DE10104453A1 - Anordnung zum Messen der magnetischen Feldstärke - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird eine Anordnung zum Messen der Feldstärke eines zu messenden magnetischen Feldes (Meßfeld) mit einem magnetisch beeinflußbaren Winkelsensor, der in einer vorgegebenen Ausrichtung zu den Feldlinien des Meßfeldes am Ort (Meßposition) der zu messenden Feldstärke des Meßfeldes angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Hilfsfeldes an der Meßposition. Mittels dieser Vorrichtung ist der magnetisch beeinflußbare Winkelsensor mit dem magnetischen Hilfsfeld in einer vorgebbaren Feldstärke und einer Richtung, die von derjenigen der Feldlinien des Meßfeldes an der Meßposition abweicht, beaufschlagbar, wodurch an der Meßposition ein resultierendes magnetisches Feld mit einer durch das Meßfeld und das magnetische Hilfsfeld beeinflußten Richtung der Feldlinien gebildet wird, die durch den magnetisch beeinflußbaren Winkelsensor als Maß für die zu messende Feldstärke des Meßfeldes gemessen wird. DOLLAR A Durch die vorstehenden Maßnahmen wird die Aufgabe gelöst, eine Anordnung zum Messen magnetischer Feldstärken zu schaffen, die insbesondere auch zum Messen hoher magnetischer Feldstärken einsetzbar, dabei rückwirkungsfrei und zuverlässig ist und mit der bevorzugt eine Messung mittels magnetoresistiver Winkelsensoren ausführbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Messen der Feldstärke eines zu mes­ senden magnetischen Feldes, welches im folgenden auch als Meßfeld bezeichnet wird.

Mit der Verbreitung der Anwendung von magnetischen Feldern insbesondere mit hoher magnetischer Feldstärke ist die Notwendigkeit entstanden, diese Feldstärken bestimmen zu können.

Magnetisch beeinflußbare Winkelsensoren sind grundsätzlich bekannt. In der Druckschrift EP 0 671 605 A2 ist ein Winkelsensor mit zwei berührungslos messenden und winkelver­ setzt zueinander angeordneten Sensoreinheiten beschrieben, deren Sensorspannungen Funktionen eines zu messenden Winkels gegenüber einem drehbaren Element sind, und die Druckschrift DE 198 39 446 A1 offenbart eine Anordnung zur Drehwinkelerfassung eines drehbaren Elements, beider unter Auswertung von magnetisch beeinflußbaren Eigen­ schaften einer Sensoranordnung ein von einem drehbaren Element erzeugtes oder beein­ flußtes Magnetfeld detektierbar und zur Ermittlung des Drehwinkels heranziehbar ist. Diese Anordnungen weisen magnetoresistive Elemente auf, die sich als kompakte, robuste und zuverlässige Schaltungselemente bewährt haben.

Die erwähnten Winkelsensoren messen jedoch die Richtung eines magnetischen Feldes, nicht dagegen dessen magnetische Feldstärke.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Anordnung zum Messen magnetischer Feldstärken zu schaffen, die insbesondere auch zum Messen hoher magnetischer Feldstärken einsetzbar, dabei rückwirkungsfrei und zuverlässig ist und mit der bevorzugt eine Messung mittels magnetoresistiver Winkelsensoren ausgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Anordnung der eingangs genannten Art mit einem magnetisch beeinflußbaren Winkelsensor, der in einer vorgegebenen Ausrichtung zu den Feldlinien des Meßfeldes am Ort der zu messenden Feldstärke des Meßfeldes angeordnet ist, welcher Ort im folgenden auch als Meßposition bezeichnet wird, und mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Hilfsfeldes an der Meßposition, mittels welcher Vorrichtung der magnetisch beeinflußbare Winkelsensor mit dem magnetischen Hilfsfeld in einer vorgebbaren Feldstärke und einer Richtung, die von derjenigen der Feldlinien des Meßfeldes an der Meßposition abweicht, beaufschlagbar ist, wodurch an der Meßposition ein resultierendes magnetisches Feld mit einer durch das Meßfeld und das magnetische Hilfsfeld beeinflußten Richtung der Feldlinien gebildet wird, die durch den magnetisch beeinflußbaren Winkelsensor als Maß für die zu messende Feldstärke des Meßfeldes gemessen wird.

