LUFTSPULE

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung einer Messanordnung mit einer 5 Luftspule mit den Verfahrensschritten Bereitstellen der Luftspule, wobei die Luftspule einen Anschluss aufweist, an dem eine in der Luftspule erzeugte Ausgangsspannung anliegt, Bereitstellen einer Übertragungseinrichtung, wobei die Übertragungseinrichtung einen Eingangsanschluss aufweist, der geeignet ist, die Ausgangspannung der Luftspule zu erfassen, und ein direktes Anschließen des Ausgangs der Luftspule an den 10 Eingangsanschluss der Übertragungseinrichtung ermöglicht, sowie eine durch das Verfahren hergestellte Messanordnung.

Zur Messung von Stromstärken wechselstromdurchflossener Leiter werden in Industrie und Haushalt verschiedene Verfahren eingesetzt. Zunehmend bewährt haben sich 15 Anordnungen mit einer Luftspule, z.B. einer Rogowski-Spule, die in einem großen Dynamikbereich eine hohe Genauigkeit erreicht. Sie werden in vielen verschiedenen Baugrößen hergestellt, so dass von Messungen direkt an Bauteilen auf Leiterplatten bis hin zu Messungen an Stromschienen oder Maschinenteilen (Lagerströme) ein großer Anwendungsbereich möglich ist. Allerdings sind die in der Luftspule induzierten 20 Spannungen insbesondere bei geringen Stromstärken des wechselstromdurchflossenen Leiters so klein, dass diese nachträglich umgewandelt und bearbeitet werden müssen. Zur Messung von unterschiedlichen Nennströmen eines stromdurchflossenen Leiters ist die Messanordnung üblicherweise kalibrierbar durch eine Trimmeinrichtung, üblicherweise durch ein Potentiometer, das von außerhalb der Messanordnung erreichbar ist.

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Die Schrift DE 10 2010 012 834 A1 beschreibt eine Messanordnung zur Messung von Wechselströmen eines stromdurchflossenen Leiters. Die Messanordnung ist an eine Luftspule, insbesondere eine Rogowski-Spule, anschließbar. Die Messanordnung weist eine Integratorschaltung zur Erzeugung eines zum erfassten Wechselstrom 30 proportionalen Spannungssignals sowie einen Spannung/Stromwandler zur Erzeugung eines Ausgangsstroms auf. Der Ausgangsstrom ist proportional zum von der Integratorschaltung erzeugten Spannungssignal.

Diese Messanordnung weist Nachteile auf. Die gesamte Verarbeitung ist durchgängig analog (Temperaturabhängigkeit, Offset, Alterung). Aufgrund der gewählten Ausgangsströme im Ampere-Bereich entsteht im Gesamtprozess eine hohe Verlustleistung. Außerdem ist die Messanordnung durch eine üblicherweise von Hand zu verstellende Trimmeinrichtung (Vibrationsempfindlichkeit) auf den Nennstrom zu kalibrieren.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Messanordnung sowie eine Messanordnung selbst anzugeben, das eine individuelle Normierung auf unterschiedliche Nennströme gewährleistet.

Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 1 und die erfindungsgemäße Messanordnung gemäß Anspruch 11 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Das Verfahren zur Herstellung einer Messanordnung mit einer Luftspule weist fünf Verfahrensschritte auf. Im ersten Verfahrensschritt wird die Luftspule bereitgestellt. Die Luftspule weist einen Anschluss auf, an dem eine in der Luftspule erzeugte Ausgangsspannung anliegt. Im zweiten Verfahrensschritt wird eine Übertragungseinrichtung bereitgestellt. Die Übertragungseinrichtung weist einen Eingangsanschluss auf, der geeignet ist, die Ausgangsspannung der Luftspule zu erfassen und einen eingeprägten Ausgangsstrom zu erzeugen und/oder auszugeben. Außerdem weist die Übertragungseinrichtung einen Speicher auf. Im dritten Verfahrensschritt wird der Ausgang der Luftspule an den Eingangsanschluss der Übertragungseinrichtung galvanisch angeschlossen. Im vierten Verfahrensschritt werden die charakteristischen Messwerte der Messanordnung erfasst. Im fünften Verfahrensschritt werden die Kennwerte und/oder von den Kennwerten abgeleitete Werte der Luftspule im Speicher gespeichert.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Prozessor in der Übertragungseinrichtung angeordnet. Die Verstärkung erfolgt digital durch einen in die Übertragungseinrichtung eingebauten programmierbaren Prozessor, ebenso die Kalibrierung auf unterschiedliche Nennströme sowie die Umwandlung des digital verarbeitbaren Signals in ein aufbereitetes Signal.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird eine Funktion im Speicher gespeichert. Üblicherweise wird die Funktion so gewählt, dass der Ausgangsstrom der Übertragungseinrichtung 100 mA beträgt. Die Funktion beinhaltet außerdem eine Fehlerkorrektur von z.B. Offset, Temperatur.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung erfolgt das Konfektionieren der Luftspule. Die Wicklungen der Spule werden üblicherweise von Hand gefertigt. Die Größe der Luftspule ist der zu messenden Anlage angepasst.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Gehäuse verschlossen. Das Gehäuse ist derart wasser- und staubdicht abgeschlossen, dass die Luftspule auch in nassen und staubhaltigen Umgebungen eingesetzt werden kann.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung werden eine Filtereinrichtung und/oder eine Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels in der Übertragungseinrichtung angeordnet. Durch die Filtereinrichtung werden Störeinstrahlungen sowie das Rauschen minimiert. Die Amplitude der von der Luftspule erzeugten Eingangsspannung wird durch die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels derart verändert, dass sie die üblicherweise von der Luftspule erzeugte kleine Eingangsspannung verstärkt. In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden die Filtereinrichtung und/oder die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels in der Übertragungseinrichtung derart angeordnet, dass die Filtereinrichtung und/oder die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels zwischen dem Eingangsanschluss der Übertragungseinrichtung und dem Eingangsanschluss des Prozessors angeschlossen werden.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird eine Ansteuerung der Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels in der Übertragungseinrichtung angeordnet, die den Prozessor mit der Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels verbindet. Die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels wird somit durch den Prozessor gesteuert.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal in der Übertragungseinrichtung angeordnet. Ein digital verarbeitbares Signal kann z.B. in eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) geleitet werden, wo das digital verarbeitbare Signal dem Benutzer für weitere Anwendungen zur Verfügung steht, z.B. zur Leistungs- oder/und Energiemessung.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal in der Übertragungseinrichtung derart angeordnet, dass die Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal zwischen dem Eingangsanschluss der Übertragungseinrichtung und dem Prozessoreingang angeschlossen wird.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals in der Übertragungseinrichtung angeordnet. Die Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals ist geeignet, aus dem aufbereiteten Signal ein Ausgangssignal zu erzeugen. Das Ausgangssignal kann ein eingeprägter Ausgangsstrom sein, der z.B. in eine Messeinrichtung geleitet werden kann, wo er dem Benutzer für die weitere Verwendung zur Verfügung steht. In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird die Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals an den Prozessorausgang angeschlossen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Rückführung in der Übertragungseinrichtung angeordnet, die den Ausgang der Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals mit dem Prozessor verbindet.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung bildet die Luftspule eine erste Baueinheit und/oder die Übertragungseinrichtung eine zweite Baueinheit. Durch diese vorteilhafte Anordnung kann die zweite Baueinheit räumlich getrennt von der ersten Baueinheit angebracht werden. Besonders schmutzintensive oder feuchte Umgebungen, die die Funktion der Elektronik der zweiten Baueinheit beeinträchtigen können, können so vermieden werden. Möglich ist aber auch ein direktes Anschließen des Ausgangs der Luftspule an den Eingangsanschluss der Übertragungseinrichtung.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden die erste Baueinheit und/oder die zweite Baueinheit in einer Einhausung angeordnet. Die Bauteile der ersten Baueinheit und/oder der zweiten Baueinheit sind durch die Einhausung gegen Verschmutzungen geschützt, wie sie im Betrieb der Messanordnung auftreten können. Die erste Baueinheit und/oder die zweite Baueinheit können somit auch in Umgebungen installiert werden, die eine erhöhte Schutzart für elektrische Installationen erfordern. Beide Baueinheiten sind durch die Einhausungen ebenfalls gegen Manipulationen geschützt.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden die Kennwerte der Messanordnung erfasst. Die Kennwerte der Messanordnung beinhalten unter anderem den anlagenspezifischen Nennstrom. In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird aus den Kennwerten ein Übersetzungsfaktor ermittelt. Üblicherweise wird der Übersetzungsfaktor so gewählt, dass der Ausgangsstrom der Übertragungseinrichtung 100 mA beträgt. Der Übersetzungsfaktor kann ebenfalls derart festgelegt werden, dass der Ausgangsstrom der Übertragungseinrichtung einen beliebigen anderen Wert aufweist.

