DE60125586T2

DE60125586T2 - Stromsensor

Info

Publication number: DE60125586T2
Application number: DE60125586T
Authority: DE
Inventors: Anthony Lawrence JONES
Original assignee: Lem Heme Ltd
Current assignee: Lem Heme Ltd
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2021-11-29
Also published as: DE60125586D1; AU2002223904A1; US7298131B2; WO2002046777A2; ATE349707T1; US20040095125A1; WO2002046777A3; EP1340092A2; EP1340092B1; GB0029953D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Strommesser.
Im Stand der Technik sind viele verschiedene Wege beschrieben, um Strom, der in einem Leiter fließt, nicht invasiv zu messen. Eine sehr bekannte Methode besteht darin einen so genannten direkten Stromwandler zu verwenden, welcher normaler Weise einen relativ nieder frequenten Erregerstrom und eine Zweikern-Methode verwendet. In einer solchen Zweikern-Methode werden die zwei Kerne mittels Gleichstrom durch dieselben mit einem Fluss derselben Polarität unter Vorspannung gesetzt, wobei der Fluss in einem Kern mittels Modulatorantriebs phasenverschoben zu demjenigen in dem zweiten gehalten wird. Jeder Kern erreicht ein magnetisches Sättigungsniveau, sodass es das magnetische Sättigungsniveau an einem unterschiedlichen Punkt des Erregungskreislaufs für eine Halbschwingung als für die andere Halbschwingung erreicht. Das Resultat ist ein Ausgangssignal, das eine geradzahlige Oberschwingung der Erregerfrequenz darstellt.
Techniken, sowie die obige, werden verwendet, um absolute Messungen des Stroms bereitzustellen. In vielen Fällen jedoch, wie z.B. der Überwachung von Isolationsversagen in hochstromigen Leitern, ist es notwendig Leckströme im Beisein von sehr hohen Antriebsströmen zu messen. Zum Beispiel Gleichstrommotoren von Lokomotiven können Antriebsströme von 3000 Ampere aufweisen und die Leckströme, welche für Isolationsversagen überwacht werden sollen, könnten durchaus in der Größenordnung von Milliampere sein. In solchen Fällen resultieren die großen Antriebsströme in sehr großen magnetischen Feldern und, obwohl die Zu- und die Rückleitung fast denselben Strom führen kann, ist es offensichtlich, dass die umsäumenden magnetischen Felder, welche in diesem Fall nicht unwesentlich sind, sich nicht auslöschen und von der Position der Leiter in den Kernen abhängig sein werden. Das würde daher in einer positionsabhängigen Messung resultieren und keine schlüssige Information wäre daraus zu schließen. Manche Hersteller haben versucht diese Probleme mittels einer komplizierten Stromschienengeometrie zu beheben, um umsäumende magnetische Felder auszulöschen. Jedoch abgesehen davon, dass solche Lösungen kostspielig sind, sind sie auch oft nicht zweckmäßig.
Die US 5825175 legt eine Magnetsensoranordnung offen für den Gebrauch in einer elektrischen Messeinrichtung. Die Einrichtung enthält zwei Halleffektsensoren, welche aus zwei Armen gebildet werden, wobei die Arme aus Blechen bestehen. Die Arme befinden sich in einem Backenpaar, um um einen Leiter geklammert zu werden. Die Halleffektsensoren erzeugen einen Output, der abhängig ist vom Strom, der in dem Leiter fließt.
Ein erstes Ziel der Ausbildungen der gegenwärtigen Erfindung ist es einen neuartigen Strommessapparat zur Verfügung zu stellen, welcher die Messung von kleinen Leckströmen im Beisein von hohen Antriebsströmen erlaubt, ohne komplizierte Stromschienengeometrien vorauszusetzen.
Ein weiteres Ziel der Ausbildungen der gegenwärtigen Erfindung ist es eine Stromsensorgeometrie bereitzustellen, bei der nur ein einziger Messkern vorausgesetzt wird.
Noch ein weiteres Ziel ist es Mittel für die Überwachung von Isolationsversagen in Leitern bereitzustellen.
