満の長さを有することが好ましい。

また、留意すべきこととして、測定装置は、好ましくは、０．１％、０．０５％、０．０１％、またはさらには０．００５％ 未満である非常に小さい線形誤差を有する。

測定回路は、オフセットがないことが好ましく、好ましくは５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚまたは４ｋＨｚ よりも高いサンプリング・レートを有する。

測定装置の特に有利で応用上基本的な特徴は、例えば２０ｋＡの大ＡＣ電流（ＡＣ：交流）における約１００ｍＡ乃至数Ａ（アンペア）の非常に小さいＤＣ電流（ＤＣ：直流）を測定する可能性である。これは、複数のトランスデューサ（変換器）の高い分解能、それらのオフセット（補正、相殺）なし、高い直線性および極めて低いノイズによって、可能になる。さらに、個々の測定チャネル（記述されたシステムでは８チャネル）の絶対的な同期的サンプリングは、決定的に重要である。この同期的な測定によって、平均値のノイズが同様に約７０％減少する。

電流検出抵抗器の形状に関して、留意すべきこととして、例えば欧州特許出願公開第０６０５８００号で知られているように、抵抗素子および／または各接続部分はプレート（板）状であることが好ましく、その際、抵抗素子および各接続部分は平坦であってもまたは湾曲していてもよい。

さらに、電流検出抵抗器は、好ましくは、１Ｋ／Ｗ、０．５Ｋ／Ｗ、０．１Ｋ／Ｗ、０．０５Ｋ／Ｗまたは０．０２Ｋ／Ｗ 未満の低い内部熱抵抗（耐熱性）を有することが好ましい。

また、留意すべきこととして、測定回路は、複数の測定チャネルを有すること、即ち、連続的電流検出用の第１の測定チャネルと、過電流検出用のより高いサンプリング・レートを有する別個の第２の測定チャネルとを有することが、好ましい。

本発明の他の有利な変形は、従属請求項に示され、または図面を参照した本発明の好ましい実施形態の説明と共に、より詳細に以下で説明する。

図１Ａは、銅プレートとフレキブル（可撓性）ケーブルを有する測定装置の一部の斜視図である。図１Ｂは、図１Ａの拡大図である。 図２は、本発明による測定装置の構造および機能を説明するためのブロック図である。 図３Ａは、本発明による測定装置の断面図である。図３Ｂは、図３Ａによる測定装置の電流検出抵抗器の断面図である。

図１Ａおよび１Ｂは、周知の４端子技術による電流測定用の４つの低抵抗（niederohmigen：低インピーダンス）の電流検出抵抗器（電流測定抵抗器）１の中の１つを有する測定装置の部分領域の相異なる図を示しており、その際、電流検出抵抗器１は、例えば１ｋＡより大きい大電流の範囲の電流測定に適合化される。

電流検出抵抗器１は、第１に、測定される電流を電流検出抵抗器１に導入または供給するために、第１の接続部分（接続部）２を有する。

さらに、電流検出抵抗器１は、測定される電流を電流検出抵抗器１から再び外部へ放出させるために、第２の接続部分（接続部）３を有する。

２つの接続部分２、３の間に、例えば、マンガニン（Manganin（登録商標））、ゼラニン（Zeranin（登録商標））またはイサオーム（Isaohm（登録商標））のような抵抗材料製の抵抗素子４が配置される。抵抗素子４は、その長手方向の各端縁部に沿って溶接接合（Schweissverbindung）によって隣接の接続部分２、３に電気的および機械的に接続される。

電流検出抵抗器１には、共に電流方向に沿って伸び互いに隣接して配置された複数のスロット５が存在していて、複数のスロット５が、電流検出抵抗器１における複数の抵抗素子４を互いに電気的に分離する。従って、測定される電流は、電流検出抵抗器１内で分割され、次いで複数のスロット５によって互いに分離された複数の隣接の抵抗素子４を通って並列に流れる。

