JPS60161564A - Automatic exciting bridge type electric current sensor - Google Patents

Automatic exciting bridge type electric current sensor

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JPS60161564A
JPS60161564A JP59017453A JP1745384A JPS60161564A JP S60161564 A JPS60161564 A JP S60161564A JP 59017453 A JP59017453 A JP 59017453A JP 1745384 A JP1745384 A JP 1745384A JP S60161564 A JPS60161564 A JP S60161564A
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magnetic
winding
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信次郎 竹内
Kosuke Harada
原田 耕介
Kimisuke Shirae
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Mishima Kosan Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To enable current measurement in low power consumption and with high sensitivity, by automatic switching of the output polarity of an operating amplifier for each maximum magnetic flux density of a perforated magnetic core. CONSTITUTION:A single-hole magnetic core 4 penetrates with its outside surface an exciting winding 2 and an input winding 3. A bridge circuit of current sensing part 100 is composed of variable resistances 6, 10 and 11, winding 2 and condenser 5. Further when a backing current from an indicating circuit is applied to a terminal 300a, magnetic field is generated in the direction backing the magnetic field caused by a current lex subject to measurement applied to the magnetic core by the backing coil 300. To a non-inversion input P of the operating amplifier OP1, an output of the winding 2 and to a inversion input N, a voltage of a point B is applied respectively and, after segregation of positivity and negativity of each input voltage difference, a corresponding saturation DC current is delivered. And, at each maximum magnetic flux density, alternative automatic switching at the saturation DC current of OP1 is performed.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、直流電$を測定するために単孔を有する磁性
材料の非線形特性とオペアンプの高ゲイン特性を利用し
て交流電圧を発生させるようにした自励ブリッジ形電流
センサに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a self-excited bridge-type current generator that uses the nonlinear characteristics of a magnetic material with a single hole and the high gain characteristics of an operational amplifier to generate an AC voltage in order to measure DC voltage. Regarding sensors.

従来からあるブリッジ回路は、交流ブリッジを構成する
4素子のうち、少なくともl素子は、コイル中心部に磁
心を配置したインダクタンス素子で構成し、との磁心に
印加きれる磁界によってインダクタンス素子のインピー
ダンスを変化させ、磁気情報をブリッジの不平衡電圧振
巾値の変化として取シ出すようにしたものである。
In conventional bridge circuits, among the four elements that make up the AC bridge, at least one element is an inductance element with a magnetic core placed in the center of the coil, and the impedance of the inductance element is changed by the magnetic field applied to the magnetic core. The magnetic information is extracted as a change in the unbalanced voltage amplitude value of the bridge.

この種のブリッジ回路からは、測定磁界の強さを測定す
ることは、不平衡電圧振巾よシ実施できるが、測定磁界
の極性(印加方向)を測定することは、このままでは不
可能である。
From this type of bridge circuit, it is possible to measure the strength of the measuring magnetic field using an unbalanced voltage amplitude, but it is impossible to measure the polarity (direction of application) of the measuring magnetic field. .

しかるに、本発明は、オペアンプの正負飽和電圧の出力
持続期間のデユーティ比によってこれらの欠点を解決す
るとともに有孔磁心を用いて、電流測定用電流センサに
構成した自励ブリッジ形電流センサに関するものである
However, the present invention relates to a self-excited bridge type current sensor that solves these drawbacks by using a duty ratio of the output duration of the positive and negative saturation voltages of an operational amplifier, and is configured as a current sensor for current measurement using a perforated magnetic core. be.

すなわち、高透磁率、低保磁力の特性を最大限に生かせ
る磁心の非線形磁気特性領域を動作領域とする自励ブリ
ッジ回路を磁気半導体結合方式によって構成し、オペア
ンプの出力端・子の方形波出力電圧の正負半サイクル持
続期間を被測定電流によって発生する磁界によって制御
しうるようにしたものである。
In other words, a self-excited bridge circuit whose operating region is the nonlinear magnetic characteristic region of the magnetic core that makes the most of the characteristics of high magnetic permeability and low coercive force is constructed using a magnetic semiconductor coupling method, and a square wave output from the output terminal of the operational amplifier is generated. The duration of the positive and negative half cycles of the voltage can be controlled by the magnetic field generated by the current to be measured.

本発明の第1の特蜜は、磁気半導体結合回路方式による
自励ブリッジ回路を構成し、ブリッジ内のオペアンプの
正負飽和直流電圧を直接、ブリッジ回路に印加して電流
の強さと極性を知ることができるようにした点である。
The first feature of the present invention is to configure a self-excited bridge circuit using a magnetic semiconductor coupling circuit system, and to directly apply the positive and negative saturated DC voltages of the operational amplifier in the bridge to the bridge circuit to determine the strength and polarity of the current. The point is that it is possible to do this.

