DE10213479A1

DE10213479A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Stromdichteverteilung, Temperaturverteilung und Druckverteilung über den Querschnitt eines Leiters

Info

Publication number: DE10213479A1
Application number: DE10213479A
Authority: DE
Inventors: Ralf Kraume
Original assignee: Ralf Kraume
Current assignee: KRAUME, RALF, 82544 EGLING, DE
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-10-16

Abstract

Die gleichmäßige Verteilung der elektrischen Stromdichte in einer elektrochemischen Zelle ist wichtig für einen hohen Wirkungsgrad. Die bisher bekannten Verfahren zur Messung dieser Verteilung haben eine grobe Auflösung und/oder einen hohen Aufwand. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Stromdichteverteilung, Temperaturverteilung und Druckverteilung über den Querschnitt eines Leiters zu bestimmen. DOLLAR A Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass Messzellen zu einer Matrix angeordnet werden. Die Messzellen nutzen die Tatsache aus, dass die Permeabilität eines weichmagnetischen Materials von der durch den zu messenden Strom hervorgerufenen Vormagnetisierung abhängt. Alle Messzellen in jeweils einer Zelle werden durch ein Signal aktiviert. An den Spalten kann dann ein dem zu messenden Strom entsprechendes Signal abgegriffen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht neben der Messung der Stromdichteverteilung auch die Messung von Temperaturverteilung und Druckverteilung. Das Verfahren kann mit Hilfe einer Multilayerplatine realisiert werden.

Description

Problem

Die gleichmäßige Verteilung der elektrischen Stromdichte in einer elektrochemischen Zelle, ist wichtig für einen hohen Wirkungsgrad, einen zuverlässigen Betrieb und eine hohe Lebensdauer. Wirkungsgrad, zuverlässiger Betrieb und hohe Lebensdauer hängen auch von der Verteilung der Temperatur und der Verteilung des mechanischen Drucks auf die Bipolarplatten einer Brennstoffzelle ab. Die Kenntnis dieser Verteilungen ermöglicht nun viele Einsichten in den Betrieb einer elektrochemischen Zelle. Dies sind zum Beispiel die Versorgung mit Elektrolyt, Betriebsstoffen und Kühlmittel, der Befeuchtungszustand einer Membran, lokale Massentransporteffekte, ungleichmäßig gefertigte Membran-Elektroden-Einheiten und lokal variierende Kontaktwiderstände. So wird eine Optimierung und ein optimaler Betrieb der elektrochemischen Zelle möglich.

Stand der Technik

In der Literatur und in Patenten sind nun einige Verfahren zur Vermessung der Stromdichteverteilung beziehungsweise des Stoffumsatzes beschrieben worden.

In der Offenlegungsschrift DE 100 03 584 A1 wird ein Verfahren beschrieben, welches die Stromdichteverteilung in einer Brennstoffzelle über die Vermessung des äußeren Magnetfeldes bestimmt.

In der Patentschrift DE 197 50 738 C1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem auf einer Trägerplatte Strom-Messzellen montiert werden. Über den Strom durch die Messzelle kann der Stoffumsatz in der an die jeweilige Messzelle anschließenden Membran-Elektroden- Einheit bestimmt werden.

In "S. J. C. Cleghorn, C. R. Derouin, M. S. Wilson, S. Gottesfeld, A printed circuit board approach to measuring current distribution in a fuel cell, Journal of Electrochemistry, Vol. 28, 1998, Seiten 663-672" ist eine segmentierte Anode für eine Brennstoffzelle vorgestellt worden. Sie ist aus einer durchkontaktierten gedruckten Leiterplatte gefertigt. Ein Segment wird mit einer ersten Konstantspannungsquelle verbunden und der durch das Segment fließende Strom gemessen. Die übrigen Segmente werden mit einer zweiten Konstantspannungsquelle verbunden. Durch Umschalten zwischen den Segmenten kann so der Strom durch alle Segmente gemessen werden.