複数の平型リボン（帯状）ケーブル（Flachbandkabel：フラットバンド・ケーブル）６が、電流検出抵抗器１の上側面に配置され（１つの測定点だけが実施形態として示されている）、抵抗素子４の両端間で降下する電圧（両端間の電圧降下）を測定するのにも使用される。しかし、リボン・ケーブル６を電流検出抵抗器１に直接ハンダ付けすることは不可能であり、その理由は、電流検出抵抗器１が、測定装置における複数の導体バー接続部に接続されており、従って非常に高い熱伝導率を有するからであり、また、リボン・ケーブル６の温度耐性（Temperaturbelastbarkeit：耐温度性、温度負荷能力）が制限されているからである。従って、銅プレート７が、複数の平型リボン・ケーブル６の各々と電流検出抵抗器１の間に配置され、電流検出抵抗器１と最初に接触（例えば、ハンダ付け）され、抵抗素子４の両端間で降下する電圧を測定するための複数の電圧タップを形成する。銅プレート７には、図面に示されているように上方に折り曲げられた複数の接続ピン８が取り付けられまたは（一体的に）形成される。次いで、リボン・ケーブル６は複数の接続ピン８に簡単にハンダ付けすることができる。

リボン・ケーブル６上には、抵抗素子４の抵抗材料の温度依存性によって生じる測定誤差を補償するために抵抗素子４の温度を測定する機能または役割を有する温度センサ９が存在する。

さらに、複合材料プレートの形態の補償素子または補償要素１０が、熱電電圧を補償するために、リボン・ケーブル６上に配置される。この熱電電圧補償の詳細は、独国特許出願第１０２０１６００８４１５．４号に記載されている。

さらに、任意に、熱電電圧を数学的に補償するために、温度差を測定するための熱電対１１を、リボン・ケーブル６上に配置することもできる。

また、電流検出抵抗器１に関して、言及すべきこととして、以下で詳細に説明されるように、電流検出抵抗器１が、組み立てられた状態で各導体バー接続部に接続される。

図２は、電流検出抵抗器１を有する、本発明による測定装置１２の回路図を示している。この図において、測定装置１２を導体バー１５、１６に接続するのに役立つ導体バー接続部１３、１４も概略的に示されており、導体バー１５、１６は概略的にのみ示されている。

また、その回路図は、オームの法則に従って電流検出抵抗器１上で降下する電圧（両端間の電圧降下）から電流を計算するために、電流検出抵抗器１上で降下する電圧を測定する測定回路１７を示している。

さらに、測定回路１７は、温度センサ９、補償素子１０および熱電対１１に接続される。温度センサ９との接続によって、抵抗素子４の抵抗材料の電気抵抗率（比電気抵抗、固有抵抗）の温度依存性を補償することが可能になる。一方、補償素子１０との接続によって、熱電電圧の補償が可能になる。この目的のために、補償素子１０は電圧測定回路における電流検出抵抗器１と直列に接続されて、一方の電流検出抵抗器１上の熱電電圧および他方の補償素子１０上の熱電電圧が、少なくとも部分的に相殺するまたは打ち消し合う（ausgleichen）。熱電対１１は任意のものであり、熱電対１１によって、温度差を測定することによって熱電電圧を数学的に補正することが可能になる。

さらに、その図は、例えば国際公開第２０１４／１２７７８８号に記載されているような、高電圧変圧器としてまたは光電池を用いて実現することができる電源１８を示している。

さらに、測定装置１２は、オプトカプラ（光結合器）を有するデータ・インタフェース１９を有していて、データが光ファイバ２０を介して外部の評価ユニット（装置）に伝送できるようにされ、その際、オプトカプラおよび光ファイバは実効的または有効な直流電気的な絶縁を形成する。

図３Ａおよび３Ｂは、上述の実施形態に部分的に対応する測定装置１２の断面図を示していて、繰り返しを避けるために、対応する詳細については同じ参照符号を用いて上述の説明が参照される。

ここで留意すべきこととして、この測定装置１２は１つの導電材料（例えば、銅）製の複数の接続プレート（板）２１〜２６を有し、その際、接続プレート２１〜２６は３つの平行な平面の形態で互いに上下に配置される。接続プレート２１〜２６相互間または接続プレート２１、２４の上側面には、同様に導電材料（例えば銅）製の複数のスペーサ２７〜３２が存在する。