とにより小さな消費電力にて高感度電流測定を可能にし
たことである。
This enables highly sensitive current measurement with low power consumption.

第3の特徴は、磁気変調器やブリッジ回路にみられる交
流励磁電圧、倍周波信号のパワー・信号の送受方法は、
AC−AC伝送方式であったが、本発明では減衰の少な
いDC−DC方式(直流伝送方式]に改良することによ
り、コード長が数100mに及んでも高感度電流測定を
可能にしたことである。
The third feature is that the power and signal transmission and reception methods of AC excitation voltage and double frequency signals found in magnetic modulators and bridge circuits are
The AC-AC transmission method was previously used, but in the present invention, by improving it to a DC-DC method (direct current transmission method) with less attenuation, high-sensitivity current measurement is possible even with a cord length of several hundred meters. be.

第4の特徴は、ブリッジ回路及び磁気変調器の回路構成
における交流励磁電源、逓倍器、同調増巾器、同期整流
部などの主要基本構成回路を全く必要とせず、簡素化さ
れた磁気半導体結合回路によって電流の強さと極性を測
定しうるようにしたことである。
The fourth feature is that the main basic circuits such as the AC excitation power supply, multiplier, tuned amplifier, and synchronous rectifier in the circuit configuration of the bridge circuit and magnetic modulator are not required at all, and the magnetic semiconductor coupling is simplified. This enabled the circuit to measure the strength and polarity of the current.

第5の特徴は、オペアンプの正負両極性直流安定化電源
と表示回路部のアースをコモンアースにしたことによシ
回路構成を単純化したことである。
The fifth feature is that the circuit configuration is simplified by using a common ground for the bipolar DC stabilized power supply of the operational amplifier and the display circuit section.

以下、図面において詳細に説明する。A detailed explanation will be given below with reference to the drawings.

第1図R(a)〜(e)は本発明に使用する単孔状の母
性材料からなる単孔磁心lの材料構成例を示す。
FIGS. 1A to 1E show examples of the material composition of a single-hole magnetic core 1 made of a single-hole matrix material used in the present invention.

(a)は打抜き、あるいは焼成、あるいは加工された磁
心、(b)はテープ状磁性体を巻いたもの、(c)はリ
ボン細線あるいは線材を巻いた磁心の例を示す。
(a) shows an example of a punched, fired, or processed magnetic core, (b) shows an example of a magnetic core wound with a tape-shaped magnetic material, and (c) shows an example of a magnetic core wound with a thin ribbon wire or wire.

いずれの形状、構成であっても本発明の目的は達成され
るので別にこれを限定しない。磁心lは、単孔であるが
、その形状も限定しない。また使用材料も、純鉄、硅素
鋼、パーマロイ、アモルファス、フェライト等これを限
定しない。スパッターなどの製造によって得られる薄膜
状のものを使用することも勿論可能である。
Since the object of the present invention can be achieved with any shape or configuration, there is no particular limitation thereon. The magnetic core l has a single hole, but its shape is not limited either. The materials used are also not limited to pure iron, silicon steel, permalloy, amorphous, ferrite, etc. Of course, it is also possible to use a thin film obtained by sputtering or the like.

第2図は、本発明における電流センサの磁心に巻装され
る巻線の基本構成を示している。第2図(a)は本発明
の基本構成で、モールドなどで励磁巻線を固定した磁心
4は単孔磁心で、その外側には端子2a、2bの励磁巻
線2と、端子3a、3bである入力回路の入力巻線3が
貫通されている。
FIG. 2 shows the basic configuration of the winding wire wound around the magnetic core of the current sensor according to the present invention. FIG. 2(a) shows the basic configuration of the present invention, in which the magnetic core 4 with the excitation winding fixed with a mold or the like is a single-hole magnetic core, and the excitation winding 2 of terminals 2a and 2b and the terminals 3a and 3b are arranged on the outside. The input winding 3 of the input circuit is passed through.

入力巻線30巻線数は図では1ターンであるが一部 般には、貴ターンでもよい。コンデンサ5は磁心より発
生する雑音成分を吸収きせる目的で付加したもので、端
子2a、2bの巻線端子に接続されている。第2図(b
) 、 (c)は測定電流Iinの一部を単孔内の入力
巻線3に、残りを単孔外の単一あるいは複数本の導体3
0に流すようにした入力回路の例を示す。この回路の特
徴は、電流をバイパスさせて、所定の電流の大きさに分
流されたIexだけを測定することにより、小型の磁心
で大電流Iinの測定を可能にする。ことである。すな
わち、この磁心を貫通する電流Iexで作る磁界よシ換
算してIinを測定しうるようにしたものである。この
ような入力回路構成では、磁心より入力巻線に誘導する
交流会は、導体30によって短絡されるだめ、電磁誘導
分−を一阻止するという大きな利点がある。
Although the number of turns of the input winding 30 is one turn in the figure, it may generally be one turn. The capacitor 5 is added for the purpose of absorbing noise components generated from the magnetic core, and is connected to the winding terminals of the terminals 2a and 2b. Figure 2 (b
), (c), part of the measured current Iin is sent to the input winding 3 inside the single hole, and the rest is sent to the single or multiple conductor 3 outside the single hole.
An example of an input circuit that allows the signal to flow to 0 is shown below. The feature of this circuit is that by bypassing the current and measuring only Iex that is shunted to a predetermined current magnitude, it is possible to measure a large current Iin with a small magnetic core. That's true. That is, it is possible to measure Iin by converting the magnetic field generated by the current Iex passing through the magnetic core. Such an input circuit configuration has the great advantage that the alternating current induced from the magnetic core to the input winding is short-circuited by the conductor 30, thereby blocking electromagnetic induction.