Die erfindungsgemäße Messanordnung zur Messung von sich zeitlich ändernden Strömen, nachfolgend als Wechselströme bezeichnet, weist eine Luftspule sowie eine Übertragungseinrichtung auf. Die Luftspule weist einen Anschluss auf, an dem eine in der Luftspule erzeugte Ausgangsspannung anliegt. Die Übertragungseinrichtung weist einen Eingangsanschluss auf, der geeignet ist, die Ausgangsspannung der Luftspule zu erfassen. Der Eingangsanschluss der Übertragungseinrichtung ist direkt galvanisch an den Anschluss der Luftspule angeschlossen. In der Übertragungseinrichtung sind Daten speicherbar. Die erfindungsgemäße Messanordnung ist auf einen beliebigen Nennstrom normierbar.

Der zu messende stromdurchflossene Leiter induziert in der Luftspule eine Spannung, die proportional zur Änderungsrate des Stromes ist. Diese induzierte Spannung ist üblicherweise so gering (einige pV bis zu einigen hundert mV), dass sie verstärkt werden muss. Der ausgegebene Messwert wird üblicherweise mit Bezug auf den Nennstrom und einer Nennfrequenz angegeben, z.B. 100 mV pro 1000 A bei 50Hz. Erfindungsgemäß kann auch ein sehr geringer Strom des zu messenden stromdurchflossenen Leiters normiert werden. Die sehr niedrige induzierte Spannung wird direkt am Ort der Induktion verstärkt und verarbeitet. Dadurch ist die Störfestigkeit gegenüber dem Stand der Technik bedeutend vergrößert. Ebenfalls ist keine Öffnung zur Kalibrierung auf unterschiedliche Nennströme vorhanden, was die Schutzart der erfindungsgemäßen Messanordnung erhöht.

Die erfindungsgemäße Messanordnung kann vorteilhafterweise durch verschiedene Sensoren betrieben werden. Möglich sind z.B. Strommessungen durch einen Shunt, transformatorische Spannungswandler oder Hall-Wandler. Insbesondere ist die Luftspule eine Rogowski-Spule, die in einem großen Messbereich hohe Genauigkeit und Linearität gestattet. Falls die Luftspule eine nichtgeschlossene Rogowski-Spule ist, kann die Luftspule geöffnet und wieder geschlossen werden, um die Luftspule auch nachträglich um einen stromdurchflossenen Leiter zu installieren.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist die am Eingangsanschluss der Übertragungseinrichtung anliegende Spannung derart veränderbar, dass bei einem Primärstrom <= 300 A die Messtoleranz der Messanordnung kleiner 0,8%, bevorzugt kleiner 0,6% und besonders bevorzugt 0,4% ist.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die Übertragungseinrichtung einen Prozessor und/oder einen Speicher auf. Die Verarbeitung des digital verarbeitbaren Signals erfolgt erfindungsgemäß digital durch einen in die Übertragungseinrichtung eingebauten programmierbaren Prozessor, ebenso die Kalibrierung auf unterschiedliche Nennströme. Der Prozessor erzeugt ein aufbereitetes Signal.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Übertragungseinrichtung einen Speicher auf, in dem auf die Eigenschaften der Spule bezogene Kennwerte und/oder eine Funktion zur Normierung der Messanordnung speicherbar sind. Die Kennwerte beinhalten auch eine Fehlerkorrektur wie z.B. Offset und Temperatur. Ein Kennlinienfeld ist ebenfalls möglich, um nichtlineare Einflüsse zu berücksichtigen. Diese Kalibrierung der Messanordnung kann auf jeden beliebigen Nennstrom der zu messenden Anlage normiert werden. In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Speicher Teil des Prozessors.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist die Übertragungseinrichtung eine Filtereinrichtung und/oder eine Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels auf, die geeignet ist, das Ausgangssignal der Luftspule zu verändern. Durch die Filtereinrichtung werden Störeinstrahlungen sowie das Rauschen minimiert. Die Amplitude der von der Luftspule erzeugten Eingangsspannung wird durch die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels derart verändert, dass sie die üblicherweise von der Luftspule erzeugte kleine Eingangsspannung verstärkt.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Filtereinrichtung und/oder die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels zwischen Luftspule und Prozessor angeschlossen.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weist die Übertragungseinrichtung eine Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus dem aufgenommenen Spannungssignal auf, die geeignet ist, aus dem aufgenommenen Spannungssignal ein digital verarbeitbares Signal zu generieren. Ein digital verarbeitbares Signal kann z.B. in eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) geleitet werden, wo das digital verarbeitbare Signal dem Benutzer für weitere Anwendungen zur Verfügung steht, z.B. zur Leistungs- oder/und Energiemessung.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus dem Spannungssignal zwischen Luftspule und Prozessor angeordnet und/oder die Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus dem Spannungssignal ist ein Teil des Prozessors selbst.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die Übertragungseinrichtung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals auf, die geeignet ist, aus einem Zwischenwert der Übertragungseinrichtung ein Ausgangssignal zu erzeugen. Das Ausgangssignal kann ein eingeprägter Ausgangsstrom sein. Der Ausgangsstrom kann z.B. in eine Messeinrichtung geleitet werden, wo er dem Benutzer für die weitere Verwendung zur Verfügung steht.