In "Jürgen Stumper, Stephen A. Campbell, David P. Wilkinson, Mark C. Johnson and Mike Davis, In-situ methods for the determination of current distribution in PEM fuel cells, Electrochimica Acta, Vol. 43, No. 24, 1998, Seiten 3773-3783" werden drei Methoden beschrieben, die Auskunft über die Stromdichteverteilung liefern sollen. Dies sind die Partielle Membran-Elektrodeneinheit-Methode, die Unterzellernmethode und die Stromabbildungstechnik. Bei der Partiellen Membran-Elektrodeneinheit-Methode wird nur ein Teil der Membran mit Katalysator beschichtet. Durch Messungen an mit unterschiedlichen Teilen beschichteten Membranen kann so auf die Stromdichteverteilung geschlossen werden. Bei der Unterzellenmethode sind einige Bereiche der Membran-Elektrodeneinheit und passend dazu auch in der Anode und Kathode vom Rest der Zelle isoliert und werden separat angesteuert. Bei der Stromabbildungstechnik werden zwischen die Strömungsfeldplatte und die Ableitplatte Widerstände geschaltet. Der Spannungsabfall an diesen Widerständen ist ein Maß für den Strom.

Zur Vermessung der Druckverteilung werden Folien verwendet, die kleine, mit Farbe gefüllte Kügelchen enthalten. Bei einem gewissen Druck platzen die Kügelchen und färben die Folie. Aus der Intensität der Färbung kann auf die herrschenden Druckverhältnisse geschlossen werden.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Stromdichteverteilung und/oder die Temperaturverteilung und/oder die Druckverteilung über den Querschnitt eines Leiters zu bestimmen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den ortsabhängigen Stoffumsatz in einer elektrochemischen Zelle zu bestimmen.

Lösung der Aufgabe

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass Messzellen in einer Matrix angeordnet werden. Die Messzellen werden so aufgebaut, dass sie auf die physikalischen Größen Strom und/oder Temperatur und/oder mechanische Kräfte reagieren. Benutzt wird hierbei, dass die Permeabilität von weichmagnetischen Werkstoffen, wie z. B. Ferriten, von der Vormagnetisierung, der Temperatur und den auf den weichmagnetischen Werkstoff wirkenden mechanischen Kräften abhängt. Die Messzellen sind zeilen- und spaltenweise gekoppelt. Alle Messzellen in jeweils einer Zeile werden durch ein Signal aktiviert so, dass an den Spalten ein Signal abgegriffen werden kann, dass der zu messenden Größe an einer bestimmten Stelle entspricht.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Messung von Stromdichteverteilung und/oder Temperaturverteilung und/oder Druckverteilung jeweils mit hoher Auflösung.

Es ist möglich die Messung von Stromdichteverteilung, Temperaturverteilung und Druckverteilung in einer Vorrichtung zu vereinigen.

Die Vorrichtung ist einfach und mit geringem Aufwand herzustellen, wobei der Aufwand für Verkabelung und Auswerteelektronik nur linear von der Anzahl der Zeilen und Spalten abhängt.