Dem Meßfeld wird somit gemäß der Erfindung an der Meßposition ein linear unabhängi­ ges Hilfsfeld überlagert. Diese Überlagerung führt zu einem resultierenden Feld, dessen Richtung, d. h. dessen Winkel relativ zur Ausrichtung des Winkelsensors, eine Funktion der zu messenden Feldstärke ist. Mit dem Winkelsensor kann diese Richtung der Feldli­ nien des resultierenden Feldes sehr präzise gemessen werden, wodurch die zu messende magnetische Feldstärke sich über die genannte Funktion einfach und genau ermitteln läßt. Die Messung läßt sich ferner potentialfrei und rückwirkungsfrei durchführen.

Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß an der Meßposition die Richtung der Feldlinien des magnetischen Hilfsfeldes we­ nigstens weitgehend senkrecht zur Richtung der Feldlinien des Meßfeldes gewählt ist. Mit einem zum Meßfeld im wesentlichen orthogonalen Hilfsfeld wird der Effekt der Drehung der Richtung des resultierenden Feldes besonders gut auswertbar.

Das Meßfeld kann dabei eine zeitlich wenigstens weitgehend konstante Feldstärke aufwei­ sen oder auch ein magnetisches Wechselfeld sein. Es ergibt sich somit ein weiter Anwen­ dungsbereich für die erfindungsgemäße Anordnung.

Bevorzugt umfaßt in der erfindungsgemäßen Anordnung die Vorrichtung zum Erzeugen des magnetischen Hilfsfeldes einen Permanentmagneten umfaßt. Dadurch ist ein einfacher und kompakter Aufbau möglich. Der Permanentmagnet kann vorteilhaft stab- oder ringförmig ausgebildet sein. In einer Abwandlung desselben kann das magnetische Hilfsfeld auch durch Spulenanordnungen erzeugt werden, vorzugsweise für den Fall, daß ein magne­ tisches Hilfsfeld mit zeitlich variabler magnetischer Feldstärke ermöglicht werden soll.

Da, beschreibbar durch die Gleichung

i = ∲.d,

das Meßfeld H durch einen in einem elektrischen Leiter mit einer zu messenden Strom­ stärke fließenden elektrischen Strom i hervorgerufen werden kann, wobei in der vorstehen­ den Beziehung mit

d

ein vektorielles Weginkrement entlang des Verlaufes der Feldlinien des Meßfeldes bezeich­ net ist, dessen Feldstärke integriert wird, läßt sich nach einer besonders bevorzugten Ausge­ staltung der Erfindung die beschriebene Messung der magnetischen Feldstärke eines Meß­ feldes auch zum Messen eines elektrischen Stromes ausnutzen, durch den das Meßfeld er­ zeugt wird. An der Meßposition wird dem Meßfeld wiederum das magnetische Hilfsfeld zur Bildung eines resultierenden magnetischen Feldes überlagert, und die Richtung der Feldlinien des resultierenden magnetischen Feldes an der Meßposition wird als Maß für die zu messende Stromstärke durch den magnetisch beeinflußbaren Winkelsensor gemessen.

In vielen Bereichen der Elektrotechnik, vorzugsweise auch im Bereich der Automobilelek­ tronik und -elektrik, wird in zunehmendem Maße die Messung hoher Ströme, insbeson­ dere solcher mit einer Stromstärke von mehr als 100 Ampere, notwendig. Den dabei beste­ henden hohen Anforderungen bezüglich der Rückwirkungsfreiheit auf das Bordnetz des Kraftfahrzeugs, der Unempfindlichkeit gegenüber Störfeldern, der Positioniertoleranz und der Genauigkeit der Strommessung kann die erfindungsgemäße Anordnung in besonderem Maße Rechnung tragen. Sie ist einfach und robust aufgebaut, dabei kompakt und liefert präzise Meßergebnisse.

