DEVICE FOR MEASURING A CURRENT WITH A RESISTOR

Abstract: 1. A device for measuring a current by means of a resistor (Ro ) with a comparator (V), the output of which forms the output for a signal proportional to the measured current (Io ), characterized in that the conductor (L1) of the resistor (Ro ) is thermically coupled with the conductor (L2) of a further resistor (Re ), in that both conductors (L1, L2) have the same material characteristics, at least in regard to their specific resistance and temperature reaction, in that the two conductors (L1, L2) are designed and thermically coupled in such a way that their resistance loads per unit length do not change along their entire coupled length, in that one end of the one conductor is connected to an end of the other conductor, in that the non-connected ends of the two conductors (L1, L2) are each connected with an input of the comparator stage (V).

Description: Anordnung zum Erfassen eines Stromes durch einen Widerstand sowie Anwendung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erfassen eines Stromes durch einen Widerstand. Solche Anordnungen sind beispielsweise bekannt aus der älteren Patentanmeldung P 33 23 905.3, DE 28 22 897 Al oder DE 23 39 856 Al. Bei der DE 23 39 856 Al ist zum Erfassen eines Stromes ein Strommesswandler vorgesehen, der mit einem gegengekoppelten Operationsverstärker beschaltet ist. Mit einer solchen Anordnung sind nur Wechsel ströme und keine Gleichströme erfassbar. Für eventuelle Änderungen der elektrischen Eigenschaften infolge Temperaturdrift sind keine Massnahmen vorgesehen. Bei der DE 28 22 897 Al wird ein Strom durch eine Brückenschaltung, bestehend aus drei Widerständen und einem gegengekoppelten Operationsverstärker erfasst. Temperaturdriften werden durch eine temperaturabhängige Bezugsspannung berücksichtigt. Bei der älteren Patentanmeldung P 33 23 905.3 wird zur Stromerfassung eine Drossel herangezogen. Diese weist eine zusätzliche Messwicklung auf, die bezüglich der Hauptwicklung so angeordnet und mit einer Vergleichsstufe be schaltet ist, dass Temperaturabhängigkeiten bei der Stromerfassung keinen Einfluss auf das Messergebnis haben. Die Anordnung gemäss P 33 23 905.3 ist zur Erfassung von Gleich- und Wechselströmen geeignet. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zum Erfassen eines Stromes durch einen Widerstand anzugeben, wobei dieser Strom ein Gleich-, Wechsel- oder Gemischtstrom sein kann, die keine Verfälschung dieses Stromes, insbesondere durch Temperatureinflüsse, mit sich führt. Ausserdem soll eine Anwendung dieser Anordnung aufgezeigt werden. Diese Aufgabe wird bezüglich der Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 und bezüglich der Anwendung durch die Merkmale des Patentanspruchs 4 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung auf. Besonders vorteilhaft ist es, dass bei der Erfindung neben den Temperatureinflüssen auch induktive Spannungseinflüsse bei der Erfassung hochfrequenter Wechselstromanteile kompensiert werden. Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein vereinfachtes elektrisches Ersatzschaltbild der Anordnung, Fig. 2 eine Aufsicht auf die thermisch gekoppelten Leiter der Widerstände, Fig. 3 eine Schnittdarstellung hierzu und Fig. 4 ein Ersatzschaltbild unter Berücksichtigung para sitärer Effekte. Das vereinfachte elektrische Ersatzschaltbild gemäss Fig. 1 zeigt den Widerstand Ro durch den der zu erfassende Strom 1o fliesst. Ein Ende des weiteren Widerstandes Re ist mit einem Ende des Widerstandes Ro verbunden. Die beiden nicht verbundenen Enden der Widerstände Re und Ro führen jeweils zu einem Eingang einer Vergleichseinrichtung V. Diese Vergleichseinrichtung V besteht aus einem mittels Widerstand Rg gegengekoppelten Operationsverstärker. Der Widerstand Re ist an den invertierenden Eingang und der Widerstand Ro an den nichtinvertierenden Eingang des gegengekoppelten Operationsverstärkers angeschlossen. Am Ausgang A des Operationsverstärkers erscheint dann eine Spannung EMI2.1 die proportional zum zu erfassenden Strom 1o ist. Die Figuren 2 und 3 zeigen die Anordnung der Leiter L1 und L2 der Widerstände Ro und Re in einer Aufsicht und in einer Schnittdarstellung. Der Leiter L1 des Widerstandes Ro besteht aus einer Metallfolie, die eine wesentlich grössere Längsausdehnung als eine Querausdehnung aufweist und die auf einer Seite einer homogenen Isolierschicht IS aufgebracht ist. Auf der anderen Seite dieser Isolierschicht ist der Leiter L2 des weiteren Widerstandes Re mäanderförmig aufgebracht; seine Gesamtlänge ist also grösser als die thermische Koppellänge mit dem Leiter L1. Über die Isolierschicht IS sind die beiden Leiter L1 und L2 thermisch gekoppelt. Die Leiter Ll und L2 bestehen aus gleichem Material; d.h. sie weisen zumindest gleichen spezifischen Widerstand und gleiches Temperaturverhalten auf. Die einen Enden der Leiter L1 und L2 sind über eine Schweissverbindung SV1 miteinander verbunden. Das nicht mit Re verbundene Ende des Leiters L1 ist über eine Schweissverbindung SV2 mit der Zuleitung zur Vergleichsstufe verbunden. Im Ersatzschaltbild der Anordnung gemäss Fig. 4 sind parasitäre Effekte berücksichtigt. Im Unterschied zu dem Ersatzschaltbild gemäss Fig. 1 zeigt Fig. 4 die parasitären Induktivitäten Lf1 und L6r2 der Widerstände Ro und Re zum Operationsverstärker V. Die induktive Spannung an der Induk tivität L#1 1 des Widerstandes R0, die sich bei höher- frequenten Strömen Io bemerkbar macht, wird durch die phasenentgegengesetzte induktive Messspannung an der parasitären Induktivität L62 des Widerstandes Re kompensiert. Auf das Ersatzschaltbild gemäss Fig. 4 wird nun die Maschenanalyse angewendet. Es gilt dann: 1g Re = (Io - 1g) . Ro EMI4.1 Die Ausgangsspannung UA ergibt sich dann zu: EMI4.2 Die Widerstände Ro and Re werden nun als Funktion des Widerstandsbelages R0(1) bzw. Re(l3 dargestellt und in letztere Beziehung eingesetzt. Es gilt EMI4.3 wobei 1 die Koppellänge der Leiter bezeichnet. Mit der Temperaturabhängigkeit der Widerstandsbeläge EMI4.4 wobei mit k 47der Widerstandstemperaturkoeffizient bezeichnet ist. erhält man EMI5.1 Setzt man diese beiden letzten Beziehungen in die Beziehung (a) ein so gilt: EMI5.2 Es ergibt sich also eine optimale Temperaturkompensation, wenn die thermische Kopplung derart erfolgt, dass sich die Widerstandsbeläge Ro und Re über der betrachteten Koppellänge 1 nicht ändern. Selbst ein eventueller Temperaturgradient längs der Koppellänge 1 wird kompensiert. Es können mit der erfindungsgemässen Anordnung Strommesseinrichtungen höchster Präzision relativ einfach aufgebaut werden. Messfehler können nur noch entstehen durch unterschiedliche Temperaturen der Widerstände Ro und R beispielsweise hervorgerufen durch einen schlechten Wärmeaustausch über die Isolierschicht IS, sowie Differenzen im Widerstandstemperaturkoeffizient k /9. Unterschiede im Widerstandstemperaturkoeffizienten k 9 rühren von Verun- reinigungen sowie Fehlern in der Atomgitterstruktur her, z.B. durch unterschiedliche Bearbeitung. Die erfindungsgemässe Anordnung lässt sich vorteilhaft für gedruckte Schaltungen anwenden. Die Leiterplatte stellt dann die notwendige Isolierschicht Is dar und die Widerstände können aus der Kupferkaschierung dieser Leiterplatte bestehen. Eine weitere andere Ausgestaltung besteht darin, dass die Isolierschicht IS aus einem flexiblen Folienträger gebildet ist, auf den beidseitig Metallfolien aufgeklebt sind.