第3図は、本発明の動作原理を磁心4のB −Iex特
性を用いて説明するだめの図である。第3図(a)は、
被測定電流Iexが零(Iex=03の時における磁心
4のB −Iex特性を示したものである。磁心4には
ヒステリシスが存在するため、励磁の1ザイクルでは、
図示されているように■→■→■→■→■の経路をたど
ることになる。ここで、Iex = 00状態の時に、
正の直流電圧を励磁巻線2に印加し、正の励磁界によっ
て磁心4を最大磁束密度Bmまで励磁させると、図示の
通りその磁束密度変化中はΔB+2となる。そして、磁
心4の磁束密度がBmに達すると同時に直流電圧を零に
すれば、磁心4に印加している磁界はなくなるので磁束
密度レベルは点■から点■のレベルに急速に戻る。今度
は、負の直流電圧を印加して、負の励磁界によって磁心
4を負の最大磁束密度−Bmtで励磁させると、その磁
束密度変化中はΔB31となり、1△B1□1=1△B
541が成立することになる。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operating principle of the present invention using the B-Iex characteristic of the magnetic core 4. Figure 3(a) is
This shows the B-Iex characteristics of the magnetic core 4 when the current to be measured Iex is zero (Iex = 03).Since the magnetic core 4 has hysteresis, in one cycle of excitation,
As shown in the figure, the route will be followed as follows: ■→■→■→■→■. Here, when Iex = 00 state,
When a positive DC voltage is applied to the excitation winding 2 and the magnetic core 4 is excited to the maximum magnetic flux density Bm by a positive excitation field, the magnetic flux density becomes ΔB+2 during the change as shown in the figure. If the DC voltage is made zero at the same time that the magnetic flux density of the magnetic core 4 reaches Bm, the magnetic field applied to the magnetic core 4 disappears, and the magnetic flux density level quickly returns from point (2) to the level of point (2). Next, when a negative DC voltage is applied and the magnetic core 4 is excited by a negative excitation field with a negative maximum magnetic flux density -Bmt, ΔB31 is obtained during the magnetic flux density change, and 1ΔB1□1=1ΔB
541 is established.

ところが、第3図(b)に示すごとく、正の被測定電流
I’ex () 0 )によって発生する磁界が磁心4
に印加している状態から、前述の励磁サイクルをくシか
えず場合を考えてみると、まず、正励磁界の印加時にお
ける磁束密度変化中はΔB′12、負励磁界の印加時で
はΔB′34となシ、ΔB′】2と687340間には
、明らかに1ΔB’+21(1△B’34+ が成立す
る。いいかえれば、励磁用の直流電圧が零状態から、磁
心4を正あるいは負の最大磁束密度レベルにまで励磁す
るのに要する正励磁期間t′十と負励磁期間t′−の間
に、t’ + < t’−の関係式が成立することにな
る。
However, as shown in FIG. 3(b), the magnetic field generated by the positive current to be measured I'ex ()0)
If we consider the case without changing the above-mentioned excitation cycle from the state in which the excitation field is applied to '34 and Nasi, ΔB']2 and 687340 clearly hold 1ΔB'+21(1ΔB'34+. In other words, when the DC voltage for excitation is zero, the magnetic core 4 is changed to positive or negative. The relational expression t' + <t'- is established between the positive excitation period t' and the negative excitation period t'- required for excitation to the maximum magnetic flux density level.

次に、第3図(C)に示すごとく、負の被測定電流I”
ex ((0) によって発生する磁界が磁心4に印加
している状態から前述の励磁サイクルをくり返すと、正
励磁時にΔB”12、負励磁時にΔB“34の磁束密度
変化がみられ、正励磁期間t”+と負励磁期間t“−の
間に、t“十〉t“−が成立することになる。
Next, as shown in Fig. 3(C), the negative current to be measured I''
When the above-mentioned excitation cycle is repeated from the state where the magnetic field generated by ex ((0) is applied to the magnetic core 4, a magnetic flux density change of ΔB"12 during positive excitation and ΔB"34 during negative excitation is observed. Between the excitation period t"+ and the negative excitation period t"-, t"1>t"- is established.

