WO2013023643A1 - Current measuring device - Google Patents

Current measuring device Download PDF

Info

Publication number
WO2013023643A1
WO2013023643A1 PCT/DE2012/000836 DE2012000836W WO2013023643A1 WO 2013023643 A1 WO2013023643 A1 WO 2013023643A1 DE 2012000836 W DE2012000836 W DE 2012000836W WO 2013023643 A1 WO2013023643 A1 WO 2013023643A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetic field
current
signals
coil
currents
Prior art date
Application number
PCT/DE2012/000836
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Boris HUDOFFSKY
Original Assignee
Universität Stuttgart
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE201110110648 external-priority patent/DE102011110648A1/en
Application filed by Universität Stuttgart filed Critical Universität Stuttgart
Priority to DE112012003417.1T priority Critical patent/DE112012003417A5/en
Publication of WO2013023643A1 publication Critical patent/WO2013023643A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/205—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using magneto-resistance devices, e.g. field plates

Definitions

  • the present invention relates to the generic term Bean ⁇ claimed and thus relates to the measurement of currents.
  • the magnetic fields generated by the flowing electric current are determined by means of magnetic field sensors in order to deduce the flowing electric current from them. It should be mentioned that a high measuring accuracy, low noise, etc. are regularly required.
  • non-contact current sensors with magnetic sensors has, in the conventional view, disadvantages because it is customary to expect a measurement offset, which moreover can change over time, in particular in the case of very one-sided loading, as occurs in direct current measurements. This can be used, for example, when soft magnetic cores or flux concentrators are used, by " memory effects, varying operating temperatures and non-linear characteristics
  • Ripka "ALTERNATING CURRENT-EXCITED MAGNETORESISTIVE SENSOR "in Journal of Applied Physics, Vol. 79, No. 8, pages 5211-5213, 1996. Ripka proposes to stabilize a magnetoresistive sensor with respect to its characteristic by means of a coil, whereby the sensor is exposed to the coil field.
  • a magnetically compensated current transformer with a loop-like core, which is formed of ferromagnetic material in the form of a completely closed magnetic circuit and has at least two not completely breaking the core core, one guided by the core , Primary conductor through which a primary current to be measured flows, at least one measuring sensor arranged in at least one of the gaps, which emits an electrical output signal corresponding to the magnetic flux in the core, and at least two secondary windings wound around the core, that of a secondary current dependent on the output signal of the measuring sensor that the magnetic flux caused by the primary current is compensated, wherein the core has a shape which extends in a plane, the magnetic circuit is in this plane, the shape of the core at least one axis of symmetry in this E bene, and the gaps are arranged symmetrically to the axis of symmetry and the secondary windings symmetrical to the axis of symmetry.
  • a measuring device for detecting the current flowing in a conductor current is already known wel ⁇ che one hand, has a self-contained, the conductor at least partially surrounding the measuring coil without magnetizable core which is arranged so that it comprises a first Measuring signal supplies, and on the other hand has at least one measuring resistor which is penetrated by the current to be measured, or at least one magnetic field detector which is mounted in the vicinity of the conductor, and is arranged so that it delivers a second measuring signal, wherein the measuring ⁇ device includes a circuit for processing the first and second measurement signal to an output signal to lie ⁇ away, which is an image of the current to be measured.
  • a direct current sensor with a core which consists of an annular, soft magnetic material, through which a wire extends, through which a direct contact current to be detected flows.
  • An exciting coil and a detecting coil are wound around the core in a toroidal shape, and a triangular exciting current generating a magnetic field exceeding a coercive force of the core is applied to the exciting coil.
  • Pulse voltages are generated in the detection coil, wherein the absolute value of the direct current to be detected is detected from the pulse intervals.
  • a sensor unit for measuring egg nes current in a conductor with at least one mag netoresistiven sensor which is arranged at a radial distance from the outer surface of the conductor, wherein the Lei ter has a circular cross section and wherein at least one auxiliary coil for generating an auxiliary magnetic field which is strong enough to generate magnetic saturation in the magnetoresistive sensor continuously throughout the current measurement process.
  • a current sensor which comprises a plurality of magnetic field sensors which are arranged around a current-carrying conductor.
  • the sensor is hinged to allow it to be clamped around the ladder. It is discussed how temperature effects, conductor position and adjacent foreign conductors as well as aging can be taken into account .
  • a Hall effect sensor is to be surrounded by a conductor loop which is intended to minimize the differential Hall voltage across the element via a feedback, so that the coil current at the zero Hall voltage can be related to the current to be measured of an adjacent conductor.
  • a current sensor is to be specified, which can also be used for high currents.
  • the object of this invention is to provide new products for commercial use.
  • the present invention thus proposes a current sensor with an evaluation circuit for measuring current in order to evaluate the signals detected by at least one magnetfeldindikative generating magnetoresistive element and with a magnetic field generating coil, which is associated with a source of non-constant excitation currents to magnetic field -indicative signals at changing coil fields measure Koen ⁇ NEN, wherein the magnetfeldindikative element is a magnetore- sistiver sensor and the source of non-constant exciter current emissions is adapted to the non-constant Erre ⁇ current emissions in response to the magnetfeldindikativen element detected signals to determine which formed the evaluation circuit to is to determine currents responsive to the signals detected by the magnetic field indicative element upon excitation current change.
  • signals can either be detected only at specific points, for example in the region of the vertices and / or zero-crossing points of the coil excitation current; However, an evaluation or sampling at several locations is preferred, which is just as possible through analog-to-digital conversion and subsequent processing of the digital signals as in an analogous manner.
  • the magnetic-field-indicative signal-generating element is operated in a linear range.
  • the deviation from a linear behavior that is to say a linear response of the output signal of the (semiconductor) sensor element as a function of the magnetic field, will be less than 15%, preferably less than 5% linearity error.
  • This allows a sufficiently large measuring range for typical elements such as GMR and / or semiconductor elements. Linear errors are thus avoided particularly effectively.
  • the total mag- The net field of variable coil excitation current and current to be detected (to be measured) of a conductor through which current flows is too large. It is then readily possible and otherwise preferred to adapt the coil current intensity so that the magnetic field-signal generating element is again operated in the linear range and this linear range is no longer exceeded.
  • the fast Ab ⁇ drive allows detection of high frequencies of the signal to be measured. It is thus possible and preferred if the magnetic-field-signal-generating element has a (more) nonlinear region in the case of strong magnetic fields, and if the source is designed to excite the coil with currents so low that the element displays magnetic-field-indicative signals in the linear region generated.
  • the evaluation can also be designed so that the signals around the
  • Zero point may be ignored or weighted less.
  • the coil current is varied in an oscillating manner and in particular has a sinusoidal course; either only one sinusoidal
  • AC component can be used as a coil current or it can also be impressed on the coil, a DC component, in particular so that there is an average of the signal detected by the magnetic field-indicative element of zero.
  • the source of non-constant excitation currents is designed to (also) provide sinusoidal excitation currents or excitation current components. That this is not mandatory, but mentioned.
  • the usability of other varying current curves, such as sawtooth or triangular waveforms, should be explicitly stated. imagines. But It is preferred that the holding times in which the coil excitation current is constant, IMP EXP ⁇ together are short against those times in Spulenerregungsstromstarzyk- lus in which the coil excitation current is changed AEN. If holding times are provided at all, it is preferred that they do not last more than 10% of the time required for the execution of a cycle of change.
  • the superimposed (for example, sinusoidal) AC component can be kept larger, which is advantageous. That the DC component of the coil excitation current and / or the AC component of the coil excitation current to the respective current to be measured through the conductor in whole or in part be adapted, is mentioned otherwise.
  • a control loop can be used. It is thus possible and preferred if a feedback loop is provided for determining the current flowing through the coil. This is advantageous in particular for the measurement of very large currents. The ability to change the coil current quickly, high frequencies are easily measurable. It is also possible to detect smaller changes in a large current by determining deviations of the mean signal value from zero.
  • the magnetic-field-generating coil surrounds the sensor and is designed to generate a magnetic field parallel or antiparallel to that of a current to be measured.
  • the coil can in particular surround the magnetic field-signal generating element, so that the overall arrangement can be made small and comparatively small coil currents are required.
  • This allows a structurally small configuration of ammeters according to the invention.
  • a single core is taken, which is separated in the formation of the overall device as a pair of pliers in two parts that surround the use of the measuring device embraced by the pliers head together.
  • the magnetic field-indicating elements will either be incorporated into the core, or, which is preferred because of the structurally simpler design, be arranged in the immediate vicinity of the core.
  • the core is shaped as a split ring surrounding the one current-carrying conductor to be measured, it becomes preferred to arrange the magnetic field-indicating elements close to the ring and between the ring and conductor.
  • the magnetic-field-generating signal-generating element is a semiconductor sensor, and / or a G R element.
  • Such elements are readily ver ⁇ available and have an output voltage-magnetic field-strength characteristic curve, which is very linear over a wide range and outside this linear range quickly and easily recognizable merges into a non-linear region, which is for purposes of the present Invention is particularly advantageous. Rapidly moving into a nonlinear range here means that only small changes in the output voltage result even with strong changes in the magnetic field to which the magnetic field-indicating element is exposed. In other words, the output voltage of the magnetic field-indicating element will change only slightly with large changes in the coil current.
  • a plurality of magnetic field-indicative signals generating elements is provided with associated magnetic field generating coils which are arranged in pairs diametrically around a center, in particular equidistant.
  • an evaluation circuit for determining a current taking into account the magnetic field dindikativen signals of a plurality of magnetic field-indicating elements is provided.
  • the evaluation circuit can preferably be realized by highly integrated circuits and is preferably accommodated in the clamp itself, if necessary with all circuit arrangements, control loops etc. for the determination of the coil currents, etc.
  • Protection is also claimed for a method for determining a current in which a magnetic-field-indicative signal-generating element is brought into the vicinity of a conductor through which current flows, with a magnetic field-generating coil being generated by alternating current excitation an alternating magnetic field at the magnetic-field-indicative element and the current is determined from those magnetic field indicative signals which are detected during the change of the coil currents.
  • a sectional view through a current clamp of the present invention a sectional view through a magnetic field-associated signal-generating element with associated coil of the present invention; the output voltage magnetic field strength characteristic of an element preferably used for the invention; 3 shows the output signals of the magnetic-field-indicative signal-generating element of FIG. 3 for different coil excitation current conditions and different magnetic fields generated by currents to be measured; a signal path of a measurement channel in a current meter of the present invention;
  • the figures explain a current sensor with an evaluation circuit for measuring the current in order to obtain a magnetic field to evaluate detected signal generating element detected signals and with a magnetic field generating coil, which is associated with a source of non-constant excitation currents to detect magnetic field -indicative signals at changing coil fields, wherein the evaluation circuit is adapted to evaluate the detected when changing the non-constant excitation current signals for current measurement , It may be mentioned that such a change may also involve and relate to the change of a DC component which is changed in order to keep a measurement signal in the linear region of the element.
  • the current sensor 1 encompasses as a pair of pliers with two parts 1a, 1b a central conductor 2, through which a current i_prim flows, which generates a magnetic field B_prim.
  • the current sensor 1 detects i_prim by measuring the magnetic field B_prim.
  • the pliers parts 1a, 1b are formed semicircularly in the illustrated cross-section and provided with semiconductor elements 3a1, 3a2, 3a3 and 3bl, 3b2, 3b3, each generating three magnetically field-indicative signals. These are, as preferred and possible, diametrically opposite in pairs. They are also, what is also preferred, equidistant.
  • Each of the semiconductor elements generating magnetic field-indicating signals is arranged within a current-carrying bias coil 4al-4b3, which generates a magnetic field at the magnetic field-generating semiconductor element which is either parallel or antiparallel to each of the central conductor 2.
  • the coil windings of the bias coils pass perpendicularly through the plane of the paper.
  • the bias coil can be formed without ferromagnetic materials, so that nonlinearities caused by ferromagnetic materials are avoided.
  • Fig. 2 also shows already schematically that the bias coil is associated with a coil excitation current source for alternating current and the magnetic field-generating signals Halbleiterele ⁇ ment element a signal conditioning circuit (here illustrated as OPAMP).
  • each magnetic field-generating signal generating semiconductor element is assigned its own bias coil, but this in turn each has its own bias current source.
  • FIG. 2 shows that the bias coil closely surrounds the sensor, which keeps the currents required for a specific magnetic field small.
  • Biasstrom DC component can be readily taken into account in the determination of the current flowing through the conductor to be measured.
  • a circuit for the magnetic field-producing signals generating semiconductor elements may, for example, as shown in Fig. 5.
  • the source of non-constant excitation currents associated with the magnetic field generating bias coil includes a sine wave generator and a power amplifier capable of feeding DC and AC currents to the bias coil.
  • the signal generating in accordance with its (preferred) construction in FIG. 5 as a GMR (Giant Magneto Resistor), element generating magnetic-field-indicative signals is followed by an evaluation circuit, which detects the difference of the output voltage magnitude at the point of reversal of the characteristic curves and sends it to a conventional rule-calculating device.
  • Device with which, for example, a proportional-integral functionality, a proportional integral differential functionality, a dead-beat filter characteristic, a Kalman filter characteristic and / or a Luenberger filter characteristic can be implemented.
  • the output signal generated by the rule-computing device is fed on the one hand as a control signal to the power amplifier and there added at the input to the AC signal from the sine wave generator with such a polarity that the difference of the output voltage is counteracted in the reversal point of the characteristics.
  • the determination of the reversal point is readily possible with analog circuits; It should be noted, however, that signal digitization and digital signal processing are readily possible.
  • the output of the rule-computing device is also fed to an evaluation circuit, the one detected
  • Magnetic field of the conductor generates proportional signal and outputs as UDC.
  • the arrangement of the present invention is used as follows: First, a calibration of the individual sensor elements is performed in order to determine a relationship between the output voltage of each magnetfeldindikative signal generating element and the current through an exactly through the center of the pliers behead conductors and if necessary to be able to adjust the characteristics of the respective bias current sources, ie determine how large a respective bias current without magnetic field should be, how strong an offset voltage should be at the input of the Biasstrom-Lexstungsver3.7rs given output of the rule-computing device, etc.
  • the arrangement is also practically independent of the position of the current-carrying conductor within the spanned measuring surface.
  • the arrangement is also practically independent of the position of the current-carrying conductor within the spanned measuring surface.
  • the arrangement is also practically independent of the position of the current-carrying conductor within the spanned measuring surface.
  • the influence of interference fields that are outside of the spanned measuring surface minimized.