Ausführungsbeschreibung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 das Prinzip der Messzellen,
Fig. 2 den grundsätzlichen Aufbau der Messzellen,
Fig. 3 eine Messzelle mit Wicklungen für die Kalibrierung,
Fig. 4 die beispielhafte Zusammenschaltung von 3.3 Messzellen zu einer Matrix von Messzellen,
Fig. 5 eine Messzelle zur Messung von Wechselstrom,
Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Messvorrichtung mit 3.3 Messzellen und
Fig. 7 den in Fig. 6 eingezeichneten Schnitt A-A durch die Messvorrichtung.
Benutzt wird, dass die Permeabilität von weichmagnetischen Werkstoffen, wie z. B. Ferrite, von der Vormagnetisierung, der Temperatur und den auf den weichmagnetischen Werkstoff wirkenden mechanischen Kräften abhängt. Die Vormagnetisierung wird durch eine Spule auf dem Kern aus weichmagnetischem Werkstoff erreicht, die von dem zu messenden Strom durchflossen wird.
Fig. 1 zeigt das Prinzip einer Messzelle. Der zu messende Strom wird durch die Spule mit den Anschlüssen 101 und 102 geleitet und erzeugt die Vormagnetisierung des Kerns. Die Spule mit den Anschlüssen 103 und 104 wird von einem Wechselstrom durchflossen und induziert in der Spule mit den Anschlüssen 105 und 106 eine Spannung. Die Höhe der induzierten Spannung ist abhängig von der reversiblen Permeabilität des Kerns, also von der Vormagnetisierung des Kerns, also von dem zu messenden Strom.
Im ferro- oder ferrimagnetischen Material besteht ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen magnetischer Flussdichte und magnetischer Feldstärke der durch eine Hysteresekurve beschrieben wird. Die Permeabilität des Kerns ist also auch davon abhängig, ob der zu messende Strom von einem niedrigeren Niveau auf das aktuelle Niveau angestiegen ist, oder von einem höheren abgefallen ist. Um dieses Problem zu umgehen, wird der Kern mit einem kurzen Stromimpuls durch eine Spule in die Sättigung gebracht. Dadurch wird erreicht, dass alle Vorgänge immer auf demselben Ast der Hysteresekurve ablaufen. Es wird angenommen, dass der zu messende Strom zwischen dem Stromimpuls und der Messung konstant ist.
Durch eine Änderung des Stroms in der Spule mit den Anschlüssen 103 und 104 wird auch eine Spannung in der Spule mit den Anschlüssen 101 und 102, die den zu messenden Strom führt, induziert. Dies beeinflusst Stromquelle oder Stromsenke. Auch Änderungen des zu messenden Stroms bewirken eine Induktion in der Spule mit den Anschlüssen 105 und 106 und überlagern das Messsignal.
Abhilfe schafft hier eine Anordnung nach Fig. 2, die mit je drei Spulen auf zwei getrennten Kernen arbeitet. Alle Spulen haben den gleichen Wicklungssinn und der Punkt an jeder Spule markiert den Anfang der Wicklung. Im Folgenden wird dies Polung genannt. Die Spulenpaare 211/215, 212/216 und 213/217 haben jeweils die gleiche Anzahl an Windungen und sind bis auf die Polung gleich. Die Kerne sind ebenfalls gleich. Da 211 und 212 die gleiche Polung, 215 und 216 aber entgegengesetzte Polung haben und 212 und 216 vom gleichen Wechselstrom durchflossen werden, haben die in den Spulen 211 und 215 induzierten Spannungen entgegengesetzte Polarität. Da sie gleich groß sind heben sie sich auf. Also wirkt die Messvorrichtung nicht mehr auf den zu messenden Strom zurück. Die Spulen 212 und 213 sowie 216 und 217 haben jeweils die gleiche Polung. Die in den Spulen 213 und 217 induzierten Spannungen haben gleiche Polarität. Die Spannung an den Anschlüssen 205 und 206 ist also jetzt doppelt so hoch. Da 215 und 217 entgegengesetzte Polung haben, heben sich die durch einen schwankenden zu messenden Strom in den Spulen 213 und 217 induzierten Spannungen auf.
Die oben beschriebenen Messzellen nach Fig. 2 werden jetzt zu einer Matrix zusammengeschaltet um die Ströme an mehreren Stellen zu messen. Die Fig. 4 zeigt beispielhaft die Zusammenschaltung von neun Messzellen nach Fig. 2. In den Zeilen werden die Spulen mit den Anschlüssen 203 und 204 in Reihe geschaltet und als Anschlüsse 401 bis 406 herausgeführt. In den Spalten werden die Spulen mit den Anschlüssen 205 und 206 in Reihe geschaltet und als Anschlüsse 411 bis 416 herausgeführt. Es wird jeweils in eine Zeile ein Wechselstrom eingespeist, während die anderen stromlos sind. Um zum Beispiel den in den Anschlüssen 433 und 434 fließenden Strom zu messen, wird an den Anschlüssen 403 und 404 ein Wechselstrom eingespeist. An den Anschlüssen 413 und 414 kann dann eine von dem zu messenden Strom abhängige Spannung abgegriffen werden. Wenn m die Anzahl der Messzellen in einer Zeile und n die Anzahl der Messzellen in einer Spalte sind können so über m + n Leitungspaare m.n Messzellen erreicht werden.