接続プレート２１〜２６は、導体バー接続部１３、１４の一部であり、ネジ取り付け用に設計される。このために、接続プレート２１〜２６はそれぞれ複数の貫通孔３３を有する。

測定装置１２は、２つの電流検出抵抗器１（それぞれ２つの個々の抵抗器からなる）を有し、これら（抵抗器）は図３Ｂに詳細に示されている。

電流検出抵抗器１は、電流を導入するための２つの接続部分２．１、２．２と、電流を放出するための２つの接続部分３．１、３．２とを有し、その各々が互いに接続される。その間には、抵抗材料製の２つの抵抗素子４．１、４．２が存在する。従って、測定される電流は、電流検出抵抗器１内で分割され、２つの抵抗素子４．１、４．２を通って別々に流れる。

また、測定装置１２は、測定回路１７、電源１８およびデータ・インタフェース１９を有するプリント回路基板（ＰＣＢ、プリント回路板）３４を含んでいる。

プリント回路基板３４は、リボン・ケーブル６を介して２つの電流検出抵抗器１に接続される。リボン・ケーブル６は図３Ａおよび３Ｂには示されていない。

測定装置１２は、上側面で、カバー３５によって閉じられ、一方、下側面で、基部（ベース、底部）３６によって閉じられる。カバー３５および基部３６は、カバー３５または基部３６の両端間の望ましくない短絡を防止するために、電気絶縁材料製であり、または少なくとも１つの電気絶縁外皮（Ummantelung：シース、被覆）を有する。カバー３５および基部２６は、少なくとも一側面が測定装置から絶縁されている導電性の、好ましくは強磁性の、遮蔽（シールド）材料を含んでいる。

機械的補強プレートが、図３の表側面および裏側面（即ち、図面平面の前後）に付着されまたは貼られ、それ（両面）は一側面上で測定装置から絶縁され、銅接続プレート２１〜２６にネジ止めされる。これらの補強プレートは図３に示されていない。

本発明は、上述の好ましい実施形態に限定されない。むしろ、本発明の思想を同様に利用し、従って保護の範囲に入る多数の変形例および変更が可能である。特に、本発明は、各請求項が引用する請求項に関係なく、また特に主要請求項の特徴なしで、従属請求項の構成および特徴に対する保護をも求めるものである。例えば、本発明は、主要請求項の特徴がない本発明による変形例をも含む。

１ 測定装置の一部としての電流検出抵抗器
２、２．１、２．２ 電流導入用の接続部分
３、３．１、３．２ 電流放出用の接続部分
４、４．１、４．２ 抵抗素子
５ 複数の抵抗素子を分離するための複数のスロット
６ 平型リボン・ケーブル
７ 銅プレート
８ 銅プレートの複数の接続ピン
９ 温度センサ
１０ 複合材料プレートとしての補償素子
１１ 熱電対
１２ 電流測定用の測定装置
１３ 導体バー接続部
１４ 導体バー接続部
１５、１６ 外部導体バー
１７ 測定回路
１８ 電源
１９ オプトカプラを有するデータ・インタフェース
２０ 導光体（ライトガイド）
２１〜２６ 銅接続プレート
２７〜３２ 銅スペーサ
３３ ネジ取り付け用の複数の接続プレートにおける複数の穴または開孔
３４ プリント回路基板
３５ 電気的遮蔽用のカバー
３６ 電気的遮蔽用の基部
Ｉ 電流

Claims (15)