Abstract

The invention relates to a current sensor, having an evaluation circuit for current measurement in order to evaluate the signals detected by an element that generates signals indicative of a magnetic field, and having a coil which generates a magnetic field and with which a source of non-constant excitation currents is associated in order to be able to measure signals indicative of a magnetic field in the case of alternating coil fields. According to the invention, the element indicative of a magnetic field is a magnetoresistive sensor and the source for non-constant excitation currents is designed to determine the non-constant excitation currents in response to signals detected by the element that is indicative of a magnetic field, wherein the evaluation circuit is designed to determine currents in response to the signals detected by the element indicative of a magnetic field during the change of the non-constant excitation currents.

Description

Titel : Strommessgerät Title: Electricity meter
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Bean¬ spruchte und bezieht sich somit auf die Messung von Strömen. The present invention relates to the generic term Bean ¬ claimed and thus relates to the measurement of currents.
Die Messung elektrischer Ströme ist in vielen Fällen von fun- damentaler Bedeutung, etwa um das einwandfreie Funktionieren eines elektrischen Verbrauchers sicherzustellen. The measurement of electrical currents is in many cases of fundamental importance, for example, to ensure the proper functioning of an electrical load.
Es ist bereits bekannt, die fließenden elektrischen Ströme anhand der von ihnen erzeugten Magnetfelder zu bestimmen, was eine berührungsfreie Messung ermöglicht. Dabei werden die vom fließenden elektrischen Strom erzeugten Magnetfelder mittels Magnetfeldsensoren bestimmt, um daraus auf den fließenden elektrischen Strom zurückzuschließen. Dass dabei regelmäßig eine hohe Messgenauigkeit, geringes Rauschen usw. gefordert werden, sei erwähnt. It is already known to determine the flowing electric currents on the basis of the magnetic fields generated by them, which allows a non-contact measurement. In this case, the magnetic fields generated by the flowing electric current are determined by means of magnetic field sensors in order to deduce the flowing electric current from them. It should be mentioned that a high measuring accuracy, low noise, etc. are regularly required.
Bevorzugt ist dabei die Gestaltung des Messgeräts als berührungslos arbeitende Zange, die überdies nur geringen Platzbedarf bei trotzdem hoher Genauigkeit aufweisen soll. Die Ver- wendung berührungslos arbeitender Stromsensoren mit Magnetsensoren hat jedoch nach herkömmlicher Auffassung Nachteile, weil herkömmlich mit einem Messungsoffset zu rechnen ist, der sich zudem über die Zeit verändern kann, insbesondere bei stark einseitiger Belastung, wie sie in Gleichstrommessungen auftritt. Dies kann, etwa wenn weichmagnetische Kerne oder Flusskonzentratoren verwendet werden, durch " Speichereffekte , variierende Betriebstemperaturen und nicht-lineare Kennlinien Preference is given to the design of the meter as non-contact pliers, which should also have only small footprint with high accuracy anyway. However, the use of non-contact current sensors with magnetic sensors has, in the conventional view, disadvantages because it is customary to expect a measurement offset, which moreover can change over time, in particular in the case of very one-sided loading, as occurs in direct current measurements. This can be used, for example, when soft magnetic cores or flux concentrators are used, by " memory effects, varying operating temperatures and non-linear characteristics
- l - von Halbleitersensoren bedingt sein. Die per se anwendbare Kompensation solcher Effekte ist dabei nur so begrenzt möglich, dass große Ströme nicht ohne weiteres gemessen werden können. So ist, falls Halbleitersensoren mit weichmagneti- schem Kern und Kompensationsreglern eingesetzt werden, für entsprechende Stromstärken eine Auftrennung der flusskonzen- trierenden Kerne an mehreren Stellen erforderlich, um die Sensoren unterzubringen. Dies wiederum verhindert oder er¬ schwert es schon bei niedrigen Frequenzen, eine konstante Übertragungsfunktion zu realisieren und führt bei höheren Frequenzen zu Schwingungsneigung durch parasitäre Elemente. - l - be caused by semiconductor sensors. The per se applicable compensation of such effects is only so limited possible that large currents can not be measured easily. Thus, if semiconductor sensors with a soft magnetic core and compensation controllers are used, a separation of the flux-concentrating cores in several places is required for corresponding current intensities in order to accommodate the sensors. This in turn prevents or he ¬ sword already at low frequencies to realize a constant transfer function and performs at higher frequencies to vibration tendency by parasitic elements.
Ungeachtet dieser Schwierigkeiten gibt es nun eine Reihe von Anwendungen, bei denen sehr hohe Ströme zu messen sind, wie bei elektromotorischen Antrieben, wo Ströme jenseits von 500 A auftreten können. Zugleich ist es oft erforderlich, nicht nur derart hohe Ströme zu messen, sondern dabei sowohl konstante Stromkomponenten als auch kurze Stromimpulse mit entsprechend hohem Frequenzgehalt zu erfassen. Wenn die zu messenden Ströme auf einem hohen elektrischen Potential fließen, ist es zudem wünschenswert, die Ströme berührungsfrei messen zu können. Despite these difficulties, there are now a number of applications in which very high currents are to be measured, as in electromotive drives, where currents beyond 500 A can occur. At the same time, it is often necessary not only to measure such high currents, but to detect both constant current components and short current pulses with a correspondingly high frequency content. If the currents to be measured flow at a high electrical potential, it is also desirable to be able to measure the currents without contact.
Wünschenswert ist es insbesondere, bevorzugt berührungsfreie Strommessgeräte, bevorzugt in Zangenausführung für höhereIt is particularly desirable, preferably non-contact ammeters, preferably in pliers design for higher
Ströme bei niedrigen Frequenzen von Gleichstrom bis zu einigen wenigen Kilohertz bereitstellen zu können, wobei Spitzenströme von über 500 A, bevorzugt mehr als beispielsweise 800 bis 1000 A messbar sein sollen, um einen Einsatz in Verbin- dung mit einem elektrischen Automobilantriebsmotor zu ermöglichen . Mit bekannten Ansätzen ist es nur sehr bedingt möglich, die¬ sen Forderungen zu genügen. So sind kompensierende To provide currents at low frequencies from DC to a few kilohertz, with peak currents of over 500 A, preferably more than, for example, 800 to 1000 A to be measurable to allow use in conjunction with an electric automotive drive motor. With known approaches, it is only conditionally possible to satisfy the demands ¬ sen. So are compensating
Stromsensoren, die die vom zu messenden Strom erzeugten Mag¬ netfelder mittels Halbleitersensoren in einem weichmagneti- sehen Kern oder nach dem Fluxgate-Prinzip erfassen. Die Stromsensoren nach dem Fluxgate-Prinzip können hohe Ströme zwar vergleichsweise präzise messen, sind aber auf Grund des von ihnen benötigten Platzes und der Verwendung von mehreren Kernen nur schwer als Zangensensoren einsetzbar. Verwiesen sei auf die EP 1 687 645 Bl . Current sensors that detect the Mag ¬ netfelder see using semiconductor sensors in a weichmagneti- core or after the flux-gate principle generated by the current to be measured. Although current sensors based on the fluxgate principle can measure high currents comparatively precisely, they are difficult to use as pliers sensors due to the space they require and the use of multiple cores. Reference is made to EP 1 687 645 Bl.
Andere Sensortypen sind beispielsweise beschrieben in N. Karrer und P. Hofer-Noser: „PCB ROGOWSKI COILS FOR HIGH DI/DT CURRENT MEASUREMENT" in Power Electronics Specialists Con- ference 2000, PESC 00.2000 IEEE 31st Annual, Band 3, 2000, Seiten 1296-1301. Other sensor types are described, for example, in N. Karrer and P. Hofer-Noser: "PCB ROGOWSKI COILS FOR HIGH DI / DT CURRENT MEASUREMENT" in Power Electronics Specialists Conference 2000, PESC 00.2000 IEEE 31st Annual, Volume 3, 2000, pages 1296 -1301.
Verwiesen sei auch auf den Aufsatz „A NEW CURRENT MEASURING PRINCIPLE FOR POWER ELECTRONIC APPLICATIONS" in Power Semi- Conductor Devices and IC's, 1999, ISPSD 99 Proceedings, the llth International Symposium 1999, Seiten 279-282, sowie P. Ripka: „ALTERNATING CURRENT-EXCITED MAGNETORESISTIVE SENSOR" in Journal of Applied Physics, Band 79, Nr. 8, Seiten 5211-5213, 1996. Ripka schlägt vor, einen magnetoresistiven Sensor hinsichtlich seiner Charakteristik mittels einer Spule zu stabilisieren, wobei der Sensor dem Spulenfeld ausgesetzt wird, die Spule mit alternierenden Rechteckimpulsen in ihrer Richtung wechselnde Felder erzeugt und der Sensor zwischen den Rechteckimpulsen der Spulenerregung ausgelesen wird. Der mit derartigen Sensoren erzielbare Messbereich muss aber für eine Vielzahl von Anwendungen als ungenügend angesehen werden . Aus der EP 1 314 993 A2 ist eine Vorrichtung zur Messung eines Magnetfeldes mit einem zweiten Mittel zur Sensierung des Magnetfeldes und mit einem ersten Mittel zur Erzeugung eines einstellbaren Kompensationsmagnetfeldes am Ort des zweiten Mittels bekannt, wobei zur Messung des Magnetfeldes das Kompensationsmagnetfeld derart eingestellt vorgesehen ist, dass vom zweiten Mittel ein (im Vergleich zur Stärke des Magnetfeldes insbesondere kleines) resultierendes Magnetfeld sen- siert wird, und wobei das zweite Mittel und das erste Mittel auf einem Substrat monolithisch integriert vorgesehen werden. Reference may also be made to the article "A NEW CURRENT MEASURING PRINCIPLE FOR POWER ELECTRONIC APPLICATIONS" in Power Semiconductor Devices and ICs, 1999, ISPSD 99 Proceedings, the llth International Symposium 1999, pages 279-282, and P. Ripka: "ALTERNATING CURRENT-EXCITED MAGNETORESISTIVE SENSOR "in Journal of Applied Physics, Vol. 79, No. 8, pages 5211-5213, 1996. Ripka proposes to stabilize a magnetoresistive sensor with respect to its characteristic by means of a coil, whereby the sensor is exposed to the coil field. the coil is generated with alternating rectangular pulses in their direction changing fields and the sensor is read between the rectangular pulses of the coil excitation. However, the achievable with such sensors range has to be considered insufficient for a variety of applications. From EP 1 314 993 A2 an apparatus for measuring a magnetic field with a second means for sensing the magnetic field and with a first means for generating an adjustable compensation magnetic field at the location of the second means is known, wherein the compensating magnetic field is provided adjusted for measuring the magnetic field in that the second means sends a resulting magnetic field (in particular small compared to the strength of the magnetic field), and wherein the second means and the first means are provided monolithically integrated on a substrate.