Ein eingeprägter Strom ist störunanfällig gegenüber elektrischen und magnetischen Feldern. Selbst bei elektrischen Feldern mit 5 kV/m und/oder magnetischen Feldern mit 200 mT in unmittelbarer Umgebung eines die Übertragungseinrichtung und die Messeinrichtung verbindenden Kabels wird das Ausgangssignal in Form eines eingeprägten Stroms nur so geringfügig verändert, dass Messinformation uneingeschränkt genutzt werden kann. Im Gegensatz zu einer Spannung geringer Leistung wird ein eingeprägter Strom selbst durch große magnetische oder elektrische Felder nicht wesentlich gestört. Demgegenüber kann ein Ausgangssignal in Form einer Spannung bei vergleichbaren Feldern massiven Veränderungen unterworfen sein.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals hinter dem Ausgang des Prozessors angeordnet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Ausgangssignal ein binäres, moduliertes oder analoges Signal. Vorteilhafterweise wird die Eingangsspannung in ein digital verarbeitbares Signal umgewandelt. Ein digital verarbeitbares Signal kann z.B. in eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) geleitet werden, wo das digital verarbeitbare Signal dem Benutzer für weitere Anwendungen zur Verfügung steht, z.B. zur Leistungs- oder/und Energiemessung.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist hinter dem Ausgang der Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals eine Rückführung zum Prozessor angebracht. Durch die Rückführung wird der Wert des Ausgangssignals zu dem Prozessor zurückgeführt.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Prozessor geeignet, anhand des durch die Rückführung zum Prozessor zurückgeführten Wertes das Ausgangssignal zu verändern. Durch die Rückführung zu dem Prozessor wird das Ausgangssignal erfasst und das vom Prozessor ausgegebene binäre, modulierte oder analoge Signal angepasst. Durch die Rückführung wird das von der Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals erzeugte Ausgangssignal geprüft, ob das Ausgangssignal dem intern berechneten Momentanwert entspricht und gegebenenfalls nachgeregelt.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Übertragungseinrichtung eine Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels auf, die geeignet ist, das Spannungssignal der Luftspule zu verändern Die Amplitude der von der Luftspule erzeugten Eingangsspannung wird durch die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels derart verändert, dass sie die üblicherweise von der Luftspule erzeugte kleine Eingangsspannung verstärkt.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels zwischen Luftspule und Prozessor angeordnet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Übertragungseinrichtung eine Ansteuerung der Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels auf. Die Ansteuerung erfolgt dabei durch den Prozessor.

In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Ausgangssignal störunanfällig gegenüber einem elektrischen Feld mit 5kV/m und/oder einem magnetischen Feld mit 200 mT in unmittelbarer Umgebung. Störunanfällig im Sinne dieser Patentschrift heißt, dass das Ausgangssignal im Wesentlichen unverändert bleibt, wenn ein elektrisches Feld mit 5kV/m und /oder ein magnetisches Feld mit 200 mT in unmittelbarer Umgebung zu einem die Übertragungseinrichtung und die Messeinrichtung verbindenden eines Übertragungsmittels wie beispielsweise einem Kabel wirkt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Messeinrichtung beabstandet zur Übertragungseinrichtung angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere bei Vorliegen von großen Strömen und/oder Spannungen bzw. elektrischen und/oder magnetischen Feldern in der Umgebung der Luftspule die Auswerteeinheit in der Messeinrichtung unbeeinflusst von den in der Umgebung der Luftspule vorhandenen Feldern bleibt.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Übertragungseinrichtung über ein stromleitendes Kabel mit der Messeinrichtung verbunden. Optional kann das Kabel flexibel biegbar ausgestaltet sein, damit es bei der Installation in einfacher Weise verlegbar ist. Die Kabellänge ist hierbei so groß zu wählen, dass die Messeinrichtung mit einem so großen Abstand zur Übertragungseinrichtung angeordnet werden kann, dass die in der Umgebung der Luftspule vorliegenden elektrischen und/oder magnetischen Feldstärken an der Position der Messeinrichtung bereits deutlich abgeschwächt sind. Hierfür wird eine Kabellänge bzw. ein Abstand zwischen Messeinrichtung und Übertragungseinrichtung von mindestens 10 cm, bevorzugt mindestens 20 cm und besonders bevorzugt mindestens 50 cm vorgesehen.

