DE702541C - Device for measuring high DC currents - Google Patents

Description

Einrichtung zum Messen hoher Gleichströme Es sind Einrichtungen zum Messen hoher Gleichströme bekanntgeworden, bei denen das von dem zu messenden Gleichstrom erzeugte magnetische Feld auf einen von einem Hilfsstrom durchflossenen Leiter, z. B. eine Drehspule, drehmomenterzeugend einwirkt. Beispielsweise kann man in Anlehnung an das Eisenprüfgerät nach Köpsel einen Eisenring um eine von dem zu messenden Strom durchflossene Kupferschiene legen und in einem Luftspalt dieses Eisenringes eine mit Federrichtkraft versehene Drehspule anordnen, der ein konstanter Hilfsstrom zugeführt wird.Device for measuring high direct currents There are devices for Measurement of high direct currents became known, in which the direct current to be measured generated magnetic field on a conductor through which an auxiliary current flows, z. B. a moving coil acts to generate torque. For example, you can based on To the iron tester according to Köpsel an iron ring around one of the current to be measured Lay a copper bar through which it flows and in an air gap of this iron ring one Arrange moving coil provided with spring straightening force, which has a constant auxiliary current is fed.

Ist die Kupferschiene stromlos, so wird, remanenzfreies Eisen vorausgesetzt, der Eisenring nicht magnetisiert. In seinem Luftspalt tritt dann kein magnetisches Feld auf, und die Drehspule wird aus ihrer durch die Federrichtkraft gegebenen Lage nicht abgelenkt.If the copper bar is de-energized, remanence-free iron is assumed, the iron ring is not magnetized. No magnetic material then occurs in its air gap Field on, and the moving coil is moved from its position given by the spring straightening force not distracted.

Wenn aber in der Kupferschiene ein Strom fließt, so wird die Drehspule, ähnlich wie bei einem gewöhnlichen Drehspulinstrument, proportional diesem zu messenden Strom abgelenkt; die jeweilige Ablenkung wird dabei an einer Skala abgelesen, über der sich ein mit der Drehspule verbundener Zeiger bewegt.But when a current flows in the copper bar, the moving coil, similar to an ordinary moving coil instrument, proportional to this to be measured Current diverted; the respective distraction is read off on a scale, over which moves a pointer connected to the moving coil.

Ein derartiges Verfahren hat den grundsätzlichen Nachteil, daß das aus Eisenring, Drehspule, Zeiger und Skala bestehende Meßgerät an die von dem zu messenden Strom durchflossene Kupferschiene räumlich gebunden ist und daß infolgedessen keine Fernanzeige möglich ist.Such a method has the fundamental disadvantage that the consisting of iron ring, moving coil, pointer and scale to the measuring device of the to measuring current flowing through copper bar is spatially bound and that as a result no remote display is possible.

Um die in der Praxis in den meisten Fällen geforderte Fernanzeige zu ermöglichen, hat man verschiedenartige Kompensationsverfahren durchgebildet, bei denen das von der stromdurchflossenen Kupferschiene in dem sie umgebenden Eisenring hervorgerufene magnetische Feld durch ein von einem veränderbaren Hilfsstrom erzeugtes magnetisches Feld kompensiert wird. Bei diesen Kompensationsverfahren trägt der Eisenring eine längs seines Umfangs gleichmäßig verteilte Wicklung, der ein veränderbarer IIi'fsstrom zugeführt wird, und die Stärke dieses Hilfsstromes wird entweder von Hand oder selbsttätig so eingestellt, daß die im Luftspalt des Eisenringes angeordnete und von einem zweiten Hilfsstrom durchflossene Drehspule mit Federrichtkraft keine Ablenkung erfährt. The remote display required in most cases in practice different compensation methods have been developed, in which that of the current-carrying copper bar in the iron ring surrounding it induced magnetic field by a generated by a variable auxiliary current magnetic field is compensated. With these compensation methods wearing the iron ring has a winding evenly distributed along its circumference, the a variable IIi'fsstrom is supplied, and the strength of this auxiliary current is either by hand or automatically adjusted so that the in the air gap of the iron ring arranged rotating coil with spring straightening force through which a second auxiliary current flows experiences no distraction.