Bekannt ist zudem aus der DE 42 02 296 B4 ein magnetisch kompensierter Stromwandler, mit einem schleifenartigen Kern, der aus ferromagnetischem Material in der Form eines völlig geschlossenen magnetischen Kreises gebildet ist und mindestens zwei den Kern nicht vollständig unterbrechende Spalte aufweist, einem durch den Kern geführten, von einem zu messenden Primärstrom durchflossenen Primärleiter, mindestens einem in mindestens einem der Spalte angeordneten Messfühler, der ein dem magnetischen Fluss im Kern entsprechendes elektrisches Ausgangssignal abgibt, und mindestens zwei um den Kern gewickelten Sekundärwicklungen, die von einem vom Ausgangssignal des Messfühlers abhängigen Sekundärstrom derart gespeist wer- den, dass der vom Primärstrom hervorgerufene magnetische Fluss kompensiert wird, wobei der Kern eine Form aufweist, die sich in einer Ebene erstreckt, der magnetische Kreis in dieser Ebene befindlich ist, die Form des Kerns wenigstens eine Symmetrieachse in dieser Ebene aufweist, und die Spalte symmetrisch zu der Symmetrieachse und die Sekundärwicklungen symmetrisch zu der Symmetrieachse angeordnet sind. Aus der EP 1 012 609 Bl ist bereits eine Messvorrichtung zur Erfassung des in einem Leiter fließenden Stroms bekannt, wel¬ che einerseits eine in sich geschlossene, den Leiter zumindest teilweise umschließende Messspule ohne magnetisierbaren Kern aufweist, welcher so angeordnet ist, dass sie ein erstes Messsignal liefert, und andererseits mindestens einen Messwiderstand aufweist, welcher vom zu messenden Strom durchsetzt wird, oder mindestens einen Magnetfelddetektor, der in der Nähe des Leiters angebracht ist, aufweist und so angeordnet ist, dass sie ein zweites Messsignal liefert, wobei die Mess¬ vorrichtung eine Schaltung zur Verarbeitung des ersten und zweiten Messsignals aufweist, um ein Ausgangssignal zu lie¬ fern, welches ein Abbild des zu messenden Stromes ist. Aus der EP 0 651 258 A2 ist ein Gleichstromsensor mit einem Kern bekannt, der aus einem ringförmigen, weichmagnetischen Material besteht, durch welchen sich ein Draht erstreckt, durch welchen ein kontaktfrei zu detektierender Gleichstrom fließt. Eine Erregerspule und eine Nachweisspule sind um den Kern in toroidaler Form gewickelt und ein Dreiecks-Erregungs- strom, der ein Magnetfeld erzeugt, welcher eine Koerzitiv- kraft des Kerns übersteigt, wird an die Erregerspule angelegt. Es werden Pulsspannungen in der Detektionsspule erzeugt, wobei aus den Pulsintervallen der Absolutwert des zu erfassenden Gleichstroms detektiert wird. It is also known from DE 42 02 296 B4 a magnetically compensated current transformer, with a loop-like core, which is formed of ferromagnetic material in the form of a completely closed magnetic circuit and has at least two not completely breaking the core core, one guided by the core , Primary conductor through which a primary current to be measured flows, at least one measuring sensor arranged in at least one of the gaps, which emits an electrical output signal corresponding to the magnetic flux in the core, and at least two secondary windings wound around the core, that of a secondary current dependent on the output signal of the measuring sensor that the magnetic flux caused by the primary current is compensated, wherein the core has a shape which extends in a plane, the magnetic circuit is in this plane, the shape of the core at least one axis of symmetry in this E bene, and the gaps are arranged symmetrically to the axis of symmetry and the secondary windings symmetrical to the axis of symmetry. From EP 1012609 Bl a measuring device for detecting the current flowing in a conductor current is already known wel ¬ che one hand, has a self-contained, the conductor at least partially surrounding the measuring coil without magnetizable core which is arranged so that it comprises a first Measuring signal supplies, and on the other hand has at least one measuring resistor which is penetrated by the current to be measured, or at least one magnetic field detector which is mounted in the vicinity of the conductor, and is arranged so that it delivers a second measuring signal, wherein the measuring ¬ device includes a circuit for processing the first and second measurement signal to an output signal to lie ¬ away, which is an image of the current to be measured. From EP 0 651 258 A2 a direct current sensor with a core is known, which consists of an annular, soft magnetic material, through which a wire extends, through which a direct contact current to be detected flows. An exciting coil and a detecting coil are wound around the core in a toroidal shape, and a triangular exciting current generating a magnetic field exceeding a coercive force of the core is applied to the exciting coil. Pulse voltages are generated in the detection coil, wherein the absolute value of the direct current to be detected is detected from the pulse intervals.
Aus der US 2011/0121828 ist eine Sensoreinheit zum Messen ei nes Stromes in einem Leiter bekannt, mit zumindest einem mag netoresistiven Sensor, der in einem radialen Abstand von der äußeren Oberfläche des Leiters angeordnet ist, wobei der Lei ter einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und worin zumin dest eine Hilfsspule für die Erzeugung eines Hilfsmagnetfel- des an dem magnetoresistiven Sensor vorgesehen ist, das stark genug ist, magnetische Sättigung in dem magnetoresistiven Sensor kontinuierlich während des gesamten Strommessverfahrens zu erzeugen. From US 2011/0121828 a sensor unit for measuring egg nes current in a conductor is known, with at least one mag netoresistiven sensor which is arranged at a radial distance from the outer surface of the conductor, wherein the Lei ter has a circular cross section and wherein at least one auxiliary coil for generating an auxiliary magnetic field which is strong enough to generate magnetic saturation in the magnetoresistive sensor continuously throughout the current measurement process.
Aus der US 2005/0156587 AI ist ein Stromsensor bekannt, der eine Vielzahl von Magnetfeldsensoren umfasst, die um einen stromführenden Leiter angeordnet werden. Der Sensor ist mit einem Gelenk versehen, damit er um den Leiter herum geklam- mert werden kann. Es wird diskutiert, wie Temperatureffekte, Leiterposition und benachbarte Fremdleiter sowie Alterung be¬ rücksichtigt werden können. From US 2005/0156587 AI a current sensor is known which comprises a plurality of magnetic field sensors which are arranged around a current-carrying conductor. The sensor is hinged to allow it to be clamped around the ladder. It is discussed how temperature effects, conductor position and adjacent foreign conductors as well as aging can be taken into account .
Ein weiterer Stromsensor ist aus der US 4,823,075 bekannt. Dabei soll ein Hall-Effekt-Sensor von einer Leiterschleife umgeben werden, die über eine Rückkopplung die differentielle Hallspannung über das Element minimieren soll, so dass der Spulenstrom bei der Hallspannung Null auf den zu messenden Strom eines benachbarten Leiters bezogen werden kann. Another current sensor is known from US 4,823,075. In this case, a Hall effect sensor is to be surrounded by a conductor loop which is intended to minimize the differential Hall voltage across the element via a feedback, so that the coil current at the zero Hall voltage can be related to the current to be measured of an adjacent conductor.
Es ist wünschenswert, zumindest einige der oben erwähnten Probleme zumindest partiell zu lindern . Bevorzugt soll ein Stromsensor angegeben werden, der auch für hohe Ströme ein- setzbar ist. It is desirable to at least partially mitigate at least some of the above-mentioned problems. Preferably, a current sensor is to be specified, which can also be used for high currents.
Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen. The object of this invention is to provide new products for commercial use.
Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form bean- sprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen . Die vorliegende Erfindung schlägt somit einen Stromsensor mit einer Auswerteschaltung zur Strommessung vor, um die mit mindestens einem magnetfeldindikative Signale erzeugenden magne- toresistiven Element erfassten Signale auszuwerten und mit einer magnetfelderzeugenden Spule, der eine Quelle für nichtkonstante Erregungsströme zugeordnet ist, um magnetfeldindikative Signale bei wechselnden Spulenfeldern messen zu kön¬ nen, wobei das magnetfeldindikative Element ein magnetore- sistiver Sensor ist und die Quelle für nichtkonstante Erre- gungsströme dazu ausgebildet ist, die nichtkonstanten Erre¬ gungsströme im Ansprechen auf mit dem magnetfeldindikativen Element erfasste Signale zu bestimmen, wobei die Auswerteschaltung dazu ausgebildet ist, Ströme im Ansprechen auf die mit dem magnetfeldindikativen Element bei Erregungsstromände- rung erfassten Signale zu bestimmen. The solution to this problem is claimed in an independent form. Preferred embodiments can be found in the subclaims. The present invention thus proposes a current sensor with an evaluation circuit for measuring current in order to evaluate the signals detected by at least one magnetfeldindikative generating magnetoresistive element and with a magnetic field generating coil, which is associated with a source of non-constant excitation currents to magnetic field -indicative signals at changing coil fields measure Koen ¬ NEN, wherein the magnetfeldindikative element is a magnetore- sistiver sensor and the source of non-constant exciter current emissions is adapted to the non-constant Erre ¬ current emissions in response to the magnetfeldindikativen element detected signals to determine which formed the evaluation circuit to is to determine currents responsive to the signals detected by the magnetic field indicative element upon excitation current change.
Dies bietet eine Reihe von Vorteilen. So ist prinzipiell durch die Kompensationswicklung ein unbegrenzter Strommessbereich vorstellbar, der seine praktischen Grenzen erst in der Belastbarkeit der (Bias-) Spule hat. Die Skalierbarkeit für verschiedene Messbereiche ist damit hoch. Die Anordnung funktioniert frei von ferromagnetischen Materialien und damit ohne Beeinträchtigung durch damit typisch einhergehende Nicht- linearitäten . Vielmehr ist es abzusehen, dass Linearitätsfeh- 1er erfindungsgemäß minimiert werden können, weil das magnet- feldindikative Signale erzeugende Element nicht an seinem Nullpunkt betrieben wird, sondern deutlich entfernt davon erzeugte Signale (mit- ) ausgewertet werden können, die insbesondere dicht unterhalb des Überschreiten des Linearitätsberei- ches erzeugt werden. Es ist mit der beschriebenen Anordnung möglich, außerhalb der um den Nullpunkt des magnetfeldindikative Signale erzeugenden Elementes herum liegenden Bereiche zu messen. Dies trägt dazu bei, in Bereichen zu messen, in denen ein von Rauschen weni- ger beeinflusstes und gut lineares Verhalten vorliegt. ZurThis offers a number of advantages. So in principle by the compensation winding an unlimited current measuring range is conceivable, which has its practical limits only in the capacity of the (bias) coil. The scalability for different measuring ranges is thus high. The arrangement works free of ferromagnetic materials and thus without being affected by typical nonlinearities. Rather, it is foreseeable that linearity errors can be minimized according to the invention, because the magnetic field-indicating signal-generating element is not operated at its zero point, but signals clearly generated therefrom can be (partially) evaluated which, in particular, are just below the threshold value Linearitätsberei- ches be generated. It is possible with the described arrangement to measure outside the lying around the zero point of the magnetic field signal generating element lying areas. This helps to measure in areas where noise is less affected and has a good linear response. to
Bestimmung des zu erfassenden Stromes können dabei einerseits die Signale aus dem magnetfeldindikative Signale erzeugenden Element und andererseits die Spulenströme berücksichtigt wer¬ den. Es können dabei Signale entweder nur an bestimmten Punk- ten erfasst werden, etwa im Bereich der Scheitelpunkte und/oder Nulldurchtrittspunkte des Spulenerregungsstromes; bevorzugt ist aber eine Auswertung beziehungsweise Abtastung an mehreren Stellen, was durch Analog-Digital-Wandlung und nachfolgende Verarbeitung der digitalen Signale ebenso mög- lieh ist wie auf analoge Weise. Determining the current to be detected on the one hand, the signals from the magnetic field-generating signal generating element and on the other hand, the coil currents taken into account who ¬ . In this case, signals can either be detected only at specific points, for example in the region of the vertices and / or zero-crossing points of the coil excitation current; However, an evaluation or sampling at several locations is preferred, which is just as possible through analog-to-digital conversion and subsequent processing of the digital signals as in an analogous manner.