Gemäß der Erfindung ist eine Messzange bereitgestellt, welche aus einem ersten Glied und einem zweiten Glied besteht, wobei das erste und zweite Glied so geformt ist, dass sie, wenn die Sonde in einer geschlossenen Anordnung ist, einen im Wesentlichen vollständigen magnetischen Schaltkreis bilden, wobei das erste und zweite Glied aus ferromagnetischem Material besteht, welches als Flussführung agiert, wenn die Sonde einen stromführenden Leiter umgibt, wobei die Sonde durch folgende Merkmale gekennzeichnet wird: dass das erste und zweite Glied jeweils mit einer Ausnehmung an ihrem inneren Umfang ausgestattet ist, in welche erste und zweite Strommessmittel untergebracht sind, wobei die ersten und zweiten Ausnehmungen so angeordnet sind, dass sie die darin liegenden ersten und zweiten Strommessmittel von Feldeinflüssen, welche durch das magnetische Feld der Erde verursacht werden, abgeschirmt werden, und wobei die ersten und zweiten Strommesser differenziell angeschlossen werden, um auf ein magnetisches Differenzialfeld, das von einem Leiter, um welchen die Sonde gepasst ist, produziert wird, anzusprechen.
Bevorzugter Weise umfassen die ersten und zweiten Strommesser lineare Magnetfeldmesser.
Bevorzugter Weise werden die ersten und zweiten Sensoren in Gebrauch mit einer hohen Frequenz, bevorzugter Weise im Bereich von 80 bis 200 KHz, angetrieben.
Bevorzugter Weise werden die zwei Sensoren parallel mit einer Frequenz von im Wesentlichen 120 KHz angetrieben.
Bevorzugter Weise ist jeder Sensor mit einem Kondensator, der auf Resonanz gestimmt ist, verbunden.
Bevorzugter Weise werden die Ausgangsspannungen über die zwei Kondensatoren in einen Differenzialverstärker gespeist und abgezogen.
Gemäß eines Aspekts der Beschreibung ist ein Strommesser offenbart, welcher ein äußeres abschirmendes Mittel, einen inneren Ringkern und ein inneres abschirmendes Mittel und weiters eine kombinierte Erreger- und Sensorspule, welche um den inneren Kern gewickelt ist, aufweist, wobei das erste und zweiten Ende der genannten Spule an einen Sensorkopf an schließbar ist und wobei das innere abschirmende Mittel innerhalb einen Spalt ausbildet.
Bevorzugter Weise ist das innere abschirmende Mittel in einer Region innerhalb des inneren Durchmessers des inneren Kerns angeordnet. Das innere abschirmende Mittel umfasst bevorzugter Weise einen materiellen Ring.
Der materielle Ring kann z.B. aus einem magnetischen Stahl sein. Der innere Ring kann beschichtet sein.
Bevorzugter Weise steht ein Abdeckstück zur Verfügung, um den magnetischen Sensor zu halten. Bevorzugter Weise ist das Abdeckstück ein nicht leitendes, bevorzugter Weise plastifiziertes Gebilde.
Bevorzugter Weise umfasst das äußere abschirmende Mittel einen Außenkern, der den äußeren Umfang um den genannten Strommesser ausbildet. Der äußere Kern kann aus einer Reihe von Blechen bestehen.
Bevorzugter Weise ist der äußere Kern mit einer darin ausgebildeten Lücke ausgestattet.
Bevorzugter Weise ist die Lücke im äußeren Kern nicht mit der Lücke im inneren Kern ausgefluchtet.
Bevorzugter Weise umfassen die Beschichtungen einen magnetischen Stahl.
Bevorzugter Weise umfasst der innere Kern hochleistungsferromagnetische Materialien.
Der innere Kern kann eine amorphe ferromagnetische Legierung umfassen.
Der innere Kern kann eine ferromagnetische Legierung mit hohem Nickelgehalt umfassen.
Bevorzugter Weise hat die Spule ein erstes Ende, welches so angeordnet ist, dass es ein Steuersignal empfängt, und ein zweites Ende, welches so angeordnet ist, dass es ein Ausgangsmessendes Signal zur Verfügung stellt. Bevorzugter Weise ist das zweite Ende an einem Messwiderstand angeschlossen.
