DE69423867T2

DE69423867T2 - Gleichstromsensor

Info

Publication number: DE69423867T2
Application number: DE69423867T
Authority: DE
Inventors: Makoto Kawakami
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1994-12-29
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2014-12-30
Also published as: CA2138822C; EP0661547A1; CA2138822A1; DE69423867D1; EP0661547B1; US5517104A; JPH07198754A; TW312748B; KR100211395B1; KR950020819A; CN1111753A; CN1052302C; JP3286446B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstrom-Fühler, wie er in einem breiten Bereich von Anwendungsgebieten verwendet wird, beispielsweise bei der vorbeugenden Wartung von Anlagen durch Leckstrom- Erfassung an Gleichstrom erzeugenden Einrichtungen wie eine Solarzelle, ein Brennstoffzellen-Erzeugungssystem und dergleichen, an Gleichstrom- Steuerkreisen und dergleichen eines Kraftwerks, einer Unterstation oder einer Groß-Schalttafel in Industrieanlagen und weiterhin zur Erfassung der Isolationsverschlechterung in verschiedenen Gleichstrom-Geräten, insbesondere bezieht sie sich auf einen empfindlichen Gleichstrom-Fühler, der eine relativ einfache Konstruktion und ein gutes Erfassungsvermögen sogar für eine Mikro-Stromänderung aufweist und eine stabile Erfassung realisiert.