Es ist möglich und bevorzugt, die Spulenströme so anzupassen, dass das magnetfeldindikative Signale erzeugende Element in einem linearen Bereich betrieben wird. Typisch wird die Ab- weichung von einem linearen Verhalten, das heißt einem linearen Ansprechen des Ausgangssignals des (Halbleiter-) Sensorelementes als Funktion des Magnetfeldes kleiner als 15 % sein, bevorzugt unter 5 % Linearitätsfehler liegen. Dies erlaubt bei typischen Elementen wie GMR- und/oder Halblei- terelementen einen hinreichend großen Messbereich. Lineare Fehler werden so besonders effektiv vermieden. Indem mit den Spulenströmen auch das Gesamt-Magnetfeld, dem das magnetfel- dindikative Signale erzeugende Element ausgesetzt ist, schnell geändert wird, ist es möglich, die Kennlinie des mag- netfeldindikative Signale erzeugenden Elementes abzufahren und dabei ein Überschreiten des linearen Bereiches, zu bemerken. So kann leicht festgestellt werden, wenn das Gesamtmag- netfeld aus veränderlichem Spulenerregungsstrom und zu erfassendem (zu messendem) Strom eines stromdurchflossenen Leiters zu groß wird. Es ist dann ohne weiteres möglich und im Übrigen auch bevorzugt, die Spulenstromstärke so anzupassen, dass das magnetfeldindikative Signale erzeugende Element wieder im linearen Bereich betrieben wird und dieser lineare Bereich nicht mehr überschritten wird. Zudem erlaubt das schnelle Ab¬ fahren eine Erfassung auch hoher Frequenzen vom zu messenden Signal. Es ist demnach möglich und bevorzugt, wenn das mag- netfeldindikative Signale erzeugende Element einen (stärker) nichtlinearen Bereich bei starken Magnetfeldern aufweist, und die Quelle dazu ausgebildet ist, die Spule mit so geringen Strömen zu erregen, dass das Element magnetfeldindikative Signale im linearen Bereich erzeugt. Zugleich kann die Aus- wertung auch so ausgebildet sein, dass die Signale um denIt is possible and preferred to adapt the coil currents such that the magnetic-field-indicative signal-generating element is operated in a linear range. Typically, the deviation from a linear behavior, that is to say a linear response of the output signal of the (semiconductor) sensor element as a function of the magnetic field, will be less than 15%, preferably less than 5% linearity error. This allows a sufficiently large measuring range for typical elements such as GMR and / or semiconductor elements. Linear errors are thus avoided particularly effectively. By rapidly changing the total magnetic field to which the magnetic field-indicative signal-generating element is exposed with the coil currents, it is possible to trace the characteristic curve of the magnetic-field-signal-generating element and to observe an exceeding of the linear range. So it can be easily determined if the total mag- The net field of variable coil excitation current and current to be detected (to be measured) of a conductor through which current flows is too large. It is then readily possible and otherwise preferred to adapt the coil current intensity so that the magnetic field-signal generating element is again operated in the linear range and this linear range is no longer exceeded. In addition, the fast Ab ¬ drive allows detection of high frequencies of the signal to be measured. It is thus possible and preferred if the magnetic-field-signal-generating element has a (more) nonlinear region in the case of strong magnetic fields, and if the source is designed to excite the coil with currents so low that the element displays magnetic-field-indicative signals in the linear region generated. At the same time, the evaluation can also be designed so that the signals around the
Nullpunkt womöglich ignoriert oder geringer gewichtet werden. Zero point may be ignored or weighted less.
Es ist möglich und bevorzugt, wenn der Spulenstrom oszillierend variiert wird und insbesondere einen sinusförmigen Ver- lauf aufweist; dabei kann entweder nur eine sinusförmigeIt is possible and preferred if the coil current is varied in an oscillating manner and in particular has a sinusoidal course; either only one sinusoidal
(Wechselstrom- ) Komponente als Spulenstrom verwendet werden oder es kann zusätzlich eine Gleichstromkomponente auf die Spule aufgeprägt werden, insbesondere so, dass sich ein Mittelwert des mit dem magnetfeldindikativen Element erfassten Signals von 0 ergibt. (AC) component can be used as a coil current or it can also be impressed on the coil, a DC component, in particular so that there is an average of the signal detected by the magnetic field-indicative element of zero.
Es ist also möglich und bevorzugt, wenn die Quelle für nichtkonstante Erregungsströme dazu ausgebildet ist, (auch) sinusförmige Erregungsströme beziehungsweise Erregungsstromkompo- nenten vorzusehen. Dass dies nicht zwingend ist, sei aber erwähnt. Die Verwendbarkeit anderer variierender Stromverläufe, etwa Sägezahn- oder Dreieckskurvenverläufe, sei explizit er- wähnt. Dabei ist es aber bevorzugt, wenn die Haltezeiten, bei welchen die Spulenerregungsstromstärke konstant ist, insge¬ samt kurz gegen jene Zeiten im Spulenerregungsstromstärkezyk- lus sind, in welchen die Spulenerregungsstromstärke sich än- dert. Sofern Haltezeiten überhaupt vorgesehen werden, ist es bevorzugt, wenn diese nicht mehr als 10 % der für das Durch¬ laufen eines Änderungszyklus erforderlichen Zeit andauern. Indem während der Änderung der nichtkonstanten Erregungsströ¬ me gemessen wird, wird es zugleich möglich, während praktisch eines vollständigen Erregungsstromzyklus zu messen bezie¬ hungsweise die Messung durch nicht zu lange Haltephasen zu beeinträchtigen. Anders als bei nach dem Stand der Technik verwendeten Rechteckimpulsen, bei denen nur während der Hal¬ tephasen die Messsignale bestimmt werden sollen, ergibt sich so eine gute Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Messzeit. It is thus possible and preferred if the source of non-constant excitation currents is designed to (also) provide sinusoidal excitation currents or excitation current components. That this is not mandatory, but mentioned. The usability of other varying current curves, such as sawtooth or triangular waveforms, should be explicitly stated. imagines. But It is preferred that the holding times in which the coil excitation current is constant, IMP EXP ¬ together are short against those times in Spulenerregungsstromstärkezyk- lus in which the coil excitation current is changed AEN. If holding times are provided at all, it is preferred that they do not last more than 10% of the time required for the execution of a cycle of change. By measuring the change during the non-constant Erregungsströ ¬ me, it is also possible while measuring almost a full excitation current cycle rela ¬ hung, the measurement by not too long holding periods compromising. Unlike rectangular pulses used in the prior art, in which the measurement signals are to be determined only during the Hal ¬ tephasen, this results in a good utilization of the available measurement time.
Es sei im Übrigen nur der Vollständigkeit halber erwähnt, dass zwar typisch die Spulenerregungsstromstärke zyklisch beziehungsweise periodisch variiert, dass aber gleichwohl gege- benenfalls auch stochastisch variierende Spulenerregungsstromstärken gewählt werden können. Incidentally, it should be mentioned only for the sake of completeness that, although the coil excitation current intensity typically varies cyclically or periodically, stochastically varying coil excitation current strengths may nevertheless be selected as desired.
Bei nur einer rein sinusförmigen Wechselstromkomponente kann aus der Lage des Schwerpunktes der magnetfeldindikativen Sig- nale auf die zu messende Stromstärke geschlossen werden. Bei zusätzlicher Aufprägung einer (das zu messende Feld partiell oder ganz kompensierende) Gleichstromkomponente kann die überlagerte (zum Beispiel sinusförmige) Wechselstromkomponente größer gehalten werden, was vorteilhaft ist. Dass die Gleichstromkomponente des Spulenerregungsstromes und/oder die Wechselstromkomponente des Spulenerregungsstromes an den jeweils zu messenden Strom durch den Leiter ganz oder partiell angepasst werden kann, sei im Übrigen erwähnt. Dazu kann ein Regelkreis verwendet werden. Es ist demnach möglich und bevorzugt, wenn eine Rückkopplungsschleife zur Bestimmung des durch die Spule fließenden Stromes vorgesehen ist. Dies ist vorteilhaft für insbesondere die Messung sehr großer Ströme. Durch die Möglichkeit, den Spulenstrom schnell zu verändern, werden hohe Frequenzen ohne weiteres messbar. Ebenso ist es möglich, kleinere Änderungen eines großen Stromes zu erfassen, indem Abweichungen des Signalmittelwertes von Null be- stimmt werden. With only a purely sinusoidal AC component, it is possible to deduce the position of the center of gravity of the signals indicative of the magnetic field on the current to be measured. With additional imprinting of a (the field to be measured partially or completely compensating) DC component, the superimposed (for example, sinusoidal) AC component can be kept larger, which is advantageous. That the DC component of the coil excitation current and / or the AC component of the coil excitation current to the respective current to be measured through the conductor in whole or in part be adapted, is mentioned otherwise. For this purpose, a control loop can be used. It is thus possible and preferred if a feedback loop is provided for determining the current flowing through the coil. This is advantageous in particular for the measurement of very large currents. The ability to change the coil current quickly, high frequencies are easily measurable. It is also possible to detect smaller changes in a large current by determining deviations of the mean signal value from zero.
Es ist möglich und bevorzugt, wenn die magnetfelderzeugende Spule den Sensor umgibt und dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld parallel oder antiparallel jenem eines zu messenden Stromes zu erzeugen. Die Spule kann das magnetfeldindikative Signale erzeugende Element insbesondere umgeben, so dass die Gesamtanordnung klein gebildet werden kann und vergleichsweise geringe Spulenströme erforderlich sind. Dies erlaubt eine baulich kleine Ausgestaltung von Strommessgeräten nach der Erfindung. Es ist möglich, die Spulen kernfrei auszubilden, was die vorerwähnten Vorteile bietet; dies ist jedoch nicht zwingend. Vielmehr kann unter Umständen auch die Verwendung eines Kerns vorteilhaft sein. Bevorzugt wird dabei ein einzelner Kern genommen, der bei Ausbildung des Gesamtgerätes als Zange in zwei Teile aufgetrennt ist, die bei Benutzung des Messgerätes den von der Zange umgriffenen Leiter gemeinsam umgeben. Die magnetfeldindikativen Elemente werden entweder in den Kern eingearbeitet sein, oder, was aufgrund der baulich einfacheren Ausbildung bevorzugt ist, in unmittelba- rer Nähe des Kerns angeordnet sein. Wenn, wie für die Zange beschrieben, der Kern als geteilter, den einen zu messenden Strom leitenden Leiter umgebender Ring gestaltet ist, wird es bevorzugt, die magnetfeldindikativen Elemente nahe am Ring sowie zwischen Ring und Leiter anzuordnen. It is possible and preferred if the magnetic-field-generating coil surrounds the sensor and is designed to generate a magnetic field parallel or antiparallel to that of a current to be measured. The coil can in particular surround the magnetic field-signal generating element, so that the overall arrangement can be made small and comparatively small coil currents are required. This allows a structurally small configuration of ammeters according to the invention. It is possible to form the coils core-free, which offers the advantages mentioned above; however, this is not mandatory. Rather, under certain circumstances, the use of a core may be advantageous. Preferably, a single core is taken, which is separated in the formation of the overall device as a pair of pliers in two parts that surround the use of the measuring device embraced by the pliers head together. The magnetic field-indicating elements will either be incorporated into the core, or, which is preferred because of the structurally simpler design, be arranged in the immediate vicinity of the core. When, as described for the forceps, the core is shaped as a split ring surrounding the one current-carrying conductor to be measured, it becomes preferred to arrange the magnetic field-indicating elements close to the ring and between the ring and conductor.