Bevorzugter Weise ist das erste Ende an einer Erregerquelle mit Frequenz F angeschlossen. Bevorzugter Weise ist das zweite Ende mit einem Bandpassfilter verbunden, welcher um die Frequenz 2F zentriert ist. Bevorzugter Weise beträgt die Frequenz F im Wesentlichen 4 KHz.
Bevorzugter Weise wird der Output des Bandpassfilters im Anschluss gleichgerichtet und integriert.
Bevorzugter Weise wird die Messspule von einer Erregerquelle erregt, welche in einen ersten invertierenden Eingang eines Differenzialverstärkers gespeist wird. In bevorzugter Weise wird der zweite, nicht invertierende Eingang des Differenzialverstärkers geerdet und der Output des Differenzialverstärkers wird mit dem ersten Ende der Spule verbunden.
In bevorzugter Weise wird der gleichgerichtete, bandpassgefilterte und integrierte Output über einen Feedbackwiderstand wieder in den invertierenden Eingang des Differenzialverstärkers gespeist.
Der integrierte, gleichgerichtete, bandpassgefilterte Output kann weiters mit einem Schaltkreis zur Datenverarbeitung verbunden werden. Der Schaltkreis zur Datenverarbeitung kann einen Schaltkreis zur Messdatenerfassung beinhalten. Der Schaltkreis zur Messdatenerfassung kann so aufgebaut sein, dass er die von 0 abweichenden Ereignisse von Outputs über einen Zeitraum überwacht.
Wenn die Anzahl der von 0 abweichenden Outputs in einem bestimmten Zeitraum einen Grenzwert überschreitet, kann der Schaltkreis zur Messdatenerfassung ein Warnsignal ausgeben.
Das Warnsignal kann ankündigen, ob in einem bestimmten Zeitraum ein unakzeptables Niveau von Leckstrom aufgetreten ist.
So ein Schaltkreis zur Messdatenerfassung kann bei der Überwachung von Isolationsversagen in Leitern hilfreich sein.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Beschreibung wird ein Sicherungsüberwachungsgerät beschrieben, wobei das Überwachungsgerät einen Sicherungshalter für die Aufnahme einer Sicherung und einen Sensor für elektrische Feldstärke umfasst, wobei der Sensor für die elektrische Feldstärke so angeordnet ist, dass er auf eine in der Sicherung auftretende Spannung, wenn diese leitet, kapazitiv lädt und wobei der Sicherungsüberwacher weiters einen Strommesser enthält, um in Gebrauch den Stromfluss durch die Sicherung zu dem Sicherungshalter zu messen.
Bevorzugter Weise ist der Sensor für die elektrische Feldstärke im Wesentlichen planar ausgebildet und so angeordnet, dass eine Seite auf den Punkt, wo die Sicherung bei Verwendung aufgenommen wird, ausgerichtet ist.
Der genannte Sensor für die elektrische Feldstärke kann eine Folie umfassen. Bevorzugter Weise ist der Sensor für die elektrische Feldstärke über ein Signalverarbeitungsmittel mit einem Alarmgeber verbunden, um anzuzeigen, ob die genannte Sicherung intakt oder durchgebrannt ist.
Das Signalverarbeitungsmittel kann einen Spannungsfolger mit einer hohen Eingangsimpedanz umfassen.
Das Signalverarbeitungsmittel kann einen Komparatorschaltkreis umfassen, um eine elektrostatisch induzierte Spannung des Sensors für die elektrische Feldstärke mit einer Referenzspannung zu vergleichen.
Bevorzugter Weise ist der Strommesser im Wesentlichen in Form eines Ringkerns und bei Gebrauch so angeordnet, dass er die Sicherung im Sicherungshalter kreisförmig umfasst, sodass ein Leiter, der die genannte Sicherung umfasst, sich im Wesentlichen parallel zu der zentralen Achse und durch die Öffnung, welche durch die Ringkernausbildung des genannten Strommessers definiert wird, erstreckt.
Der Strommesser ist bevorzugter Weise ein Sensor gemäß des ersten Aspekts der Erfindung.