Um einen Einfluss der in der Umgebung der Luftspule vorliegenden elektrischen und/oder magnetischen Feldstärken auf das durch die Luftspule erzeugte Messsignal möglichst gering zu halten, wird die Übertragungseinrichtung in einem geringen Abstand zur Luftspule angeordnet. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen Übertragungseinrichtung und Luftspule bzw. die Länge eines zwischen Luftspule und Übertragungseinrichtung angeordneten Leiters kleiner als 10 cm bevorzugt kleiner als 5 cm und besonders bevorzugt kleiner als 1 cm. In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Luftspule unmittelbar ohne jeden zusätzlichen zwischen Luftspule und Übertragungseinrichtung angeordneten Leiter mit der Übertragungseinrichtung verbunden. Die Übertragungseinrichtung ist dann direkt an der Luftspule angeschlossen.

In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung verfügt die Luftspule über einen Verschlussmechanismus. Dies hat den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Messanordnung zur Messung von Strömen und Spannungen auch nachträglich bei bereits installierte und in Betrieb befindliche elektrische Anlagen verwendet werden kann, ohne bereits existierende Stromleiterverbindungen wieder lösen zu müssen. Im folgendem wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 : Messanordnung

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Messanordnung 1 zur Messung von Wechselströmen mit Filtereinrichtung 5, in den Prozessor 4 integriertem Speicher 7, Rückführung 9 und durch den Prozessor 4 gesteuerten Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 11.

Die Messanordnung 1 weist eine erste Baueinheit 13 sowie eine zweite Baueinheit 14 auf. Die erste Baueinheit 13 weist eine Luftspule 2 auf und wird von einer Einhausung 15 umschlossen. Die zweite Baueinheit 14 weist eine Übertragungseinrichtung 3 auf und wird ebenfalls von einer Einhausung 16 umschlossen. Die Übertragungseinrichtung 3 weist einen Eingangsanschluss 18 auf, der an den Anschluss 17 der Luftspule 2 direkt galvanisch angeschlossen ist. Die Übertragungseinrichtung 3 weist außerdem einen Prozessor 4 auf. Der Prozessor 4 weist einen Eingangsanschluss 19 und einen Ausganganschluss 20 auf. Die Übertragungseinrichtung 3 ist geeignet, ein durch den Prozessor 4 aufbereitetes Signal in Form eines eingeprägten Stroms auszugeben. Dazu weist die Übertragungseinrichtung 3 eine Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 auf. Die Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 ist zwischen dem Eingangsanschluss der Übertragungseinrichtung 18 und dem Eingangsanschluss 19 des Prozessors 4 angeschlossen

Vor der Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 ist eine Filtereinrichtung 5 angeordnet. Die Filtereinrichtung ist zwischen dem Eingangsanschluss der Übertragungseinrichtung 18 und dem Eingangsanschluss 19 des Prozessors 4 angeschlossen

Durch die Filtereinrichtung 5 werden Störeinstrahlungen sowie das Rauschen minimiert. Der Speicher 7 ist Teil des Prozessors 4. Im Speicher 7 sind z.B. Kennwerte der Luftspule 2 sowie eine Funktion zur Normierung der Messanordnung gespeichert. Weiterhin sind Korrekturfaktoren im Speicher abgelegt.