そこt’′c、’Jl心−4に前述の励磁サイクル時に
印加する励磁直流電圧値が磁心4の最大磁束密度レベル
においても低下あるいは変動しないように、第4図の電
流検出回路に示すごとく励磁巻線2と直列に可変抵抗6
を接続し、この可変抵抗によってインピーダンス調整を
する。また、磁心4の磁束レベルが最大磁束密度レベル
■あるいは■に達すると同時に自動的に直流電圧Vc、
−Vcの極性が切り換えられる場合を考えると、端子7
(または、端子8)における電圧波形eは、正負両極性
を有する方形波電圧波形として観測されることになる。
There, t''c, 'Jl In order to prevent the excitation DC voltage value applied to the core-4 during the excitation cycle described above from decreasing or fluctuating even at the maximum magnetic flux density level of the magnetic core 4, as shown in the current detection circuit in Fig. 4. Variable resistor 6 in series with excitation winding 2
and adjust the impedance using this variable resistor. Also, as soon as the magnetic flux level of the magnetic core 4 reaches the maximum magnetic flux density level ■ or ■, the DC voltage Vc,
Considering the case where the polarity of -Vc is switched, terminal 7
The voltage waveform e at the terminal 8 (or terminal 8) is observed as a square wave voltage waveform having both positive and negative polarities.

第5図は、このような仮定のもとに、工eX=0、I’
ex〉0、工”eX〈0 の各場合における端子7にお
ける電圧波形eを図示したものである。図かられかるよ
うに、両極性方形波の正の半サイクル持続期間を十、t
’十、t#十と、負の半サイクル持続期間t−11/−
1t“−は、被測定電流1ex 、 I’ex。
Figure 5 shows that, based on these assumptions, EX=0, I'
The figure shows the voltage waveform e at the terminal 7 in each case of ex〉0,
'ten, t# ten and negative half-cycle duration t-11/-
1t"- is the current to be measured 1ex, I'ex.

Pexによって制御されることがわかる。それ故、Ce
を積分し、その電圧積分値Eoz E’o、 E”oの
符号と電圧値から被測定電流工eXの極性と強さに対応
させて換算表示することにより、電流測定を可能にする
ことができることがわかる。
It can be seen that it is controlled by Pex. Therefore, Ce
It is possible to measure current by integrating the voltage integral value Eoz E'o, E''o and converting and displaying the sign and voltage value in correspondence with the polarity and strength of the current being measured eX. I know what I can do.

第6図は、本発明の動作原理を自動的に遂行するための
全体回路図である。機能的には、電流感応部100、表
示回路部200.直流安定化電源部250から成立する
FIG. 6 is an overall circuit diagram for automatically implementing the operating principle of the present invention. Functionally, the current sensing section 100, the display circuit section 200. It is established from the DC stabilized power supply section 250.

まず、電流感応部100のブリッジ回路を構成する4個
の素子として、−辺には可変抵抗6ならびに励磁巻線2
およびコンデンサ5が存在し、他辺には可変抵抗11な
らびに可変抵抗10が存在されている。打消巻、933
00は、磁心4に印加する被測定電流Iexによって発
生する磁界を打消す方向に磁界を発生させるもので、こ
れは表示回路部200から出力される打消し電流が端子
300aに入力されることによシ実行される。このフィ
ードバック系は、電流感応部の回路系を安定化させるた
めと、被測定電流に対する出力電圧の関係を表わす入出
力特性の直線性改善をねらうことを目的としたもので実
用的には非常に有用である。ただし、この打消巻線30
0を省略しても本発明の目的は変わるものではない。オ
ペアンプOPIの各入力端子への入力は、非反転端子P
には励磁巻線2の端子2aが結点Aを介して入力され、
反転端子Nには可変抵抗10,11の結点Bを介して結
点Bにおける電圧が入力されている。オペアンプOP 
1の動作は、P、、N端子間における入力電圧差eA、
−ejを増巾する増巾器として動作しているのではなく
、入力電圧差eA、−e Bが正かあるいは負であるか
を識別し、それぞれに対応して正あるいは負の飽和直流
電圧を出力する符号識別器として機能させているのであ
る。コンデ゛ンサ5は、磁心4で発生する雑音成分を吸
収させるとともに、急速な磁束変化、たとえばブリッジ
印加電圧の正負切換えによって発生する磁束フライバッ
ク現象による影響を抑制することによって自励動作を安
定化させる機能を有しているので、挿入することが望ま
しい。
First, as four elements constituting the bridge circuit of the current sensing section 100, a variable resistor 6 and an excitation winding 2 are connected to the - side.
and a capacitor 5 are present, and a variable resistor 11 and a variable resistor 10 are present on the other side. Countermeasure volume, 933
00 generates a magnetic field in the direction of canceling the magnetic field generated by the current to be measured Iex applied to the magnetic core 4. This is because the canceling current output from the display circuit section 200 is input to the terminal 300a. It is executed well. This feedback system is aimed at stabilizing the circuit system of the current sensing part and improving the linearity of the input/output characteristics, which represents the relationship between the output voltage and the current being measured, and is extremely difficult to use in practice. Useful. However, this canceling winding 30
Even if 0 is omitted, the object of the present invention does not change. The input to each input terminal of the operational amplifier OPI is the non-inverting terminal P.
Terminal 2a of excitation winding 2 is input through node A,
The voltage at node B is input to the inverting terminal N via node B of variable resistors 10 and 11. operational amplifier OP
The operation of 1 is based on the input voltage difference eA between the P, , and N terminals,
It does not operate as an amplifier that amplifies -ej, but identifies whether the input voltage difference eA, -eB is positive or negative, and adjusts the positive or negative saturation DC voltage accordingly. It functions as a code discriminator that outputs . The capacitor 5 absorbs the noise components generated in the magnetic core 4 and stabilizes the self-excitation operation by suppressing the effects of rapid magnetic flux changes, such as the magnetic flux flyback phenomenon caused by switching between positive and negative voltages applied to the bridge. It is desirable to insert it because it has the function of