Beschreibung des Standes der Technik

Obwohl mit Gleichstrom betriebene Geräte in einem breiten Bereich von Anwendungsgebieten verwendet werden, sind im letzten Jahr verstärkt Forderungen nach einem Fühler zur Erfassung der Belastung eines Gleichstrom- Motors, der notwendigen Steuerung und nach einem in einem Gleichstrom- Leckstromschalter und dergleichen verwendeten Gleichstrom-Fühler für eine sanfte betriebsmässige Wartung der unterschiedlichen Geräte erhoben worden.
Gleichstrom-Fühler, die aus einem Gerät vom Typ eines magnetischen Verstärkers, eines magnetischen Multivibrators (Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer Sho 47-1644, Sho 53-31176, Sho 49-46859), eines Hall-Sensors oder dergleichen bestehen, sind als solche gut bekannt.
Sowohl die Geräte vom Typ des magnetischen Verstärkers als auch die vom Typ des magnetischen Multivibrators verwenden einen Kern aus weichmagnetischem Material, der als in torusförmiger Gestalt gewickelte Erfassungsspule aufgebaut ist, in welcher durch Erstrecken eines zu erfassenden Leitungsdrahtes durch den Kern zur gleichstrom-magnetischen Ablenkung des Kerns aus weichmagnetischem Material in einer gesättigten magnetischen Flußdichte (Bs) durch einen durch den zu erfassenden Leitungsdraht fließenden Gleichstrom ein sich ändernder magnetischer Fluß, der durch Anlegen eines Wechselstroms an die vorher um den Kern gewickelte Spule erzeugt wird, wenn die Sättigung in der positiven oder negativen Richtung erfolgt, ein Ungleichgewicht erzeugt wird, und die Änderung von der Erfassungsspule erfaßt wird. Da bei den früheren Gerätetypen die Änderung des magnetischen Flusses im Kern im voraus festgelegt wird, wird eine Konfiguration verwendet, bei welcher der Wechselstrom mit einem vorgegebenen Wert aufgrund des Wickelns der Anregungsspule um den Kern angelegt wird. In dem letzteren Fall ist sie so aufgebaut, daß die Selbsterregung durch die Wirkung von Halbleitern oder dergleichen in einem mit der Erfassungsspule verbundenen Schaltkreis stattfindet und das Tastverhältnis der Wellenform einer Schwingung in Abhängigkeit von dem erfaßten Strom zur Bildung einer Schwingung verändert wird.
Weiterhin ist die Vorrichtung vom Hall-Typ so ausgebildet, daß der zu erfassende Leitungsdraht in torusförmiger Gestalt direkt um den Kern aus weichmagnetischem Material gewickelt ist, welcher teilweise mit einem Spalt versehen ist, in welchem die Hall-Vorrichtung angeordnet ist, und die Änderung des magnetischen Flusses im Kern als Reaktion auf eine Änderung des durch den zu erfassenden Leitungsdraht fließenden Gleichstroms direkt durch die Hall- Vorrichtung erfaßt wird.
Die gegenwärtige Situation ist jedoch so, daß Gleichstrom-Fühler vom oben erwähnten Typ aus den nachfolgend beschriebenen Gründen nicht immer so ausgebildet sind, daß sie auf die Mikrostromveränderungen eines Gleich strom-Leckstromschalters und dergleichen ansprechen, so daß sie praktisch nicht als empfindliche Gleichstrom-Fühler verwendet werden.
Bei den oben beschriebenen Geräten vom Typ des magnetischen Verstärkers und vom Typ des Multivibrators muß der Kern aus weichmagnetischem Material durch den Gleichstrom, welcher durch den zu erfassenden Leitungsdraht fließt, um ihn nahezu bis zur magnetischen Sättigungsflußdichte (Bs) zu sättigen, der gleichstrom-magnetischen Ablenkung unterworfen werden, was zu einer niedrigen Erfassungsempfindlichkeit führt. Im Falle der Verwendung von gut bekanntem weichmagnetischem Material, wie beispielsweise Permalloy und dergleichen für den Kern, muß daher beispielsweise, wenn der durch den zu erfassenden Leitungsdraht fließende Strom mehrere zehn mA beträgt, der zu erfassende Leitungsdraht in mehreren zehn bis mehreren 100 Windungen oder mehr um den Kern aus weichmagnetischem Material gewickelt sein. Somit war es schwierig, ein solches Gerät als Gleichstrom-Fühler für einen Leckstromschalter oder dergleichen zu verwenden, bei welchem der zu erfassende Leitungsdraht nur eine Windung aufweisen sollte.
Auch bei der Vorrichtung vom Hall-Typ muß, da die Erfassungsfähigkeit unvermeidbar durch die Kennlinie der Hall-Vorrichtung bestimmt ist, wenn eine z. Zt. bekannte Hall-Vorrichtung verwendet wird, beispielsweise, wenn der durch den zu erfassenden Leitungsdraht fließende Strom mehrere zehn mA beträgt, der zu erfassende Leitungsdraht um den Kern aus weichmagnetischem Material in mehreren 100 bis mehreren 1000 Windungen oder mehr gewickelt sein. Somit war es ebenso wie bei dem oben erwähnten Gerät vom Typ des magnetischen Verstärkers und vom Typ des magnetischem Multivibrators schwierig, die Vorrichtung als Gleichstrom-Fühler eines Leckstromschalters oder dergleichen zu verwenden, bei welchem der zu erfassende Leitungsdraht eine Windung aufweisen sollte.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen empfindlichen Gleichstrom-Fühler zu schaffen, mit dem die oben erwähnten Probleme gelöst werden und der eine gute Erfassungsfähigkeit an Gleichstrom-Leckstromschaltern und dergleichen aufweist, sogar insbesondere in bezug auf Mikrostromänderungen, und der eine einfache Konstruktion besitzt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen empfindlichen Gleichstrom-Fühler zu schaffen, der insbesondere einen einfach gestalteten, den Gleichstrom-Fühler bildenden Erfassungskern und eine hohe Rentabilität aufweist.
In CH 211 137 ist ein Gleichstrom-Fühler zum Abfühlen von Strömen beschrieben, die zu hoch sind oder eine zu hohe Spannung aufweisen, als daß sie in der üblichen Weise mittels eines Nebenschlußwiderstandes abgefühlt werden könnten. Dieser Stromfühler umfaßt einen rechteckigen Magnetkreis, der um den abzufühlenden Draht herum angeordnet ist, wobei eine Seite des Rechtecks ein Magnet ist und die gegenüberliegende Seite ein Stapel von Lochplatten ist. Es ist eine durch die Öffnungen der Platten hindurchgeführte Spule derart angeordnet, daß sie mit den magnetischen Kreisen, welche durch die einzelnen Platten gebildet sind (d. h. quer zum magnetischen Weg, um den magnetischen Kreis herum), gekoppelt ist. Es wird eine Wechselspannung an die Spule angelegt, und der sich ergebende Strom in der Spule wird gemessen. Der Strom durch die Spule ist abhängig von der Magnetisierbarkeit der magnetischen Kreise um die Platten herum, welche abhängig ist von der um den rechteckigen magnetischen Kreis herum induzierten Magnetisierung, die ihrerseits vom Strom in dem abzufühlenden Draht abhängt.
In DE 75 84 78 ist ein etwas ähnlicher Gleichstrom-Fühler beschrieben. Bei dieser Anordnung ist der abzufühlende Draht von einem hohlen Magnetkern umgeben, d. h. einem Magnetkern mit einer in ihm umlaufenden Bohrung. Innerhalb der Bohrung ist eine Wicklung angeordnet, d. h. sie umgibt den abzufühlenden Draht in derselben Weise, in welcher der Magnetkern diesen Draht umgibt. Der Magnetkern kann aus vier gradlinigen Segmenten gebildet werden, von denen jedes rohrartig (d. h. mit einer Längsbohrung) ausgebildet ist und die mit ihren Enden aneinander anschließend zu einem Rechteck verbunden sind. An die Wicklung wird eine Wechselspannung angelegt, und der sich ergebende Strom ist abhängig vom Strom in dem abzufühlenden Draht. Der vom Wechselstrom in der Wicklung mit vielen Windungen erzeugte magnetische Fluß sollte klein sein verglichen mit dem Fluß, der vom Strom i in dem abzufühlenden Draht erzeugt wird.
In FR 2 585 841 ist ein Gleichstrom-Fühler beschrieben, der einen Erfassungskern aus weichmagnetischem Material umfaßt, welcher aus einem den abzufühlenden Draht umgebenden Kreisring besteht. Eine Anregungsspule ist mit dem Erfassungskern gekoppelt und wird mit einem Wechselstrom beaufschlagt, der viel höher ist als der zur Sättigung des Erfassungskerns erforderliche Strom. Mit dem Erfassungskern ist weiterhin eine Erfassungsspule gekoppelt, und es wird jedes mal, wenn die Sättigung des Erfassungskerns umgekehrt wird, ein Ausgangsimpuls erzeugt. Die Lage dieses Ausgangsimpulses in bezug auf die Wellenform des Anregungsstromes wird abgefühlt, wobei diese Lage von der zentralen Lage aus in einer Richtung und einem Ausmaß verschoben wird, das abhängig vom Strom im abzufühlenden Draht ist.
Weiterhin ist in EP 0 647 853 A2, die nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht ist, aber ein früheres Prioritätsdatum besitzt, ein Gleichstrom-Fühler beschrieben, der um den abzufühlenden Draht herum einen flachen rechteckigen Magnetkern aufweist. An einer Seite des Rechtecks ist an jeder Stirnfläche des Kerns ein Paar von U-förmigen Magnetelementen vorgesehen, so daß der Querschnitt des Kerns an dieser Seite die Form von vier an dieser Seite des Kerns entlang laufenden Bohrungen aufweist. Zwei Anregungswicklungen sind vorgesehen, von denen eine durch die beiden Bohrungen an der oberen Stirnfläche des Kerns und die andere durch die beiden Bohrungen an der unteren Stirnfläche des Kerns gewickelt ist und eine Abfühl-(Erfassungs-)Windung ist um die Seite des Kerns gewickelt, welche alle vier Bohrungen enthält.
In Anbetracht der Tatsache, daß, wenn ein zu erfassender Leitungsdraht sich durch einen aus ringförmig angeordnetem weichmagnetischem Material bestehenden Erfassungskern hindurcherstreckt, um den herum eine Erfassungsspule in torusförmiger Gestalt gewickelt ist und ein Gleichstrom daran angelegt wird, ein im Uhrzeigersinn laufendes Magnetfeld in Richtung des Gleichstroms erzeugt wird und ein magnetischer Fluß φ&sub0; im Erfassungskern erzeugt wird und, da der durch den zu erfassenden Leitungsdraht fließende Strom ein Gleichstrom ist, der magnetische Fluß φ&sub0; konstant ist und in der Erfassungspule keine elektromotorische Kraft erzeugt wird, haben wir uns damit befaßt, die elektromotorische Kraft in der Erfassungsspule durch Ausbildung eines teilweisen magnetischen Spaltes im Erfassungskern zu erzeugen, der durch eine magnetische Substanz zur Bildung eines magnetischen Schalters geöffnet und geschlossen wird, und den magnetischen Fluß φ&sub0; in der Zeit durch den magnetischen Schalter zu ändern (EIN-AUS).
Weiterhin haben wir als Ergebnis verschiedener, zur verbesserten Realisierung der oben erwähnten Konfiguration durchgeführter Untersuchungen bestätigt, daß die Aufgabe gelöst werden kann, indem anstelle des mechanischen magnetischen Schalters Mittel zur periodischen Ausbildung eines magnetischen Spaltes an einem Teil des Erfassungskernes angeordnet werden, durch welche ein magnetischer Fluß erzeugt wird, der im wesentlichen in einer orthogonalen Richtung zur Richtung des magnetischen Flusses verläuft, welcher in Umlaufrichtung im Erfassungskern durch den durch den zu erfassenden Leitungsdraht fließenden Gleichstrom erzeugt wird, um praktisch die gleiche Wirkung wie der oben erwähnte magnetische Schalter zu erzeugen.
Als spezielle Konfiguration wird ein aus kreisringförmigem weichmagnetischem Material bestehender Anregungskern, der senkrecht zur Umfangsrichtung des Erfassungskerns ausgerichtet ist, in einem Körper an einem Teil des Erfassungskerns angeordnet, die Erfassungsspule wird in torusförmiger Gestalt um den Erfassungskern herumgewickelt, eine Anregungsspule wird in dessen Umfangsrichtung um den Erfassungskern gewickelt und es wird weiterhin der Anregungskern durch Anlegen eines Gleichstroms an die Anregungsspule senkrecht zur Umfangsrichtung des Erfassungskerns angeregt, und die Kreuzungsstelle zwischen dem Anregungskern und dem Erfassungskern wird periodisch magnetisch gesättigt zur Ausbildung eines praktisch magnetischen Spaltes durch die magnetisch gesättigte Kreuzungsstelle.
D. h., da eine relative Permeabilität u der magnetisch gesättigten Kreuzungsstelle des Erfassungskerns sich kontinuierlich dem Wert 1 nähert, wirkt der magnetisch gesättigte Abschnitt ähnlich wie der magnetische Spalt, und der magnetische Fluß φ&sub0; im Erfassungskern wird für eine konstante Zeitdauer reduziert, und entsprechend der Änderung des magnetischen Flusses kann die elektromotorische Kraft in der Erfassungsspule erzeugt werden.
Wir haben an einem Gleichstrom-Fühler, der aus der oben erwähnten Basis- Konfiguration bestand, verschiedene Verbesserungen durchgeführt, insbesondere wurde im Hinblick auf die Gestalt des aus weichmagnetischem Material bestehenden Kerns die Gestalt des Kerns so einfach wie möglich ausgestaltet, um ihn für die Massenproduktion geeignet zu machen, und die Anregungsspule und die Erfassungsspule sind in effektiver Weise und in Übereinstimmung mit der Gestalt des Kerns angeordnet, um eine Verbesserung der Erfassungsempfindlichkeit zu erreichen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Strom-Fühler zum Abfühlen eines Gleichstroms in einem Draht vorgesehen mit einem Erfassungskern aus weichmagnetischem Material, der aus einem den Draht umgebenden Kreisring besteht und einer Anregungsspule sowie einer Erfassungsspule, die mit dem Erfassungskern gekoppelt sind, und die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Erfassungskern eine Bohrung aufweist, in der die Anregungsspule in Umfangsrichtung um den abzufühlenden Draht herumgewickelt ist.
D. h., die vorliegende Erfindung richtet sich auf einen Gleichstrom-Fühler, bei welchem in dem aus kreisringförmigem weichmagnetischem Material bestehenden Erfassungskern ein sich in Umfangsrichtung erstreckender hohler Abschnitt ausgebildet ist, die in Umfangsrichtung gewickelte Anregungsspule in dem hohlen Abschnitt angeordnet ist, die um den Erfassungskern in torusförmiger Gestalt gewickelte Erfassungsspule angeordnet ist und der zu erfassende Leitungsdraht, durch welchen der berührungslos zu erfassende Gleichstrom fließt, sich durch den Erfassungskern erstreckt.
Die vorliegende Erfindung schafft auch einen Gleichstrom-Fühler, der so ausgebildet ist, daß bei der oben erwähnten Konfiguration der Kern mindestens an einer Stelle in Umfangsrichtung geteilt werden kann, wenn der zu erfassende Leitungsdraht sich durch ihn hindurch erstreckt.
D. h., ein Gleichstrom-Fühler nach der vorliegenden Erfindung kann durch Ausbilden des sich in Umfangsrichtung in dem aus kreisringsförmigem weichmagnetischem Material bestehenden Erfassungskern erstreckenden hohlen Abschnitts, Anordnen der in Umfangsrichtung gewickelten Anregungsspule in dem hohlen Abschnitt und Anordnen der um den Erfassungskern gewickelten Erfassungsspule in einer torusförmigen Gestalt, wobei der Erfassungskern eine ausgezeichnete Rentabilität besitzt, erhalten werden.
Weiterhin können zusätzlich zur Konstruktion des Erfassungskerns durch eine effektive Anordnung der Anregungsspule und der Erfassungsspule Wirkungen einer für das den Erfassungskern bildende weichmagnetische Material cha rakteristischen Koerzitivkraft erzielt und ein Fehlerstromfluß von der Anregungsspule beträchtlich reduziert werden, und es kann ein Gleichstrom-Fühler realisiert werden, der in sehr empfindlicher Weise zur Erfassung eines Mikrostroms von beispielsweise etwa 5 mA oder weniger in der Lage ist.
Entsprechend kann bei der Anwendung in einem Gleichstrom-Fehlerstrom- Schutzschalter oder dergleichen eine geforderte empfindliche Erfassung erreicht werden, indem lediglich ein zu erfassender Leitungsdraht durch den Erfassungskern geführt wird und, da die Konstruktion einfach ist, kann der Gleichstrom-Fühler kleiner gemacht werden und weiterhin kann nicht nur ein Absolutwert des durch den zu erfassenden Leitungsdraht fließenden Gleichstroms, sondern auch dessen Richtung erfaßt werden und somit der Anwendungsbereich verbreitert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht, welche einen Umriß einer Ausführungsform eines Gleichstrom-Fühlers nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Längsschnitt nach der Linie a-a des Gleichstrom-Fühlers nach Fig. 1;
Fig. 3 ist eine detaillierte fragmentarische, in Längsrichtung geschnittene, erläuternde Ansicht eines Gleichstrom-Fühlers nach Fig. 1;
Fig. 4 ist eine fragmentarische geschnittene perspektivische Ansicht, welche den Umriß eines anderen Ausführungsbeispiels eines Gleichstrom-Fühlers nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist eine in Längsrichtung geschnittene Ansicht eines Erfassungskern- Bauteils, das einen Erfassungskern und einen Spulenkörper bildet, um welchen eine Anregungsspule gewickelt ist, bei einem Gleichstrom-Fühler nach Fig. 1;
Fig. 6 ist eine lineare graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen einem durch einen zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließenden Gleichstrom (Mikrobereich) und einem Ausgangssignal eines Gleichstrom-Fühlers nach Fig. 1 zeigt;
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, welche den Umriß eines Gleichstrom- Fühlers zeigt, der vor der Entwicklung eines Gleichstrom-Fühlers nach der vorliegenden Erfindung entwickelt worden ist;
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehungen einer in einem Gleichstrom-Fühler der Konfiguration nach Fig. 7 angelegten Frequenz zeigt, wobei A die Beziehung zwischen der Frequenz und einem Anregungsstrom, B die Beziehung zwischen der Frequenz und einem den Erfassungskern durchdringenden magnetischen Fluß und C die Beziehung zwischen der Frequenz und einer elektromotorischen Kraft an der Erfassungsspule zeigt;
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehungen einer in einem Gleichstrom-Fühler der Konfiguration nach Fig. 7 angelegten Frequenz zeigt, wobei A die Beziehung zwischen der Frequenz und einem Anregungsstrom, B die Beziehung zwischen der Frequenz und einem den Erfassungskern durchdringenden magnetischen Fluß und C die Beziehung zwischen der Frequenz und der elektromotorischen Kraft am Erfassungskern zeigt;
Fig. 10 ist eine Ausführungsform eines elektrischen Schaltkreises, der mit einem Gleichstrom-Fühler nach Fig. 7 verbunden ist;
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht, welche den Umriß eines anderen Gleichstrom-Fühlers zeigt, der vor der Entwicklung eines Gleichstrom-Fühlers nach der vorliegenden Erfindung entwickelt worden ist;
Fig. 12(A) ist eine explodierte perspektivische Darstellung eines Gleichstrom-Fühlers vom auseinanderbaubaren Typ nach der vorliegenden Erfindung und Fig. 12(B) ist eine Aufsicht auf ihn;
Fig. 13 ist eine explodierte perspektivische Darstellung eines Gleichstrom- Fühlers vom auseinanderbaubaren Typ nach der vorliegenden Erfindung, wobei A einen Kern, B eine Anregungsspule und C die Gesamtansicht zeigen;
Fig. 14(A), (B) und (C) sind explodierte perspektivische Darstellungen eines Gleichstrom-Fühlers nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15(A), (B) und (C) sind explodierte perspektivische Darstellungen eines Gleichstrom-Fühlers nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 16 ist eine perspektivische Darstellung, welche eine Ansicht eines Gleichstrom-Fühlers nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 17 ist eine lineare graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen einem zu erfassenden Strom und einem Ausgangssignal eines Gleichstrom-Fühlers nach der vorliegenden Erfindung in einem Ultra-Mikrobereich zeigt;
Fig. 18(A) und (B) sind Schaltbilder, die den Umriß einer Ausführungsform eines elektrischen Schaltkreises zeigen, der mit einem Gleichstrom-Fühler nach der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
Fig. 19 ist eine graphische Darstellung, welche Änderungen des Tastverhältnisses (Zeitverhältnis zwischen der positiven und negativen Richtung) eines Ausgangssignals einer Erfassungsspule zeigt;
Fig. 20 ist eine graphische Darstellung zur Definition eines Anzeigeverfahrens für eine elektromotorische Kraft einer Erfassungsspule in Fig. 19;
Fig. 21 ist eine graphische Darstellung, welche die Änderungen des Tastverhältnisses eines Ausgangssignals einer Erfassungsspule zeigt;
Fig. 22 ist eine graphische Darstellung, welche die Änderungen des Tastverhältnisses eines magnetischen Flusses in einem Erfassungskern zeigt;
Fig. 23(A) ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen einer Differenz (T&sub1;-T&sub2;) und einem elektrischen Strom in einer Ausführungsform zeigt und Fig. 23(B) ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen einem abgelesenen Wert und einem Durchgangsstrom im Falle der Ablesung T&sub1;-T&sub2; durch einen Impulszähler zeigt.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Einzelheiten zur Entwicklung der vorliegenden Erfindung

