DE1130068B

DE1130068B - Device for measuring the current strength

Info

Publication number: DE1130068B
Application number: DEL33162A
Authority: DE
Inventors: Dr Techn Sua For S Dipl-El-Ing
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1959-04-25
Filing date: 1959-05-02
Publication date: 1962-05-24

Description

Einrichtung zur Messung der Stromstärke Um die Stärke eines Stromes zu messen, ist es bekannt, stromdurchflossene magnetfeldabhängige Halbleiterelemente zu verwenden. Letztere werden dem durch den zu messenden Strom erzeugten magnetischen Feld ausgesetzt, und die an ihnen auftretende Spannung, sei es die Hallspannung bei Verwendung von Hallgeneratoren oder der Spannungsabfall bei Verwendung magnetfeldabhängiger Widerstände, wird mit einem Meßinstrument bestimmt.Device for measuring the strength of the current To measure the strength of a current To measure, it is known, current-carrying magnetic field-dependent semiconductor elements to use. The latter are the magnetic generated by the current to be measured Field exposed, and the voltage occurring across them, be it the Hall voltage when using Hall generators or the voltage drop when using magnetic field dependent Resistances, is determined with a measuring instrument.

Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art sind zwei magnetfeldabhängige Widerstände in einer Meßbrücke mit Nullabgleich angeordnet, welche von einer Batterie gespeist ist. Den magnerfeldabhängigen Widerständen ist je eine Erregerspule zugeordnet, welche die Widerstände mit einem konstanten magnetischen Feld gleicher Stärke, jedoch entgegengesetzter Richtung, vorerregen. Der Strom in der Brückendiagonale wird mit einem als Ab gleich und Anzeige instrument dienenden Galvanometer gemessen, das die Stärke des zu messenden magnetischen Feldes angibt. Nachteilig ist bei dieser bekannten Einrichtung, daß sie eine verhältnismäßig große magnetische Vorerregung erfordert, wenn die Anzeige des Galvanometers der Feldstärke tatsächlich proportional sein soll. Diese Proportionalität ist nämlich nur dann gegeben, wenn der Arbeitsbereich im linearen Teil der Widerstands-Induktionskennlinie der magnetfeldabhängigenWiderstände liegt. Die dadurch bedingte verhältnismäßig hohe Induktion erfordert aber eine beträchtliche Anzahl Amperewindungen der Erregerspulen, und es ergibt sich daher ein relativ großer Aufwand. In a known device of this type, two are dependent on the magnetic field Resistors arranged in a measuring bridge with zero adjustment, which is from a battery is fed. An excitation coil is assigned to each magnet field-dependent resistance, which the resistors with a constant magnetic field of equal strength, however opposite direction, pre-excite. The current in the bridge diagonal is with a galvanometer serving as a calibration and display instrument, the indicates the strength of the magnetic field to be measured. This is a disadvantage known device that they have a relatively large magnetic pre-excitation requires when the galvanometer reading is actually proportional to the field strength should be. This proportionality is only given if the work area in the linear part of the resistance-induction characteristic of the magnetic field-dependent resistances lies. The resulting relatively high induction, however, requires a considerable one Number of ampere-turns of the excitation coils, and there is therefore a relatively large one Expenditure.