次に、自励動作について説明する。Next, the self-excitation operation will be explained.

ここで、理解を容易にするために、゛コンデンサ5を省
略し1可変抵抗6.10.11の抵抗値をR6,&o、
 Rn とし、励磁巻線2のインピプンスを22 とし
、磁心4が最大磁束密度上Bmに達する直前のインピー
ダンスを22m−とし、十Bmに達した時のインピーダ
ンスを22mとして、これらの間にはR6>22及びR
h > Rlo 、かつR6= RnおよびZ2 m 
> Rio ) 22mが成立しているひとつの場合に
限定して考えることにする。仮りに、今の瞬間において
、オペアンプOP +の出力端子7の出力電圧が正の飽
和直流電圧+Vsに切換わっだとすれば、磁心4におけ
る磁束密度レベルは被測定電流で規定される磁束密度レ
ベルにまで急速に戻ることになる4(■の状態〕。そし
て反転端子Nには抵抗11とIOによって分圧された正
の電圧ea(>0) が入力されることになり、非反転
端子Pには抵抗6と励磁巻線2のインピーダンスとの分
圧によって定まる正の電圧eA(〉0〕が入力される。
Here, for ease of understanding, the capacitor 5 is omitted and the resistance value of 1 variable resistor 6.10.11 is R6,&o,
Rn, the impedance of the excitation winding 2 is 22, the impedance just before the magnetic core 4 reaches the maximum magnetic flux density Bm is 22m-, and the impedance when it reaches 10Bm is 22m, and between these, R6> 22 and R
h>Rlo, and R6=Rn and Z2m
>Rio) Let us consider only one case where 22m is established. If, at this moment, the output voltage of the output terminal 7 of the operational amplifier OP+ is switched to the positive saturated DC voltage +Vs, the magnetic flux density level in the magnetic core 4 is the magnetic flux density level specified by the current to be measured. 4 (state ■)]. Then, the positive voltage ea (>0) divided by the resistor 11 and IO is input to the inverting terminal N, and the non-inverting terminal P A positive voltage eA (〉0) determined by the voltage division between the resistor 6 and the impedance of the excitation winding 2 is input to .

