DE2825397C2 - Meßwandler zur potentialfreien Messung von Strömen oder Spannungen - Google Patents
Meßwandler zur potentialfreien Messung von Strömen oder SpannungenInfo
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Description
kann der Magnetfilm mäanderförmig ausgebildet sein. Pie längsseitigen Enden des Magnetfilms 48 sind mit
einer Leitseliichl 49 aus Gold, Kupfer o. dgl. von
beispielsweise 100 nm Dicke beschichtet, deren äußeres
Ende jeweils einen Kontakt 50 aus gut leitendem Material trägt. Über den Leitschienen 49 liegen die
Polflächen 44 des Magnetkerns 41 so, daß der mit den Polflächen praktisch in einer Ebene liegende Magnetism
48 den Luftspalt 43 überbrückt. Die magnetische Vorzugsrichtung des Magnetfilms 48 kann parallel,
senkrecht oder z. B. in einem Winkel von 45° zur Richtung des Magnetfeldes im Luftspalt 43 liegen. Die
Richtung des im Magnelfilm 48 fließenden Stromes, der durch eine an die Kontakte 50 angelegte Strom- oder
Spannungsquelle hervorgerufen wird, ist im dargestellten Beispiel parallel zur Richtung des Magnetfeldes.
Aus der F i g. 2 ist die Anordnung des Magnetfilms 48, der Polflächen 44, der Leitschichten 49 und der
Kontakte 50 von der Seite des Magnetkerns 41 her betrachtet ersichtlich.
Der beschriebene Meßwandler arbeitet wie folgt:
Im Ruhezustand weist der Magnelfilm 48 einen konstanten ohmschen Widerstand in der Großeno'dnung
von z. B. 100 Ohm auf. Durch den Meßstrom /mund
den Vormagnetisierungssirom /, wird im Luftspalt 43 des Magnetkerns 41 ein Magnetfeld aufgebaut, jeweils
im Nulldurchgang dieses Magnetfeldes ändert der Megnetfilm 48 seinen Widerstnd sprunghaft. Wird an
die Kontakte 50 eine Strom- oder Spannungsquelle angeschlossen, so äußert sich diese Widerstandsänderung
in einem nadeiförmigen Spannungs- oder Stromimpuls, der den Zeilpunkt des Nulldurchgangs des
Magnetfeldes eindeutig und mit großer Genauigkeit markiert. Da der Magnetfilm 48 bis in die Sättigung
betrieben wird, ist die Höhe der Ausgangsimpulse von
der Stärke des Magnetfeldes unabhängig. Ist der Momentanwert des Meßstromei /„, verschieden von
Null, so überlagert sich dessen magnetisierende Wirkung jener des Vormagnetisierungsstromes /„
wodurch eine zeitliche Verschiebung der Ausgangsimpulse auftritt Diese zeitliche Verschiebung kann in einer
an die Kontakte 50 anschließbaren Auswerteschaltung als Maß für die Stärke und Richtung des Meßstromes In,
ausgewertet werden.
Die Einkoppelung des Magnetfeldes in den Magnetfilm 48 ist am effektivsten, wenn sie in Richtung zur
magnetischen Vorzugsrichtung des Magnetfilms erfolgt. Hierbei ist allerdings die erzielbare Widerstandsänderung
am wenigsten groß. Sie kann vergrößert werden, wenn gemäß der Fig. 3 auf die aktive Fläche des
Magnetfilms 48 um 45" geneigte b/w, schräggestellte Bänder 51 aus Gold oder einem anderen elektrisch gut
leitenden Material aufgetragen werden Fine solche, »barber pole« genannte Ausbildung des Magnetfilms 48
bewirkt eine Drehung der .Stromrichtung im Magnetfilm
um 45".
Wenn die magnetische Vorzugsrichtung des Magnet films 48 nicht parallel zur Richtung des Magnetfeldes
verläuft, sondern zu dieser einen Winkel von /.. B. 90 oder 45" bildet, ist eine gekreuzte Anordnung gemäß
der Fig.4 vorteilhaft. Im Vergleich zur Fig.2 sind in
der Fig.4 der Magnetfilm 48 zusmmen mit den
Leiischichten 49 und den Kontakten 50 in der
Zeichenebune so gedreht, daß der Strom im Magnetfilm 48 senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes fließt.