Es ist möglich und bevorzugt, wenn das magnetfeldindikative Signale erzeugende Element ein Halbleitersensor ist, und/oder ein G R-Element . Derartige Elemente sind ohne weiteres ver¬ fügbar und besitzen eine Ausgangsspannung-Magnetfeld-stärken- Kennlinie, die über eine einen weiten Bereich sehr linear ist und außerhalb dieses linearen Bereiches schnell und gut er- kennbar in einen nichtlinearen Bereich übergeht, was für Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft ist. Schnell in einen nichtlinearen Bereich übergehend bedeutet hier, dass sich auch bei starken Änderungen des Magnetfeldes, welchem das magnetfeldindikative Element ausgesetzt ist, nur noch geringe Änderungen der Ausgangsspannung ergeben. Mit anderen Worten wird sich die Ausgangsspannung des magnetfeldindikativen Elementes auch bei großen Änderungen des Spulenstromes nur wenig ändern. Es ist bevorzugt, wenn eine Vielzahl magnetfeldindikative Signale erzeugender Elemente mit zugeordneten magnetfelderzeugenden Spulen vorgesehen ist, die paarweise diametral um ein Zentrum herum angeordnet sind, insbesondere äquidistant. So kann vermeiden werden, dass sich durch die Entfernung des magnetfeldindikative Signale erzeugenden Elementes vom zu erfassenden Leiter Messfehler ergeben; es wird nämlich möglich, eine größere Entfernung eines ersten Elementes vom zu erfassenden Leiter durch simultane Bezugnahme auf ein zweites, dem ersten diametral gegenüberliegendes Element zu kompensieren. It is possible and preferred if the magnetic-field-generating signal-generating element is a semiconductor sensor, and / or a G R element. Such elements are readily ver ¬ available and have an output voltage-magnetic field-strength characteristic curve, which is very linear over a wide range and outside this linear range quickly and easily recognizable merges into a non-linear region, which is for purposes of the present Invention is particularly advantageous. Rapidly moving into a nonlinear range here means that only small changes in the output voltage result even with strong changes in the magnetic field to which the magnetic field-indicating element is exposed. In other words, the output voltage of the magnetic field-indicating element will change only slightly with large changes in the coil current. It is preferred if a plurality of magnetic field-indicative signals generating elements is provided with associated magnetic field generating coils which are arranged in pairs diametrically around a center, in particular equidistant. Thus, it can be avoided that measurement errors result from the removal of the magnetic-field-signal generating element from the conductor to be detected; in fact, it becomes possible to compensate for a greater distance of a first element from the conductor to be detected by simultaneous reference to a second, diametrically opposite element.
Es ist daher bevorzugt, wenn. eine Auswerteschaltung zur Bestimmung eines Stromes unter Berücksichtigung der magnetfel- dindikativen Signale einer Mehrzahl der magnetfeldindikativen Elemente vorgesehen ist. It is therefore preferable if . an evaluation circuit for determining a current taking into account the magnetic field dindikativen signals of a plurality of magnetic field-indicating elements is provided.
Es ist bei Vorliegen mehrerer magnetfeldindikativer Signale erzeugender Elemente bevorzugt, wenn Strom. für eine erste Anzahl von Spulen unabhängig von jenem durch eine zweite Anzahl von Spulen bestimmbar ist und insbesondere der Strom durch jede Spule unabhängig bestimmbar ist. Es ist möglich und bevorzugt, wenn der Stromsensor als Zange ausbildet ist. Hierzu können um den Zangenrand herum mehrere magnetfeldindikative Signale erzeugende Elemente vorgesehen werden. Die Auswerteschaltung, kann dabei bevorzugt durch hochintegrierte Schaltkreise realisiert werden und wird be- vorzugt in der Zange selbst untergebracht werden, erforderlichenfalls mit allen Schaltungsanordnungen, Regelkreisen usw. für die Bestimmung der Spulenströme usw. It is preferred in the presence of a plurality of magnetic field-indicative signals generating elements when current . for a first number of coils independently of that by a second number of coils can be determined, and in particular the current through each coil is independently determinable. It is possible and preferred if the current sensor is designed as a pair of pliers. For this purpose, several magnetic field-generating signals generating elements can be provided around the nipper edge. The evaluation circuit can preferably be realized by highly integrated circuits and is preferably accommodated in the clamp itself, if necessary with all circuit arrangements, control loops etc. for the determination of the coil currents, etc.
Schutz wird auch beansprucht für ein Verfahren zur Bestimmung eines Stromes, bei welchem ein magnetfeldindikative Signale erzeugendes Element in die Nähe eines von dem Strom durch- flossenen Leiter gebracht wird, mit einer magnetfelderzeugenden Spule durch Erregung mit einem Wechselstrom ein wechselndes Magnetfeld am magnetfeldindikativen Element erzeugt wird und der Strom anhand jener magnetfeldindikative Signale ermittelt wird, die während der Änderung der Spulenströme er- fasst werden. Protection is also claimed for a method for determining a current in which a magnetic-field-indicative signal-generating element is brought into the vicinity of a conductor through which current flows, with a magnetic field-generating coil being generated by alternating current excitation an alternating magnetic field at the magnetic-field-indicative element and the current is determined from those magnetic field indicative signals which are detected during the change of the coil currents.
Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser ist dargestellt durch: eine Schnittansicht durch eine Stromzange der vorliegenden Erfindung; eine Schnittansicht durch ein magnet- feldindikative Signale erzeugendes Element mit zugeordneter Spule der vorliegenden Erfindung; die Ausgangsspannungs-Magnetfeldstärken- Kennlinie eines für die Erfindung bevorzugt eingesetzten Elementes; die Ausgangssignale des magnetfeldindikative Signale erzeugenden Elementes von Fig.3 für unterschiedlichen Spulen- Erregungsstrombedingungen und unterschiedliche, von zu messenden Strömen erzeugten Magnetfelder; ein Signalweg eines Messkanales in einem Strommessgerät der vorliegenden Erfindung; The invention will now be described by way of example only with reference to the drawings. In this is represented by: a sectional view through a current clamp of the present invention; a sectional view through a magnetic field-associated signal-generating element with associated coil of the present invention; the output voltage magnetic field strength characteristic of an element preferably used for the invention; 3 shows the output signals of the magnetic-field-indicative signal-generating element of FIG. 3 for different coil excitation current conditions and different magnetic fields generated by currents to be measured; a signal path of a measurement channel in a current meter of the present invention;
Veranschaulichung der Messaufgabe in Seitenansicht; Illustration of the measuring task in side view;
Veranschaulichung der Messaufgabe in Draufsicht . Illustration of the measuring task in plan view.
Die Figuren erläutern einen Stromsensor mit einer Auswerteschaltung zur Strommessung, um die mit einem magnetfeldin- dikative Signale erzeugenden Element erfassten Signale auszuwerten und mit einer magnetfelderzeugenden Spule, der eine Quelle für nichtkonstante Erregungsströme zugeordnet ist, um magnetfeldindikative Signale bei wechselnden Spulenfeldern erfassen zu können, wobei die Auswerteschaltung dazu ausgebildet ist, die bei Änderung der nichtkonstanten Erregungsströme erfassten Signale zur Strommessung auszuwerten. Dass eine solche Änderung erfindungsgemäß eventuell auch die Änderung einer Gleichstromkomponente umfassen und betreffen kann, welche geändert wird, um ein Messsignal im linearen Bereich des Elements zu halten, sei erwähnt. The figures explain a current sensor with an evaluation circuit for measuring the current in order to obtain a magnetic field to evaluate detected signal generating element detected signals and with a magnetic field generating coil, which is associated with a source of non-constant excitation currents to detect magnetic field -indicative signals at changing coil fields, wherein the evaluation circuit is adapted to evaluate the detected when changing the non-constant excitation current signals for current measurement , It may be mentioned that such a change may also involve and relate to the change of a DC component which is changed in order to keep a measurement signal in the linear region of the element.
Nach Figur 1 umgreift der Stromsensor 1 dabei als Zange mit zwei Teilen la, lb einen zentralen Leiter 2, durch welchen ein Strom i_prim fließt, was ein Magnetfeld B_prim erzeugt.According to FIG. 1, the current sensor 1 encompasses as a pair of pliers with two parts 1a, 1b a central conductor 2, through which a current i_prim flows, which generates a magnetic field B_prim.
Der Stromsensor 1 erfasst, wie beschrieben wird, i_prim durch Messen des Magnetfeldes B_prim. As described, the current sensor 1 detects i_prim by measuring the magnetic field B_prim.
Dazu sind die Zangenteile la, lb im dargestellten Querschnitt halbkreisförmig gebildet und mit - hier jeweils drei - mag- net-feldindikative Signale erzeugenden Halbleiterelementen 3al, 3a2, 3a3 sowie 3bl, 3b2, 3b3 versehen. Diese sind, wie bevorzugt und möglich, paarweise diametral gegenüberliegend. Sie sind auch, was ebenfalls bevorzugt ist, äquidistant. For this purpose, the pliers parts 1a, 1b are formed semicircularly in the illustrated cross-section and provided with semiconductor elements 3a1, 3a2, 3a3 and 3bl, 3b2, 3b3, each generating three magnetically field-indicative signals. These are, as preferred and possible, diametrically opposite in pairs. They are also, what is also preferred, equidistant.