Exemplarisch wird nun zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie Ausbildungen derselben ausgeführt werden könnten, Bezug genommen auf die begleitenden diagrammatischen Zeichnungen, in welchen:
1 ein schematisches elektrisches Schaltdiagramm, welches einen Strommesser veranschaulicht, zeigt;
2 einen äußeren Grundriss des Sensors nach 1 zeigt;
3A bis 3C ein Plastikabdeckteil für die Benützung mit einem Sensor nach 1 und 2 zeigt;
4 einen Schaltkreis für den Antrieb und Messung des Ausgangssignals des Strommessers gemäß 1 und 2 darstellt;
5 eine Ansicht eines ersten Glieds einer erfindungsgemäßen Sonde zeigt;
6 eine Ansicht, welche ein zweites Glied einer erfindungsgemäßen Sonde zeigt;
7 eine Ansicht, welche eine Sicherung und einen einen Strommesser umfassenden Sicherungshalter und weiters einen Sensor für elektrische Feldstärke umfassend zeigt;
8 die Positionierung des elektrischen Feldsensors in Relation zur Sicherung und des Sicherungshalters von 7 veranschaulicht;
9 schematisch darstellt, wie der elektrische Feldsensor angeschlossen werden kann, um eine bezeichnende Nachricht über die Unversehrtheit der Sicherung bereitzustellen;
10 ein Ersatzschaltbild der in 9 gezeigten schematischen Anordnung zeigt; und
11 darstellt, wie ein solcher elektrischer Feldsensor mit einer externen Schaltung kombiniert werden kann, um einen Spannungsalarm bereitzustellen.
Bezugnehmend auf 1 ist dort ein Strommesser gezeigt.
Die Strommesssonde umfasst einen inneren Schirm 1, ein Abdeckteil 2, eine Ringkernspule 3 und ein äußeres abschirmendes Mittel, welches ein äußeres Schirmmittel, das um einen inneren Kern umwickelt ist, umfasst.
Der innere Schirm 1 ist als unvollendeter Ring ausgebildet und umfasst eine Lücke 1A, welche die Endflächen des Rings voneinander trennt. Gegenüber dem Umfang des inneren Schirms 1 ist die Lücke klein und kann in einer typischen Anwendung in der Größenordnung von 1 oder 2mm liegen, wohingegen der Umfang des inneren Schilds 1 in einer typischen Anwendung ungefähr 30cm sein kann.
Die Ringkernspule 3 ist um einen inneren Kern gewunden, welcher ein Material umfasst, das eine im Wesentlichen quadratische B-H Schleife mit hoher intrinsischer Permeabilität aufweist. So ein Material kann z.B. Nickel, Eisen oder eine amorphe ferromagnetische Legierung sein.
Der äußere Schild 4 schirmt die Spule 3 zumindest am äußeren Umfang von externen Feldeffekten ab und kann eine Anzahl von magnetischen Stahlblechen umfassen. Die Bleche, welche den äußeren Schild 4 bilden, bilden keinen geschlossenen Ring aus, sondern sind stattdessen von einer kleinen Lücke 40 mit benachbarten Stirnflächen getrennt. Die Lücke kann typischer Weise um die 2mm betragen, wobei es der Zweck des Außenkerns ist alle umsäumenden Felder einzudämmen und den Sensor positionsunabhängig zu machen. In dieser Weise, wenn die aussendenden und aufnehmenden Kabel innerhalb des inneren Umfangs der Sonde laufen und von der Sonde umgeben sind, ist das Resultat der Messung unabhängig von der Nähe von jenen aussendenden und aufnehmenden Kabeln, da die umsäumenden Felder auf den Außenkern beschränkt und sich zu Null summieren, wenn kein Leckstrom vorhanden ist. Der Zweck der Lücke 40 ist es das Sättigungsniveau des Außenkerns für eine gegebene Erregung zu steigern.
2 zeigt einen Grundgriss der äußeren Erscheinung eines Magnetsensors, wie er in Bezug auf 1 beschrieben wurde. Wie zu sehen ist, ist der Außenschild 4 aus einer Reihe von Blechen gebildet und weist eine Lücke 40 auf. Innerhalb des Außenschilds befindet sich die Ringkernspule 3, welche auf dem inneren Kern ausgebildet ist. Konzentrisch innerhalb der Ringkernspule 3 befindet sich dann der innere Schild 1 mit der Lücke 1A.