ここで、励磁巻線のインピーダンスz2 は磁心4が磁
束不飽和状態に入っているため、非常に大きく、抵抗l
Oとの間にはZ2>RIOが成立するので、オペアンプ
入力電圧差の符号は正(eA−eB’>o)となり、オ
ペアンプOP rの出力電圧はそのまま正の飽和直流電
圧+Vsを維持する。ところが、磁心4における磁束密
度レベルが次第に上昇し、徐々に正の最大磁束密度Bm
に近づくにつれ、透磁率の減少にともない、励磁巻線2
のインピーダンスZ2 は低下し、磁心4が正の最大磁
束密度Bmに達する直前でZz=Zzm−となり、この
時点ではZ2 m −> Rioが成立しているが次の
瞬1間には磁心4は最大磁束密度Bmに達するので(■
の状態)、今度はZ2 =22m(Rio となる。そ
の結果eA−< eB の関係が成立しオペアンプOP
+の入力端子間入力電圧差の符号は正(eA−e、、 
>01の状態から負(eA−eB (o )の状態へ変
化するため、オペアンプOP+の出力端子7には負の飽
和直流電圧−Vsが発生する。そしてこの電圧は、ブリ
ッジの端子7とアースGの間に印加されると同時に、磁
心4の磁束密度レベルは再び被測定電流で規定されるレ
ベルにまで急速に戻る(■の状態)。
Here, the impedance z2 of the excitation winding is very large because the magnetic core 4 is in a magnetic flux unsaturated state, and the resistance l
Since Z2>RIO is established between the operational amplifier OPr and the operational amplifier OPr, the sign of the operational amplifier input voltage difference becomes positive (eA-eB'>o), and the output voltage of the operational amplifier OPr maintains the positive saturated DC voltage +Vs. However, the magnetic flux density level in the magnetic core 4 gradually increases, and the maximum positive magnetic flux density Bm gradually increases.
As the magnetic permeability decreases, the excitation winding 2
The impedance Z2 of decreases, and just before the magnetic core 4 reaches the maximum positive magnetic flux density Bm, Zz = Zzm-, and at this point Z2 m -> Rio holds, but in the next instant 1, the magnetic core 4 Since the maximum magnetic flux density Bm is reached (■
state), this time Z2 = 22m (Rio).As a result, the relationship eA-< eB is established and the operational amplifier OP
The sign of the input voltage difference between + input terminals is positive (eA-e,,
>01 state to negative (eA-eB (o)) state, a negative saturated DC voltage -Vs is generated at the output terminal 7 of the operational amplifier OP+.This voltage is then connected between the terminal 7 of the bridge and the ground. At the same time that the current is applied during the G period, the magnetic flux density level of the magnetic core 4 quickly returns to the level defined by the current to be measured (state ■).

この負の励磁サイクルに突入する°とZ2>RIOle
A〈0、e、〈0、eA−eB〈0 の関係が成立し、
磁心4における磁束変化は、逆方向に向かって進む。そ
して時間の経過とともに、磁心4の磁束密度レベルが、
負の最大磁束密度−Bm に達すると(■の状態〕、Z
2 = Z2 m < Rio 、 eA> eBが成
立し、オペアンプOP+の入力電圧差の符号は正(eA
、−eB > O]となって、OPIの出力端子7には
正の飽和直流電圧子Vsが出現することになるのである
Entering this negative excitation cycle ° and Z2>RIOle
The relationship A〈0, e,〈0, eA-eB〈0 is established,
The magnetic flux change in the magnetic core 4 proceeds in the opposite direction. As time passes, the magnetic flux density level of the magnetic core 4 increases.
When the negative maximum magnetic flux density -Bm is reached (state of ■), Z
2 = Z2 m <Rio, eA> eB holds true, and the sign of the input voltage difference of the operational amplifier OP+ is positive (eA
, -eB > O], and a positive saturated DC voltage element Vs appears at the output terminal 7 of the OPI.

以上の回路動作説明より、磁心4が最大磁束密度子Bm
 または−Bm に達するごとにオペアンプOP+の飽
和直流電圧±Vs が交互に自動的に切りら 換え;れることか明らかとなった。
From the above circuit operation explanation, it can be seen that the magnetic core 4 has a maximum magnetic flux density Bm
It has become clear that the saturated DC voltage ±Vs of the operational amplifier OP+ is automatically switched alternately each time the voltage reaches -Bm.

また、磁心4に巻装された入力巻線3に被測定電流Ie
x N I’ex (> 0)、■“ex((01が入
力された状態で前述の動作をきせると、オペアンプOP
+の出力端子では第5図に示されているような方形波電
圧波形が観測されることも容易に理解できるわけである
。ただし、正確を期すならば、第5図の士Vc を±V
s に置き換えて読み取れば十分である。
In addition, the current to be measured Ie is applied to the input winding 3 wound around the magnetic core 4.
x N I'ex (> 0), ■"ex ((If the above operation is performed with 01 input, the operational amplifier OP
It is easy to understand that a square wave voltage waveform as shown in FIG. 5 is observed at the + output terminal. However, if you want to be accurate, the value Vc in Figure 5 should be ±V
It is sufficient to read it by replacing it with s.

200は表示回路部で、電流感応部100の出力電圧を
積分増巾するオペアンプOP 2と、これに接続された
積分用のコンデンサ12と一1抵抗13.14.16.
18およびチョークコイ“ル17、指示針19から構成
されている。
200 is a display circuit section, which includes an operational amplifier OP 2 for integrating and amplifying the output voltage of the current sensing section 100, an integrating capacitor 12 connected to this, and 11 resistors 13, 14, 16, .
18, a choke coil 17, and an indicator needle 19.

オペアンプOP2の出、刃端子15では、被測定電流の
極性子、−とその大きさにそれぞれ対応する正あるいは
負の直流電圧値が観測される。
At the output of the operational amplifier OP2, the blade terminal 15, a positive or negative DC voltage value corresponding to the polarity of the current to be measured, - and its magnitude, is observed.