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die Funktionsweise eines Gleichstrom-Fühlers nach der vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben.
Wie weiter oben beschrieben, besitzt der Gleichstrom-Fühler nach der vorliegenden Erfindung eine Kernform-Grundkonstruktion, bei welcher ein aus ringförmigem weichmagnetischem Material bestehender Anregungskern, sich in senkrechter Richtung zur Umfangsrichtung des Erfassungskerns erstreckend, an einem Abschnitt des Erfassungskerns in einem Körper angeordnet ist und die in mehreren Verbesserungsschritten vervollständigt worden ist. Das Funktionsprinzip ist auch im wesentlichen das gleiche wie im Falle des Gleichstrom-Fühlers, der die oben erwähnte Grundkonstruktion aufweist. Da her wird in der folgenden Beschreibung zuerst das Funktionsprinzip auf der Basis des Gleichstrom-Fühlers mit der oben erwähnten Konstruktion beschrieben und dann werden die Einzelheiten der Entwicklung der vorliegenden Erfindung beschrieben, so daß die Merkmale des Gleichstrom-Fühlers nach der vorliegenden Erfindung klarer werden.
Fig. 7 ist eine perspektivische erläuternde Ansicht zur Erklärung des Grundprinzips der Funktion des Gleichstrom-Fühlers nach der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 8 und 9 zeigen die Beziehung zwischen einem Anregungsstrom und einem den Erfassungskern durchdringenden magnetischen Fluß und weiterhin eine elektromotorische Kraft, die in einer Fassungsspule in dieser Konfiguration erzeugt wird.
In Fig. 7 erstreckt sich ein zu erfassender Leitungsdraht 1 durch den Erfassungskern 2, der aus einem ringförmigen weichmagnetischem Material besteht. Eine Erfassungsspule 3 ist in torusförmiger Gestalt um eine vorgegebene Stelle des Erfassungskerns 2 gewickelt und ist an einen vorgegebenen Erfassungskreis (nicht dargestellt) zur Sicherstellung der elektrischen Isolation des zu erfassenden Leitungsdrahts 1 angeschlossen.
Ein Anregungskern 4 besteht aus einem ringförmigen weichmagnetischen Material und ist an einen Umfangsabschnitt des Erfassungskerns 2 in einer Richtung senkrecht zur Umfangsrichtung des Erfassungskerns 2 angeschlossen und bildet durch seine später zu beschreibende Funktion einen magnetisch gesättigten Abschnitt an einer Kernkreuzungsstelle 6 des Erfassungskerns 2 und des Anregungskerns 4, die durch schräge Linien dargestellt ist. Eine Anregungsspule 5 ist in Umfangsrichtung um den Erfassungskern 2 gewickelt.
In der Figur ist eine Modulationsspule 43 in der gleichen Richtung wie der zu erfassende Leitungsdraht 1 gewickelt mit dem Zweck, die Hysterese der Aus gangskennlinie zu reduzieren, von der angenommen wird, daß sie durch einen Effekt der magnetischen Eigenschaften (einer Koerzitivkraft) des den Erfassungskern 2 bildenden weichmagnetischen Materials verursacht ist.
Bei der Konfiguration nach Fig. 7 wird, wenn ein Gleichstrom I an den zu erfassenden Leitungsdraht 1 gelegt wird, im Erfassungskern 2 ein Magnetfeld erzeugt, das im Uhrzeigersinn zur Richtung des Gleichstroms I verläuft und das im Erfassungskern einen magnetischen Fluß φ&sub0; erzeugt.
Wenn zu diesem Zeitpunkt ein vorgegebener Wechselstrom an die Anregungsspule 5 angelegt wird zur Erzeugung eines magnetischen Flusses im Anregungskern 4, der sich periodisch in einer Richtung α in der Figur ändert und ihn periodisch magnetisch sättigt, wird die relative Permeabilität u der Kernkreuzungsstelle 6 (dargestellt durch schräge Linien in der Figur), die ein Umfangsabschnitt des Erfassungskerns 2 ist, reduziert und erreicht kontinuierlich den Wert 1, wodurch im wesentlichen ein sogenannter magnetischer Spalt gebildet wird, der den magnetischen Fluß φ&sub0; im Erfassungskern auf den Wert φ&sub1; reduziert.
Wenn dann der an die Anregungsspule 5 angelegte Wechselstrom eine Frequenz f&sub0; besitzt und der Anregungskern 4 in der Nähe eines Spitzenwertes des Stroms gesättigt wird, erfolgt die Sättigung des Anregungskerns 4 zweimal innerhalb einer Periode des Anregungsstroms I und zwar in dem Fall, in welchem der durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließende Gleichstrom I sich in der positiven Richtung befindet (in der Figur aufwärts), wie in Fig. 8 dargestellt, und in dem Fall, in welchem der durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließende Gleichstrom I sich in der negativen Richtung befindet (in der Figur abwärts), wie in Fig. 9 dargestellt.
In dem Fall, in welchem der durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließende Gleichstrom I sich in der positiven Richtung (in der Figur aufwärts) be findet, wie in Fig. 8 dargestellt, wird durch diese Sättigung der von dem durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließenden Gleichstrom im Erfassungskern 2 erzeugte magnetische Fluß φ&sub0; auf den Wert φ&sub1; mit einer Frequenz 2f&sub0;, wie in Fig. 8(B) dargestellt, reduziert. D. h., die Modulation findet mit der Frequenz 2f&sub0; statt. Somit wird, wenn sich der magnetische Fluß, wie oben erwähnt, ändert, in der Erfassungsspule 3 die Spannung VDET mit der Frequenz 2f&sub0; erzeugt.
Weiterhin wird in dem Fall, in welchem der durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließende Gleichstrom I sich in der negativen Richtung (in der Figur abwärts) befindet, wie in Fig. 9 dargestellt, obwohl die Funktion im wesentlichen die gleiche ist wie in dem Fall, in welchem der Gleichstrom sich in der positiven Richtung (in der Figur aufwärts) befindet, da der Gleichstrom I in der entgegengesetzten Richtung fließt, die Richtung des magnetischen Flusses, der im Erfassungskern 2 erzeugt wird, ebenfalls entgegengesetzt und die Phasendifferenz der in der Erfassungsspule 3 erzeugten Spannung VDET mit der Frequenz 2f&sub0; wird 180º.
Jedoch trotz der Richtung des durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließenden Gleichstrom I ist in jedem Falle wegen der Beziehung für den magnetischen Fluß φ&sub0; Gleichstrom I und Spannung VDET magnetischer Fluß f&sub0; auch die Spannung VDET Gleichstrom I, und somit kann die elektromotorische Kraft, die proportional zu dem im zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließenden Gleichstrom I ist, durch die Erfassungsspule 3 erfaßt werden und es kann ein Absolutwert für den durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließenden Gleichstrom I erfaßt werden.
Bei dem Gleichstrom-Fühler, der die oben erwähnte Konfiguration besitzt, ist, obwohl der Gleichstrom durch die im Vergleich mit den üblichen Konfigurationen relativ einfache Konfiguration erfaßt werden kann, insbesondere bei der Messung im Mikrostrombereich, wie in Fig. 7 gezeigt, eine Modulationsspule 43, die in derselben Richtung wie der zu erfassende Leitungsdraht 1 gewickelt ist, im Erfassungskern 2 angeordnet, da sich der Referenzpegel bei der Messung aufgrund eines Hysteresephänomens der Ausgangsspannung (Ausgangskennlinie) beeinflußt durch die Koerzitivkraft des Erfassungskerns 2 ändert und sich der Meßwert jedesmal ändert und ein genauer Wert nicht erhalten werden kann. D. h., obwohl bei dem Gleichstrom-Fühler mit der oben erwähnten Konfiguration der Erfassungskern 2 durch den durch die Anregungsspule 5 fließenden Anregungsstrom (Wechselstrom) selbst entmagnetisiert wird, weil die Anregungsspule 5 um den Erfassungskern 2 gewickelt ist, ist dies nicht ausreichend und es wird daher zusätzlich zu dem Entmagnetisierungseffekt am Erfassungskern 2 ein in der Modulationsspule 43 erzeugtes magnetisches Wechselfeld überlagert zur Reduzierung der Hysterese der Ausgangskennlinie aufgrund des magnetischen Restflusses des Kerns.
Somit wird, wenn der Wechselstrom, der zur Erzeugung des Magnetfeldes oberhalb der Koerzitivkraft des Erfassungskerns 2 notwendig ist, an die Modulationsspule 43 angelegt wird, die durch den von der Koerzitivkraft des Kernmaterials verursachten magnetischen Restfluß erzeugte Hystereseeigenschaft eliminiert und die Erfassungsempfindlichkeit für den Mikrostrom kann vergrößert werden, indem die überlagerten Wechselkomponenten in einem Erfassungskreis beseitigt werden.
Wie in Fig. 7 dargestellt, kann die Modulationsspule 43, außer daß sie um den Erfassungskern 2 in der gleichen Richtung wie der zu erfassende Leitungsdraht 1 in einer Windung derart gewickelt ist, daß sie sich durch den Erfassungskern 2 hindurcherstreckt, auch in der gleichen Richtung wie oben erwähnt, in mehreren Windungen um den Erfassungskern 2 gewickelt sein in Abhängigkeit von der geforderten Intensität des magnetischen Wechselfeldes. Insbesondere in dem Fall, in welchem sie in mehreren Windungen gewickelt ist, ist sie um den Erfassungskern 2 in einer torusförmigen Gestalt gewickelt, also praktisch in der gleichen Weise wie die Erfassungsspule 3.
Weiterhin kann, wie aus Fig. 7 ersichtlich, die Modulationsspule 43, da sie praktisch in der gleichen Richtung und an derselben Stelle wie die Erfassungsspule 3, die in torusförmiger Gestalt gewickelt ist, um den Erfassungskern 2 gewickelt ist, mit der Erfassungsspule 3 gemeinsam verwendet werden.
D. h., ursprünglich haben der elektrische Strom, welcher durch die Erfassungsspule 3 fließt, und derjenige, der durch die Modulationsspule 43 fließt, Frequenzen die sich stark unterscheiden, so daß selbst dann, wenn sie gemeinsam verwendet werden, durch geeignete Anordnung eines vom elektrischen Strom durchquerten Filters, das die jeweiligen frequenzrealisierenden Funktionen ausübt, die elektrischen Signale leicht getrennt werden können und sogar dann, wenn die Modulationsspule 43 und die Erfassungsspule 3 in einem Körper zusammengebaut sind, die Hysterese der Ausgangskennlinie reduziert werden kann.
Da weiterhin die Phasendifferenz der in der Erfassungsspule 3 erzeugten Spannung VDET mit der Frequenz 2f&sub0; in Abhängigkeit von der Richtung des durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließenden Gleichstroms, wie in Fig. 8 und Fig. 9 beschrieben, 180º beträgt, kann durch Anlegen eines Anregungsstroms in einem Zustand, in welchem das doppelte der Frequenz des von einem Oszillator zur Anregungsspule 5 fließenden Anregungsstroms im voraus in die Hälfte geteilt wurde, und durch Erfassen der Phasendifferenz zwischen einem Ausgangssignal des Oszillators und einem Ausgangssignal der Erfassungsspule 3 mittels eines Phasenvergleichskreises sowohl ein Absolutwert als auch die Richtung des durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließenden Gleichstroms leicht bestimmt werden.
D. h., da die Frequenz des Anregungsstromes, wie sie von dem mit der Anregungsspule 5 verbundenen Oszillator erzeugt wird und die Frequenz des Ausgangssignals VDET der Erfassungsspule 3 den Frequenzwert 2f&sub0; annehmen, welcher das doppelte der Frequenz des schließlich an die Anregungsspule 5 angelegten Anregungsstroms ist, kann die Phasendifferenz leicht verglichen werden und es kann nicht nur der Absolutwert des durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließenden Gleichstroms, sondern auch seine Richtung erfaßt werden.
Beispielsweise kann durch Verbinden des in Fig. 10 dargestellten elektrischen Schaltkreises jeweils mit der Anregungsspule 5 und der Erfassungsspule 3 die oben erwähnte Operation realisiert werden.