Zum Erkennen dieses Kompensationszustandes wird bei dem bekannten Verfahren ein mit der Drehspule verbundener und über einer Skala sich bewegender Zeiger oder eine Signallampe benutzt, die von dem Drehspulzeiger über eine Kontaktvorrichtung betätigt wird, sobald die Drehspule eine Ablenkung erfährt. Als Maß für den zu messenden, die Kupferschiene durchfließenden Gleichstrom wird hier der der Eisenringwicklung zugeleitete und den oben gekennzeichneten Kompensationszustand herbeiführende Strom benutzt, der über Fernleitungen einem Strommesser zugeführt wird. An diesem Strommesser kann die jeweilige Stärke des die Kupferschiene durchfließenden Stromes unmittelbar abgewiesen werden.In order to recognize this compensation state, the known A method connected to the moving coil and moving over a scale Pointer or a signal lamp used by the moving coil pointer via a contact device is actuated as soon as the moving coil experiences a deflection. As a measure of the to be measured, The direct current flowing through the copper bar becomes that of the iron ring winding supplied and the above-identified compensation state causing the current used, which is fed to an ammeter via long-distance lines. On this ammeter can directly determine the strength of the current flowing through the copper bar be rejected.

Diese bekallnten Kompensationsverfahren, bei denen das von der stromdurchflossenen Kupferschiene in dem sie umgebenden Eisenring hervorgerufene magnetische Feld durch ein ihm überlagertes, von der Eisenringwicklung erzeugtes magnetisches Feld kompensiert, d. h. auf Null gebracht werden muß, führen bei ihrer praktischen Verwirlilichung zu erheblichen Schwierigkeiten, sobald es sich um die NItssung hoher Gleichströme (etwa 10 ooo bis 50 000 A) handelt. Die Schlvierigkeiten bestehen hauptsächlich darin, daß die auf dem Eisenring vorgesehene Wicklung sehr hohe Amperewindungen, nämlich 10 000 bis 50 000 AW, haben muß, um den durch das Meßprinzipt geforderten Kompensationszustand (Gleichheit der beiden im Eisenring überlagerten magnetischen Felder, von denen das erste von der stromdurehflossenen Kupferschiene und das zweite von der auf dem Eisenring vorgesehenen Wicklung erzeugt wird) herbeiführen zu können. Je höher der zu messende Strom ist, desto größer muß die Zahl der Amperewindungen der Eisenringwicklung sein, desto größer ist aber auch der Eigenverbrauch dieser Wicklung, der etwa 100 bis I000 W betragen kann. Solche Energien für eine derartige Messung dauernd aufzubringen und von Hand oder selbsttätig zu regeln, bereitet praktisch ganz erhebliche Schwierigkeiten. These well-known compensation methods, in which the current-carrying The magnetic field caused by the copper bar in the iron ring surrounding it compensates a superimposed magnetic field generated by the iron ring winding, d. H. must be brought to zero, result in their practical Verwirlilichung to considerable difficulties as soon as high direct currents are involved (about 10,000 to 50,000 A). The difficulties are mainly there in that the winding provided on the iron ring has very high ampere turns, namely 10,000 to 50,000 AW, must have to meet the requirements of the measuring principle Compensation state (equality of the two superimposed magnetic Fields, the first of which is from the current-carrying copper bar and the second generated by the winding provided on the iron ring). The higher the current to be measured, the greater the number of ampere-turns must be the iron ring winding, the greater is the internal consumption of this Winding, which can be around 100 to 1000 W. Such energies for such a It is practical to apply measurements continuously and to regulate them manually or automatically very considerable difficulties.

Andererseits ist eine Anordnung zur Fernmessung bekanntgeworden, bei der ein Meßwerk, dem die Meßgröße zugeführt wird, mit einem Kompensationsmeßwerk und einer Vorrichtung zum selbsttätigen Regeln eines das Kompensationsmeßwerk durchflißenden Kompensationsstromes gekuppelt ist, dessen Stärke gemessen wird. Dabei wird der Kompensationsstrom vorzugsweise aus einem Röhrenverstärker entnommen, dessen Gitterkreis eine von den miteinander gekuppelten Meßwerken optisch gesteuerte Photozelle enthält. On the other hand, an arrangement for telemetry has become known, in which a measuring mechanism, to which the measured variable is fed, with a compensation measuring mechanism and a device for the automatic control of a compensation measuring mechanism Compensation current is coupled, the strength of which is measured. The Compensation current preferably taken from a tube amplifier, its grid circle contains a photocell optically controlled by the coupled measuring units.