Des weiteren ist eine Einrichtung bekannt, bei der den magnetfeldabhängigen Widerständen, die ebenfalls in einer Brückenschaltung vorgesehen sind, je eine Erregerspule zugeordnet ist, welche die Widerstände mit einem konstanten Magnetfeld gleicher Stärke und gleicher Richtung vorerregen.Die magnetfeldabhängigen wie die übrigen Widerstände haben bei Brückengleichgewicht alle den gleichen Wert, so daß kein Brückendiagonalstrom fließt. Durch Anderung eines der magnetfeldabhängigen Widerstände wird dieses Gleichgewicht gestört, und es beginnt Strom zu fließen, dessen Größe durch das Produkt des zu messenden Stromwertes und des Brückenspeisestromes bestimmt wird. Auch bei dieser Einrichtung gilt das gleiche, was bei der vorerwähnten schon ausgesagt wurde, und zwar, daß Proportionalität zwischen Meßstrom und zu messendem Strom nur im linear verlaufenden Widerstands-Induktionskennlinienteil gegeben ist, so daß auch hierbei die schon obenerwähnten Nachteile auftreten. Furthermore, a device is known in which the magnetic field-dependent Resistors, which are also provided in a bridge circuit, each with an excitation coil is assigned, which the resistors with a constant magnetic field equal Pre-excite strength and the same direction. The magnetic field-dependent like the others In the case of bridge equilibrium, resistors all have the same value, so that there is no bridge diagonal current flows. This equilibrium is achieved by changing one of the resistances that are dependent on the magnetic field disturbed, and it begins to flow current, the size of which is increased by the product of measuring current value and the bridge feed current is determined. Even with this one The same applies to the establishment as has already been stated in the case of the aforementioned, and it is true that the proportionality between the measuring current and the current to be measured is only linear running resistance-induction characteristic part is given, so that here too the disadvantages already mentioned above occur.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung der Stromstärke, insbesondnere derjenigen eines Gleichstromes großer Intensität, unter Verwendung einer zwei magnetfeldabhängige Widerstandskörper und zwei Widerstände aufweisenden Brückenschaltung, bei welcher je der Widerstandskörper zwei Feldern ausgesetzt ist, von denen ein Feld des einen Widerstandskörpers gleich groß ist wie das eine Feld des anderen Widerstandskörpers, wobei die gleich großen Felder durch einen Dauermagneten oder einen von Gleichstrom durchflossenen Spulenmagneten erzeugt sind und die auf je einen Widerstandskörper wirkenden Felder bei dem einen gleichsinnig und bei dem anderen einander entgegengerichtet sind. The invention relates to a device for measuring the current strength, especially those of a direct current of high intensity, using one having two magnetic field-dependent resistance bodies and two resistors Bridge circuit in which the resistance body is exposed to two fields, of which one field of one resistance body is the same size as one field of the other resistance body, the fields of the same size being caused by a permanent magnet or a coil magnet through which direct current flows, and which are generated Fields acting in the same direction in one body and in the other others are opposed to each other.

Die oben geschilderten Nachteile sind gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß der Widerstandswert der Widerstände gegenüber dem der magnetfeldabhängigen Widerstandskörper sa groß ist, daß selbst bei Anderungen des Widerstandswertes der Widerstandskörper um etwa das Zehnfache ihres eigentlichen Wertes, sich der Gesamtbrückenwiderstand dabei nur um weniger als 1 °/o verändert. The disadvantages outlined above are thereby in accordance with the invention avoided that the resistance value of the resistors compared to that of the magnetic field-dependent Resistance body sa is large that even with changes in the resistance value of the Resistance body by about ten times its actual value, the total bridge resistance changed only by less than 1 ° / o.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt. The drawing shows an example embodiment of the subject matter of the invention shown.

Es zeigt Fig. 1 eine Einrichtung zur Messung starkerGleichströme, Fig. 2 ein Diagramm zu Fig. 1 und Fig. 3 einen Erregerstromkreis.1 shows a device for measuring strong direct currents, FIG. 2 shows a diagram for FIG. 1 and FIG. 3 shows an excitation circuit.

In Fig. 1 ist eine Einrichtung zur Messung der Stärke des in einem Gleichstromnetz 1, 2 fließenden Gleichstromes verhältnismäßig großer Intensität dargestellt. Der Stromleiter 2 ist durch zwei Magnetkerne 3, 4 hindurchgesteckt, die in je einem Schenkel einen Dauermagneten 5 bzw. 6 von gleicher Stärke und mit der angegebenen Polarität aufweisen. In den Luftspalten der Magnetkerne 3, 4 ist je ein magnetfeldabhängiger Widerstandskörper 7 bzw. 8 untergebracht, der aus einem der bekannten Halbleiterwerkstoffe großer Trägerbeweglichkeit, wie z. B. Indiumantimonid, hergestellt ist. Die Widerstandskörper 7, 8 befinden sich in einer Brückenschaltung, die durch die Widerstände 9, 10 ergänzt ist. Der Ohmwert der letzteren ist sehr hoch- gegenüber dem höchstauftretenden Widerstandswert der Widerstandskörper 7, 8. In Fig. 1 is a device for measuring the strength of the in a DC network 1, 2 flowing Relatively large direct current Intensity shown. The conductor 2 is pushed through two magnetic cores 3, 4, each in one leg with a permanent magnet 5 or 6 of the same strength and with of the specified polarity. In the air gaps of the magnetic cores 3, 4 is each housed a magnetic field-dependent resistance body 7 and 8, which consists of a the known semiconductor materials of great carrier mobility, such as. B. indium antimonide, is made. The resistance bodies 7, 8 are located in a bridge circuit, which is supplemented by the resistors 9, 10. The ohmic value of the latter is very high compared to the highest resistance value of the resistor body 7, 8th.