Claims: Patentansprüche: 1. Anordnung zum Erfassen eines Stromes durch einen Wider stand, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (L1) des Widerstandes (Ro) mit dem Leiter (L2) eines weiteren Widerstandes (R ) thermisch gekoppelt ist, dass beide e Leiter (L1, L2) gleiche Materialeigenschaften mindestens bezüglich ihres spezifischen Widerstandes und Temperatur verhaltens aufweisen, dass die beiden Leiter (L1, L2) der art ausgebildet und thermisch gekoppelt sind, dass sich ihre Widerstandsbeläge über der gesamten Kopplungslänge nicht ändern, dass ein Ende des einen Leiters mit einem Ende des anderen Leiters verbunden ist, dass die nicht miteinander verbundenen Enden der beiden Leiter (L1, L2) jeweils mit einem Eingang einer Vergleichsstufe (V) ver bunden sind, und dass der Ausgang (A) der Vergleichsstufe (V) den Ausgang für ein Signal proportional zum er fassenden Strom < 1o) bildet. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (L1) des Widerstandes (R0) aus einer Metall folie besteht, die eine wesentlich grössere Längsaus dehnung aufweist als ihre Querausdehnung beträgt, dass der Leiter (L2) des weiteren Widerstandes (Re) folien artig ist und unter Zwischenlage einer homogenen Isolier schicht (IS) derart aufgebracht ist, dass die Flächen normalen der beiden folienartigen Leiter (L1, L2) über einstimmen. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Leiters (L2) des weiteren Widerstandes (Re) mäanderförmig ist. 4. Anwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für gedruckte Schaltungen, wobei die Isolierschicht (IS) einer Leiterplatte oder einem flexiblen Folienträger be steht auf dieldan die Leiter (L1, L2) der Widerstände (R1, R2) beidseitig aufgebracht sind.

Inventors: OHMS, FRANZ, DIPL.-ING.
Applicants: ANT NACHRICHTENTECHNIK GMBH
Application year: 1985
Main classification: G01R1
IPC codes: G01R1