D. h., die Anregungsspule 5 ist, wie in Fig. 10 dargestellt, mit einem Wechselstrom-Zuführungsmittel 10 verbunden. Das Wechselstrom-Zuführungsmittel 10 umfaßt einen OSC (Schwingkreis) 11, der mit der Anregungsstrom- Frequenz 2f&sub0; schwingt, die doppelt so hoch ist wie die Frequenz des schließlich an die Anregungsspule 5 angelegten Anregungsstroms, und ein T-FF (Trigger-Flip-Flop) 12, welches die Anregungsstrom-Frequenz halbiert und den Wechselstrom, dessen Frequenz vom Wert 2f&sub0; auf den Wert f&sub0; herunterdividiert ist, über ein LPF (Tief-Paß-Filter) 13 und einen Pufferverstärker 14 der Anregungsspule 5 zuführt.
Wenn der Gleichstrom I mit vorgegebener Richtung an den zu erfassenden Leitungsdraht (s. Fig. 7) angelegt ist, wird durch den Anregungsstrom, dessen Frequenz f&sub0; halbiert worden war und der an die Anregungsspule 5 angelegt ist, ebenso wie ein Wirkungsmechanismus zur Erzeugung der oben beschriebenen elektromotorischen Kraft ein im Erfassungskern 2 erzeugter magnetischer Fluß moduliert und die elektromotorische Kraft mit der Frequenz 2f&sub0;, also mit dem doppelten der Frequenz des Anregungsstroms, die proportional dem durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließenden Gleichstrom ist, kann von der Erfassungsspule 3 als Ausgangssignal abgegeben werden, wodurch ein Absolutwert für den durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließenden Gleichstrom I erkannt werden kann.
Wie bereits anhand der Fig. 8 und 9 beschrieben, beträgt die Phasendifferenz der in der Erfassungsspule 3 erzeugten Spannung VDET mit der Frequenz 2f&sub0; 180º in Abhängigkeit von der Richtung des im zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließenden Gleichstroms I.
Das in der Erfassungsspule 3 in dieser Weise erzeugte Ausgangssignal (elektromotorische Kraft) mit der Frequenz 2f&sub0; wird einem Phasenvergleichskreis 20 zugeführt, der in Fig. 10 dargestellt ist.
Inzwischen wird ein Teil des vom OSC 11, der das Wechselstrom- Zuführungsmittel 10 bildet, erzeugten Anregungsstroms der Frequenz 2f&sub0; über das LPF (Tief-Paß-Filter) 31, einen Phasenschieber 32, einen Schmitt-Trigger 33 usw. dem in Fig. 10 dargestellten Phasenvergleichskreis 20 zugeführt, wobei die Frequenz 2f&sub0; aufrechterhalten wird und ohne, daß über T-FF 12 usw. eine Verbindung zur Anregungsspule 5 besteht.
Die im Phasenschieber 32 verwendeten Teilkomponenten sind vorzugsweise so angeordnet, daß ihre Konstanten die Formel fosc-1/2πRC befriedigen.
Der Phasenvergleichskreis 20 erfaßt die Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal des OSC 11, das dem Kreis 20 zugeführt wurde, und dem Signal der Erfassungsspule 3 und gibt schließlich ein Richtungssignal ab, das der Richtung des durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließenden Gleichstroms I entspricht, ebenso wie die Ausgangsspannung Vout welche den Absolutwert des Gleichstroms I in analoger Darstellung angibt.
Auch kann durch Anlegen eines elektrischen Stroms, dessen Richtung und Intensität sich linear mit der Zeit ändern, wie beispielsweise eines elektrischen Stromes, der sich gemäß einer Dreieck-Wellenform ändert, an die Erfassungsspule 3 im Erfassungskern 2 ein magnetisches Ablenkungsfeld vorgegeben werden und es können der Absolutwert ebenso wie die Richtung des durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließenden Gleichstroms leicht erfaßt werden.
D. h., wenn ein elektrischer Strom wie derjenige, der sich gemäß einer Dreieck-Wellenform ändert, an die Erfassungsspule 3 in dem Zustand angelegt wird, in welchem der durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließende Gleichstrom fließt, so werden in der Erfassungsspule 3 ein von dem Strom mit Dreieck-Wellenform erzeugter magnetischer Fluß und ein von dem durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließenden Gleichstrom erzeugter magnetischer Fluß überlagert und somit können durch Phasenerfassung des Ausgangssignals nach dem Anlegen einer Spitzenwert-Begrenzung an die in der Erfassungsspule 3 erzeugte elektromotorische Kraft und dem Erfassen des Zeitverhältnisses (Tast-Verhältnis) zwischen einer Ausgangssignalzeit auf der positiven Seite (+) und einer Ausgangssignalzeit auf der negativen Seite (-) ein Absolutwert ebenso wie die Richtung des durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließenden Gleichstroms bestimmt werden. Insbesondere kann, wenn ein Maximalwert des an die Erfassungsspule 3 angelegten elektrischen Stromes hoch genug angesetzt wird, um ein Magnetfeld oberhalb der Koerzitivkraft (± Hc) des Materials des Erfassungskerns 2 zu erzeugen, die durch die Hysterese des Materials des Erfassungskerns 2 verursachte Hysterese der Ausgangskennlinie praktisch reduziert werden.
Weiterhin können durch effektive Kombination verschiedener bekannter elektrischer Schaltkreise besondere Vorteile des gemäß Fig. 7 aufgebauten Gleichstrom-Fühlers effektiver ausgenutzt werden.
Inzwischen wird durch Anwenden der in Fig. 7 dargestellten Konfiguration als Basis-Konfiguration und insbesondere durch Verbessern der Konfiguration des Erfassungskerns und des Anregungskerns ein elektromagnetisches Ungleichgewicht und dergleichen bei dem Gleichstrom-Fühler reduziert und hierdurch kann das Rauschen reduziert und das S/N-Verhältnis (Signal/Rausch- Verhältnis) verbessert werden.
So besitzt beispielsweise der Gleichstrom-Fühler mit dem in Fig. 11 dargestellten Aufbau die oben erwähnten Wirkungen und ist wirkungsvoll bei der Realisierung einer stabilen Messung.
D. h., während es bei der in Fig. 7 dargestellten Konfiguration schwierig ist, den dargestellten Gleichstrom-Fühler elektromagnetisch auszubalancieren, da ein Anregungskern 4 mit dem Erfassungskern 2 verbunden ist und die Erfassungsspule 3, die Anregungsspule 5 und die Modulationsspule 43 jeweils an einem Ort angeordnet sind, ist der in Fig. 11 dargestellte Gleichstrom-Fühler unter Berücksichtigung der elektromagnetischen Balance zwischen dem Anregungskern 4, der Erfassungsspule 3, der Anregungsspule 5 und der Modulationsspule 43 aufgebaut.
In Fig. 11 erstreckt sich ein zu erfassender Leitungsdraht 1 durch den Mittelpunkt eines rechteckigen rahmenartigen Erfassungskerns 2. Jeweils an den einander gegenüberliegenden langen Seiten des rechteckigen rahmenartigen Erfassungskerns 2 ist ein Paar Anregungskerne 4a und 4b in einem Körper so angeordnet, daß sie einen vierseitigen Zylinder bilden. Inzwischen ist die Anregungsspule 5 in Umfangsrichtung um den rechteckigen rahmenartigen Erfassungskern 2 gewickelt.
Jeweils um die einander gegenüberliegenden kurzen Seiten des rechteckigen rahmenartigen Erfassungskerns 2 ist ein Paar von Erfassungsspulen 3a und 3b in torusförmiger Gestalt gewickelt und elektrisch miteinander verbunden. Weiterhin ist ein Paar von Spulen 43a und 43b um die gleiche Stelle in der gleichen Richtung wie der zu erfassende Leitungsdraht 1 gewickelt und durch vorgegebene Mittel in Serie elektrisch miteinander verbunden.
Wenn bei einer solchen Konfiguration ein Gleichstrom an den zu erfassenden Leitungsdraht 1 angelegt ist, wird im Erfassungskern 2 ein Magnetfeld erzeugt, das in bezug auf die Richtung des Gleichstroms I im Uhrzeigersinn verläuft und das in ihm einen magnetischen Fluß erzeugt.
Wenn zu dieser Zeit ein vorgegebener Wechselstrom an die Anregungsspule angelegt wird zur Erzeugung eines magnetischen Flusses, der sich in dem Paar von Anregungskernen 4a, 4b in der Richtung α in der Figur periodisch ändert, und zur periodischen magnetischen Sättigung der Anregungskerne 4a und 4b, so bildet eine Kernkreuzungsstelle 6 der langen Seiten, die ein Umfangsabschnitt des rechteckigen rahmenartigen Erfassungskerns 2 ist, im wesentlichen einen sogenannten magnetischen Spalt, dessen relative Permeabilität u sich dem Wert 1 sehr stark annähert und der magnetische Fluß φ&sub0; im Erfassungskern reduziert sich auf φ&sub1;.
Somit ist bei dem oben dargestellten Gleichstrom-Fühler der Wirkungsmechanismus der Erzeugung einer elektromotorischen Kraft an dem Paar von Erfassungsspulen 3a und 3b der gleiche wie bei der in Fig. 7 dargestellten Konfiguration, und die diesem Wirkungsmechanismus entsprechenden Effekte können in ähnlicher Weise erhalten werden. Weiterhin führt bei dieser Konfiguration nicht nur die Wirkung der elektromagnetischen Ausbalancierung aufgrund der insgesamt symmetrischen Konfiguration in bezug auf den zu erfassenden Leitungsdraht 1, sondern auch die Wirkung der Anordnung eines Paares von Modulationsspulen 43a und 43b zu einer wirkungsvollen Reduzierung der magnetischen Restflußdichte im Erfassungskern 2 entsprechend dem diamagnetischen Effekt, der durch Vergrößerung des Verhältnisses der Breite d (s. Fig. 7) der Verbindung des Anregungskerns 4 in bezug auf die magnetische Weglänge des Erfassungskerns 2 erhalten wird, und somit kann die Wirkung der Koerzitivkraft des Kernmaterials weiter reduziert werden.
Obwohl es mit dem Gleichstrom-Fühler, der so aufgebaut ist, wie in Fig. 11 dargestellt, möglich war, einen Gleichstrom-Fühler zu schaffen, der in seinem Aufbau relativ einfach ist und der es, verglichen mit dem Gleichstrom-Fühler, der aus dem üblichen bekannten Typ des magnetischen Verstärkers, des ma gnetischen Multivibrators, der Hall-Vorrichtung oder dergleichen besteht, ermöglicht einen elektrischen Strom im Mikro-Bereich mit hoher Empfindlichkeit zu erfassen, mußte, um die Rentabilität bei der Massenproduktion im industriellen Maßstab zu verbessern, die Gesamtkonstruktion des Gleichstrom- Fühlers vereinfacht werden und es mußte insbesondere weiterhin die Gestalt des Kerns verbessert werden.
Bei der in Fig. 11 dargestellten Konfiguration tritt in der Erfassungsspule 3a die zweite höhere Oberfrequenz des Anregungssignals auf, welche durch eine Nichtlinearität der magnetischen Kennlinie erzeugt wird, die dem den Erfassungskern 2 und die Anregungskerne 4a und 4b bildenden weichmagnetischen Material eigentümlich ist, und da die zweite höhere Oberfrequenz und das Erfassungssignal (elektromotorische Kraft der Erfassungsspule 3a) außerdem die gleiche Frequenz besitzen, ist es unmöglich, sie elektrisch zu trennen.
Deshalb war es schwierig, einen Gleichstrom-Fühler zu schaffen, der ein höheres S/N-Verhältnis als jenes aufweist.
Wie aus den Einzelheiten der bisher beschriebenen verschiedenen Verbesserungen hervorgeht, besitzt der Gleichstrom-Fühler nach der vorliegenden Erfindung die in Fig. 7 gezeigte Grundkonfiguration und später ist die in Fig. 11 gezeigte Konfiguration entwickelt worden, bei welcher das elektromagnetische Gleichgewicht berücksichtigt wurde und Schwachpunkte verbessert wurden. Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, wurden weitere Verbesserungen hinzugefügt. Der Gleichstrom-Fühler nach der vorliegenden Erfindung wurde nämlich weiter entwickelt, indem hauptsächlich die Gestalt des Kerns aufgeteilt wurde oder ein sich in Umfangsrichtung durch den aus ringförmigem weichmagnetischem Material bestehenden Erfassungskern erstreckender hohler Abschnitt ausgebildet wurde und die in Umfangsrichtung gewickelten Anregungsspulen in dem hohlen Abschnitt angeordnet wurden und die in to rusförmiger Gestalt gewickelte Erfassungsspule um den Erfassungskern herum angeordnet wurde. Die spezifische Konfiguration wird im folgenden anhand dargestellter Ausführungsformen im Einzelnen beschrieben.