Bezugnehmend auf 3A bis 3C ist dort ein Abdeckstück, welches die Anordnung von 2 trägt, abgebildet. Das Abdeckstück 2 ist in einem unteren Grundgriss in 3A, in einem oberen Grundgriss in 3C und im Schnitt in 3B abgebildet. Das Abdeckstück 2 ist ein abgestuftes Plastikteil, das einen ersten größeren inneren Durchmesser D aufweist, welcher dem äußeren Durchmesser des Außenschilds, das in 2 gezeigt ist, entspricht. Ein zweiter innerer Durchmesser d des Abdeckstücks 2 entspricht dem inneren Durchmesser des inneren Schilds 1. Daher kann offensichtlicher Weise die Magnetsensoranordnung von 2 einfach in das Plastikabdeckteil 2 untergebracht werden und in Verwendung können die Leiter, welche in Bezug auf die Stromermittlung überwacht werden sollen, in die Mundregion M (gezeigt in 3B) gefüttert werden und durch den Sensor geführt werden, um innerhalb des inneren Durchmessers des inneren Schilds 1 durchzugehen.
4 zeigt eine Schaltung, wie sie in Kombination mit dem Strommesser von 1 und 2 verwendet werden kann. In der Schaltung ist ein Differenzialverstärker 5 abgebildet, der seinen nicht invertierenden Input geerdet hat und den invertierenden Input über einen Sperrwiderstand R_B mit einer Erregerquelle 6 bei 4KHz verbunden ist. Der invertierende Input ist ebenfalls über einen Feebackwiderstand R_F mit einer Feedbackschleife verbunden. Der Output des Differenzialverstärkers 5 ist mit der Sensorspule 3 verbunden, um einen Antrieb in Richtung eines Endes der Spule 3 zu gewähren, und wobei das andere Ende der Spule 3 über einen Messwiderstand R_S mit der Erde verbunden ist. Der Knotenpunkt des Messwiderstand R_S und der Spule 3 ist mit dem Eingang eines Bandpassfilters 8 zweiter Ordnung, welcher um 8KHz zentriert ist, verbunden. Der Output des Filters 8 wird in den Gleichrichter 9 gefüttert, dessen Output dann in den Integrierer 10 geführt wird und das integrierte gleichgerichtete Ergebnis zweiter Ordnung einer Verarbeitungsschaltung und (normalerweise) einer Anzeige und/oder Messdatenerfassungsschaltung (nicht gezeigt) zugeführt wird. Der Output wird im Anschluss durch den Feedbackwiderstand R_F dem invertierenden Input des Differenzialverstärkers 5 zurückgeführt.
Bei einem Sensor, wie er in Bezug auf die 1 und 2 beschrieben wird, existiert ein lineares Verhältnis zwischen dem Spannungssignal zweiter Ordnung und dem externen magnetischen Feld. Wird der Sensor asymmetrisch angeregt, produziert er gerade Oberschwingungen. Diese gerade Oberschwingung, also die zweite Oberschwingung bei 8 KHz, wird demnach demoduliert, integriert und als Kontrollspannung, um die Feedbackschleife zu schließen, benützt. Die Kontrollspannung ist eine Anzeige der Stärke des magnetischen Felds und daher des gleichzeitigen Stroms.
Wie durch die Geometrie des Strommessers von 1, summieren sich die Ströme, welche innerhalb des Kerns fließen, wie bereits erwähnt, zu 0, wenn keine Leckströme vorhanden sind. Wenn jedoch Leckströme vorhanden sind, produzieren diese Ströme eine von 0 abweichende Reaktion des Kerns, welche auf Grund der Lücke 1A den Strommesser von 2 dazu veranlasst einen Output zu erzeugen, der direkt mit dem Leckstrom zusammenhängt und es ermöglicht sehr kleine Ströme im Beisein von sehr hohen Erregerströmen zu messen.