Jedes der magnetfeldindikative Signale erzeugenden Halbleiterelemente ist innerhalb einer stromdurchflossenen Biasspule 4al-4b3 angeordnet, welche am magnetfeldindikative Signale erzeugenden Halbleiterelement ein Magnetfeld erzeugt, das je- nem des zentralen Leiters 2 entweder parallel oder antiparallel ist. Wie aus Fig. 2 sowie den Fig. 6 und 7 ersichtlich, treten dazu die Spulenwicklungen der Biasspulen senkrecht durch die Papierebene. Die Biasspule kann ohne ferromagnetische Materialien gebildet sein, so dass durch ferromagnetische Materia- lien verursachte Nichtlinearitäten vermieden werden. Fig. 2 zeigt zudem bereits schematisch, dass der Biasspule eine Spulenerregungsstromquelle für Wechselstrom zugeordnet ist und dem magnetfeldindikative Signale erzeugenden Halbleiterele¬ ment eine Signalkonditionierungsschaltung (hier veranschau- licht als OPAMP) . Es sei erwähnt, dass es bevorzugt ist, wenn nicht nur jedem magnetfeldindikative Signale erzeugenden Halbleiterelement eine eigene Biasspule zugeordnet ist, sondern dieser wiederum jeweils eine eigene Bias-Stromquelle . Fig 2 zeigt, dass die Biasspule den Sensor eng umgibt, was die für ein bestimmtes Magnetfeld erforderlichen Ströme gering hält. Each of the semiconductor elements generating magnetic field-indicating signals is arranged within a current-carrying bias coil 4al-4b3, which generates a magnetic field at the magnetic field-generating semiconductor element which is either parallel or antiparallel to each of the central conductor 2. As can be seen from FIG. 2 and FIGS. 6 and 7, the coil windings of the bias coils pass perpendicularly through the plane of the paper. The bias coil can be formed without ferromagnetic materials, so that nonlinearities caused by ferromagnetic materials are avoided. Fig. 2 also shows already schematically that the bias coil is associated with a coil excitation current source for alternating current and the magnetic field-generating signals Halbleiterele ¬ ment element a signal conditioning circuit (here illustrated as OPAMP). It should be mentioned that it is preferred if not only each magnetic field-generating signal generating semiconductor element is assigned its own bias coil, but this in turn each has its own bias current source. FIG. 2 shows that the bias coil closely surrounds the sensor, which keeps the currents required for a specific magnetic field small.
Fig. 3 zeigt nun die Ausgangsspannungs-Biasspulenstrom-Kenn- linie. Dargestellt ist die Ausgangsspannung des magnetfeldin- dikative Signale erzeugenden Halbleiterelementes gegen den Erregungsstrom der Biasspule für wechselnde Polaritäten bei vernachlässigbarem äußeren Magnetfeld. Es ist zunächst zu erkennen, dass die Hysterese gering ist. Weiter ist zu erkennen, dass es einen weiten Bereich gibt, in dem die Kurve li- near verläuft und dass die Kurve oberhalb dieses Bereiches relativ schnell abflacht. Zudem ist die Kurve symmetrisch, das heißt die Kurve für negative Biasspulenströme entspricht jener für positive Biasspulenströme. Es handelt sich demnach um ein betragsbildendes magnetfeldindikatives Sensorelement zur Erzeugung magnetfeldindikativer Signale. Fig. 4 zeigt, von links nach rechts, wie sich die Biasspulen- stromstärke-Ausgangsspannung-Kennlinie sich verändert, wenn zunächst die Biasspulen-Stromstärke soweit verringert wird, dass das magnetfeldindikative Signale erzeugende Halblei- terelement unterhalb seiner Sättigung betrieben wird und dann ein Offset zu dem durch den alternierenden Biasspulen- Wechselstrom erzeugten Magnetfeld hinzukommt. Es sei erwähnt, dass dieser Offset sowohl durch eine von Null verschiedene Gleichstromkomponente erzeugt werden kann als auch durch ein von Null verschiedenes externes Magnetfeld, also insbesondere ein Magnetfeld, das der zu messende, durch den Leiter 2 fließende Strom erzeugt. Es ist ersichtlich, dass das Minimum der Kennlinie jetzt nicht mehr symmetrisch zu den Maxima liegt; aus der erfindungsgemäßen Auswertung dieser Asymmetrie kann demnach auf das externe Magnetfeld geschlossen werden. Wenn dabei eine asymmetrische Lage der Kennlinie partiell durch das Aufprägen einer Biasstrom-Gleichstromkomponente kompensiert wird, so ist dies vorteilhaft, weil damit die Kennlinie weiterhin weit ausgefahren werden kann; die eigentliche Mes- sung kann ohne weiteres durchgeführt werden, weil die 3 now shows the output voltage bias coil current characteristic. Shown is the output voltage of the magnetic field-indicative signals generating semiconductor element against the excitation current of the bias coil for changing polarities with negligible external magnetic field. It can be seen first that the hysteresis is low. It can also be seen that there is a wide range in which the curve runs linear and that the curve flattens relatively quickly above this range. In addition, the curve is symmetrical, that is, the curve for negative bias coil currents corresponds to that for positive bias coil currents. It is therefore an amount-forming magnetic field-indicative sensor element for generating magnetic field-indicative signals. 4 shows, from left to right, how the bias coil current output voltage characteristic curve changes when the bias coil current intensity is first reduced to such an extent that the semiconductor element generating magnetic field-indicative signals is operated below its saturation and then an offset is added to the magnetic field generated by the alternating Biasspulen- AC. It should be noted that this offset can be generated both by a non-zero DC component and by a non-zero external magnetic field, ie in particular a magnetic field generated by the current flowing through the conductor 2 current to be measured. It can be seen that the minimum of the characteristic is no longer symmetrical to the maxima; From the evaluation of this asymmetry according to the invention can therefore be concluded that the external magnetic field. If an asymmetrical position of the characteristic curve is partially compensated by the impressing of a bias current DC component, this is advantageous because it allows the characteristic curve to continue to be widely extended; the actual measurement can be carried out without difficulty because the
Biasstrom-Gleichstromkomponente ohne weiteres bei der Bestimmung des durch den Leiter fließenden, zu messenden Stroms berücksichtigt werden kann. Vor diesem Hintergrund kann eine Beschaltung für die magnet- feldindikative Signale erzeugenden Halbleiterelemente beispielsweise aussehen wie in Fig. 5 dargestellt.  Biasstrom DC component can be readily taken into account in the determination of the current flowing through the conductor to be measured. Against this background, a circuit for the magnetic field-producing signals generating semiconductor elements may, for example, as shown in Fig. 5.
Nach Fig. 5 umfasst die der magnetfelderzeugenden Biasspule zugeordnete Quelle für nichtkonstante Erregungsströme einen Sinusgenerator und einen Leistungsverstärker, der Gleich- und Wechselströme an die Biasspule speisen kann. Dem in Fig. 5 entsprechend seiner (bevorzugten) Bauweise als GMR (Giant Magneto-Resistor) bezeichneten, magnetfeldindika- tive Signale erzeugenden Element ist eine Auswerteschaltung nachgeordnet, welche die Differenz des Ausgangsspannungsbetrages im Umkehrpunkt der Kennlinien erfasst und an ein übliches Regel-Rechen-Gerät speist, mit dem zum Beispiel eine Proportional-Integral-Funktionalität, eine Proportionalintegral-Differential-Funktionalität, eine Dead-Beat- Filtercharakteristik, eine Kaiman-Filtercharakteristik und/oder eine Luenberger-Filtercharakteristik implementierbar ist. Das vom Regel-Rechen-Gerät erzeugte Ausgangssignal wird einerseits als Regelsignal an den Leistungsverstärker gespeist und dort am Eingang zu dem Wechselspannungssignal aus dem Sinusgenerator mit einer solchen Polarität addiert, dass der Differenz des Ausgangsspannungsbetrages im Umkehrpunkt der Kennlinien entgegengewirkt wird. Dies ändert erfindungsgemäß die Erregungsströme, so dass diese nichtkonstant sind. Die Bestimmung des Umkehrpunktes ist auch mit Analogschalt- kreisen ohne weiteres möglich; es sei aber erwähnt, dass eine Signaldigitalisierung und digitale Signalverarbeitung ohne weiteres möglich ist. Referring to Fig. 5, the source of non-constant excitation currents associated with the magnetic field generating bias coil includes a sine wave generator and a power amplifier capable of feeding DC and AC currents to the bias coil. The signal generating in accordance with its (preferred) construction in FIG. 5 as a GMR (Giant Magneto Resistor), element generating magnetic-field-indicative signals is followed by an evaluation circuit, which detects the difference of the output voltage magnitude at the point of reversal of the characteristic curves and sends it to a conventional rule-calculating device. Device with which, for example, a proportional-integral functionality, a proportional integral differential functionality, a dead-beat filter characteristic, a Kalman filter characteristic and / or a Luenberger filter characteristic can be implemented. The output signal generated by the rule-computing device is fed on the one hand as a control signal to the power amplifier and there added at the input to the AC signal from the sine wave generator with such a polarity that the difference of the output voltage is counteracted in the reversal point of the characteristics. This changes the excitation currents according to the invention so that they are non-constant. The determination of the reversal point is readily possible with analog circuits; It should be noted, however, that signal digitization and digital signal processing are readily possible.
Das Ausgangssignal des Regel-Rechen-Geräts wird überdies an einen Auswerteschaltkreis gespeist, der ein dem erfasstenThe output of the rule-computing device is also fed to an evaluation circuit, the one detected
Magnetfeld des Leiters proportionales Signal erzeugt und als UDC ausgibt. Magnetic field of the conductor generates proportional signal and outputs as UDC.
Die Anordnung der vorliegenden Erfindung wird verwendet wie folgt: Zunächst wird eine Kalibrierung der einzelnen Sensorelemente vorgenommen, um eine Beziehung zwischen der Ausgangsspannung jedes magnetfeldindikative Signale erzeugenden Elementes und dem Strom durch einen genau durch das Zentrum der Zange tre- tenden Leiter zu bestimmen und erforderlichenfalls die Charakteristik der jeweiligen Biasstromquellen einstellen zu können, d.h. zu bestimmen, wie groß ein jeweiliger Biasstrom ohne Magnetfeld sein soll, wie stark eine Offsetspannung am Eingang des Biasstrom-Lexstungsverstärkers bei gegebenem Aus- gang des Regel-Rechen-Geräts sein soll usw. The arrangement of the present invention is used as follows: First, a calibration of the individual sensor elements is performed in order to determine a relationship between the output voltage of each magnetfeldindikative signal generating element and the current through an exactly through the center of the pliers behead conductors and if necessary to be able to adjust the characteristics of the respective bias current sources, ie determine how large a respective bias current without magnetic field should be, how strong an offset voltage should be at the input of the Biasstrom-Lexstungsverstärkers given output of the rule-computing device, etc.
Danach ist die Anordnung messbereit. Thereafter, the arrangement is ready to measure.
Wenn nun ein unbekannter Strom durch den Leiter fließt, kann dieser ohne weiteres durch die Bestimmung der Differenz der Ausgangsspannungen der Kennlinie bzw. anhand des asymmetrischen Kennlinienverlaufs bestimmt werden. Now, if an unknown current flows through the conductor, this can be readily determined by determining the difference of the output voltages of the characteristic curve or on the basis of the asymmetric characteristic curve.
Indem bei der Auswertung die diametral gegenüberliegenden magnetfeldindikative Signale erzeugenden Elemente gemeinsam ausgewertet werden, ist die Anordnung zudem praktisch unabhängig von der Lage des stromdurchflossenen Leiters innerhalb der aufgespannten Messfläche. Zudem wird mit einer erhöhten Anzahl an magnetfeldindikative Signale erzeugende Elemente auch der Einfluss von Störfeldern, die außerhalb der aufgespannten Messfläche liegen, minimiert. By evaluating the diametrically opposite magnetic field-generating signals generating elements together in the evaluation, the arrangement is also practically independent of the position of the current-carrying conductor within the spanned measuring surface. In addition, with an increased number of magnetic field-generating signals generating elements and the influence of interference fields that are outside of the spanned measuring surface minimized.