Funktionsweise eines Gleichstrom-Fühlers nach der vorliegenden Erfindung

Fig. 1 ist eine perspektivische fragmentarische geschnittene Ansicht, welche eine Ausführungsform eines Gleichstrom-Fühlers nach der vorliegenden Erfindung zeigt, Fig. 2 ist eine in Längsrichtung geschnittene Ansicht entlang einer Linie a-a in Fig. 1 und Fig. 3 ist eine in Längsrichtung geschnittene fragmentarische Detailansicht von Fig. 1.
In der Figur erstreckt sich ein zu erfassender Leitungsdraht 1 durch einen insgesamt ringförmigen Erfassungskern 51. Der Erfassungskern 51 ist mit einem hohlen Abschnitt 52 versehen, der sich in Umfangsrichtung durch ihn hindurch erstreckt und eine Mehrzahl von Erfassungskernteilen kombiniert, die später beschrieben werden, und er ist in einer sogenannten rohrförmigen Gestalt ausgebildet.
In der Figur bezeichnet Bezugsziffer 53 eine Anregungsspule, die in Umfangsrichtung im hohlen Abschnitt des Erfassungskerns 51 aufgewickelt ist und Bezugsziffer 54 bezeichnet eine Erfassungsspule, die in torusförmiger Gestalt um den Erfassungskern 51 herumgewickelt ist.
Bei dem Gleichstrom-Fühler nach der vorliegenden Erfindung ist es wie bei der vorher anhand der Fig. 7 und 11 dargestellten Konfiguration schwierig, klar zwischen den Teilkomponenten des Erfassungskerns und des Anregungskerns zu unterscheiden und wie später beschrieben wird, dient der Erfassungskern 51 der gleichen Funktion wie der Erfassungskern 2 und der Anregungskern 4, welche die in den Fig. 7 und 11 dargestellte Konfiguration besitzen.
Wenn bei der oben gezeigten Konfiguration ein Gleichstrom I an den zu erfassenden Leitungsdraht 1 angelegt wird, wird, wie in Fig. 3 gezeigt, ein magnetischer Fluß φ&sub0; in Umfangsrichtung des Erfassungskerns 51 erzeugt. Wenn ein vorgegebener Anregungsstrom (Wechselstrom) in diesem Zustand an die Anregungsspule 53 angelegt wird, wird ein magnetischer Fluß in der durch den Pfeil α angegebenen Richtung im Erfassungskern 51 erzeugt. Der magnetische Fluß in Richtung α wird im wesentlichen in einer Richtung erzeugt, die orthogonal zur Richtung des magnetischen Flusses φo in Umfangsrichtung ist, der vom durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließenden Gleichstrom erzeugt wird und unterbricht periodisch den magnetischen Weg des magnetischen Flusses φ&sub0;.
D. h., durch den Wirkungsmechanismus der Erzeugung einer elektromotorischen Kraft, welcher grundsätzlich der gleiche ist wie bei dem Gleichstrom- Fühler der so aufgebaut ist, wie in den vorher beschriebenen Fig. 7 und 11 dargestellt, kann ein gewünschtes Ausgangssignal an der Erfassungsspule 54 erhalten werden.
Jedoch während ein derartiges Phänomen oder das Phänomen der periodischen Unterbrechung des magnetischen Weges durch den magnetischen Fluß φ&sub0; in Umfangsrichtung bei dem Erfassungskern 2 in der Konfiguration der vorher beschriebenen Fig. 7 und 11 in einem Abschnitt (der in den jeweiligen Figuren mit Bezugsziffer 6 bezeichnete Abschnitt) erzeugt wird, wird es bei dem Gleichstrom-Fühler nach der vorliegenden Erfindung vollständig im Erfassungskern 51 erzeugt.
Somit ist der Demagnetisierungseffekt des Erfassungskerns 51 durch den an die Anregungsspule 53 angelegten Anregungsstrom (Wechselstrom) stark verbessert und weiterhin kann durch eine Verwendung, die gewöhnlich mit der vorher beschriebenen Modulationsspule (s. Fig. 7 und Fig. 11) erfolgt, die Hysterese der Ausgangskennlinie, die durch die dem Erfassungskern 51 eigen tümliche Koerzitivkraft bewirkt ist, stark reduziert werden und es kann bei der Erfassung des Mikrostroms eine hochempfindliche Messung ausgeführt werden.
D. h., da durch den an die Anregungsspule 53 angelegten Anregungsstrom in Umfangsrichtung ganz herum und in der senkrechten Richtung (Richtung α in der Figur) des Erfassungskerns 51 periodisch magnetische Sättigung erzeugt wird, wird der magnetische Restfluß durch die Sättigung in Umfangsrichtung (Richtung φ&sub0; in der Figur) ausgelöscht. Durch ein solches Phänomen wird sogar dann, wenn ein Material mit begrenzter Koerzitivkraft als Erfassungskern 51 verwendet wird, der Effekt der magnetischen Hysterese des Materials beträchtlich reduziert.
Da weiterhin die Anregungsspule 53 in dem hohlen Abschnitt 52 des Erfassungskerns 51 angeordnet ist, ist die Anregungsspule 53 praktisch von weichmagnetischem Material umgeben und somit ist der Streuverlust des magnetischen Flusses, welcher durch den in der Anregungsspule 53 fließenden Strom erzeugt wird, sehr klein und der Mischpegel des Anregungssignals in der Erfassungsspule 54 kann erniedrigt werden mit dem Ergebnis, daß das in der Erfassungsspule 54 erzeugte Restsignal kleiner wird und das S/N- Verhältnis des Erfassungssignals stark verbessert werden kann.
Da mittlerweile der Erfassungskern 51 durch Kombination und Integration der Erfassungskernteile erhalten werden kann, die aus einer einfachen Konfiguration bestehen, wie sie bei einer später zu beschreibenden Ausführungsform dargestellt wird, können beispielsweise die Erfassungskernteile einfach durch Preßformen und dergleichen erhalten werden und dies ist sehr effektiv für die Massenproduktion in industriellem Maßstab.
Fig. 4 ist eine fragmentarische perspektivische geschnittene Darstellung, welche eine andere Ausführungsform des Gleichstrom-Fühlers nach der vorlie genden Erfindung zeigt, bei welcher die Grundkonfiguration die gleiche ist, wie bei der in Fig. 1 dargestellten Konfiguration mit der Ausnahme der Gestalt des Erfassungskerns 51. D. h., während bei der in Fig. 1 dargestellten Konfiguration der Erfassungskern 51 insgesamt eine zylinderförmige Gestalt aufweist, besitzt der Erfassungskern 51 bei der in Fig. 4 dargestellten Konfiguration insgesamt die Form eines viereckigen Zylinders. Diese Konfigurationen können in passender Weise unter Berücksichtigung des Ortes, an welchem der Gleichstrom-Fühler installiert wird, und der Rentabilität ausgewählt werden.
Bei dem Gleichstrom-Fühler nach der vorliegenden Erfindung können innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche, ohne Beschränkung auf die in Fig. 1 und Fig. 4 dargestellten Konfigurationen unterschiedliche Konfigurationen gewählt werden.
Obwohl beispielsweise bei den in Fig. 1 und Fig. 4 dargestellten Konfigurationen die Stelle der Modulationsspule 43, die bei den Konfigurationen nach Fig. 7 und Fig. 11 vorhanden ist, nicht dargestellt ist, kann bei den beiden in Fig. 1 und Fig. 4 dargestellten Konfigurationen der gleiche Effekt durch Anordnung der Modulationsspule 43 erhalten werden und sogar, wenn eine Konfiguration gewählt wird, bei welcher die Modulationsspule 43 und die Erfassungsspule 54 gemeinsam in einem Körper angeordnet sind, kann die Hysterese der Ausgangskennlinie reduziert werden.
Weiterhin wird, um sowohl den Absolutwert als auch die Richtung des durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließenden Gleichstroms zu erfassen, einfach in derselben Weise wie bei den Konfigurationen von Fig. 7 und Fig. 11 der Anregungsstrom in dem Zustand, in welchem die von einem Oszillator abgegebene Frequenz, die der doppelten Frequenz des Anregungsstroms entspricht, vorher in die Hälfte geteilt wird, an die Anregungsspule 53 angelegt oder es werden Mittel zur Erfassung der Phasendifferenz des Ausgangssignals des Oszillators und desjenigen der Erfassungsspule durch einen Pha senvergleichskreis ausgewählt oder es wird ein elektrischer Strom, dessen Richtung und Intensität sich linear und periodisch mit der Zeit ändert, wie beispielsweise ein elektrischer Strom, der sich in der Art einer Dreieck- Wellenform ändert, an die Erfassungsspule 54 angelegt und es können Mittel zum Erschaffen eines Ablenkungs-Magnetfeldes im Erfassungskern ausgewählt werden und weiterhin können durch Kombination unterschiedlicher bekannter elektrischer Schaltkreise in wirksamer Weise wesentliche Vorteile des Gleichstrom-Fühlers nach der vorliegenden Erfindung in effektiver Weise eingesetzt werden.
Bei dem Gleichstrom-Fühler nach der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise als ringförmiges weichmagnetisches Material, welches den Erfassungskern 51 bildet, ein weichmagnetisches Material in Abhängigkeit von der Intensität des durch den zu erfassenden Leitungsdraht fließenden elektrischen Stroms oder von der für den Sensor geforderten Erfassungsempfindlichkeit gewählt. Obwohl gewöhnlich im Hinblick auf die magnetischen Eigenschaften und die Bearbeitbarkeit Permalloy vorzuziehen ist, können andere weichmagnetische Materialien, wie beispielsweise eine Siliziumstahlplatte, amorphes Material, elektromagnetisches Weicheisen, Weichferrite und dergleichen unabhängig oder in Kombination verwendet werden.
Die ringförmigen weichmagnetischen Materialien brauchen nicht in einer sogenannten Ringgestalt vorliegen, sie können vielmehr so verbunden sein, daß sie einen geschlossenen elektromagnetischen Kreis bilden. Insbesondere, wenn dieser so ausgebildet ist, daß er einen sich durch den Erfassungskern in Umfangsrichtung erstreckenden hohlen Abschnitt bildet und die in Umfangsrichtung gewickelte Anregungsspule in dem hohlen Abschnitt angeordnet ist, können unterschiedliche Konfigurationen, die als Ganzes eine zylinderische Gestalt, eine rechteckige Gestalt und dergleichen aufweisen, ausgewählt werden.
Die Rentabilität kann beträchtlich verbessert werden durch Berücksichtigung der Qualität des magnetischen Materials und der Endgestalt des oben beschriebenen Erfassungskerns, sowie durch Auswahl der den Erfassungskern bildenden Einzelteile und eines Herstellungsverfahrens. So können beispielsweise im Falle metallischer Materialien, wie beispielsweise Permaloy und dergleichen, mechanische Bearbeitungsverfahren durch eine Presse oder eine Drehmaschine in geeigneter Weise kombiniert werden und im Falle von Weichferriten können Preßformen gewählt werden, um Erfassungskernteile der gewünschten Gestalt leicht herzustellen.
Bei dem Gleichstrom-Fühler nach der vorliegenden Erfindung ist es im Hinblick auf die magnetische Sättigung im Erfassungskern 51 nicht notwendig, die vollständige Sättigung durch den ganzen Erfassungskern 51 hindurch zu erzielen. Die erforderliche Erfassung kann durch eine bloß ungefähre Sättigung erreicht werden.
Somit ist es durch Auswahl der optimalen Bedingung in bezug auf die Formen und Abmessungen des weichmagnetischen Materials und die Anzahl der Windungen der Erfassungsspule und der Anregungsspule zusammen mit der Qualität des weichmagnetischen Materials möglich, einen Fühler zu schaffen, der eine höhere Brauchbarkeit besitzt.
Weiterhin ist es durch Umgeben des Gleichstrom-Fühlers nach der vorliegenden Erfindung mit einem aus Permalloy, Platten aus nicht orientiertem Siliziumstahl und dergleichen bestehenden Abschirmgehäuse möglich, von außen kommendes Induktionsrauschen zu verhindern mit dem Ergebnis einer stabileren Erfassung.
Bei jeder der oben erwähnten Konfigurationen ist der zu erfassende und sich durch den Erfassungskern erstreckende Leitungsdraht nicht auf einen Leitungsdraht beschränkt, sondern es können eine Vielzahl von Leitungsdrähten verwendet werden in Abhängigkeit von der Größe des geforderten Fühlers. Jedoch kann die Wirkung des Gleichstrom-Fühlers nach der vorliegenden Erfindung in höchst effektiver Weise durch Verwendung eines zu erfassenden Leitungsdrahtes realisiert werden.