Leckströme geben ein Maß für die Unversehrtheit von Leiterisolation, da bei Isolationsversagen Leckströme auftreten. Diesbezüglich können der Sensor von 1 und 2 und die Schaltung von 4 mit einem Datenspeicher verbunden werden, um das Auftreten von solchen Leckströmen über die Zeit zu überwachen. So kann der Zustand der Isolation überwacht werden, um rechtzeitigen Ersatz zu erlauben, bevor der Verschleiß über ein akzeptables Niveau fortschreitet.
Bezugnehmend auf 5 und 6 ist dort eine Ausbildung der gegenwärtigen Erfindung gezeigt. 5 zeig ein erstes oberes Glied einer strommessenden Sonde und 6 zeigt ein zweites unteres Glied derselben Sonde.
In 5 umfasst das obere Glied einen Kern 11, welcher eine Ausnehmung 12 darin ausgeformt hat. In der Ausnehmung 12 ist ein linearer Magnetfeldmesser 13 vorgesehen. Gleichermaßen umfasst das untere Glied in 6 einen Kern 14 mit einer darin geformten Ausnehmung 15 und einem linearen Magnetfeldmesser 16, welcher sich in der Ausnehmung 15 befindet.
In Verwendung bilden das obere und das untere Glied der Sonde von 5 und 6 eine erste und zweite Backe einer Messzange. Traditionelle Strommesszangen verwenden Hallsensoren, um das vom Strom, welches durch einen Leiter fließt, erzeugte magnetische Feld zu messen. Diese Sensoren sind im Grunde unempfindlich gegenüber elektrischen Strömen, welche kleiner als 10mAmps sind. Es existiert jedoch Marktanforderung für eine Sonde, die solche Werte misst.
Die Positionierung der Magnetfeldmesser 13 und 16 innerhalb der Ausnehmungen 12 und 15 wird durchgeführt, um die Effekte des Erdfeldes zu reduzieren.
Die zwei Magnetfeldmesser 13 und 16 sind differenziell verbunden (nicht gezeigt), um auf ein differenzielles magnetisches Feld, das von einem Leiter produziert wird, anzusprechen.
Die Magnetfeldmessempfindlichkeit hängt von einer Reihe von Faktoren ab: die Anzahl der Windungen, die Länge des Kernmaterials und der Koppelung zwischen der Spule und dem Kernmaterial.
Die zwei Sensoren sind mit einer Frequenz von 120 KHz parallel geschaltet betrieben. Jeder Sensor ist mit einem Kondensator (nicht gezeigt) in Serie verbunden, welcher auf Resonanz gestimmt ist. Die Ausgangsspannungen über die zwei Kondensatoren werden in einen Differenzialverstärker gespeist und abgezogen. Der Grund dafür ist, dass die zwei Sensoren nicht gleichzeitig Sättigung erreichen, da beide unterschiedlichen externen Erdfeldwerten ausgesetzt sind. Folglich sind die Signale zweiter Ordnung nicht gleichphasig. Es ist daher offensichtlich, dass, wenn diese zwei Signale abgezogen werden, sich die Trägersignale aufheben und nur die Signale zweiter Ordnung übrig bleiben. Diese Signale zweiter Ordnung werden dann gleich gerichtet auf sowohl den positiven als auch den negativen Spitzen und die resultierenden Gleichstromabweichungen werden durch einen Integrator zu 0 summiert. Ähnliche Schaltkreise, wie in 4 gezeigt, können für diese Verwendung angepasst werden.
Die Phasenverschiebung wird als Änderung der Gleichstromabweichung bemerkt, da das System einen Träger umfasst, der sowohl phasen- als auch amplitudenmoduliert ist. Der Integrator betreibt eine Stufe zur Leistungsabgabe, die eine Ausgleichsspule betreibt, was in einer Auslöschung des abgetasteten Feldes resultiert.
7 zeigt einen Sicherungshalter, der einen Strommesser sowie ein Mittel zur Messung der elektrischen Feldstärke umfasst.