Claims

Patentansprüche claims
Stromsensor mit einer Auswerteschaltung zur Strommessung, um die mit einem magnetfeldindikative Signale erzeugenden Element erfassten Signale auszuwerten und mit einer magnetfelderzeugenden Spule, der eine Quelle für nichtkonstante Erregungsströme zugeordnet ist, um magnetfeldindi¬ kative Signale bei wechselnden Spulenfeldern messen zu können, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetfeldindi¬ kative Element ein magnetoresistiver Sensor ist und die Quelle für nichtkonstante Erregungsströme dazu ausgebildet ist, die nichtkonstanten Erregungsströme im Anspre¬ chen auf mit dem magnetfeldindikativen Element erfasste Signale zu bestimmen, wobei die Auswerteschaltung dazu ausgebildet ist, Ströme im Ansprechen auf die während der Änderung der nichtkonstanten Erregungsströme mit dem magnetfeldindikativen Element erfassten Signale zu bestimmen . 2. Stromsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Current sensor having an evaluation circuit for measuring current in order to evaluate the signals detected by a magnetic field-generating element and signals to a magnetic field generating coil, which is associated with a source of non-constant excitation currents to magneticfeldindi ¬ kative signals at changing coil fields, characterized in that the Magnetfeldindi ¬ kative element is a magnetoresistive sensor and the source of non-constant excitation currents is designed to determine the non-constant excitation currents in Anspre ¬ Chen on detected with the magnetic field indicative element signals, wherein the evaluation circuit is adapted to currents in response to during the change determine the non-constant excitation currents with the magnetic field-detected element detected signals. 2. Current sensor according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die magnetfelderzeugende Spule das magnetfeldindikative Signale erzeugende Element umgibt und dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld parallel oder antiparallel jenem eines zu messenden Stromes zu er- zeugen.  characterized in that the magnetic-field-generating coil surrounds the magnetic-field-indicative signal-generating element and is designed to generate a magnetic field parallel or antiparallel to that of a current to be measured.
Stromsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Current sensor according to one of the preceding claims, characterized in that
das magnetfeldindikative Signale erzeugende Element einen nichtlinearen Bereich bei starken Magnetfeldern aufweist,  the magnetic-field-indicative signal-generating element has a nonlinear region in the case of strong magnetic fields,
und  and
- 23 - die Quelle dazu ausgebildet ist, die Spule mit so geringen Strömen zu erregen, dass das Element magnetfeldindi- kative Signale im linearen Bereich erzeugt, bevorzugt in einem Bereich mit einer Linearitätsabweichung < 10 %, insbesondere bevorzugt < 5 %. - 23 - the source is designed to excite the coil with currents that are so low that the element generates magnetic-field-indicative signals in the linear range, preferably in a range with a linearity deviation <10%, particularly preferably <5%.
Stromsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle für nichtkonstan te Erregungsströme dazu ausgebildet ist, sinusförmige Er regungsströme vorzusehen. Current sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the source of nichtkonstan te excitation currents is designed to provide sinusoidal He flow of excitation.
Stromsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungsschleife dazu ausgebildet ist, die Signale des magnetfeldindi- kativen Signale erzeugenden Elementes in einem linearen Bereich zu halten und insbesondere auf einen Mittelwert von 0 zu regeln. Current sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the feedback loop is adapted to keep the signals of the magnetic field-indicative signal generating element in a linear range and in particular to regulate to an average value of zero.
Stromsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das das magnetfeldindikat Signale erzeugende Element ein Halbleitersensor ist, und/oder ein GMR-Element. Current sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetfeldindikat signals generating element is a semiconductor sensor, and / or a GMR element.
Stromsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl magnetfeldin- dikative Signale erzeugende Elemente mit zugeordneten magnetfelderzeugenden Spulen vorgesehen ist, die paarwei se diametral um ein Zentrum herum angeordnet sind, insbe sondere äquidistant. Current sensor according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of magnetic field-indicative signals generating elements is provided with associated magnetic field generating coils which are arranged paarwei se diametrically around a center around, in particular special equidistant.
Stromsensor nach., dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Strom für eine erste Anzahl von Current sensor according to, the preceding claim, characterized in that the current for a first number of
- 24 - Spulen unabhängig von jenem durch eine zweite Anzahl von Spulen bestimmbar ist und insbesondere der Strom durch jede Spule unabhängig bestimmbar ist. - 24 - Coils independently of that by a second number of coils can be determined and in particular the current through each coil is independently determined.
Stromsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteschaltung zur Bestimmung eines Stromes unter Berücksichtigung der magnetfeldindikativen Signale einer Mehrzahl der Sensoren vorgesehen ist. Current sensor according to one of the preceding claims, characterized in that an evaluation circuit for determining a current, taking into account the magnetic field-indicative signals of a plurality of sensors is provided.
Stromsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er als Zange ausgebildet Current sensor according to one of the preceding claims, characterized in that it is designed as a pair of pliers
11. Verfahren zur Bestimmung eines Stromes, dadurch gekennzeichnet, dass ein magnetfeldindikative Signale erzeugendes Element in die Nähe eines von dem zu bestimmenden Strom durchflossenen Leiter gebracht wird, die magnetfel- dindikativen Signale bei wechselnden Spulenfeldern einer magnetfelderzeugenden Spule erfasst werden, wobei die11. A method for determining a current, characterized in that a magnetfeldindikative signals generating element is brought into the vicinity of a current flowing through the conductor to be determined conductor, the magnetic field-dindikativen signals are detected at changing coil fields of a magnetic field generating coil, wherein the
Spulenströme im Ansprechen auf die mit dem magnetfeldindikativen Signale erzeugenden Element geändert werden und die magnetfeldindikativen Signale während sich ändernder Spulenströme erfasst werden. Coil currents are changed in response to the magnetic field generating element generating element and the magnetic field indicative signals are detected during changing coil currents.
- 25 - - 25 -
PCT/DE2012/000836 2011-08-18 2012-08-20 Current measuring device WO2013023643A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112012003417.1T DE112012003417A5 (en) 2011-08-18 2012-08-20 ammeter