Nach dem Einbau der Matrix der Messzellen nach Fig. 4 z. B. in eine Brennstoffzelle sind die jeweiligen Anschlüsse 201 und 202 der einzelnen Messzellen beziehungsweise die Anschlüsse 421 bis 426, 431 bis 436 und 441 bis 446 nicht mehr einzeln zugänglich. Damit jede einzelne Messzelle auch im eingebauten Zustand kalibriert werden kann, wird pro Kern eine weitere Spule aufgebracht. Dies zeigt Fig. 3. Die Anordnung aus den Spulen 314 und 318 verhält sich genau so wie die aus 311 und 315. Zum Kalibrieren der Messzellen wird bei abgeschaltetem zu messenden Strom durch die Spulen mit den Anschlüssen 307 und 308 ein bekannter Strom geschickt. Sie sind auch nach dem Einbau der Anordnung über die Leitungen von außen zugänglich.
Um die Verteilung von Wechselströmen zu messen, werden Messzellen nach Fig. 5 in einer Matrix angeordnet. In den Zeilen werden die Spulen mit den Anschlüssen 503 und 504 in Reihe geschaltet und herausgeführt. In den Spalten werden die Spulen mit den Anschlüssen 505 und 506 in Reihe geschaltet und herausgeführt. Es wird in alle Zeilen außer einer Zeile ein Strom eingespeist, der so hoch ist, dass die Kerne in diesen Zeilen in die Sättigung geraten. Durch den Wechselstrom der in die jeweiligen Anschlüsse 501 und 502 eingespeist wird, kann keine Spannung in der Spule mit den Anschlüssen 505 und 506 induziert werden. Die übrigbleibende Zeile ist stromlos. An den Anschlüssen der Spalten kann dann die durch den zu messenden Wechselstrom in der Spule mit den Anschlüssen 505 und 506 induzierte Spannung - als Maß für den zu messenden Wechselstrom - abgegriffen werden.
Die Permeabilität hängt auch von der Temperatur des Kerns und den auf den Kern wirkenden Kräften ab. Zur Messung der Temperaturverteilung können alle bisher beschriebenen Anordnungen verwendet werden. Dies gilt auch für die Druckverteilung, wenn die Kerne so in eine Vorrichtung eingebaut sind, dass Kräfte auf sie wirken können. Die Veränderung der Temperatur und/oder die Veränderung der auf den Kern wirkenden Kräfte bewirken bei abgeschaltetem zu messenden Strom eine Veränderung der Permeabilität, die die induzierte Spannung beeinflusst, die wiederum ein Maß für die Temperatur und/oder die Kräfte ist. Für die Messung der Temperaturverteilung und/oder Druckverteilung reicht es aber aus, Messzellen nach Fig. 1 zu einer Matrix zusammenzuschalten wobei die Spule mit den Anschlüssen 101 und 102 entfallen kann. In den Zeilen werden die Spulen mit den Anschlüssen 103 und 104 in Reihe geschaltet und herausgeführt. In den Spalten werden die Spulen mit den Anschlüssen 105 und 106 in Reihe geschaltet und herausgeführt. Es wird jeweils in eine Zeile ein Wechselstrom eingespeist, während die anderen stromlos sind. An den Spalten kann dann eine von der zu messenden Größe abhängige Spannung abgegriffen werden.
Die oben beschriebenen Messverfahren für Stromdichteverteilung, Temperaturverteilung und Druckverteilung können miteinander kombiniert werden und in einer Vorrichtung vereinigt werden. Es können auch nichtlineare Effekte der Materialien der Kerne ausgenutzt werden um die Strommessung und/oder Temperaturmessung und/oder Druckmessung in einer Messzelle zu vereinigen.
Die oben beschriebenen Verfahren, bei denen in eine Zeile ein Wechselstrom eingespeist und an den Spalten eine der Permeabilität der jeweiligen Kerne entsprechende Wechselspannung abgegriffen wird, können auch dahingehend abgeändert werden, dass in alle bis auf eine Zeile ein so hoher Strom eingespeist wird, dass die Kerne in diesen Zeilen in die Sättigung gebracht werden. Die Induktivität einer Spalte hängt dann nur noch von der Permeabilität des Kerns beziehungsweise der Kerne in einer Messzelle in der stromlosen Zeile - also von der zu messenden Größe - ab und kann als frequenzbestimmendes Glied eines Oszillators oder Schwingkreises genutzt werden. Dann ist die Frequenz ein Maß für die zu messende Größe beziehungsweise die zu messenden Größen.