1. 大電流範囲の、特に１ｋＡより大きい電流範囲の、電流（Ｉ）を測定するための測定装置（１２）であって、
   ａ）４端子技術による電流測定用の低抵抗の電流検出抵抗器（１）を有し、
   前記低抵抗の電流検出抵抗器は、
   ａ１）測定される前記電流（Ｉ）を前記電流検出抵抗器（１）に導入するための導電材料製の第１の接続部分（２）、
   ａ２）測定される前記電流（Ｉ）を前記電流検出抵抗器（１）から放出するための導電材料製の第２の接続部分（３）、および
   ａ３）前記第１の接続部分（２）と前記第２の接続部分（３）の間に電気的に接続された抵抗材料製の抵抗素子（４）であって、測定される前記電流（Ｉ）が通って流れる抵抗素子（４）
   を有するものであり、
   ｂ）さらに、特に１６ビットの測定値の捕捉を有する、特に特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）としての、構造的に統合された測定回路（１７）であって、前記抵抗素子（４）の両端間で降下する電圧を測定する測定回路（１７）を有し、
   特徴として、さらに、
   ｃ）前記抵抗素子（４）の両端間で降下する電圧を測定するための複数対の電圧タップであって、前記測定回路（１７）に接続された複数対の電圧タップ、
   ｄ）第１の導体バー（１５）に電気的および機械的に接続するための導電材料製の第１の導体バー接続部（１３）であって、前記電流検出抵抗器（１）の前記第１の接続部分（２）に電気的に接続された第１の導体バー接続部（１３）、および
   ｅ）第２の導体バー（１６）に電気的および機械的に接続するための導電材料製の第２の導体バー接続部（１４）であって、前記電流検出抵抗器（１）の前記第２の接続部分（３）に電気的に接続された第２の導体バー接続部（１４）
   を有する、測定装置（１２）。
2. ａ）前記第１の導体バー接続部（１３）は、互いに上下に配置された導電材料製の複数の平行な接続プレート（２４、２５、２６）を有し、
   ｂ）前記第２の導体バー接続部（１４）は、互いに上下に配置された導電材料製の複数の平行な接続プレート（２１、２２、２３）を有するものである
   ことを特徴とする、請求項１に記載の測定装置（１２）。
3. ａ）前記第１の導体バー接続部（１３）および／または前記第２の導体バー接続部（１４）は、ネジ取り付け用に設計され、および／または
   ｂ）前記第１の導体バー接続部（１３）および／または前記第２の導体バー接続部（１４）は、少なくとも部分的にニッケル・メッキされたものである
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載の測定装置（１２）。
4. ａ）前記測定装置（１２）は、電気的に並列に接続された複数の低抵抗の電流検出抵抗器（１）を有していて、測定される前記電流が、個々の前記電流検出抵抗器（１）を通って流れる複数の部分電流に分割され、および／または
   ｂ）前記電流検出抵抗器（１）は、複数の平面の形態に上下に配置され、および／または
   ｃ）前記複数の平面の各々において、それぞれ、複数の電流検出抵抗器（１）が互いに隣接して配置されるものである
   ことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の測定装置（１２）。
5. ａ）前記測定装置（１２）は、データを送信しおよび／または受信するための構造的に統合されたデータ・インタフェース（１９）を有し、および／または
   ｂ）前記データ・インタフェース（１９）は、オプトカプラを有し、および／または
   ｃ）前記オプトカプラ（１９）に光ファイバ（２０）が接続され、および／または
   ｄ）前記データ・インタフェース（１９）は、前記光ファイバ（２０）と共に、電気絶縁を形成するものである
   ことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の測定装置（１２）。
6. ａ）前記測定回路（１７）および／または前記データ・インタフェース（１９）は、導電材料製の電気的シールド内にカプセル化され、および／または
   ｂ）前記電気的シールドは、少なくとも部分的に、前記導体バー接続部（１３、１４）で形成され、および／または前記導体バー接続部（１３、１４）相互間の導電材料製のスペーサ（２７〜３２）で形成され、および／または導電材料製の横方向の補強プレートで形成されているものである
   ことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の測定装置（１２）。
7. ａ）前記複数対の電圧タップは、電流方向に対して横方向に互いに隣接して配置され、および／または