Gleichstrom-Fühler, der geteilt werden kann

Weiterhin wird als Konfiguration des Gleichstrom-Fühlers, welche sehr leicht an einem zu erfassenden Leitungsdraht zu montieren ist, der bereits verdrahtet ist und welcher eine hohe Vielseitigkeit in der Verwendung besitzt, ein Gleichstrom-Fühler vorgeschlagen, der, wenn der zu erfassende Leitungsdraht durch den Kern hindurchgeführt wird, an mindestens einer Stelle in Umfangsrichtung geteilt werden kann.
Ein in Fig. 12 dargestelltes Beispiel, bei welchem ein ringförmig gestalteter Erfassungskern 62 in die Hälfte geteilt ist, ist folgendermaßen aufgebaut. Eine Anregungsspule mit einer einzigen Windung wird in den halbkreisförmigen Erfassungskernteilen 62a, 62b gebildet, welche den Körper des Erfassungskerns 62 zusammensetzen, der beispielsweise aus einem Block aus weichmagnetischem Material herausgearbeitet ist; halbkreisförmige Anregungsspulenteile 65a, 65b (wobei nur 65b nicht dargestellt ist), welche durch Bearbeitung eines Cu-Blockmaterials hergestellt sind, werden eingesetzt und dann durch Plazieren halbkreisförmiger Platten 66a, 66b aus weichmagnetischem Material, welche die innere Oberfläche des Erfassungskerns 62 bilden, zu einem ringförmigen Körper zusammengebaut, dann mittels eines an der äußeren Oberfläche des Kerns anliegenden Klemmbandes 67 zusammengeklemmt, und weiterhin sind Einspannvorsprünge 68a, 68b an einer Endfläche der halbkreisförmigen Anregungsspulenteile 65a, 65b derart angeordnet, daß sie mittels eines durch sie hindurchgeführten Bolzens eingespannt werden können und an einer anderen Endfläche ist eine Schraube 69, die von der Außenseite des Kerns her eingesetzt wird (man beachte ein offenes Schrau benloch 62c im Erfassungskernteil 62a), vorgesehen zum Festspannen der halbkreisförmigen Anregungsspulenteile 65a, 65b, wodurch ein Paar von halbkreisförmigen Anregungsspulenteilen 65a, 65b fest eingespannt wird.
Um die Isolation zwischen den Komponententeilen 62a, 62b, 66a, 66b des Erfassungskerns 62 und den halbkreisförmigen Anregungsspulenteilen 65a, 65b sicherzustellen, ist beispielsweise außer der Einschaltung einer Isolierplatte 68c zwischen das eine Kontaktflächenpaar der Spulenteile 65a, 65b die Oberfläche der Spulenteile 65a, 65b außer am Kontakfflächenpaar mit einer Isolationssubstanz beschichtet.
Die Erfassungsspulen 63a, 63b sind um den zusammengesetzten halbkreisförmigen Erfassungskern herumgewickelt, und die Anregungsspule wird an den Einspannvorsprüngen 68a, 68b erregt.
Da bei dieser Konfiguration die Anregungsspule praktisch aus einer Windung besteht, kann durch Anregung der Umgebung der Einspannvorsprünge 68a, 68b über einen Impedanzanpassungstransformator die gleiche Funktionswirkung wie bei der Konfiguration nach Fig. 1 erhalten werden.
Obwohl bei der Konfiguration nach Fig. 12 die Kontaktoberfläche der halbkreisförmigen Anregungsspulenteile 65a, 65b, welche die Anregungsspule bilden, groß genug ist, um die erforderliche Anregungswirkung zu realisieren, ist es, da die Kontaktoberfläche zu den Erfassungskernteilen 62a, 62b hin, welche den Erfassungskern 62 bilden, klein ist, schwierig, den magnetischen Widerstand, der die Erfassungsempfindlichkeit verschlechtert, zu reduzieren. Als ein aus einer Verbesserung der in Fig. 12 dargestellten Konfiguration abgeleitete Konfiguration wird ein Gleichstrom-Fühler, wie er in Fig. 13 dargestellt ist, vorgeschlagen.
Bei dem in Fig. 13 dargestellten Beispiel wird ein zylindrischer Kern verwen det, der in die Hälfte geteilt ist. Der Erfassungskern 70 ist als elliptische Form ausgebildet, in dem hufeisenförmige Erfassungskernteile 71, 72 miteinander kombiniert werden, wobei das auf der linken Seite der Figur dargestellte hufeisenförmige Erfassungskernteil 71 einen integrierten Typ eines Erfassungskernteils darstellt, der durch vertikales Aufeinanderschichten eines Paares von hufeisenförmigen Zylindern zu einem Körper gebildet ist. Im in der Figur dargestellten Beispiel sind die Zylinder, die durch eine Trennplatte in einen oberen und unteren geteilt sind, in hufeisenförmiger Gestalt ausgebildet, und während sie aus einem Paar im Querschnitt U-förmiger Materialstücke und der Trennplatte aufgebaut sind, wird eine durch Biegen einer elliptischen Spule hergestellte Anregungsspule 73, wie in Fig. 13 (B) dargestellt, in sie eingebracht.
Ein weiteres hufeisenförmiges Erfassungskernteil 72 ist ein Erfassungskernteil vom getrennten Typ, das aus einem Paar hufeisenförmiger Zylinder zusammengesetzt ist, die zwischen sich einen vorgegebenen Spalt ausbilden. Im in der Figur dargestellten Beispiel ist ein Paar von Erfassungskernteilen 72a, 72b, die aus im Querschnitt U-förmigen mit Nuten versehenen Elementen und Abdeckplattenteilen bestehen, parallel zueinander angeordnet und es ist ein durch Biegen einer elliptischen Spule, wie in Fig. 13 (B) dargestellt, hergestelltes Anregungsspulenteil 74 derart in sie eingebracht, daß ein abgebogener Teil an der Außenseite des zusammengesetzten Erfassungskerns 70 liegt und daß sie, wenn die Erfassungskernteile 72a, 72b mit dem hufeisenförmigen Erfassungskernteil 71 zu einem Körper zusammengefügt werden, in das Paar von Erfassungskernteilen 72a, 72b eingespannt ist.
Die Figur zeigt ein Erfassungsspulenteil 75, das in torusförmiger Gestalt um das Erfassungskernteil 71 vom integrierten Typ gewickelt ist, und Bezugsziffer 76 bezeichnet ein Erfassungsspulenteil, das in torusförmiger Gestalt um das Erfassungskernteil 72 vom getrennten Typ gewickelt ist.
Bei dem Paar von U-förmigen Materialstücken und der Trennplatte des hufei senförmigen Erfassungskernteils 71 beträgt die Dicke der Trennplatte vorzugsweise etwa das zweifache der Dicke der U-förmigen Materialstücke. Durch Anordnen eines nichtmagnetischen Halteteils (nicht dargestellt) von vorgegebener Größe zwischen den Erfassungskernteilen 72a, 72b des hufeisenförmigen Erfassungskernteils 72 ist die Integration mit dem Erfassungskernteil 71 erleichtert und es kann eine bequemere Handhabbarkeit erreicht werden.
An sich ist es bei der Verwendung der Konfiguration, bei welcher die Anregungsspulenteile unabhängig voneinander gewickelt sind, ohne sich über die geteilten Erfassungskerne hinweg zu erstrecken, nicht notwendig, die Anregungsspulenteile zur Integration im Erfassungskern zu verbinden.
D. h., durch Aufteilen des hohlen Anteils des geteilten Erfassungskernteils 71 mit dem gleichen Material wie der Kern in zwei oder mehr Abschnitte und Wickeln der Anregungsspule 73 in den geteilten hohlen Anteilen in der gleichen Weise wie bei der in Fig. 1 dargestellten Anregungsspule 53, kann das Erfassungskernteil 71 periodisch in. Umfangsrichtung und in orthogonaler Richtung zur Längsrichtung magnetisch gesättigt werden.
Weiterhin können bei den Erfassungskernteilen 72a, 72b durch die in die hohlen Teile gewickelte Anregungsspule 74 die Kernteile 72a, 72b periodisch in der gleichen Weise wie das Erfassungskernteil 71 magnetisch gesättigt werden.
Inzwischen kann bei dieser Konfiguration durch Einbringen und Einspannen des einen Erfassungskernteils 71 zwischen die beiden anderen Erfassungskernteile 72a, 72b in der Weise, daß es zur Integration in vertikaler Richtung eingespannt ist, der magnetische Widerstand an der Kontaktstelle reduziert werden.
D. h., es ist möglich die Überlappungs- und Kontaktzone der Erfassungskernteile 71, 72 zu vergrößern, und im Vergleich zu der Konfiguration nach Fig. 12 ist der magnetische Widerstand an der Kontaktstelle beträchtlich reduziert und es kann eine Erfassungsempfindlichkeit von etwa der gleichen Größe wie im Fall der Anwendung des in Fig. 1 dargestellten integrierten Kerns erhalten werden.
Der oben dargestellte Gleichstrom-Fühler vom getrennten Typ ist sehr einfach an einem zu erfassenden Leitungsdraht zu montieren, der bereits verdrahtet ist, und die Vielseitigkeit seiner Anwendungsmöglichkeiten ist hoch, und somit wird die gleiche Funktionswirkung wie bei dem oben beschriebenen integrierten Typ erreicht und die Konfiguration mit geteiltem Kern kann im Gegensatz zu der oben erwähnten Konfiguration in angemessener Weise eingesetzt werden.

Ausführungsform 1

Die Erfassungskernteile 51a, 51b, die in Fig. 5(A) und Fig. 5(C) dargestellt sind, wurden aus einem Materialblock herausgearbeitet, der aus Permalloy C (78%Ni-5%Mo-4%Cu-Ausgleich: Fe) bestand und in ein Formstück verarbeitet. Die Dicke der erhaltenen Teile 51a, 51c betrug 1,0 mm.
Das Erfassungskernteil 51a besitzt eine zylindrische Gestalt mit einem Boden und umfaßt ein Durchgangsloch in der Mitte des Bodens zur Bildung eines äußeren Zylinderteils des Erfassungskerns 51, und das Erfassungskernteil 51c besitzt einen Kragen um einen Endabschnitt des Zylinders zur Bildung eines inneren Zylinderteils des Erfassungskerns 51. Hierbei sind die Rohabmessungen der jeweiligen Teile folgende. Im Erfassungskernteil 51a: Außendurchmesser D&sub1; = 20 mm, Innendurchmesser D&sub2; = 10 mm und Höhe H&sub1; = 9 mm und im Erfassungskernteil 51c: Außendurchmesser D4 = 20 mm, Innendurchmesser D&sub5; = 10 mm und Höhe H&sub3; = 9 mm.
Die Erfassungskernteile 51a und 51c wurden einer Wärmebehandlung mit vielstufiger Abkühlung bei 100ºC/Stunde zwischen 600ºC und 400ºC unterworfen, nach dem sie bearbeitet und in einer Wasserstoffgasatmosphäre bei 1100ºC drei Stunden lang erhitzt worden waren.
Nach dem Aufwickeln der aus einem Lackdraht mit 0,2 mm Außendurchmesser bestehenden Aufwickelspule 53 um einen Plastikspulenkörper 51b mit dem Außendurchmesser D&sub3; = 15 mm und der Höhe H&sub3; = 7 mm, wie in Fig. 5 (B) dargestellt, mit 100 Windungen, wurde der Plastikspulenkörper 51b um das Erfassungskernteil 51c herum eingebaut und zur Integration mit dem Erfassungskernteil 51a bedeckt. D. h., der Erfassungskern 51, der den Plastikspulenkörper 51b enthält, um welchen die Anregungsspule 53 gewickelt ist, wurde durch das Erfassungskernteil 51a und das Erfassungskernteil 51c gebildet.
Nach dem Einsetzen des Erfassungskerns 51 in ein Plastikgehäuse (nicht dargestellt) und der Sicherstellung einer elektrischen Isolation wurde die aus einem Lackdraht mit 0,1 mm Außendurchmesser bestehende Erfassungsspule 54 um das Plastikgehäuse herum (Erfassungskern 51) mit 300 Windungen in torusförmiger Gestalt gewickelt, wie in Fig. 1 dargestellt, und der mit Vinylpolymerisat beschichtete zu erfassende Leitungsdraht 1 mit 8 mm Außendurchmesser wurde durch den Erfassungskern 51 hindurchgeführt zur Vervollständigung des Gleichstrom-Fühlers nach der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 1 dargestellt.
Wenn bei dem Gleichstrom-Fühler nach der vorliegenden Erfindung, der in der oben erwähnten Weise aufgebaut war, ein Wechselspannungssignal von f&sub0; = 500 H&sub2; und 1 V-Effektivwert an die Anregungsspule 53 angelegt wurde, wurde ein Anregungsstrom von 0,1A-Effektivwert erzeugt. Wenn zu dieser Zeit ein Mikro-Strom von ± 5 mA an den zu erfassenden Leitungsdraht 1 angelegt wurde, um den in der Erfassungsspule 54 erzeugten Wechselstrom mit f = 1000 H&sub2; (f = 2f&sub0;) zu messen, wurde ein Meßergebnis erhalten, wie es in Fig. 6 dargestellt ist.
Da die in Fig. 5 dargestellte Konfiguration aus Blockmaterial zur Bearbeitung herausgearbeitet wurde, ist die Kerndicke oder die Abschnittsfläche groß und dies ist wirksam für die Vergrößerung des magnetischen Flusses im Kern und des Ausgangssignals.