Gegenstand der Erfindung ist eine einfache Einrichtung zum Dessen hoher Gleichströme. bei der die erwähnten Schwierigkeiten nicht vorhanden sind, weil die für die Messung be nötigte Energie von der Stärke der zu mes senden Ströme praktisch unabhängig ist und nur etwa 1 W beträgt. Zu diesem Zwecke wird eine von einem Hilfsstrom durchflossene Drehspule (Meßspule) in an sich bekannter Weise von einem durch den zu messenden Gleichstrom erzeugten Magnetfeld beeinflußt, und die Meßspule ist mit einem Kompensationsmeßwerk und einer Vorrichtung zum selbsttätigen Regeln eines das Kompensationsmeßwerk durchfließenden Kompensationsstromes gekuppelt, dessen Stärke gemessen wird. The invention relates to a simple device for the same high direct currents. in which the difficulties mentioned do not exist, because the energy required for the measurement depends on the strength of the currents to be measured is practically independent and is only about 1 W. For this purpose, one of an auxiliary current flowing through a moving coil (measuring coil) in a manner known per se from influenced a magnetic field generated by the direct current to be measured, and the Measuring coil is with a compensation measuring mechanism and a device for automatic Controlling a compensation current flowing through the compensation measuring mechanism coupled, whose strength is measured.

Gemäß der Erfindung besteht nun das Kompensationsmeßwerk aus einer von dem I(ompensationsstrom durchflossenen Drehspule eines dynamometrischen Meßgerätes, dessen Magnetfeld von einem Hilfsstrom erregt wird, während ein Teilbetrag dieses Hilfsstromes der Meßspule unmittelbar zugeführt wird.According to the invention, the compensation measuring mechanism now consists of one from the I (compensation current flowing through the moving coil of a dynamometric measuring device, whose magnetic field is excited by an auxiliary current, while a partial amount of this Auxiliary current is fed directly to the measuring coil.

Dabei kann das Teilungsverhältnis der beiden Hilfsströme zwecks Niießbereichänderung durch regelbare Widerstände einstellbar gemacht werden. Vorzugsweise steuern die miteinander gekuppelten Drehspulen eine Bolometeranordnung, deren Ausgangsstrom unmittelbar der Drehspule des Kompensationsmeßgerätes zugeführt wird.The division ratio of the two auxiliary currents can be used for the purpose of changing the pouring range can be made adjustable by adjustable resistors. Preferably they control Coupled rotating coils form a bolometer arrangement, their output current is fed directly to the moving coil of the compensation measuring device.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Meßeinrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. In the drawing is an embodiment of a measuring device shown schematically according to the invention.

Um eine Kupferschiene K, die den zu messenden Strom, führt, ist ein Eisenring E gelegt, in dessen Luftspalt ein dem Strom : proportionales magnetischesFel d B = const entsteht. In diesem Luftspalt ist die richtkraftfreie Drehspule S1 vom Widerstand RS angeordnet, der ein dem Hilfsstrom J proportionaler, durch die Widerstände R1 und R2 einstallbarer Teilstrom J1 = J . R1/(R1 + R2 + RS) zugeführt wird. Das an der Drehspule S1 jeweils wirksame, durch die Beziehung D1 = const . Bx . Ji gegebene Drehmoment D1 wird erfindungsgemäß durch ein von einem richtkraftfreien Drehspulmeßwerk M hervorgerufenes Gegendrehmoment D3 selbsttätig kompensiert, das sowohl dem die Erregerwicklung W durchfließenden Hilfsstrom 1 als auch dem der Drehspule S2 und dem Strommesser A zugeführten Strom J2 proportional ist. D2 = const . J . J2. Der Strom J2, der einer Bolometerbrücke B entnommen wird und zwischen Null und einem Höchstwert stetig veränderbar ist, wird von einer mit den richtkraftfreien Drehspulen S1 und SO verbundenen Abldeckfahne so eingestellt, daß die beiden gegeneinander wirkenden Drehmomente D1 und D2 sich gegenseitig aufheben (D1 = D2). Around a copper bar K, which carries the current to be measured, is a Iron ring E, in the air gap of which a magnetic field proportional to the current d B = const arises. In this air gap the directional force-free moving coil S1 is from Resistance RS arranged, which is proportional to the auxiliary current J, through the resistors R1 and R2 adjustable partial flow J1 = J. R1 / (R1 + R2 + RS) is supplied. That effective at the moving coil S1, due to the relationship D1 = const. Bx. Ji given According to the invention, torque D1 is determined by a moving-coil measuring mechanism which is free of directional force M caused counter-torque D3 automatically compensated, which both the Excitation winding W flowing through auxiliary current 1 and that of the moving coil S2 and the ammeter A supplied current to J2 is proportional. D2 = const . J. J2. The current J2 taken from a bolometer bridge B and between Zero and a maximum value is continuously changeable, is used by one with the leveling force-free Moving coils S1 and SO connected Abldeckfahne adjusted so that the two against each other acting torques D1 and D2 cancel each other out (D1 = D2).