Beispiel

Besonders vorteilhaft ist es, wenn Ringkerne aus einem weichmagnetischen Material, wie zum Beispiel Ferrit, als Kerne der Spulen verwendet werden und alle Spulen nur eine Windung haben. Dies wird dadurch erreicht, dass jeweils ein Leiter pro Spule durch das Mittelloch des Ringkerns geführt wird. Verwendet werden kann zum Beispiel der Ringkerntyp R 4,0 aus dem Material N30 der EPCOS AG. Die Ringkerne werden in eine Multilayerplatine eingebettet und die Leitungen als Leiterbahnen aus der Beschichtung der einzelnen Lagen mit Kupfer herausgearbeitet. Die Leitungen werden mit Durchkontaktierungen 603 und 709 durch die Ringkerne geführt und bilden so die Spulen. Die Leiterbahnen werden bis an die Ränder geführt und dort kontaktiert.
Die Draufsicht auf einen Ausschnitt der Vorrichtung mit 3.3 Messzellen zeigt die Fig. 6. Hierbei sind 601 die Ringkerne. Die Leiterbahnen sind nicht abgebildet. Die Fig. 7 zeigt beispielhaft einen Schnitt durch Messzellen mit je zwei Kernen 708 nach Fig. 3. 602 und 710 sowie 711 sind die Kontaktflächen für die Spulen durch die der zu messende Strom geleitet wird. Die gesamte Vorrichtung ist aus mehreren mit Kupfer beschichteten Platinen 701 bis 706 aufgebaut, die mit Kleber 707 zusammengefügt sind. In der Ausführungsform zur Messung der Druckverteilung werden die Ringkerne so eingebaut, dass Druck auf sie ausgeübt wird, wenn Druck auf die Platine ausgeübt wird.
Eine weitere Vorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren kann dadurch realisiert werden, dass Ringkerne aus einem weichmagnetischen Material so auf sich kreuzende Drähte gefädelt werden, dass sie jeweils an den Kreuzungspunkten dieser Drähte positioniert sind.
Das Verfahren kann eingesetzt werden um die Stromdichteverteilung in der Bipolarplatte einer Brennstoffzelle zu vermessen. Wenn die Bipolarplatte segmentiert wird oder die Vorrichtung selber als Bipolarplatte ausgeführt wird, ist auch die Messung des ortsabhängigen Stoffumsatzes der elektrochemischen Zelle möglich.

Claims

1. Verfahren zur Messung der Stromdichteverteilung, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Verfahren zur Messung eines elektrischen Stroms kombiniert werden, die dadurch gekennzeichnet sind, dass einzelne Messzellen wobei
der zu messende Strom durch je eine Spule auf zwei getrennten, sich nicht beeinflussenden, Kernen aus weichmagnetischem Material fließt, die so in Reihe geschaltet werden, dass das Ende der einen Wicklung mit dem Anfang der anderen Wicklung verbunden wird,
sich je eine weitere Spule auf den zwei getrennten Kernen befindet deren Reihenschaltung als Signaleingang benutzt wird, wobei das Ende der Wicklung der einen Spule mit dem Anfang der Wicklung der anderen Spule verbunden wird und auf genau einem Kern eine Spule einen entgegengesetzten Wicklungssinn hat wie die Spule durch die der zu messende Strom fließt und
sich je eine weitere Spule auf den zwei getrennten Kernen befindet deren Reihenschaltung als Signalausgang benutzt wird, wobei das Ende der Wicklung der einen Spule mit dem Anfang der Wicklung der anderen Spule verbunden wird und auf genau einem Kern eine Spule einen entgegengesetzten Wicklungssinn hat wie die Spule durch die der zu messende Strom fließt,
so zusammengeschaltet werden, dass sich eine matrixförmige Anordnung ergibt wobei in den Zeilen die Signaleingänge in Reihe geschaltet werden und in den Spalten die Signalausgänge in Reihe geschaltet werden (Fig. 2, Fig. 4).