Ausführungsform 2

Bei der Verwendung des Gleichstrom-Fühlers nach Ausführungsform 1 wurde ein Wechselstrom zuführendes Mittel, das einen Oszillator umfaßte, der einen Anregungsstrom mit einer Frequenz erzeugte, die dem doppelten der Frequenz des schließlich an die Anregungsspule 53 angelegten Stromes entsprach, sowie ein Phasenvergleichskreis jeweils an die Anregungsspule 53 und die Erfassungsspule 54 angeschlossen zum Anlegen von praktisch dem gleichen vom Oszillator zur Anregungsspule 53 laufenden Anregungssignal wie bei Ausführungsform 1 und zum Anlegen eines sinusförmigen Wechselstroms von 30 H&sub2;, 0,1 mA (am Scheitelpunkt) derart, daß die Erfassungsspule 54 als Anregungsspule dient und es wurde weiterhin eine Änderung des Ausgangssignals nach dem Entfernen einer Wechselkomponente von 30 H&sub2; von einer durch die Erfassungsspule 3 über den Phasenvergleichskreis abgegebenen elektromotorischen Kraft (Ausgangssignal) mittels eines Tiefpaßfilters gemessen, wenn der Gleichstrom I an den zu erfassenden Leitungsdraht 1 innerhalb eines Bereiches von ±5 mA angelegt wurde. Als Ergebnis wurde bestätigt, daß 1 mA mit einem S/N-Verhältnis von 10 oder höher erfaßt werden kann.
Wie aus dem obigen Meßergebnis ersichtlich ist, ist bei dem Gleichstrom- Fühler nach der vorliegenden Erfindung trotz der sehr einfachen Konfiguration des Erfassungskerns 51 das Ausgangs-Fehlersignal aufgrund der hin- und hergehenden Ströme sehr klein und es kann sogar bei einem Mikro-Strom von 1 mA mit einem S/N-Verhältnis von 10 oder mehr gemessen werden, so daß eine sehr empfindliche Erfassung möglich ist.

Ausführungsform 3

Wie in Fig. 14(A) und (C) dargestellt, wurden aus Permalloy C-Material (78Ni-3,5Mo-4,5Cu-Fe) hergestellte Platten mit einer Dicke von 0,35 mm durch Pressformen an einem Ende nach außen bzw. nach innen gebogen zur Herstellung eines inneren Zylinders 80 und eines äußeren Zylinders 81, die zur Bildung eines Zylinders zusammengesetzt wurden, der zur Sicherstellung der magnetischen Eigenschaften geglüht wurde, indem er nach dem Waschen in Triclen, dann in H&sub2;-Gas 3 Stunden lang auf 1000ºC erhitzt und dann mit 100ºC/Stunde zwischen 600ºC und 400ºC abgekühlt wurde.
Weiterhin wurde, wie in Fig. 14(B) dargestellt, ein Lackdraht mit einem Durchmesser von 0,18 mm in 100 Windungen um einen Kunststoff- Spulenkern 82 mit 25,5 mm Innendurchmesser, einer Dicke von 0,2 mm und einer Länge von 7 mm in der Art eines Solenoids gewickelt zur Herstellung einer Anregungsspule 83 durch Imprägnieren mit einem kommerziell erhältlichen Sofortkleber zur Verfestigung des Drahtes.
Wie in Fig. 14 dargestellt, wurden der innere Zylinder 80 und der äußere Zylinder 81 von oben und unten ineinandergreifend in die Anregungsspule 83 eingesetzt zur Herstellung eines die Anregungsspule 83 enthaltenden Erfassungskerns 84, wie in Fig. 15(B) dargestellt. Der Kontakt zwischen dem inneren Zylinder 80 und dem äußeren Zylinder 81 wurde mittels des kommerziell erhältlichen Sofortklebers sichergestellt.
Weiterhin wurde nach dem Abdecken des in Fig. 15(B) dargestellen Erfassungskerns 84 mit in Fig. 15(A) und (C) dargestellten Plastikgehäusen 85, 86 zur Verhinderung einer Verwindung ein Lackdraht mit einem Durchmesser von 0,18 mm mit 300 Windungen in torusförmiger Gestalt als Erfassungsspule 87 gewickelt, die üblicherweise als Modulationsspule verwendet wird, zur Herstellung eines Gleichstrom-Fühlers nach der vorliegenden Erfindung, wie er in Fig. 16 dargestellt ist.
Ein Oszillator wurde an die Anregungsspule des sich ergebenden Gleichstrom-Fühlers angeschlossen und ein Breitband-Wechselspannungsmeßgerät wurde mit der Erfassungsspule, die üblicherweise als Modulationsspule verwendet wird, über ein Bandpaßfilter mit der Resonanzfrequenz f&sub0; = 7 kHz und Q = 5 verbunden und es wurde ein mit einem Gleichstromversorgungsgerät verbundener Leitungsdraht durch den Erfassungskern hindurch erstreckt. Wenn ein Wechselspannungssignal von 3,5 kHz und 10 V-Effektivwert an die Anregungsspule angelegt wurde, wurde ein elektrischer Strom von 25 mA- Effektivwert erzeugt. Wenn die Ausgangsspannung nach dem Entmagnetisieren des Kernes gemessen wurde, ergab sich ein Punkt P (etwa 10 mV- Effektivwert) in Fig. 17, und wenn ein Durchgangsstrom angelegt wurde, erhöhte sich die Ausgangsspannung im wesentlichen linear von P nach Q.
Bei einem Durchgangsstrom I von 10 mA betrug die Ausgangsspannung 200 mV. Wenn der Durchgangsstrom I von 10 mA nach einem Anwachsen auf 1A erneut angelegt wurde, wurde, obwohl die Ausgangsspannung um 2 bis 3 mV erhöht war, angenähert der gleiche Wert als Anfangswert angezeigt.
Bei einer Reduzierung des elektrischen Stromes wurde dann ein Punkt Q → O' erreicht und, da das Restausgangssignal zum Zeitpunkt des Erreichens von O' etwa 25 mV beträgt, wird bei einer Umkehrung der Stromrichtung ein Minimalwert (etwa 10 mV) bei I = -1 mA erreicht und nach dem Durchlaufen eines Punktes R wächst das Ausgangssignal wieder an (200 mV-Effektivwert bei I = -10 mA). Wenn dann der elektrische Strom von -10 mA auf +10 mA geändert wird, ändert sich das Ausgangssignal, indem es den Weg S → O' → T → Q folgt.
Somit ist der Gleichstrom-Fühler nach der vorliegenden Erfindung so beschaffen, daß der Hystereseeffekt des Materials des Erfassungskerns 2 konstant ist und die Ausgangskennlinie im wesentlichen linear und proportional zum elektrischen Strom I verläuft, der durch den zu erfassenden Leitungsdraht fließt, so daß verständlich ist, daß eine gute Erfassungsfähigkeit für den Gleichstrom erreicht ist.