Fließt in der Kupferschiene K kein Strom (Jx = 0), so ist D1 = 0. Die mit S1 und S2 vebundene Abdeckfahne stellt sich in diesem Falle selbsttätig in eine solche Lage ein, daß die Bolometerbrücke B abgeglichen und der Strom 12 bzw. der Ausschlag des Strommessers A gleich Null ist. Wenn aber die Kupferschiene K von einem Strom Jx durchflossen wird, so nimmt die Abdeckfahne, auf die, wie bereits erwähnt, keine mechanische Richtkraft einwirkt, eine solche Lage ein, daß der aus der Bolometerbrücke B entnommene und das Drehmoment D2 = const J 2 des Drehspulmeßwerkes M hervorrufende Strom J2 eine solche Größe hat, daß das an der Drehspule S1 wirksame Drehmoment D1 = const . Bx . J1 =const .Jx . J1 kompensiert wird. If no current flows in the copper bar K (Jx = 0), D1 = 0. The cover flap connected to S1 and S2 is automatically set in this case in such a position that the bolometer bridge B is balanced and the current 12 or the deflection of the ammeter A is zero. But if the copper bar K is traversed by a current Jx, then the cover lug on which, as already mentioned, no mechanical straightening force acts, such a position that the out taken from the bolometer bridge B and the torque D2 = const J 2 of the moving-coil measuring mechanism M causing current J2 has such a size that the effective at the moving coil S1 Torque D1 = const. Bx. J1 = const. Jx. J1 is compensated.

D1 = const Bx . J1 = D2 = const 1 2 oder J2 = const . Bx . J1/J = const . Jx . J1/J. D1 = const Bx. J1 = D2 = const 1 2 or J2 = const. Bx. J1 / J = const. Jx. J1 / J.

Da nun R1 J1 = J . = const . J R1 + R2 + R3 ist, so ist J2 = const . Jx.Since now R1 J1 = J. = const. J is R1 + R2 + R3, then J2 = const . Jx.

Hieraus geht hervor, daß der den Strommesser A durchfließende Strom J2 dem zu messenden Strom Jx verhältnisgleich und von Schwankungen des Stromes J, d. h. von Spannungsschwankungen der Hilfsstromquelle H, grundsätzlich unabhängig ist. Der Strommesser A kann als Anzeige- oder Schreibgerät mit Drehspulmeßwerk (linearer Skalenverlauf) oder als Magnetmotorzähler (Gleichstrom-Amperestundenzähler) ausgebildet werden. Für den Fall, daß eine Wattstundenzählung ausgeführt werden soll, wird A durch die Hauptstromwicklung eines elektrodynamischen Gleichsrom-Wattstundenzählers gebildet. Der Meßbereich kann durch Ändern des Widerstandsverhältnisses R11R2 in bequemer Weise verändert und dem in der Kupferschiene K fließenden Stromes angepaßt werden (Beispiel: J1 = 100 mA bei Jx = 100 A, J1 = 10 mA bei Jx = 1000 A und J1 = 1 mA bei Jx = 10 000 A).From this it can be seen that the current flowing through the ammeter A. J2 is proportional to the current Jx to be measured and depends on fluctuations in the current J, d. H. of voltage fluctuations of the auxiliary power source H, basically independent is. The ammeter A can be used as a display or writing device with a moving-coil measuring mechanism (linear Scale) or designed as a magnetic motor counter (direct current ampere-hour counter) will. In the event that a watt-hour count is to be carried out, A through the main current winding of an electrodynamic DC watt-hour meter educated. The measuring range can be changed by changing the resistance ratio R11R2 in conveniently changed and adapted to the current flowing in the copper bar K. (Example: J1 = 100 mA at Jx = 100 A, J1 = 10 mA at Jx = 1000 A and J1 = 1 mA at Jx = 10,000 A).