   ｂ）前記測定回路（１７）は、高いサンプリング・レートで、好ましくは少なくとも４ｋＨｚのサンプリング・レートで、同期的に前記複数対の電圧タップで降下する電圧を測定し、および／または
   ｃ）前記測定回路（１７）は、前記複数対の電圧タップで測定された電圧から、平均値、特に加重平均値、を計算し、および／または
   ｄ）前記測定回路（１７）は、前記複数対の電圧タップで測定された電圧と、前記温度および前記温度差の値とから直流を計算するものである
   ことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の測定装置（１２）。
8. ａ）前記電流検出抵抗器（１）における温度測定のために少なくとも１つの温度センサ（９）が設けられ、
   ｂ）前記測定回路（１７）は前記温度センサに接続され、
   ｃ）前記電流検出抵抗器（１）は温度依存性の抵抗値を有し、
   ｄ）前記測定回路（１７）は、前記温度センサ（９）によって測定された温度に従って前記抵抗値の前記温度依存性を補償するものである
   ことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の測定装置（１２）。
9. ａ）前記電流検出抵抗器（１）の前記抵抗素子（４）は、一方の前記抵抗素子（４）と他方の前記接続部分の間に温度差があるときに固有の熱電電圧を生成する固有の熱的力を有し、および
   ｂ）前記抵抗素子（４）の両端間で降下する前記熱電電圧を補償するために補償素子（１０）が設けられ、
   ｃ）前記補償素子（１０）は、前記２つの接続部分（２、３）に熱的に接続され、従って前記抵抗素子（４）と同じ温度差に曝され、
   ｄ）一方の前記補償素子（１０）と他方の前記接続部分（２、３）の間に温度差があるとき、前記補償素子（１０）は固有の熱電電圧を生成し、および
   ｅ）前記補償素子（１０）および前記抵抗素子（４）は、電圧測定用測定回路において電気的に直列に接続され、また、一方の前記抵抗素子（４）の熱電電圧および他方の前記補償素子（１０、１１）の熱電電圧が少なくとも部分的に互いに補償し合うように前記測定回路（１７）に接続されるものである
   ことを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載の測定装置（１２）。
10. ａ）前記抵抗素子（４）上で生じる熱電電圧を計算的に補償するために、前記抵抗素子（４）の両端間の温度差を測定するために熱電対（１１）が設けられ、
    ｂ）前記測定回路（１７）は前記熱電対（１１）に接続されるものである
    ことを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の測定装置（１２）。
11. ａ）前記電流検出抵抗器上で降下する電圧を検出するために複数の電圧タップが設けられ、
    ｂ）前記複数の電圧タップは、平型リボン・ケーブル（６）に統合され、および／または
    ｃ）前記平型リボン・ケーブル（６）は、前記電流検出抵抗器（１）にハンダ付けされ、および／または
    ｄ）前記平型リボン・ケーブル（６）は多層化され、および／または
    ｅ）前記平型リボン・ケーブル（６）はストリップ導体を形成し、および／または
    ｆ）前記温度センサは前記平型リボン・ケーブル（６）に取り付けられ、および／または
    ｇ）熱電電圧を補償するのに役立つ前記補償素子は、前記平型リボン・ケーブル（６）上に取り付けられ、および／または
    ｈ）温度差測定に使用される前記熱電対（１１）は前記平型リボン・ケーブル（６）上に取り付けられるものである
    ことを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれかに記載の測定装置（１２）。
12. ａ）導電材料製の、特に銅製の、プレート（７）が、前記平型リボン・ケーブル（６）と前記電流検出抵抗器（１）の間に配置され、および／または
    ｂ）前記プレート（７）は、ハンダ付け、焼結、溶接または導電性接着剤結合によって前記電流検出抵抗器（１）に接続され、および／または
    ｃ）前記プレート（７）は、前記平型リボン・ケーブル（６）と電気的な接触を形成するための複数の接続ピン（８）を有し、および／または
    ｄ）前記プレート（７）の前記複数の接続ピン（８）は、前記平型リボン・ケーブル（６）の複数の電気接続点に、特に、ハンダ付け、接着または溶接によって、接続されるものである
    ことを特徴とする、請求項１１に記載の測定装置（１２）。
13. ａ）前記測定装置（１２）は、前記測定回路（１７）に電力を供給するための高電圧変圧器（１８）を有し、または