Die Anordnung nach der Fig. 5 unterscheidet sich von jener nach der F i g. 1 durch eine Magnetschicht 52,
die zwischen dem Magnetfilm 48 und dem Substrat 47 angeordnet und vom Magnetfilm 48 durch eine sehr
ίο dünne Isolierschicht 53 isoliert ist. Die Magnetschichi 52
besteht ebenfalls aus einer ferromagneiischen NiFe-Legierung, ist jedoch wesentlich dicker als der Magnetnlm
48. Die typische Dicke der Magnetschicht 52 beträgt 1 bis 2 Mikron. Die Magnetschicht 52 ermöglicht auch
dann eine gute Einkoppelung des Magnetfeldes, wenn das Magnetfeld nicht in Richtung zur Vorzugsachse des
Magnetfilms 48 verläuft. Aufgrund der magnetischen Koppelung zwischen der Magnetschicht 52 und dem
Magnetfilm 48 ergibt sich eine große Widerstandsänderung des Magnetfilms 48 im Nulldurchgang des
Magnetfeldes.
Die Magnetschicht 52 kann vorz^weise bei einer gekreuzten Anordnung gemäß der I ι g. b und 7
angewandt werden. Der Magnetfilm 48 befindet sich bei dieser Anordnung in gleicher Weise wie bei der
gekreuzten Ausführung nach der F i g. 4 unmittelbar auf dem Su1'»trat 47 und weist wiederum die Leitschichten
49 und die Kontakte 50 auf, wobei die Richtung des Stroms im Magnetfilm 48 senkrecht ist zur Richtung des
Magnetfeldes zwischen den Polflächen 44. Die magnetische Vorzugsrichtung des Magnetfilms 48 ist ebenfalls
senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes. Die Magnetschicht 52 liegt an den Polflächen 44 an, überbrückt den
Luftspalt 43 und kreuzt den Magnetfilm 48 rechtwinklig.
Die magnetische Vorzugsrichtung der Magnetschicht 52 ist parallel zur Richtung des Magnetfeldes. Der
Magnetfilm 48 liegt unterhalb der Magnetschicht 52. wobei eine nicht gezeichnete, sehr dünne Isolierschicht
den Magnetfilm 48 und die Magnetschicht 52 elektrisch
■to voneinander isolieren. Infolge der magnetischen Kopplung
zwischen der Magnetschicht 52 und dem Magnetfilm 48 wird die Magnetisierung des Magnetfilms
48 im Nulldurchgang des Magnetfeldes gedreht, so daß an den Kontakten 50 eine starke Widerstandsänderung
feststellbar ist.
Vorzugsweise bildet der Magnetfilm 48 zusammen mit einem bzw. mit drei Widerständen einen Spannungsteiler
oder eine Brückenschaltung. Diese Widerstände sind vorteilhaft »magnetoresist've« Magnetfilme der
gleichen Art wie der Magnetfilm 48, so daß Temperatureinflüsse kompensiert werden. Ferner können diese
Widerstände ebenfalls dem Magnetfeld des Magnetkerns 41 ausgesetzt werden, so daß sich ihre
Ausgangssignale in für die Auswertung vorteilhafter Weis, überlagern.
Selbstverständlich kann der beschriebene, mit Kontakten
versehene ->magnetoresistive« Magretfilm 48 auch bei einem Meßwandler gemäß der Fig. 11 bis 13
des Patents 27 34 729.1 eingesetzt werden, welcher keinen Magnetkern aufweist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Meßwandler zur potentialfreien Messung von Strömen und Spannungen, mit einem den MeBstrom
führenden Meßleiter, mit einer einen Vormagnetisierungsstrom
führenden Vormagnetisierungswicklung und mit einem Magnetfeldkomparator, der dem vom
Meßstrom sowie dem vom Vormagnetisierungsstrom erzeugten Magnetfeld ausgesetzt ist und
durch das vom Vormagnetisierungsstrom erzeugte Magnetfeld abwechselnd in beide Sättigungsrichtungen
gesteuert wird, wobei der Magnetfeldkomparator ein Magnetfilm mit im Vergleich zur Länge und
Breite sehr geringer Dicke ist, nach Patent 27 34 729.1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Magnetfilm (48) aus ferromagnetischem Material mit einem magnetfeldabhängigen ohmschen
Widerstand besteht und Kontakte (50) zum Anschluß einer Strom- oder Spannungsquelle aufweist.
2. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfilm (48) mäanderförmig
ausgebildet ist.
3. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Magnetfilm (48) mit Bändern (51) aus elektrisch leitendem Material beschichtet ist, die
schräg über die aktive Fläche des Magneifilms verlaufen.
4. Meßwandler nach Ansprucn 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Magnetfiim (48) mit einer Magnetschicht (52) magnetisch gekoppelt ist, die
dicker ist als der Magnetfilm (48).
5. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gektnnzeichnet, daß der Magnetfilm (48)
zusammen mit einem G der mt'xeren Widerständen einen Spannungsteiler o^r eine Brückenschaltung
bildet.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßwandler der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art. Ein
lolcher Meßwandler ist Gegenstand des deutschen Patents 27 34 729.1 und zeichnet sich dadurch aus, da3
der Magnetfeldkomparator ein Magnetfilm mit im Vergleich zur Länge und Breite sehr geringer Dicke ist.
Beim Nulldurchgang des durch den Vormagnetisierungsstrom und durch den Meßstrom erzeugten
Magnetfeldes wird in der Vormagnetisierungswicklung bzw. i:i einer gesonderten Induktionswicklung ein
Ausgangsimpuls induziert, der den Zeitpunkt des Magnetfeld-Nulldurchgangs eindeutig und mit großer
Genauigkeit markiert. Nachteilig ist bei diesem Meßwandler, daß die Vormagnetisierungswicklung bzw.
die Induktionswicklung, an der die Ausgangsimpulse abgegriffen werden, mit dem Meßleiter induktiv
gekoppelt ist. Im Meßleiter fließende hochfrequente Störsignale werden daher induktiv auf die als Ausgangswicklung
dienende Vormagnetisierungs- oder Induktionswicklung übertragen, wo sie sich den Ausgangsimpulsen
überlagern. In der an den Meßwandler angeschlossenen Auswerteschaltung können solche
Störsignale von deri die Nulldurchgänge des Magnetfeldes markierenden Ausgangsimpulsen nicht ohne weiteres
unterschieden werden, Eine Unterdrückung der Störsignalc in der Auswerteschaltung ist nicht möglich,
wenn das Spektrum der Störsignale gleich ist wie jenes der Ausgangsimpulse oder in dessen Nähe liegt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einen
MeQwandler der eingangs genanten Art zu schaffen, bei
dem die Ausgangsimpulse unmittelbar am Magnetfeldkomparator abgreifbar sind und weiteslgehende Unempfindlichkeit
gegenüber Störsignalen im Meßleiter erreicht wird.
Mit dem MeQwandler nach der Erfindung gemäß Anspruch 1 wird dies erreicht. Eine Änderung des
Widerstandes des magnetfeldabhängigen Magnetfilms tritt nur im Zeitpunkt des Nulldurchganrs des
Magnetfeldes auf. Damit sich Störsignale roch auswirken können, müssen sie daher entweder in der Nähe
dieses Zeitpunktes auftreten oder aber sehr stark sein, um eine Änderung der Magnetisierungsrichtung des
Magnetfilms zu bewirken, was statistisch wesentlich unwahrscheinlicher ist als der oben beschriebene
Störfall. Ein weiterer Vorteil besieht darin, daß der Vormagnetisierungsstrom im »magnetoresistiven« Magnetfilm
kein Störsignal hervorruft, das sich den an den Kontakten des Magnetfilms abgreifbaren Ausgangsimpulsen
überlagert. Daraus ergibt sich auch der Vorteil, daß der Verlauf des Vormagnetisierungsstroms keiner
stetigen Funktion entsprechen muli, sondern z. B. ein treppenförmiges Signal sein kann.
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 einen Meßwandler in der Seitenansicht.
F i g. 2 Teile des Meßwandlers nach der F i g. 1 in der Draufsicht,
F i g. 3 und 4 Varianten der F i g. 2.