Die Speisung der Brückenschaltung erfolgt an den Diagonalpunkten 11, 12 über einen Vorwiderstand 13 durch das Gleichstromnetz 1, 2. Die beiden anderen Diagonalpunkte 14, 15, welche den Ausgang der Meßeinrichtung bilden, sind an eine Spule 16 eines Quotientenmeßinstrurnents 17 angeschlossen. Die zweite Spule 18 desselben ist über einen Vorwiderstand 19 ebenfalls mit dem Gleichstromnetz 1, 2 verbunden. Der im Stromleiter 2 fließende Strom erregt die Magnetkerne3, 4, so daß auf die magnetfeldabhängigen Widerstände 7, 8 je zwei magnetische Felder einwirken, nämlich ein konstantes Feld,, von den Dauermagneten 5, 6 herrührend, und ein dem zu messenden Strom proportionales Feld Bs.The bridge circuit is fed at the diagonal points 11, 12 through a series resistor 13 through the direct current network 1, 2. The other two Diagonal points 14, 15, which form the output of the measuring device, are on a Coil 16 of a quotient measuring instrument 17 is connected. The second coil 18 of the same is also connected to the direct current network 1, 2 via a series resistor 19. The current flowing in the conductor 2 excites the magnetic cores 3, 4, so that on the Magnetic field-dependent resistors 7, 8 each have two magnetic fields, namely a constant field, originating from the permanent magnets 5, 6, and one to be measured Current proportional field Bs.

Die Felder Bo und B3 sind im Widerstandskörper 7 gleich-, hingegen im Widerstandskörper 8 entgegengesetzt gerichtet, wie in der Zeichnung durch die Pfeile angedeutet worden ist. Die dargestellte Einrichtung nutzt den quadratischen Zusammenhang aus, der bei relativ kleiner Induktion zwischen letzterer und dem Widerstandswert eines magnetfeldabhängigen Widerstandskörpers besteht. Für den Widerstandskörper 7 ist die Kennlinie Kt im Diagramm der Fig. 2 dargestellt. Für die Induktion B0 des konstanten Magnetfeldes ergibt sich der Arbeitspunkt Al. Da voraussetzungsgemäß die Kennlinien der beiden Widerstandskörper 7 und 8 einander möglichst gleich sein sollen und letztere so geschaltet sind, daß sie einander entgegenwirken, ist in Fig. 2 die Kennlinie K, für den Widerstandskörper 8 gleich der Kennlinie Kt, aber mit negativen Ordinaten und um die Arbeitspunktordinate für die Induktion Bo umgeklappt einzutragen. Wie aus dem Diagramm der Fig. 2 ersichtlich ist, erhält man als Kennlinie des Meßbrückenkreises die durch Addition der Ordinaten der beiden Kennlinien Kl, K2 sich ergebende Kennlinie K3, die einen linearen Verlauf aufweist.The fields Bo and B3 are equal in the resistance body 7, however oppositely directed in the resistance body 8, as shown in the drawing by the Arrows has been indicated. The device shown uses the square Relationship from that with a relatively small induction between the latter and the resistance value consists of a magnetic field-dependent resistor body. For the resistance body 7, the characteristic curve Kt is shown in the diagram of FIG. For the induction B0 of the constant magnetic field results in the working point Al. As required the characteristics of the two resistance bodies 7 and 8 should be as similar as possible to one another and the latter are switched in such a way that they counteract each other is in 2 shows the characteristic curve K, for the resistance body 8, the same as the characteristic curve Kt, but with negative ordinates and folded around the working point ordinate for the induction Bo to be entered. As can be seen from the diagram in FIG. 2, the characteristic curve is obtained of the measuring bridge circle obtained by adding the ordinates of the two characteristic curves Kl, K2 resulting characteristic curve K3, which has a linear profile.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß auf den Widerstandskörper 7 eine InduktionB0+Bl und auf den Widerstandskörper 8 eine Induktion B0 - B1 wirksam ist. From Fig. 1 it can be seen that on the resistor body 7 a Induction B0 + Bl and an induction B0 - B1 is effective on the resistance body 8.