Um dabei eine besonders wirkungsvolle, unempfindliche und störungssichere Anordnung zu erhalten, ist nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung ein einen magnetischen Kreis bildendes, magnetisch leitendes, den elektrischen Leiter mit Ausnahme eines Luft­ spalts wenigstens weitgehend umschließendes Joch vorgesehen, wobei wenigstens der ma­ gnetisch beeinflußbare Winkelsensor wenigstens im wesentlichen innerhalb des Luftspalts angeordnet ist. Darüber hinaus kann im Luftspalt auch die Vorrichtung zum Erzeugen des magnetischen Hilfsfeldes wenigstens teilweise angeordnet sein, bevorzugt ausgestaltet mit einem Permanentmagneten, der insbesondere als Stabmagnet oder Ringmagnet geformt ist, aber wahlweise auch mit einer Spulenanordnung.

Durch das magnetisch leitende Joch lassen sich einfach und wirkungsvoll magnetische Fremdfelder abschirmen. Im Bereich des Luftspaltes ist das magnetische Feld darüber hinaus sehr homogen, so daß Fertigungstoleranzen bei der Positionierung der einzelnen Komponenten, wie Winkelsensor und z. B. Permanentmagnet, an der Meßposition ver­ nachlässigbar sind.

In einer weiteren, vorteilhaften Fortbildung der Erfindung ist der Luftspalt wenigstens weitgehend durch einen Innenbereich eines im wesentlichen ringförmigen Permanentma­ gneten gebildet, ist der im wesentlichen ringförmige Permanentmagnet in den durch das magnetisch leitende Joch gebildeten magnetischen Kreis eingefügt und ist der magnetisch beeinflußbare Winkelsensor wenigstens weitgehend innerhalb des Innenbereichs des im wesentlichen ringförmigen Permanentmagneten angeordnet. Der Vorteil einer solchen Konfiguration liegt in ihrer besonderen Störsicherheit gegenüber magnetischen Fremdfel­ dern sowie in der besonderen Robustheit durch die vervollkommnete magnetische und zu­ gleich mechanische Abschirmung.

In einer weiteren, vorteilhaften Fortbildung der Erfindung ist der im wesentlichen ringför­ mige Permanentmagnet wenigstens weitgehend von einer im wesentlichen ringförmigen Schicht aus weichmagnetischem Material umschlossen. Durch diese Schicht wird eine Schirmung des Permanentmagneten gegen magnetische Fremdfelder und damit eine wei­ tere Verbesserung der Störsicherheit erreicht. Zwar ist in dieser Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen Anordnung der Magnetkreis aufwendiger zu realisierenden, er ermöglicht jedoch ein noch wesentlich besser geschirmtes und homogeneres Feld als die zuvor be­ schriebenen Ausgestaltungen. Zur Vermeidung von Wirbelstromeffekten kann für die ringförmige Schicht aus weichmagnetischem Material, d. h. den schirmenden Weichma­ gnetring, ein ferromagnetisches Material mit einer möglichst geringen elektrischen Leit­ fähigkeit eingesetzt werden.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Joch wenigstens weitgehend in einer Ebene senkrecht zur hauptsächlichen Erstreckungsrichtung des elektrischen Leiters in dem vom Joch wenigstens weitgehend umschlossenen Abschnitt des elektrischen Leiters angeordnet und dermaßen in seiner Gestaltung dem Verlauf der magnetischen Feldlinien des Meßfeldes optimal angepaßt. Die hauptsächliche Erstreckungsrichtung des elektrischen Leiters entspricht wenigstens weitgehend seiner Längsachse und somit der Stromrichtung, in der der elektrische Strom den elektrischen Leiter durchfließt.

Das Joch ist vorteilhaft wenigstens weitgehend aus weichmagnetischem Material gebildet.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung gemäß der Erfindung wird dadurch erhalten, daß der magnetisch beeinflußbare Winkelsensor mit magnetoresistiven Sensorelementen aufge­ baut ist. Derartige Sensorelemente sind kompakt und robust und weisen eine hohe Meß­ genauigkeit auf. Durch die Verwendung von Winkelsensoren mit magnetoresistiven Sen­ sorelementen lassen sich Fehler bei der Messung magnetischer Felder im infolge des äußerst geringen Temperaturkoeffizienten dieser Sensorelemente beträchtlich reduzieren und läßt sich damit eine hohe Meßgenauigkeit erzielen. Bei hohen Strom- und damit Feldstärken sind reproduzierbare und nahezu lineare Übertragungskennlinien erreichbar.