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass sich je eine weitere Spule auf den Kernen befindet, durch die ein bekannter Strom fließt, wobei das Ende der Wicklung der einen Spule mit dem Anfang der Wicklung der anderen Spule verbunden wird und beide Spulen den gleichen Wicklungssinn haben wie die jeweilige Spule auf demselben Kern durch die der zu messende Strom fließt, oder beide Spulen den entgegengesetzten Wicklungssinn haben wie die jeweilige Spule auf demselben Kern durch die der zu messende Strom fließt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne der Spulen gleich sind und die jeweils in Reihe geschalteten Spulen die gleiche Anzahl an Windungen haben.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nicht notwendigerweise alle Plätze in der Matrix mit Messzellen belegt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenfolge der Spulen in den Reihenschaltungen beliebig wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch jeweils eine Zeile ein Wechselstrom fließt und die übrigen stromlos werden und so pro Spalte nur die Kerne in der Zeile wirksam werden, durch die der Wechselstrom fließt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Zeile stromlos wird, während durch die anderen Zeilen ein so hoher Strom fließt, dass die Kerne in die Sättigung kommen und so pro Spalte nur die Kerne in der stromlosen Zeile wirksam werden.

8. Verfahren zur Messung der Temperaturverteilung, dadurch gekennzeichnet, dass aufbauend auf den Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei abgeschaltetem zu messenden Strom oder Weglassen der für den zu messenden Strom vorgesehenen Spulen, die Permeabilität der Kerne von der Temperatur abhängt und damit auch die nach dem Verfahren aus Anspruch 6 induzierte Spannung oder nach dem Verfahren aus Anspruch 7 die Induktivität einer Spalte, als Maß für die Temperatur der jeweils aktivierten Messzelle bestimmt wird.

9. Verfahren zur Messung der Druckverteilung, dadurch gekennzeichnet, dass aufbauend auf den Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei abgeschaltetem zu messenden Strom oder Weglassen der für den zu messenden Strom vorgesehenen Spulen, die Permeabilität der Kerne von den auf sie wirkenden mechanischen Kräften abhängt und damit auch die nach dem Verfahren aus Anspruch 6 induzierte Spannung oder nach dem Verfahren aus Anspruch 7 die Induktivität einer Spalte, als Maß für die Kräfte auf die jeweils aktivierte Messzelle bestimmt wird.

10. Verfahren zur Messung der Wechselstromdichteverteilung, aufbauend auf dem Verfahren aus Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass pro Messzelle nur eine Spule als Signalausgang benutzt wird und mit den Spulen der anderen Messzellen derselben Spalte in Reihe geschaltet wird.

11. Verfahren zur Messung der Stromdichteverteilung und/oder Temperaturverteilung und/oder Druckverteilung, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10 entsprechend verknüpft werden.

12. Vorrichtung zur Messung der Stromdichteverteilung, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Vorrichtungen zur Messung eines elektrischen Stroms kombiniert sind, die dadurch gekennzeichnet sind, dass einzelne Messzellen wobei
der zu messende Strom durch je eine Spule auf zwei getrennten, sich nicht beeinflussenden, Kernen aus weichmagnetischem Material fließt, die so in Reihe geschaltet sind, dass das Ende der einen Wicklung mit dem Anfang der anderen Wicklung verbunden ist,
sich je eine weitere Spule auf den zwei getrennten Kernen befindet deren Reihenschaltung als Signaleingang benutzbar ist, wobei das Ende der Wicklung der einen Spule mit dem Anfang der Wicklung der anderen Spule verbunden ist und auf genau einem Kern eine Spule einen entgegengesetzten Wicklungssinn hat wie die Spule durch die der zu messende Strom fließt und
sich je eine weitere Spule auf den zwei getrennten Kernen befindet deren Reihenschaltung als Signalausgang benutzbar ist, wobei das Ende der Wicklung der einen Spule mit dem Anfang der Wicklung der anderen Spule verbunden ist und auf genau einem Kern eine Spule einen entgegengesetzten Wicklungssinn hat wie die Spule durch die der zu messende Strom fließt,
so zusammengeschaltet sind, dass sich eine matrixförmige Anordnung ergibt wobei in den Zeilen die Signaleingänge in Reihe geschaltet sind und in den Spalten die Signalausgänge in Reihe geschaltet sind (Fig. 2, Fig. 4).