チョークコイル17は、磁心4に印加している被測定電
流によQて発生する磁界を打消す方向に電流を流す時に
、電流感応部100からの交流成分が表示回路部に影響
を与えないようにする目的と、打消巻線に誘導する誘起
電圧によって流れる誘導電流を阻止して、自励動作を安
定化させるために挿入されている。このチョークコイル
17を抵抗によって代行させることも可能である。25
0は直流安定化電源部であり、オペアンプOP+ 、 
OF2を駆動するだめのものである。電流感応部100
と表示回路部との伝送は直流分だけで目的が達成パワ7
の送受、信号の送受は完全なりC−DC方式になってい
る。それ故、たとえば測定室には直流安定化電源部25
0と表示回路部200を設置し、数100mはなれたと
ころの取り付けられた電流感応部100が感応する電流
変化を測定室においてモニターすることが可能になるの
である。
The choke coil 17 prevents the alternating current component from the current sensing section 100 from affecting the display circuit section when current flows in the direction of canceling the magnetic field generated by the current to be measured that is applied to the magnetic core 4. It is inserted to stabilize the self-excited operation by blocking the induced current flowing due to the induced voltage induced in the canceling winding. It is also possible to substitute this choke coil 17 with a resistor. 25
0 is a DC stabilized power supply section, operational amplifier OP+,
This is only for driving OF2. Current sensing section 100
Transmission between the display circuit and the display circuit section achieves the purpose with only the DC component.
The transmission and reception of signals is completely done using the C-DC system. Therefore, for example, in the measurement room there is a DC stabilized power supply section 25.
By installing the display circuit section 200 and the display circuit section 200, it becomes possible to monitor, in the measurement room, changes in the current that the current sensing section 100, which is attached several hundred meters away, is sensitive to.

第7図は、第6図で示す電流センサの別回路例を示す。FIG. 7 shows another circuit example of the current sensor shown in FIG.

電流感応部100′には、出力電圧E。The current sensing section 100' has an output voltage E.

(ブロック200′の中に表示〕の直流電圧レベルを調
整するために、励磁巻線2にレベル調整用の電流を流す
回路を付加している。可変抵抗40は、オペアンプ駆動
用の士Vc 電源に接続され、その中間接点;より、抵
抗41を介して、巻線2に電流を流すようにしである。
In order to adjust the DC voltage level (shown in block 200'), a circuit is added to the excitation winding 2 to flow a current for level adjustment.The variable resistor 40 is connected to the Vc power supply for driving the operational amplifier. The current is caused to flow through the winding 2 through the resistor 41 through its intermediate junction.

そして可変抵抗40における接点Sの位置によって、オ
ペアンプOP rので 出力電圧上Vsのデ゛ユ〜ティ比が変化するの寧、±V
s の積分電圧値Eo のレベルも上下させることが可
能になるのである。400は、電圧Eo を入力信号と
するコンパレータであって、あらかじめ設定された基準
電圧値に対して入力信号レベルをチェックし、これをハ
イレベルあるいはローレベルの信号電圧に変換して出力
するものである。ここで使用するコンパレータは、公知
のコンパレータ(ウィンドコンパレータを含む〕で十分
でそれぞれの用途に応じその特性を生、かして使用する
だけで十分である。500は、表示回路部でコンパレー
タの出力Ec に応じて、たとえば警報音を発生させる
リレーを動作させたシ、LEDを表示させるものである
Depending on the position of the contact S in the variable resistor 40, the duty ratio of Vs on the output voltage of the operational amplifier OPr changes, and ±V
This also makes it possible to increase or decrease the level of the integrated voltage value Eo of s. 400 is a comparator which takes the voltage Eo as an input signal, and checks the input signal level against a preset reference voltage value, converts it into a high level or low level signal voltage, and outputs it. be. The comparator used here is a well-known comparator (including a window comparator), and it is sufficient to take advantage of its characteristics depending on the application. 500 is the display circuit section that outputs the comparator. Depending on Ec, for example, a relay that generates an alarm is activated and an LED is displayed.

第8図はその応用例である。寸ず第8図(a)は電示す
。電流センサ全体1000を電磁リレーの各接点に用い
ることにより、動作の異常を検知する自己診断型電磁リ
レーの構成が可能になる。この場合、単電源(たとえば
24v)での使用も可能で、第6図、第7図におけるア
ースGを、単電源の2分の1の電圧レベルに引き上げる
ように、抵抗による分圧回路を用いて中間電位点を作れ
ば簡単に実現できることは自明である。第8図(b)は
ランプなどの断線状況を知るだめの応用例である。
Figure 8 shows an example of its application. Figure 8(a) is an electrical diagram. By using the entire current sensor 1000 for each contact of an electromagnetic relay, it is possible to construct a self-diagnostic electromagnetic relay that detects abnormalities in operation. In this case, it is also possible to use a single power supply (for example, 24V), and a voltage divider circuit using a resistor is used to raise the ground G in Figures 6 and 7 to a voltage level that is half that of a single power supply. It is obvious that this can be easily achieved by creating an intermediate potential point. FIG. 8(b) is an example of an application for determining the disconnection status of a lamp or the like.