Fig. 5 und 6 weitere Meßwandler in der Seitenansicht und
F i g. 7 einen Teil des Meßwandlers nach der F i g. 6 in der Draufsicht.
In der Fig. 1 bedeutet 41 einen Magnetkern aus ferromagnetischem Material, dessen Magnelkreis einen
zwischen zwei Polschuhen 42 liegenden Luftspalt 43 einschließt, wobei die Polflächen 44 der Polschuhe 42 in
einer gemeinsamen Ebene liegen. Der Magnetkern 41 umschließt /angenförmig cine,i Mcß^citer 45, der den /u
messenden Strom /„,führt. Ferner trägt der Magnetkern
41 eine Vormagnetisierungswicklung 46. welche von einem ?.. B. dreieckförmigen Vormagnetisierungsstrom
/,durchflossen wird.
Die nachfolgend beschriebenen Teile des Meßwandlers sind in der 1 ι g. I der besseren Übersicht halber in
auseinandergezogener Darstellung gezeichnet. Auf einem nichtmagnetischen, elektrisch isolierenden Substrat
47 befindet sich ein Magnelfilm 48 aus ferromagnetischem magnetfeldabhängigen, d. h. magnetoresistivem
Material mit im Vergleich /ur Länge und Breite sehr
geringer Dicke. Er ist vorteilhaft magnetisch anisotrop oder uniaxial. Das Auftragen des Magnetfilms 48 auf das
Substrat 47 kann nach bekannten Verfahren z. B. durch Aufdampfen im Vakuum oder galvanische Beschichtung
erfolgen. Zur Formgebung können /. B. photolithographische Verfahren angewandt werden. Als solches
»magnetoresistives« Material eignen sich vorzugsweise NiFe-Legierungen und daraus abgeleitete ternäre (/.. B.
NiFeCr oder NiFeCo) oder höhere Legierungen. Die aktive Lange und Breite des Magnetfilms 43 entspricht
den Abmessungen des Luftspalts 43 und beträgt z. B. je 1 rrim. Die typische Dicke des Magrietfilrris 48 liegt in
der Größenordnung von 40 nm. Um extrem kleine Werte für die Dicke des Magnetfilms 48 zu vermeiden
und dennoch einen für die Detektion der Widerstandsänderung geeignet hohen Widerstandswert zu erzielen,
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH564478A CH627875A5 (en) | 1978-05-24 | 1978-05-24 | Measurement transformer for the floating measurement of currents or voltages |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2825397B1 DE2825397B1 (de) | 1979-08-16 |
DE2825397C2 true DE2825397C2 (de) | 1980-05-08 |
Family
ID=4297055
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19782825397 Expired DE2825397C2 (de) | 1978-05-24 | 1978-06-09 | Meßwandler zur potentialfreien Messung von Strömen oder Spannungen |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CH (1) | CH627875A5 (de) |
DE (1) | DE2825397C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3039679A1 (de) * | 1980-09-26 | 1982-04-08 | LGZ Landis & Gyr Zug AG, 6301 Zug | Messwandler zum potentialfreien messen eines stromes |
DE102012200556A1 (de) * | 2012-01-16 | 2013-07-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Anordnung und Verfahren zur potentialgetrennten Strommessung an einem elektrischen Leiter |
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---|---|---|---|---|
CH651701A5 (de) * | 1980-12-24 | 1985-09-30 | Landis & Gyr Ag | Kompensierter messwandler. |
DE3318270C1 (de) * | 1983-05-19 | 1984-08-02 | Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart | Strommesssensor zur Funktionskontrolle elektrischer Verbraucher |
DE102004021495A1 (de) * | 2004-04-30 | 2005-11-24 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Stromsensor |
-
1978
- 1978-05-24 CH CH564478A patent/CH627875A5/de not_active IP Right Cessation
- 1978-06-09 DE DE19782825397 patent/DE2825397C2/de not_active Expired
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3039679A1 (de) * | 1980-09-26 | 1982-04-08 | LGZ Landis & Gyr Zug AG, 6301 Zug | Messwandler zum potentialfreien messen eines stromes |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2825397B1 (de) | 1979-08-16 |
CH627875A5 (en) | 1982-01-29 |
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8340 | Patent of addition ceased/non-payment of fee of main patent |