Für die Kennlinie Kt, die im betrachteten Bereich einen quadratischen Verlauf aufweist, gilt R7 = Ro + m (Bo + Bl)2 und für die Kennlinie K2 entsprechend R8 = Ro + m(B0Bl)2 wobei Ro gleich dem Widerstandswert der Widerstandskörper 7 bzw. 8 bei der Induktion Null ist, welcher Wert für beide Widerstandskörper als gleich groß angenommen wurde, und m eine ebenfalls für beide Widerstandskörper gleich groß angenommene Konstante bedeutet. Man erhält nun, wie oben angedeutet, die Gleichung für die KennlinieK,, indem man die beiden angeführten Gleichungen voneinander subtrahiert.For the characteristic curve Kt, which is a quadratic in the area under consideration R7 = Ro + m (Bo + Bl) 2 and correspondingly for the characteristic K2 applies R8 = Ro + m (B0Bl) 2 where Ro equals the resistance value of the resistor body 7 resp. 8 at induction is zero, which value is considered to be the same for both resistance bodies was assumed to be large, and m an equally large for both resistance bodies assumed constant means. As indicated above, the equation is now obtained for the characteristic K ,, by the two equations given are subtracted from one another.

R7 - R8 4mBoBl d. h., die Kennlinie K3 weist tatsächlich einen geradlinigen Verlauf auf: Wie aus dem Diagramm der Fig. 2 ersichtlich ist ergibt die beschriebene Schaltungsanordnung eine Erhöhung der Empfindlichkeit dadurch, daß eine Änderung der Induktion Bt eine größere Widerstandsänderung hervorruft als diejenige, welche an den Widerstandskörpern 7, 8 einzeln auftritt. R7 - R8 4mBoBl d. that is, the characteristic curve K3 actually has a straight line Course on: As can be seen from the diagram in FIG. 2, the described results Circuit arrangement increases the sensitivity by making a change induction Bt causes a greater change in resistance than that which occurs on the resistance bodies 7, 8 individually.

Da die Ohmwerte der Widerstände 9, 10 gegenüber denjenigen der Widerstandskörper 7, 8 sehr groß sind, haben Widerstandsänderungen der letzteren keinen Einfluß auf die Stärke des sie durchfließenden Stromes. Dieser Strom kann daher als konstant angenommen werden, so daß sich für die Ausgangsspannung I(R7 - R8) 4mBOBl I ergibt. Since the ohmic values of the resistors 9, 10 compared to those of the resistor body 7, 8 are very large, changes in resistance of the latter have no effect on the strength of the current flowing through it. This current can therefore be considered constant can be assumed, so that the output voltage I (R7 - R8) 4mBOBl I results.

Hieraus ist ersichtlich, daß die Ausgangsspannung dem magnetischen Feld, und damit dem zu messenden Gleichstrom direkt proportional ist und mit dem Instrument 17 gemessen werden kann. An Stelle des Gleichstromnetzes 1, 2 kann für die Speisung der Meßbrücke auch eine Wechselstromquelle oder eine Batterie verwendet werden. Als Meßinstrument ist in diesen Fällen eine entsprechendes Anzeigeinstrument vorzusehen. From this it can be seen that the output voltage corresponds to the magnetic Field, and thus the direct current to be measured is directly proportional and with the Instrument 17 can be measured. Instead of the direct current network 1, 2 can be used for the supply of the measuring bridge also uses an alternating current source or a battery will. In these cases, the measuring instrument is a corresponding display instrument to be provided.

Falls das vom zu messenden Strom erzeugte Feld Bt genügend stark ist, erübrigen sich die Magnetkerne 3, 4. Die Widerstandskörper 7, 8 werden dann je zwischen zwei Dauermagneten angeordnet. If the field Bt generated by the current to be measured is sufficiently strong is, the magnetic cores 3, 4 are unnecessary. The resistance bodies 7, 8 are then each arranged between two permanent magnets.