自動車における各種ランプLの点灯状況は、運転席から
直接ヂエツクできないところもある。そこで、運転席に
警報ランプ付の電流センサ1000を配置しておけばラ
ンプの点灯状態を確認することができる。
In some automobiles, the lighting status of various lamps L cannot be checked directly from the driver's seat. Therefore, if a current sensor 1000 with a warning lamp is placed in the driver's seat, the lighting state of the lamp can be confirmed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明に使用する単孔状の磁性材料からなる
単孔磁心1の材料構成例を示す図、第2図は、本発明に
おける電流センサの磁心に巻装される巻線の基本構成を
示す図、 第3図は、本発明の動作原理を磁心40B −Iex特
性を用いて説明するだめの図、 第4図は、電流検出回路を示す図、 第5図は、第4図の端子7における電圧波形eを示す図
、 第6図は、本発明の動作原理を自動的に遂行するための
全体回路図、 第7図は、第6図で示す電流センサの別回路例を示す図
、 第8図は、応用例を示す図である。 図中、1は磁心、2は励磁巻線、3は入力巻線、2a、
2b、3a、3bは端子、4は巻線を固定した磁心、5
はコンデンサ、17はチョークコイル、19は指示針、
30は単孔外の導体、40は可変抵抗、100は磁気感
応部、200は表示回路部、250は直流安定化電源部
、300は打消巻線、400はコンパレータ、500は
表示回路部、A、Bは結点、Gはアース、OP+ 、 
OF2はオペアンプ、Pは非反転端子、Nは反転端子で
ある。 代理人 弁理士 秋 沢 政 光 他2名 六3図 Q n図 井5図
FIG. 1 is a diagram showing an example of the material composition of a single-hole magnetic core 1 made of a single-hole magnetic material used in the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing the basic configuration of the present invention, FIG. 3 is a diagram for explaining the operating principle of the present invention using the magnetic core 40B-Iex characteristics, FIG. FIG. 6 is an overall circuit diagram for automatically carrying out the operating principle of the present invention; FIG. 7 is another circuit example of the current sensor shown in FIG. 6. FIG. 8 is a diagram showing an application example. In the figure, 1 is the magnetic core, 2 is the excitation winding, 3 is the input winding, 2a,
2b, 3a, 3b are terminals, 4 is a magnetic core to which the winding is fixed, 5
is a capacitor, 17 is a choke coil, 19 is an indicator needle,
30 is a single-hole conductor, 40 is a variable resistor, 100 is a magnetic sensing section, 200 is a display circuit section, 250 is a DC stabilized power supply section, 300 is a cancellation winding, 400 is a comparator, 500 is a display circuit section, A , B is the node, G is the ground, OP+,
OF2 is an operational amplifier, P is a non-inverting terminal, and N is an inverting terminal. Agent Patent Attorney Masamitsu Akizawa and 2 others Figure 63 Q Figure n Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】 被測定電流によって発生する磁界を有孔磁性材料の孔部
周囲の磁路方向に沿って集磁させる単孔磁心と、 被測定電流の一部あるいは全体が該単孔磁心の孔部を貫
通する入力巻線に流れるようにした入力回路と、 第1素子を該単孔磁心に巻装された励磁巻線とし、第2
素子、第3素子、第4素子を抵抗によって構成したブリ
ッジ回路と、 前記ブリッジ回路の中間点におけるブリッジ不平衡電圧
の符号に対応する正あるいは負の飽和直流電圧を該ブリ
ッジ回路の端子間に印加するオペジ形電流℃ンザ。
[Scope of Claims] A single-hole magnetic core that collects a magnetic field generated by a current to be measured along the direction of a magnetic path around a hole in a perforated magnetic material; an input circuit in which the current flows through an input winding passing through a hole in the single-hole magnetic core; a first element is an excitation winding wound around the single-hole magnetic core;
a bridge circuit in which an element, a third element, and a fourth element are configured by resistors, and a positive or negative saturated DC voltage corresponding to the sign of a bridge unbalanced voltage at an intermediate point of the bridge circuit is applied between the terminals of the bridge circuit. Operation type current °C.
JP59017453A 1984-02-02 1984-02-02 Automatic exciting bridge type electric current sensor Granted JPS60161564A (en)

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JPS60161564A true JPS60161564A (en) 1985-08-23
JPH0211108B2 JPH0211108B2 (en) 1990-03-12

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012002723A (en) * 2010-06-18 2012-01-05 Fuji Electric Co Ltd Current detector
JP2012063218A (en) * 2010-09-15 2012-03-29 Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd Current detection device
JP2012127718A (en) * 2010-12-14 2012-07-05 Fuji Electric Co Ltd Current detecting device

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