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, dass sich je eine weitere Spule auf den Kernen befindet, durch die ein bekannter Strom fließt, wobei das Ende der Wicklung der einen Spule mit dem Anfang der Wicklung der anderen Spule verbunden ist und beide Spulen den gleichen Wicklungssinn haben wie die jeweilige Spule auf demselben Kern durch die der zu messende Strom fließt, oder beide Spulen den entgegengesetzten Wicklungssinn haben wie die jeweilige Spule auf demselben Kern durch die der zu messende Strom fließt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne der Spulen gleich sind und die jeweils in Reihe geschalteten Spulen die gleiche Anzahl an Windungen haben.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nicht notwendigerweise alle Plätze in der Matrix mit Messzellen belegt sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenfolge der Spulen in den Reihenschaltungen beliebig ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass durch jeweils eine Zeile ein Wechselstrom fließt und die übrigen stromlos sind und so pro Spalte nur die Kerne in der Zeile wirksam sind, durch die der Wechselstrom fließt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Zeile stromlos ist, während durch die anderen Zeilen ein so hoher Strom fließt, dass die Kerne in die Sättigung kommen und so pro Spalte nur die Kerne in der stromlosen Zeile wirksam sind.

19. Vorrichtung zur Messung der Temperaturverteilung, dadurch gekennzeichnet, dass aufbauend auf den Vorrichtungen nach Anspruch 17 oder 18, bei abgeschaltetem zu messenden Strom oder Weglassen der für den zu messenden Strom vorgesehenen Spulen, die Permeabilität der Kerne von der Temperatur abhängt und damit auch die nach dem Verfahren aus Anspruch 17 induzierte Spannung oder nach dem Verfahren aus Anspruch 18 die Induktivität einer Spalte, als Maß für die Temperatur der jeweils aktivierten Messzelle bestimmbar ist.

20. Vorrichtung zur Messung der Druckverteilung, dadurch gekennzeichnet, dass aufbauend auf den Vorrichtungen nach Anspruch 17 oder 18, bei abgeschaltetem zu messenden Strom oder Weglassen der für den zu messenden Strom vorgesehenen Spulen, die Permeabilität der Kerne von den auf sie wirkenden mechanischen Kräften abhängt und damit auch die nach dem Verfahren aus Anspruch 17 induzierte Spannung oder nach dem Verfahren aus Anspruch 18 die Induktivität einer Spalte, als Maß für die Kräfte auf die jeweils aktivierte Messzelle bestimmbar ist.

21. Vorrichtung zur Messung der Wechselstromdichteverteilung, aufbauend auf der Vorrichtung aus Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass pro Messzelle nur eine Spule als Signalausgang dient und mit den Spulen der anderen Messzellen derselben Spalte in Reihe geschaltet ist.

22. Vorrichtung zur Messung der Stromdichteverteilung und/oder Temperaturverteilung und/oder Druckverteilung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen nach den Ansprüchen 12 bis 21 entsprechend verknüpft sind.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 22 zur Messung der Stromdichteverteilung und/oder Temperaturverteilung und/oder Druckverteilung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne aus weichmagnetischem Material Ringkerne aus Ferrit sind und in eine Multilayerplatine eingebettet sind und die Wicklungen mit Durchkontaktierungen durch das Mittelloch der Ringkerne erzeugt werden (Fig. 5, Fig. 6).

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 22 zur Messung der Stromdichteverteilung und/oder Temperaturverteilung und/oder Druckverteilung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne aus weichmagnetischem Material Ringkerne sind und so auf sich kreuzende Drähte gefädelt werden, dass sie jeweils an den Kreuzungspunkten dieser Drähte positioniert sind.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 und 24, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Messung der Stromdichteverteilung und/oder Temperaturverteilung und/oder Druckverteilung in einer elektrochemischen Zelle eingesetzt ist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 und 24, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kontaktflächen für den zu messenden Strom an den Stegen der Bipolarplatte angeordnet sind und dazwischen die Kanäle für die Versorgung mit Brennstoff und/oder Oxidationsmittel eingearbeitet sind.