Um etwaige Ungleichheiten zwischen den Widerstandskörpern 7, 8 ausgleichen zu können, ist die Brückenschaltung gemäß Fig. 3 mit zwei Potentiometern 20, 21 versehen. Das Potentiometer 20 ersetzt die Widerstände 9 und 10. Die Widerstandswerte der Potentiometer sind in der Größenordnung derjenigen der Widerstände bzw. der Widerstandskörper 7, 8. To compensate for any inequalities between the resistance bodies 7, 8 The bridge circuit according to FIG. 3 with two potentiometers 20, 21 can be used Mistake. The potentiometer 20 replaces the resistors 9 and 10. The resistance values the potentiometers are in the order of magnitude of those of the resistors or the Resistance body 7, 8.

Der Brückenstrom bleibt in diesem Fall unbeeinflußt von Änderungen der Leitwerte der Widerstandskörper 7, 8. Beide Potentiometer 20, 21 sind aus temperaturunempfindlichem Widerstandsdraht gewickelt.In this case, the bridge current remains unaffected by changes the conductance of the resistance bodies 7, 8. Both potentiometers 20, 21 are made of temperature-insensitive Resistance wire wound.

Sie sind derart einzustellen, daß bei Einwirkung von gleich starken magnetischen Feldern die Spannung am Meßbrückenausgang 14, 15 über den ganzen Arbeitsbereich Null ist.They are to be adjusted in such a way that they are equally strong magnetic fields the voltage at the measuring bridge output 14, 15 over the entire working range Is zero.

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil, daß die bei bekannten Einrichtungen mit magnetfeldabhängigen Widerständen auftretenden störenden Nebeneffekte nicht in Erscheinung treten, so daß eine größere Meßgenauigkeit erreicht wird. Ferner ist die Temperaturkompensation nur für die Kompensation der Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstandes der Widerstandskörper vorzusehen und kann somit hierfür optimal bemessen werden. Gegenüber den bekannten Meßeinrichtungen ergibt sich der Vorteil, daß mit kleinen Induktionen gearbeitet wird. Die Magnetkerne fallen demzufolge viel kleiner aus. The device according to the invention has the advantage that the known Devices with magnetic field-dependent resistances can have disruptive side effects do not appear, so that a greater measurement accuracy is achieved. Further the temperature compensation is only for the compensation of the temperature dependency of the specific resistance of the resistor body and can therefore do this be optimally dimensioned. Compared to the known measuring devices there is the Advantage of working with small inductions. The magnetic cores fall as a result much smaller.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for measuring the current strength, in particular that of a direct current of high intensity, using a two magnetic field dependent Resistance body and bridge circuit having two resistors, in which each resistance body is exposed to two fields, one of which one resistance body is the same size as the one field of the other resistance body, where the fields of equal size are created by a permanent magnet or one of direct current through which the coil magnet flows are generated and each on a resistor body the fields acting in the same direction for one and opposing each other for the other are, characterized in that the resistance value of the resistors (9, 10) opposite which the magnetic field-dependent resistance body (7, 8) is so large that even with Changes in the resistance value of the resistance body (7, 8) by about ten times its actual value, the total bridge resistance is only reduced by less than 10 / o changes.

2. Device according to claim 1, characterized in that the bridge circuit (7 to 10) between the two resistor bodies (7, 8) and the two resistors (9, 10) fed and parallel to the series resistance bodies (7, 8) a display and adjustment instrument (17) is connected.

3.- Device according to claim 1 and 2, characterized in that a conductor (2) carrying the direct current to be measured through the together with the permanent magnets (5, 6) generate the magnetic cores of the same size as the magnetic field (Bo) (3, 4) is passed through.

4. Device according to claim 1 to 3, characterized in that the equally large fields (B0) through one each with a resistance body (7 resp. 8) assembled permanent magnets (5 or 6) are generated, which in the by the to be measured direct current generated field (B) lie.

5. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the supply of the bridge circuit (7 to 10) via two potentiometers switched on in it (20, 21) takes place.

6. Device according to claim 1, 2 and 4, characterized in that that a quotient measuring instrument (17) is provided, one coil (16) of which is connected to the Output (14, 15) and its other coil (18) to the supply voltage source of the bridge circuit (7 to 10) is connected.

Publications considered: Swiss patent specification No. 198449.