Bei näherer Betrachtung von 7 sind ein Gehäuse 70 und ein Sicherungsträger 72 abgebildet. Der Sicherungsträger umfasst weiters Sicherungshalteklammern 74A, 74B, in die eine Sicherung 76 einführbar ist, einen Strommesser 77, durch welchen die Sicherung 76 einführbar ist, und der so angeordnet ist, um in Verwendung die Sicherung 76 ringsum zu umgeben. Ebenso ist ein elektrischer Feldstärkenmesser 78 in eine Wand des Sicherungshalters 72 eingebaut.
Der Strommesser 77 ist bevorzugter Weise von der vorher besprochenen Art. Nun wird die Funktion des elektrischen Feldstärkenmessers 78 mit Hilfe der 8 bis 11 beschrieben (in denen der Klarheit Willen der Strommesser 77 ausgelassen wird).
Bezugnehmend auf 8 ist eine Sicherung 76, ein elektrischer Feldstärkenmesser 78 und Sicherungshalteklammern 74A, 74B gezeigt. Ebenfalls ist in schematischer Form eine Nennlast und ein Stromweg (I) gezeigt, welche Nennlast durch einen Lastwiderstand R_load dargestellt ist und welcher Stromweg gemäß der Konvention in positiver Richtung von der Spannungsquelle V durch die Sicherung 76 und in die Last R_load fließt.
Der elektrische Feldstärkensensor 78 kann praktischer Weise einen kapazitiven oder elektrostatischen Induktionsmesser enthalten, welcher vielleicht aus einem simplen Stück Folie, wie z.B. dünner Aluminiumfolie, besteht. Dieser elektrische Feldstärkensensor 78 wird effektiv gemäß dem Strom I, der durch die Sicherung fließt, kapazitiv geladen. Tatsächlich sollte der Sensor 78 so nahe wie möglich an der Sicherung angebracht sein, sodass eine Seite des Stücks Folie zu dem Leiter, der die Sicherung 76 enthält, gerichtet ist. Dieser elektrische Feldstärkensensor 78 ist ebenfalls bevorzugter Weise von externen elektrischen Feldern abgeschirmt, sodass die Ladung auf dem elektrischen Feldstärkensensor 78 im Wesentlichen dem Strom I, der durch die Sicherung 76 fließt, entspricht. Diese Schirmung ist schematisch als Element 70 in 9 dargestellt.
Wie schematisch in 9 gezeigt, ist das Stück Folie, welches den elektrischen Feldstärkensensor 78 enthält, von einem geerdeten Element 79 abgeschirmt, um externe Feldeffekte zu minimieren und der Sensor 78 ist mit dem Spannungsfolger VF mit hohem Eingangswiderstand verbunden. Das Schild 79 ist z.B. vom Sensor 78 durch das Verkleben einer Seite mit einem nicht leitenden Kleber isoliert. Der Spannungsfolger VF muss einen sehr hohen Eingangswiderstand besitzen, um es zu vermeiden den elektrischen Feldstärkensensor 78 zu laden. In dieser Art müssen Ruheströme des Verstärkers, welcher VF enthält, sehr klein sein, da sonst die elektrostatisch induzierte Ladung auf dem Sensor 78 austritt und zum Ruhestrom beiträgt. Ebenfalls muss die Eingangskapazität des Verstärkers gering sein.
10 zeigt das Ersatzschaltbild von 8, wobei der Sensor 78 durch die Kapazität C_sensor dargestellt ist.
Bezugnehmend auf 11 ist dort ein Spannungsalarmschaltkreis gezeigt, um anzuzeigen, ob die Sicherung 76 intakt ist. Der Schaltkreis von 11 umfasst den Sensor 78, der durch C_sensor dargestellt ist, den Spannungfolger VF, wie er in Verbindung mit 10 beschrieben ist, wobei der Output des Spannungsfolgers VF der Input des nicht invertierenden Eingangs des Verstärkers AMP1 ist, wobei der Verstärker AMP1 als Komparator geschaltet ist, sodass die Referenzspannung V_ref am invertierenden Input erscheint, und wobei V_ref durch die Vorspannungswiderstände R_B1 und R_B2, welche in Serie zwischen der Spannungsversorgung V_supply und der Erde geschalten sind, bestimmt wird. Der invertierende Eingang des Verstärkers AMP1 ist mit einer gemeinsamen Verbindung zwischen den in Serie geschalteten Vorspannungswiderständen R_B1, R_B2 verbunden und der Ausgang des Verstärkers AMP1 ist mit einem Ausgangsendwiderstand R_out verbunden.