Ausführungsform 4

In der gleichen Weise wie bei Ausführungsform 3 wurde ein Lackdraht mit einem Durchmesser von 0,1 mm in 100 Windungen um einen Papier- Spulenkern mit einer Höhe von 3,5 mm gewickelt zur Herstellung einer Anregungsspule, die in einen Erfassungskern mit einer Höhe von 5 mm, einen Innendurchmesser von 25 mm und einem Außendurchmesser von 31 mm eingebracht wurde, der aus einem Permalloy-Material C von 0,25 mm Dicke bestand und nach einem weiteren Einsetzen in ein Kunststoffgehäuse wurde ein Lackdraht mit einem Durchmesser von 0,1 mm in 300 Windungen herumgewickelt zur Herstellung einer Erfassungsspule, die üblicherweise als Modulationsspule verwendet wird, und schließlich wurde ein Gleichstrom-Fühler mit einer Höhe von 8 mm, einem Innendurchmesser von 22 mm und einem Außendurchmesser von 34 mm erhalten.
Dann wurden die Anregungsspule und die Erfassungsspule des Gleichstrom- Fühlers an einen Erfassungskreis angeschlossen, der aus einem elektronischen Schaltkreis bestand, wie er in Fig. 18 dargestellt ist, und ein an ein Gleichstromversorgungsgerät angeschlossener Leitungsdraht wurde durch den Erfassungskern hindurchgeführt.
Im Detail beschrieben wurde ein Rechtecksignal von 10 kHz von einem Oszillator G aus über einen ¹/&sub2;-Frequenzteilerkreis, ein LPF (Tiefpaßfilter), einen Phasenschieber PS und einen Leistungsverstärker PA der Anregungsspule zugeführt und, wenn eine Wechselspannung von 5 kHz und 7 V-Effektivwert an die Erfassungsspule angelegt war, wurde ein elektrischer Strom von mA-Effektivwert erzeugt. Weiterhin wurde zu dieser Zeit von einem Funktionsgenerator FG ausgehend, ein Dreiecksignal von 10 H&sub2; an die Erfassungsspule angelegt, die üblicherweise als Modulationsspule verwendet wird, wobei der Spitzenwert des Dreiecksignal-Stroms 0,5 mA betrug, und es wurde eine Ausgangsspannung der Erfassungsspule über einen Diodenbegrenzer, ein Bandpaßfilter BPF und einen Phasendetektor einem Zähler U/D.C zugeführt und auf einer Anzeigevorrichtung D nummerisch angezeigt.
Im folgenden wird das Funktionsprinzip des in der oben beschriebenen Weise ausgestalteten Gleichstrom-Fühlers unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 19 ist eine erläuternde Darstellung eines Ausgangssignals, das in der Erfassungsspule in dem Zustand, in welchem der elektrische Strom I nicht durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließt, erzeugt wird.
Wenn ein Dreiecksignal-Strom, dessen Richtung und Intensität sich linear und periodisch ändern, an die Erfassungsspule angelegt wird, wird im Erfassungskern ein magnetischer Fluß φ&sub3; erzeugt, wie in Fig. 19(A) dargestellt, und es wird in der Erfassungsspule eine elektromotorische Kraft, wie in Fig. 19(B) dargestellt, erzeugt. In der Zeichnung zeigt die Richtung der Pfeile die Phase der elektromotorischen Kraft an, und aus Fig. 19(B) ist zu erkennen, daß die Phasendifferenz zwischen a-b, b-c 180º beträgt. Das bedeutet für den Zweck eines klaren Verständnisses des Funktionsprinzips der vorliegenden Erfindung, daß für die elektromotorische Kraft, welche die in Fig. 20(A) dargestellte Phasendifferenz besitzt, die Richtung der Phase durch die Pfeile, wie sie in Fig. 20(B) gezeigt ist, dargestellt wird. (Das gleiche gilt für die Beschreibung der Fig. 21).
Wenn die elektromotorische Kraft, wie in Fig. 19(B) dargestellt, über den Begrenzer zur Spitzenbegrenzung läuft, wird das in Fig. 19(C) gezeigte Ausgangssignal erhalten und durch die Phasendiskriminierung dieses Ausgangssignals wird das in Fig. 19(D) gezeigte Ausgangssignal erhalten.
Gemäß Fig. 19(D) werden eine Ausgangszeit T&sub1; für die positive Seite (+) und eine Ausgangszeit T&sub2; für die negative Seite (-) gemessen zur Erfassung des Zeitverhältnisses (Tastverhältnis).
In dem Zustand, in welchem der elektrische Strom I nicht durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließt, wie in Fig. 19(D) dargestellt, sind die Ausgangszeit T&sub1; der positiven Seite (+) und die Ausgangszeit T&sub2; der negativen Seite (-) gleich und ihre Differenz (T&sub1;-T&sub2;) ist Null.
Fig. 20 ist eine erläuternde Darstellung eines Ausgangssignals in der Erfassungsspule in dem Zustand, in welchem der elektrische Strom I durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließt, erzeugt wird.
Wenn der Dreiecksignal-Strom, dessen Richtung und Intensität sich linear und periodisch ändern, an die Erfassungsspule angelegt wird, wird im Erfassungskern 2 ein magnetischer Fluß φ&sub4; erzeugt, wie in Fig. 21(A) dargestellt und es wird in der Erfassungsspule eine elektromotorische Kraft, wie in Fig. 21 (B) dargestellt, erzeugt. Das bedeutet, der magnetische Fluß, welcher durch den Dreiecksignal-Strom erzeugt wird, und der magnetische Fluß, der durch den elektrischen Strom I erzeugt wird, welcher durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 fließt, werden überlagert (φ&sub4; = φ&sub3; + φ&sub0;).
Wenn eine elektromotorische Kraft, wie in Fig. 21(B) dargestellt, den Begrenzer zur Scheitelwertbegrenzung durchläuft, wird ein Ausgangssignal erhalten, wie es in Fig. 21(C) dargestellt ist, und durch die Phasendiskriminierung dieses Ausgangssignals wird ein Ausgangssignal erhalten, wie es in Fig. 21(D) dargestellt ist.
D. h., wenn das unter Bezugnahme auf Fig. 19 und Fig. 20 beschriebene Funktionsprinzip unter Berücksichtigung der Koerzitivkraft des Materials des Erfassungskerns 2 studiert wird, zeigt der im Erfassungskern erzeugte magnetische Fluß die Form eines Rechtecksignals und das schließlich in der Erfassungsspule erzeugte Ausgangssignal besitzt auch die gleichen Eigenschaften.
Wenn in dem Falle, in welchem durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 kein elektrischer Strom I fließt, der als Dreiecksignal ausgebildete Strom an die Erfassungsspule angelegt wird, wird ein in Fig. 22(B) mit H&sub3; bezeichnetes Magnetfeld an den Erfassungskern 2 angelegt. Zu dieser Zeit ist der im Erfassungskern 2 erzeugte magnetische Fluß derart beschaffen, daß er durch die Hysterese des Erfassungskerns 2, wie in Fig. 22(A) dargestellt, wenn die Zeit sich in der in Fig. 22(C) dargestellten Weise ändert, seine Richtung wechselt (umkehrt).
In diesem Falle sind die Erzeugungszeit T&sub1; für den magnetischen Fluß der positiven Seite (+) und die Erzeugungszeit T&sub2; für den magnetischen Fluß der negativen Seite (-) gleich und die Differenz (T&sub1;-T&sub2;) ist Null.
Wenn in dem Falle, in welchem durch den zu erfassenden Leitungsdraht 1 der elektrische Strom I fließt, der als Dreiecksignal ausgebildete Strom an die Erfassungsspule angelegt wird, wird im Erfassungskern ein in Fig. 22(B) mit H&sub4; bezeichnetes Magnetfeld erzeugt. Zu dieser Zeit ist der im Erfassungskern erzeugte magnetische Fluß derart beschaffen, daß er aufgrund der Hysterese des Erfassungskerns, wie in Fig. 22(A) dargestellt, wenn sich die Zeit ändert wie in Fig. 22(D) dargestellt, seine Richtung wechselt (umkehrt).
In diesem Falle ist die Erzeugungszeit T&sub1; für den magnetischen Fluß der positiven Seite (+) länger als die Erzeugungszeit T&sub2; für den magnetischen Fluß der negativen Seite (-) und die Differenz (T&sub1;-T&sub2;) ist positiv (T&sub1;-T&sub2; > 0).
Wie aus der Beschreibung zu Fig. 19 und Fig. 20 erkannt werden kann, zeigt das Ausgangssignal, das durch Phasendiskriminierung der durch den magnetischen Fluß, wie er in Fig. 22(C) und Fig. 22(D) dargestellt ist, in der Erfassungsspule erzeugten elektromotorischen Kraft erhalten wird, nachdem die elektromotorische Kraft durch den Begrenzer zur Scheitelwertbegrenzung gelaufen ist, das gleiche Ausgangssignal-Zeitverhalten wie in Fig. 22(C) und Fig. 22(D) dargestellt.
Somit wird bei Einstellung eines Maximalwertes für den an die Erfassungsspule angelegten elektrischen Strom, der groß genug ist, um ein Magnetfeld oberhalb der Koerzitivkraft des Erfassungskern-Materials zu erzeugen, der Hysterese-Effekt des Erfassungskern-Materials konstant (es ist immer die gleiche Hystereseschleife gezeichnet) und, da die Differenz (T&sub1;-T&sub2;) dem durch den zu erfassenden Leitungsdraht fließenden elektrischen Strom I proportional ist, wird erkannt, daß die schließlich erhaltene Ausgangskennlinie linear ist.
Wenn die Differenz (T&sub1;-T&sub2;) unter Verwendung des oben erwähnten in Fig. 18 dargestellten Erfassungskreises gemessen wurde, wurde eine Kennlinie, wie sie in Fig. 23(A) gezeigt ist, erhalten. Die Beziehung zwischen dem Anzeigewert, der durch Ablesen der durch die Anzahl der gezählten Impulse gegebenen Differenz (T&sub1;-T&sub2;) erhalten wurde, nachdem ein Vorwärts-Rückwärts- Zähler mit dem Ausgangssignal Vout und Anlegen von Impulsen mit 15 kHz betrieben wurde, und dem Durchgangsstrom ist in Fig. 23(B) dargestellt.
Wie in Fig. 23 dargestellt, ist sie auch im wesentlichen linear sogar unterhalb von 1 mA und der Fehler beträgt ±0,1 mA, was eine gute Meßgenauigkeit für einen Mikrostrom ergibt.

Claims

1. Ein Strom-Fühler zum Abfühlen eines Gleichstroms (I) in einem Draht (1) mit einem Erfassungskern (51) aus weichmagnetischem Material, der aus einem den Draht (1) umgebenden Kreisring besteht, und einer Anregungsspule (53) sowie einer Erfassungsspule (54), die mit dem Erfassungskern (51) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Erfassungskern (51) eine Bohrung (52) aufweist, in der die Anregungsspule (53) in Umfangsrichtung um den abzufühlenden Draht (1) herum gewickelt ist.

2. Ein Gleichstrom-Fühler gemäß Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine Wechselstromquelle (10) für die Anregungsspule (53), welche den Erfassungskern (51) periodisch magnetisch sättigt, zur Erzeugung eines magnetischen Flusses in ihm, wobei der Fluß durch einen in dem abzufühlenden Draht (1) fließenden Gleichstrom moduliert wird, zur Erzeugung einer elektromotorischen Kraft mit einer Frequenz, die doppelt so groß wie diejenige des Anregungsstroms ist, wodurch der durch den abzufühlenden Draht (1) fließende Gleichstrom erfaßt wird.

3. Ein Gleichstrom-Fühler gemäß Anspruch 2 gekennzeichnet dadurch, daß die Wechselstromquelle (10) einen Oszillator (11) umfaßt, sowie Mittel (12, 13) zum Halbieren der an die Anregungsspule (53) anzulegenden Frequenz und durch ein Phasenvergleichsmittel (20) zum Erfassen der Phasendifferenz zwischen dem Oszillator und dem Ausgangssignal der Erfassungsspule (54), wodurch der Absolutwert oder die Richtung des durch den abzufühlenden Draht (1) fließenden Gleichstroms bestimmt werden kann.

4. Ein Gleichstrom-Fühler gemäß Anspruch 2 gekennzeichnet durch einen Steuerkreis für die Anregungsspule (53), welcher ein Signal (φa) mit dreieckiger Wellenform erzeugt, und ein Erfassungsmittel zur Erfassung der Differenz zwischen den positiven und negativen Ausgangssignalen der Erfassungsspule (54), wodurch der Absolutwert oder die Richtung des durch den abzufühlenden Draht (1) fließenden Gleichstroms bestimmt werden kann.

5. Ein Gleichstrom-Fühler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Modulationsspule (43) durch den Erfassungskern (51) hindurch in der gleichen Richtung wie der abzufühlende Draht (1) erstreckt, wodurch ein durch die besagte Modulationsspule erzeugtes magnetisches Wechselfeld in der Erfassungsspule (54) überlagert werden kann.

6. Ein Gleichstrom-Fühler gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsspule (43) und die Erfassungsspule (54) auf den gleichen Abschnitt des Erfassungskerns (51) gewickelt sind.

7. Ein Gleichstrom-Fühler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erfassungskern (51) aus einem äußeren Zylinder (51a), der einen flachen, nach innen ragenden Rand am unteren Ende aufweist, und einen inneren Zylinder (51c), der einen flachen Kragenabschnitt um das obere Ende herum aufweist, gebildet ist.

8. Ein Gleichstrom-Fühler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erfassungskern (51) durch einen inneren Zylinder (80), der ein nach außen abgebogenes Ende aufweist, und einen äußeren Zylinder (81), der ein nach innen abgebogenes Ende aufweist, gebildet ist.

9. Ein Gleichstrom-Fühler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erfassungskern (51) aus Permalloy, Siliziumstahlblech, amorphem elektromagnetischem Weicheisen und/oder weichmagnetischem Ferrit besteht.

10. Ein Gleichstrom-Fühler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein äußerer Teil von einem aus Permalloy oder nicht orientiertem Siliziumstahlblech bestehenden Abschirmgehäuse umgeben ist.

11. Ein Gleichstrom-Fühler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmkern (51), wenn der abzufühlende Draht (1) durch ihn hindurchgeführt wird, an mindestens einer Stelle in Umfangsrichtung mit einer Unterteilung versehen ist.

12. Ein Gleichstrom-Fühler gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungsspule (53) aus einem Paar als halbkreisförmiger Cu- Klotz ausgebildeten Anregungsteilen (65a, 65b) besteht, und der Erfassungskern (51) aus einem Paar halbkreisförmigen Erfassungskernteilen besteht, die so angeordnet sind, daß sie die besagten Anregungsspulenteile (65a, 65b) umgeben.

13. Ein Gleichstrom-Fühler gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Erfassungskern (51) aus einem Erfassungskernteil (71) vom integrierten Typ, der durch vertikales Aufeinanderschichten eines Paares von hufeisenförmigen Zylindern zu einem Körper gebildet ist, und einem Erfassungskernteil (72) vom getrennten Typ, in dem ein Paar hufeisenförmige Zylinder so angeordnet sind, daß sie einen vorgegebenen Spalt derart ausbilden, daß der besagte Erfassungskernteil (71) vom integrierten Typ zwischen ihnen einklemmbar ist, besteht und die Anregungsspule (53) aus einem Paar unabhängiger Anregungsspulenteile (73, 74) besteht, die gebogen und so angeordnet sind, daß sie durch die hufeisenförmigen Zylinder, welche den besagten Erfassungskernteil vom integrierten Typ und vom getrennten Typ bilden, hindurch in Verbindung stehen und weiterhin die Erfassungsspule aus einem Paar unabhängiger Erfassungsspulenteilen (75, 76) besteht, die torusförmig um den besagten Erfassungskernteil vom intergrierten Typ und dem Erfassungskernteil vom getrennten Typ herumgewickelt sind.

14. Ein Gleichstrom-Fühler gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Erfassungskernteil vom intergrierten Typ durch ein Paar im Querschnitt U-förmige Elemente gebildet ist und eine Trennplatte und die hufeisenförmigen Zylinder, die ein Erfassungskernteil vom getrennten Typ bilden, jeweils aus einem im Querschnitt U-förmigen mit Nuten versehenen Element und einer Abdeckplatte bestehen.