Der Eigenverbrauch der Drehspule S1 beträgt dabei etwa o,I W, der der ganzen Meßeinrichtung, unabhängig von der Stärke des Stromes Jx, nur etwa I W. The internal consumption of the moving coil S1 is about o, I W, der of the entire measuring device, regardless of the strength of the current Jx, only about I. W.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann auch in der Weise ausgeführt werden, daß die von dem Magnetfeld des zu messenden Gleichstromes Jx beeinflußte Meßspule S, unmittelbar, d. h. ohne einen Eisenring E in dem Magnetfeld angeordnet wird. In diesem Fall kann man an Stelle der einen Meßspule auch zwei astatisch wirkende Drehspulen vorsehen, um die Messung von den Einwirkungen homogener fremder Magnetfelder unabhängig zu machen. The device according to the invention can also be implemented in the manner that it was influenced by the magnetic field of the direct current Jx to be measured Measuring coil S, direct, d. H. arranged without an iron ring E in the magnetic field will. In this case, two astatic acting coils can be used instead of one measuring coil Provide moving coils in order to measure the effects of homogeneous external magnetic fields to make independent.

Claims (4)

P A T E N T A N S P R Ü C H E: 1. Einrichtung zum Messen hoher Gleiehströme nach einem Kompensationsverfahren mit einer von einem Hilfsstrom durchflossenen Drehspule (Meßspule), die von einem durch den zu messenden Gleichstrom erzeugten Magnetfeld beeinflußt wird und mit einem Kompensationsmeßwerk und einer Vorrichtung zum selbsttätigen Regeln eines das Kompensationsmeßwerk durchfließenden Kompensationsstromes gekuppelt ist, dessen Stärke gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsmeßwerk aus einer von dem Kompensationsstrom (J2) durchflossenen Drehspule eines dynamometrischen Meßgerätes besteht, dessen Nilagnetfeld (M) von einem Hilfsstrom (J) erregt wird, während ein Teilbetrag (J1) dieses Hilfsstromes der Meßspule (S1) umnittelbar zugeführt wird. P A T E N T A N S P R Ü C H E: 1. Device for measuring high balancing currents according to a compensation process with an auxiliary current flowing through it Moving coil (measuring coil) generated by a direct current to be measured Magnetic field is influenced and with a Kompensationsmeßwerk and a device for the automatic regulation of a compensation current flowing through the compensation measuring mechanism is coupled, the strength of which is measured, characterized in that the compensation measuring mechanism from a moving coil of a dynamometric one through which the compensation current (J2) flows Measuring device whose Nile magnetic field (M) is excited by an auxiliary current (J), while a partial amount (J1) of this auxiliary current is fed to the measuring coil (S1) by direct means will. 2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilung. verhältnis (J1/J) der beiden Hilfsströme zweck Meßbereichänderung durch regelbare Widerstände (R1, R2) einstellbar ist. 2. Device according to claim I, characterized in that the division. ratio (J1 / J) of the two auxiliary currents purpose change of measuring range through controllable Resistances (R1, R2) is adjustable. 3. Einrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehspulen (S1, 52) eine Bolometeranordnung (B) steuern, deren Ausgangs strom (J2) unmittelbar der Drehspule (52) des Kompensationsmeßgerätes zugeführt wird. 3. Device according to claim I or 2, characterized in that the rotating coils (S1, 52) control a bolometer arrangement (B) whose output current (J2) is fed directly to the moving coil (52) of the compensation measuring device. 4. Einrichtung nach Anspruch I, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem eisenlosen, von dem zu messenden Strom (Jx) erzeugten Magnetfeld zwei astatisch wirkende Drehspulen vorgesehen sind, um die Messung von den Einwirkungen homogener fremder Magnetfelder unabhängig zu machen. 4. Device according to claim I, 2 or 3, characterized in that that in an ironless magnetic field generated by the current to be measured (Jx) two Astatically acting rotating coils are provided for the measurement of the effects to make homogeneous foreign magnetic fields independent.