Diese Kennwerte und Korrekturfaktoren werden aus dem Speicher 7 durch den Prozessor 4 ausgelesen, durch den Prozessor 4 zur Umwandlung in ein aufbereitetes Signal genutzt und durch den Prozessor 4 umgewandelt. Zwischen Filtereinrichtung 5 und der Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 ist eine Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 1 1 angeordnet, die den Pegel der von der Luftspule 2 erzeugten Eingangsspannung anpasst. Die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 11 ist zwischen dem Eingangsanschluss der Übertragungseinrichtung 18 und dem Eingangsanschluss 19 des Prozessors 4 angeschlossen Die Amplitude der von der Luftspule 2 erzeugten Eingangsspannung wird durch die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 11 derart verändert, dass sie die üblicherweise von der Luftspule 2 erzeugte kleine Eingangsspannung verstärkt. Aus dem aufbereiteten Signal wird in der Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 ein Ausgangssignal erzeugt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Ausgangssignal ein eingeprägter Ausgangsstrom. Auf diese Weise kann das analoge Messsignal zu einem beliebigen gemessenen Strom normiert und die Veränderung des Messsignals durch Störeinflüsse korrigiert werden. Der eingeprägte Ausgangsstrom wird durch die Rückführung 9 zu dem Prozessor 4 zurückgeführt. Im Prozessor 4 wird der zurückgeführte eingeprägte Ausgangsstrom gemessen und das vom Prozessor 4 ausgegebene binäre oder analoge Signal angepasst. Durch die Rückführung 9 wird der von der Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 erzeugte eingeprägte Ausgangsstrom geprüft, ob der eingeprägte Ausgangsstrom entsprechend des im stromdurchflossenen Leiter 10 gemessenen Stroms proportional ist und entsprechend angepasst. Hinter dem Prozessor 4 weist die Übertragungseinrichtung 3 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 auf, die an den Prozessorausgang 20 angeschlossen ist.

Das Verfahren zur Herstellung einer Messanordnung 1 mit einer Luftspule 2 weist fünf Verfahrensschritte auf. Im ersten Verfahrensschritt wird die Luftspule 2 bereitgestellt. Die Luftspule 2 wird konfektioniert und in einem Gehäuse 15 angebracht, das wasserdicht verschlossen wird. Die Luftspule 2 bildet somit eine erste Baueinheit 13. Die Luftspule 2 weist einen Anschluss 17 auf, an dem eine in der Luftspule erzeugte Ausgangsspannung anliegt. Insbesondere ist die Luftspule 2 eine Rogowski-Spule, die in einem großen Messbereich eine hohe Genauigkeit und Linearität aufweist. Die Luftspule 2 kann geöffnet und wieder geschlossen werden, um die Luftspule 2 auch nachträglich um einen stromdurchflossenen Leiter 10 zu installieren.

Im zweiten Verfahrensschritt wird eine Übertragungseinrichtung 3 bereitgestellt. Die Übertragungseinrichtung 3 weist einen Eingangsanschluss 18 auf, der geeignet ist, die Ausgangsspannung der Luftspule 2 zu erfassen. In der Übertragungseinrichtung 3 wird ein Prozessor 4 angeordnet, der einen Speicher 7 aufweist. Eine Filtereinrichtung 5 und eine Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 11 werden in der Übertragungseinrichtung derart angeordnet, dass die Filtereinrichtung 5 und die Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 11 zwischen dem Eingangsanschluss der Übertragungseinrichtung 18 und dem Eingangsanschluss 19 des Prozessors 4 angeschlossen werden. Eine Ansteuerung der Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 12 wird in der Übertragungseinrichtung 3 angeordnet, die den Prozessor 4 mit der Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels 11 verbindet. Eine Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 wird in der Übertragungseinrichtung derart angeordnet, dass die Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal 6 zwischen dem Eingangsanschluss der Übertragungseinrichtung 18 und dem Prozessoreingang 19 angeschlossen wird. An den Prozessorausgang 20 wird eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 in Form eines eingeprägten Stroms angeschlossen. Der Ausgang der Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 wird durch die Rückführung 9 mit dem Prozessor 4 verbunden. Die Übertragungseinrichtung 3 wird in einer Einhausung 15 positioniert und bildet so die zweite Baueinheit 14.

Im dritten Verfahrensschritt wird der Ausgang 17 der Luftspule 2 direkt an den Eingangsanschluss 18 der Übertragungseinrichtung 3 galvanisch angeschlossen. Die erste Baueinheit 13 wird so mit der zweiten Baueinheit 14 verbunden.

Im vierten Verfahrensschritt werden die charakteristischen Messwerte der Messanordnung 1 erfasst. Die Kennwerte beinhalten auch eine Fehlerkorrektur wie z.B. Offset und Temperatur. Ein Kennlinienfeld ist ebenfalls möglich, um nichtlineare Einflüsse zu berücksichtigen. Die Messtoleranz der Messanordnung ist so gewählt, dass sie besonders bevorzugt kleiner 0,6 % des Nennstroms beträgt.