    ｂ）前記測定装置（１２）は、前記測定回路（１７）に電力を供給するために、導光体を介して電流を生成するための、光源によって、特にレーザによって、照射される光電池（１８）を有するものである
    ことを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれかに記載の測定装置（１２）。
14. ａ）前記電流検出抵抗器（１）は、それぞれ、前記抵抗素子（４）および前記接続部分（２、３）を含む複数の平面状の複合材料プレートを有し、
    ｂ）前記複数の複合材料プレートは互いに平行に配置され、
    ｃ）隣接する前記複数の複合材料プレートは、前記接続部分に互いに電気的および機械的に接続され、
    ｄ）前記抵抗素子（４）の領域における隣接する前記複数の複合材料プレートは、絶縁間隙によって互いに電気的に分離され、および／または
    ｅ）前記複数の複合材料プレートは、それぞれ、電流方向に対して長手方向に伸び電流方向に対して横方向に互いに隣接して配置された複数のスロット（５）を有し、また、それぞれ、前記複数の複合材料プレートにおいて複数の抵抗素子（４）を互いに分離させるものである
    ことを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれかに記載の測定装置（１２）。
15. ａ）前記電流検出抵抗器（１）は、１ｍΩ、５００μΩ、２５０μΩ、１００μΩ、５０μΩ、２５μΩ、１０μΩ、５μΩ、２μΩまたは１μΩ 以下の抵抗値を有し、および／または
    ｂ）前記電流検出抵抗器（１）の前記抵抗材料は、次の材料
    ｂ１）銅−マンガン−ニッケル合金、特にＣｕ８６Ｍｎ１２Ｎｉ２、
    ｂ２）銅−マンガン−スズ合金、特にＣｕ９０．７ Ｍｎ７Ｓｎ２．３、
    ｂ３）ニッケル−クロム合金、特にニッケル−クロム−アルミニウム合金、特にＮｉ７４．５Ｃｒ２０Ａｌ３．５Ｓｉ１Ｍｎ０．５Ｆｅ０．５
    の中の１種であり、および／または
    ｃ）前記導電材料は銅または銅合金であり、および／または
    ｄ）前記導電材料は前記抵抗材料より低い抵抗率を有し、および／または
    ｅ）前記測定装置（１２）は、少なくとも １０ｋＡ、２５ｋＡ、５０ｋＡ、１００ｋＡ、２００ｋＡ、５００ｋＡの短期間の最大電流で、特にパルス持続時間１００ｍｓで、パルス負荷を加えることができ、および／または
    ｆ）前記測定装置（１２）は、少なくとも １ｋＡ、２ｋＡ、５ｋＡ、１０ｋＡ、２０ｋＡまたは３０ｋＡの連続的電流を流すことができ、および／または
    ｇ）前記抵抗素子（４）は、５０ｍｍ、２５ｍｍ、１０ｍｍ、７ｍｍまたは５ｍｍ 以下の電流方向の長さを有し、および／または
    ｈ）前記測定回路（１７）および前記データ・インタフェース（１９）は電気的シールド内に配置され、および／または
    ｉ）前記測定装置（１２）は、０．１％、０．０５％、０．０１％、０．００５％ 未満の線形誤差を有し、および／または
    ｊ）前記測定回路（１７）はオフセットなしであり、および／または
    ｋ）前記測定回路（１７）は、少なくとも ５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚまたは４ｋＨｚのサンプリング・レートを有し、および／または
    ｌ）前記電流検出抵抗器（１）の前記抵抗素子（４）はプレート状であり、および／または
    ｍ）前記電流検出抵抗器（１）の前記第１の接続部分および／または前記第２の接続部分はプレート状であり、および／または
    ｎ）前記測定装置（１２）は、１Ｋ／Ｗ、０．５Ｋ／Ｗ、０．１Ｋ／Ｗ、０．０５Ｋ／Ｗまたは０．０２Ｋ／Ｗ 未満の低い内部熱抵抗を有し、および／または
    ｏ）前記測定回路（１７）は、連続的電流検出用の第１のサンプリング・レートを有する第１の測定チャネルと、過電流検出用のより高い第２のサンプリング・レートを有する別個の第２の測定チャネルとを有し、および／または
    ｐ）前記抵抗素子（４）は、溶接接合によって、特に電子ビーム溶接によって、前記第１の接続部分および前記第２の接続部分に接続され、および／または
    ｑ）前記電流検出抵抗器（１）は複数のスロットを有し、前記複数のスロットは、電流方向に対して長手方向に伸び、電流方向に対して横方向に互いに隣接して配置され、複数の抵抗素子を互いに分離して、測定される前記電流が分割されて個々の前記抵抗素子（４）を通って流れるようにされるものである
    ことを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれかに記載の測定装置（１２）。

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