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011110627.1 2011-08-18
DE102011110627 2011-08-18
DE102011110648.4 2011-08-19
DE201110110648 DE102011110648A1 (en) 2011-08-18 2011-08-19 Current sensor for measuring high-current required for electric drive of motor car, has evaluation circuit that is adapted to determine change in non-constant excitation current recorded evaluate signals for current measurement
DE2012000835 2012-08-17
DEPCT/DE2012/000835 2012-08-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013023643A1 true WO2013023643A1 (en) 2013-02-21

Family

ID=47714782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2012/000836 WO2013023643A1 (en) 2011-08-18 2012-08-20 Current measuring device

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE112012003417A5 (en)
WO (1) WO2013023643A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013112628A1 (en) * 2013-11-15 2015-05-21 Epcos Ag Apparatus, arrangement and method for measuring a current in a current-carrying primary conductor
CN113391116A (en) * 2021-03-17 2021-09-14 清华大学 Sensor array for measuring bus current

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4823075A (en) 1987-10-13 1989-04-18 General Electric Company Current sensor using hall-effect device with feedback
EP0651258A2 (en) 1993-11-02 1995-05-03 Sumitomo Special Metal Co., Ltd. DC current sensor
EP1012609B1 (en) 1997-04-21 2001-10-24 Arbeitsgemeinschaft Prof. Dr. J. Hugel Device with wide pass band for measuring electric current intensity in a conductor
US6323634B1 (en) * 1998-10-14 2001-11-27 Tdk Corporation Magnetic sensor apparatus, current sensor apparatus and magnetic sensor element
US6411078B1 (en) * 1999-01-21 2002-06-25 Tdk Corporation Current sensor apparatus
US20020158626A1 (en) * 2000-11-08 2002-10-31 Jentek Sensors, Inc. Deep penetration magnetoquasistatic arrays
EP1314993A2 (en) 2001-11-23 2003-05-28 Robert Bosch Gmbh Device for measuring a magnetic field and measuring a current
DE4202296B4 (en) 1991-01-29 2004-09-09 Asahi Kasei Electronics Co., Ltd. Magnetically compensated current transformer
US20050156587A1 (en) 2004-01-16 2005-07-21 Fieldmetrics Inc. Current sensor
EP1687645B1 (en) 2003-11-27 2007-03-21 Danfysik A/S A detector circuit to be used for measuring current
US20110121828A1 (en) 2008-07-22 2011-05-26 Rudolf Gati Magnetoresistive sensor arrangement for current measurement

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4823075A (en) 1987-10-13 1989-04-18 General Electric Company Current sensor using hall-effect device with feedback
DE4202296B4 (en) 1991-01-29 2004-09-09 Asahi Kasei Electronics Co., Ltd. Magnetically compensated current transformer
EP0651258A2 (en) 1993-11-02 1995-05-03 Sumitomo Special Metal Co., Ltd. DC current sensor
EP1012609B1 (en) 1997-04-21 2001-10-24 Arbeitsgemeinschaft Prof. Dr. J. Hugel Device with wide pass band for measuring electric current intensity in a conductor
US6323634B1 (en) * 1998-10-14 2001-11-27 Tdk Corporation Magnetic sensor apparatus, current sensor apparatus and magnetic sensor element
US6411078B1 (en) * 1999-01-21 2002-06-25 Tdk Corporation Current sensor apparatus
US20020158626A1 (en) * 2000-11-08 2002-10-31 Jentek Sensors, Inc. Deep penetration magnetoquasistatic arrays
EP1314993A2 (en) 2001-11-23 2003-05-28 Robert Bosch Gmbh Device for measuring a magnetic field and measuring a current
EP1687645B1 (en) 2003-11-27 2007-03-21 Danfysik A/S A detector circuit to be used for measuring current
US20050156587A1 (en) 2004-01-16 2005-07-21 Fieldmetrics Inc. Current sensor
US20110121828A1 (en) 2008-07-22 2011-05-26 Rudolf Gati Magnetoresistive sensor arrangement for current measurement

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AUFSATZ: "A NEW CURRENT MEASURING PRINCIPLE FOR POWER ELECTRONIC APPLICATIONS", POWER SEMI-CONDUCTOR DEVICES AND IC'S, 1999, 1999, pages 279 - 282
N. KARRER; P. HOFER-NOSER: "PCB ROGOWSKI COILS FOR HIGH DI/DT CURRENT MEASUREMENT", POWER ELECTRONICS SPECIALISTS CONFERENCE 2000, PESC 00.2000 IEEE 31ST ANNUAL, vol. 3, 2000, pages 1296 - 1301, XP000988212, DOI: doi:10.1109/PESC.2000.880497
P. RIPKA: "ALTERNATING CURRENT-EXCITED MAGNETORESISTIVE SENSOR", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 79, no. 8, 1996, pages 5211 - 5213, XP000695736, DOI: doi:10.1063/1.361343
RIPKA P ET AL: "Precise DC current sensors", INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT TECHNOLOGY CONFERENCE, 1996. IMTC-96. CONFERENCE PROCEEEDINGS. QUALITY MEASUREMENTS: THE INDISPENSABLE BRIDG E BETWEEN THEORY AND REALITY., IEEE BRUSSELS, BELGIUM 4-6 JUNE 1996, NEW YORK, NY, USA,IEEE, US, vol. 2, 4 June 1996 (1996-06-04), pages 1479 - 1483, XP010164116, ISBN: 978-0-7803-3312-3, DOI: 10.1109/IMTC.1996.507616 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013112628A1 (en) * 2013-11-15 2015-05-21 Epcos Ag Apparatus, arrangement and method for measuring a current in a current-carrying primary conductor
US10018656B2 (en) 2013-11-15 2018-07-10 Epcos Ag Device, arrangement, and method for measuring a current intensity in a primary conductor through which current flows
CN113391116A (en) * 2021-03-17 2021-09-14 清华大学 Sensor array for measuring bus current

Also Published As

Publication number Publication date
DE112012003417A5 (en) 2014-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3133908C2 (en) Compensated measuring current transformer
EP2666023B1 (en) Current measuring device
EP3248019B1 (en) Magnetic field sensor device for measuring the current flowing through a current-carrying conductor
EP2914967B1 (en) Device for the insulated measurement of current and a method for the insulated determination of current
EP2686695B1 (en) Apparatus and method for measuring magnetic fields
DE102011110648A1 (en) Current sensor for measuring high-current required for electric drive of motor car, has evaluation circuit that is adapted to determine change in non-constant excitation current recorded evaluate signals for current measurement
WO2013023643A1 (en) Current measuring device
WO2004018985A1 (en) Method for measuring stress/strain using barkhausen noises
DE102014216404B4 (en) Current measuring device and method for detecting a current
WO1988003654A1 (en) Device for measurement of a magnetic field which is constant or varies over time
DE102012009243B3 (en) Arrangement for contactless current measurement in electroplating bath, has evaluation unit which determines difference of time durations so that characteristic field of primary current is determined from difference of time durations
DE102015102913A1 (en) Magnetic bearing and method for contactless holding a body
WO2015071102A1 (en) Device, arrangement, and method for measuring an amperage in a primary conductor through which current flows
DE19844726B4 (en) Current sensor according to the compensation principle
DE102012020515A1 (en) Current sensor and method for detecting a de-energized state
EP0137896B1 (en) Circuitry for compensating variations of the transmission factor of a linear magnetic field sensor
WO1994029733A1 (en) Process for contactlessly determining electrical measurements
EP2348637A1 (en) Inductive proximity sensor and method for detecting proximity
DE3613991A1 (en) DC measurement transducer, especially for small measurement currents
EP2992337B1 (en) Method and device for monitoring and measuring a current on a magnetically biased choke
CH704267A2 (en) Inductive element e.g. transformer has measuring device equipped with measuring unit that detects measuring signals at measuring winding and determines absolute value of magnetic flux density of main core
DE102021201042B3 (en) Magnetic field sensor device and method for producing a magnetic field sensor device
DE102021104752B4 (en) CURRENT SENSOR FOR NON-CONTACT CURRENT MEASUREMENT
EP1281975B1 (en) Sensing device for indirectly measuring currents
DE102013205511A1 (en) Voltage measuring sensor

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12788416

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112012003417

Country of ref document: DE

Ref document number: 1120120034171

Country of ref document: DE

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R225

Ref document number: 112012003417

Country of ref document: DE

Effective date: 20140430

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12788416

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1