Im fünften Verfahrensschritt werden die Kennwerte und/oder von den Kennwerten abgeleitete Werte der Luftspule 2 im Speicher 7 gespeichert. Die Kennwerte beinhalten den anlagenspezifischen Nennstrom. Aus den Kennwerten wird ein Übersetzungsfaktor ermittelt.

Diese Kalibrierung der Messanordnung 1 kann im Prinzip auf jeden beliebigen Nennstrom der zu messenden Anlage normiert werden. Üblicherweise wird der Übersetzungsfaktor so gewählt, dass der eingeprägte Ausgangsstrom der Übertragungseinrichtung 3 100 mA beträgt. Beträgt also z.B. der Nennstrom des zu messenden stromdurchflossenen Leiters 10 maximal 37 A, so hat der Übersetzungsfaktor einen Wert von 1/370. Möglich ist aber auch die Messung von sehr geringen Nennströmen. Beträgt der Nennstrom z.B. 11 A, hat der Übersetzungsfaktor einen Wert von 1/110. Der Übersetzungsfaktor kann ebenfalls derart festgelegt werden, dass der Ausgangsstrom der Übertragungseinrichtung einen beliebigen anderen Wert als 100 mA aufweist, z.B. 1 A. Dann hat der z.B. Übersetzungsfaktor einen Wert von 1/37 bei einem Nennstrom des zu messenden stromdurchflossenen Leiters 10 von 37 A, 1/1 1 bei einem Nennstrom des zu messenden stromdurchflossenen Leiters 10 von 1 1 A.

Zur Messung eines Wechselstroms mit einem Nennstrom von 37 A im stromdurchflossenen Leiter 10 wird eine Eingangsspannung in die um den stromdurchflossenen Leiter 10 angeordneten Luftspule 2 induziert. Durch die Filtereinrichtung 5 werden unerwünschte Signalanteile der Eingangsspannung, z.B. Rauschen und Störeinstrahlungen, abgeschwächt oder unterdrückt. Danach wird am Ausgang einer Übertragungseinrichtung 3 ein eingeprägter Ausgangsstrom erzeugt. Vorteilhafterweise wird die Eingangsspannung in ein digital verarbeitbares Signal umgewandelt, das einen digitalen Wert und/oder einen Frequenzwert beinhaltet. Im Speicher 7 sind die Kennwerte der Luftspule 2, der Übersetzungsfaktor und die Fehlerkorrektur gespeichert. Diese Werte werden aus dem Speicher 7 durch den Prozessor 4 ausgelesen, durch den Prozessor 4 zur Umwandlung in ein Ausgangssignal genutzt und durch den Prozessor 4 umgewandelt. Üblicherweise ist der

Übersetzungsfaktor so gewählt, dass der eingeprägte Ausgangsstrom der

Übertragungseinrichtung 3 100 mA beträgt. Beträgt der Nennstrom des zu messenden stromdurchflossenen Leiters 10 maximal 37 A, beträgt der eingeprägte Ausgangsstrom der Messanordnung 1 maximal 100 mA, bei geringerer Stromstärke des stromdurchflossenen Leiters proportional weniger und bei höherer Stromstärke des stromdurchflossenen Leiters innerhalb technischer Grenzen proportional mehr. Der Übersetzungsfaktor ist hier 1/370. Durch die Rückführung 9 wird der eingeprägte Ausgangsstrom zu dem Prozessor 4 zurückgeführt. Im Prozessor 4 wird der zurückgeführte eingeprägte Ausgangsstrom gemessen und das vom Prozessor 4 ausgegebene binäre oder analoge Signal angepasst. Durch die Rückführung 9 wird der von der Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 erzeugte eingeprägte Ausgangsstrom geprüft, ob der eingeprägte Ausgangsstrom entsprechend des im stromdurchflossenen Leiter 10 gemessenen Stroms proportional ist und entsprechend angepasst. Der eingeprägte Ausgangsstrom wird durch die Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 ausgegeben. Das Ausgangssignal kann dann weiterverarbeitet werden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel induziert der wechselstromdurchflossene Leiter 10 eine Eingangsspannung in die um den stromdurchflossenen Leiter 10 angeordneten Luftspule 2. Durch die Filtereinrichtung 5 werden unerwünschte Signalanteile der Eingangsspannung, z.B. Rauschen und Störeinstrahlungen, abgeschwächt oder unterdrückt. Danach wird am Ausgang einer Übertragungseinrichtung 3 ein eingeprägter Ausgangsstrom erzeugt. Vorteilhafterweise wird die Eingangsspannung in ein digital verarbeitbares Signal umgewandelt, das einen digitalen Wert und/oder einen Frequenzwert beinhaltet. Im Speicher 7 sind die Kennwerte der Luftspule 2, der Übersetzungsfaktor und die Fehlerkorrektur gespeichert. Diese Werte werden aus dem Speicher 7 durch den Prozessor 4 ausgelesen, durch den Prozessor 4 zur Umwandlung in ein Ausgangssignal genutzt und durch den Prozessor 4 verarbeitet. Üblicherweise ist der Übersetzungsfaktor so gewählt, dass der eingeprägte Ausgangsstrom der Übertragungseinrichtung 3 100 mA beträgt. Beträgt der Nennstrom des zu messenden stromdurchflossenen Leiters 10 maximal 87,34 A, und der eingeprägte Ausgangsstrom der Messanordnung 1 maximal 100 mA, so wird ein Übersetzungsfaktor von 1/873,4 im Speicher abgelegt. Durch die Rückführung 9 wird der Wert des Ausgangsstroms zu dem Prozessor 4 zurückgeführt. Im Prozessor 4 wird der zurückgeführte Wert des Ausgangsstroms gemessen und das vom Prozessor 4 ausgegebene binäre, modulierte oder analoge Signal geregelt. Durch die Rückführung 9 wird der von der Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 erzeugte eingeprägte Ausgangsstrom geprüft, ob der Wert des Ausgangsstroms entsprechend des im stromdurchflossenen Leiter 10 gemessenen Stroms proportional ist und entsprechend angepasst. Der eingeprägte Ausgangsstrom wird durch die Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 ausgegeben. Das digital verarbeitbare Signal kann dann weiterverarbeitet werden.