Die Arbeitsweise von 11 wird nun in zwei Fällen beschrieben, wobei im ersten Fall die Sicherung 76 intakt ist und im zweiten Fall die Sicherung 76 durchgebrannt ist.
Im ersten Fall, wo ein Strom I durch die Sicherung 76 fließt, wird eine Seite des Stücks Folie, das den elektrischen Feldstärkensensor 78 umfasst, elektrostatisch in Folge des Vorhandenseins des Stroms I geladen. Da der Sensor 78 in kapazitiver Weise reagiert, steigt die Spannungsdifferenz zwischen der Sicherungselektrode und dem Stück Folie, das den Sensor enthält, schnell an und stabilisiert sich bei einer bestimmten Spannung V_sensor. In diesem ersten Fall wird die Spannung V_sensor vom Spannungsfolger VF und dem Eingang des nicht invertierenden Inputs von AMP1 gepuffert. Diese Spannung wird mit V_ref verglichen und, wenn V_sensor höher ist als V_ref, gibt AMP1 eine von 0 abweichende Spannung aus, darauf hinweisend, dass die Sicherung 76 intakt ist.
Im zweiten Fall, wo die Sicherung 76 durchgebrannt ist, wird jede Ladung auf dem elektrischen Feldstärkensensor 78 dissipiert und V_sensor nimmt ab. Wenn V_sensor unter das Niveau von V_ref gefallen ist, wechselt der Komparator, der durch AMP1 gebildet wird, seinen Zustand, um nicht mehr eine positive Spannung auszugeben. Mit diesem Wechsel des Zustands kann der Ausgang von AMP1 z.B. verwendet werden, um ein LED-Display, welches anzeigt, dass die Sicherung 76 durchgebrannt ist, zu betreiben.
Das Augenmerk des Lesers wird auf alle Papiere und Dokumente, welche gemeinsam oder vor dieser Patentanmeldung in Verbindung mit dieser Anmeldung eingereicht wurden und welche mit dieser Patentanmeldung der Akteneinsicht offen sind, gerichtet.
Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der vorangegangenen Ausbildungsformen beschränkt. Der Schutzbereich ist durch die folgenden Ansprüche bestimmt.

Claims

Eine Meßzange bestehend aus einem ersten Glied und einem zweiten Glied, das erste und zweite Glied sind dabei so geformt, dass sie, wenn die Sonde in der geschlossenen Anordnung ist, einen im wesentlichen vollständigen magnetischen Schaltkreis bilden, das erste und zweite Glied bestehen aus ferromagnetischem Material, welches als Fluss Führung agiert wenn die Sonde einen stromführenden Leiter umgibt, die Sonde wird durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet, dass das erste und zweite Glied jeweils mit einer Ausnehmung (12, 15) an ihrem inneren Umfang ausgestattet sind, wobei die ersten und zweiten Ausnehmungen (12, 15) so angeordnet sind, dass sie die darin liegenden ersten und zweiten Strommessmittel von Feldeinflüssen verursacht durch das magnetische Feld der Erde abschirmt und wobei die ersten und zweiten Strommesser differentiell angeschlossen sind um auf ein magnetisches Differentialfeld, das von einem Leiter um welchen die Sonde gepasst ist, produziert wird, anzusprechen.
Sonde nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Strommesser lineare Fluss Gates (13, 16) aufweisen.
Sonde nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten und zweiten Sensoren in Gebrauch mit hoher Frequenz betrieben werden.
Sonde nach Anspruch 3, wobei die Sensoren in einem Bereich von 80 bis 200 kHz betrieben werden.
Sonde nach Anspruch 4, wobei die 2 Sensoren parallel mit einer Frequenz von im Wesentlichen 120 kHz betrieben werden.
Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jeder Sensor mit einem Kondensator der auf Resonanz gestimmt ist in Serie verbunden ist.
Sonde nach Anspruch 6, wobei die Ausgangspannungen über die beiden Kondensatoren in einen Differentialverstärker gespeist und abgezogen werden.