In einem weiteren Beispiel für eine erfindungsgemäße Messanordnung induziert der wechselstromdurchflossene Leiter 10 eine Eingangsspannung in die um den stromdurchflossenen Leiter 10 angeordneten Luftspule 2. Durch die Filtereinrichtung 5 werden unerwünschte Signalanteile der Eingangsspannung, z.B. Rauschen und Störeinstrahlungen, abgeschwächt oder unterdrückt. Danach wird am Ausgang einer Übertragungseinrichtung 3 ein eingeprägter Ausgangsstrom erzeugt. Vorteilhafterweise wird die Eingangsspannung in ein digital verarbeitbares Signal umgewandelt, das einen digitalen Wert und/oder einen Frequenzwert beinhaltet. Im Speicher 7 sind die Kennwerte der Luftspule 2, der Übersetzungsfaktor und die Fehlerkorrektur gespeichert. Diese Werte werden aus dem Speicher 7 durch den Prozessor 4 ausgelesen, durch den Prozessor 4 zur Umwandlung in ein Ausgangssignal genutzt und durch den Prozessor 4 umgewandelt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Übersetzungsfaktor so gewählt, dass der eingeprägte Ausgangsstrom der Übertragungseinrichtung 3 1 A beträgt. Beträgt der Nennstrom des zu messenden stromdurchflossenen Leiters 10 maximal 105 A, so wird ein Übersetzungsfaktor von 1/105 im Speicher 7 der Übertragungseinrichtung 3 gespeichert. Durch die Rückführung 9 wird der eingeprägte Ausgangsstrom zu dem Prozessor 4 zurückgeführt. Im Prozessor 4 wird der zurückgeführte eingeprägte

Ausgangsstrom gemessen und das vom Prozessor 4 ausgegebene binäre oder analoge Signal angepasst. Durch die Rückführung 9 wird der von der Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 erzeugte eingeprägte Ausgangsstrom geprüft, ob der eingeprägte Ausgangsstrom entsprechend des im stromdurchflossenen Leiter 10 gemessenen Stroms proportional ist und entsprechend angepasst. Der eingeprägte Ausgangsstrom wird durch die Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals 8 ausgegeben.

BEZUGSZEICHENLISTE

Messanordnung

Luftspule

Übertragungseinrichtung

Prozessor

Filtereinrichtung

Vorrichtung zur Generierung eines digital verarbeitbaren Signals aus einem analogen Messsignal

Speicher

Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals

Rückführung

Stromdurchflossener Leiter

Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels

Ansteuerung der Vorrichtung zur Anpassung des Signalpegels

Erste Baueinheit

Zweite Baueinheit

Einhausung der ersten Baueinheit

Einhausung der zweiten Baueinheit

Anschluss der Luftspule

Eingangsanschluss der Übertragungseinrichtung

Eingangsanschluss des Prozessors

Ausganganschluss des Prozessors