Die Verwendung magnetoresistiver Winkelsensoren in Verbindung mit einem weichma­ gnetischen Magnetkreis ermöglicht die Realisierung robuster Strommeßsysteme, die den eingangs genannten Anforderungen genügen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Nachfolgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungs­ gemäßen Anordnung, die zum Messen der magnetischen Feldstärke eines Meßfel­ des eingerichtet ist,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungs­ gemäßen Anordnung, die zum Messen der magnetischen Feldstärke eines Meßfel­ des eingerichtet ist,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einem magnetischen Joch, in dem ein zu messender elektrischer Strom ein Meßfeld erzeugt,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungs­ gemäßen Anordnung, die zum Messen der Stromstärke eines elektrischen Stromes eingerichtet ist,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungs­ gemäßen Anordnung, die zum Messen der Stromstärke eines elektrischen Stromes eingerichtet ist,

Fig. 6 eine Darstellung des Verlaufs der Feldlinien des resultierenden magnetischen Feldes beim Betrieb der Anordnung des vierten Ausführungsbeispiels nach Fig. 5, und

Fig. 7 ein Beispiel für eine Funktion der Richtung der Feldlinien des resultierenden ma­ gnetischen Feldes, gemessen als Winkel f der Auslenkung dieses resultierenden magnetischen Feldes gegenüber der Richtung der Feldlinien des magnetischen Hilfsfeldes, in einer Anordnung nach den Fig. 5 und 6.

In Fig. 1 sind mit dem Bezugszeichen 1 die Feldlinien eines zu messenden magnetischen Feldes (Meßfeld) H bezeichnet, welches hier in Gegenrichtung zur y-Achse eines kartesi­ schen Koordinatensystems verläuft. In der Darstellung der Fig. 1 ist dieses Meßfeld wenig­ stens nahezu homogen, was auch einer bevorzugten Ausbildung entspricht.

In das Meßfeld 1 ist eine Anordnung eingebracht, die einen Permanentmagneten 2, der hier als Stabmagnet ausgebildet ist, sowie einen Winkelsensor 3 umfaßt, der vorzugsweise als magnetoresistiver Winkelsensor, kurz MR-Winkelsensor, ausgestaltet ist. Durch den Permanentmagneten 2 wird ein magnetisches Hilfsfeld erzeugt, dessen mit dem Bezugs­ zeichen 4 bezeichnete Feldlinien im Bereich der Meßposition, an der der Winkelsensor 3 positioniert ist, orthogonal zu den Feldlinien des Meßfeldes 1 verlaufen. Durch Überlagerung des Meßfeldes 1 und des magnetischen Hilfsfeldes 4 an der Meßposition entsteht ein resultierendes magnetisches Feld, welches in Fig. 1 durch einen Pfeil mit dem Bezugszei­ chen 5 angedeutet ist und dessen Ausrichtung (im Koordinatensystem) sich mit der Feld­ stärke des Meßfeldes 1 ändert. Die Ausrichtung des resultierenden magnetischen Feldes, d. h. die Richtung seiner Feldlinien, wird mit dem Winkelsensor 3 gemessen. Dieser Win­ kelmeßwert gibt somit ein Maß für die zu messende magnetische Feldstärke. Die Genauig­ keit dieser Messung wird durch die Fehlertoleranzen des Winkelsensors 3 bestimmt, die sehr eng gehalten werden können. Dadurch ergibt sich eine sehr einfache und präzise Be­ stimmung der Feldstärke des Meßfeldes.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Anordnung nach Fig. 1, in der an Stelle des stabförmigen Permanentmagneten 2 ein ringförmiger Permanentmagnet 6 zum Einsatz gelangt. Dadurch läßt sich eine homogenere Ausbildung der magnetischen Felder, insbesondere des Hilfsfeldes 4, erzielen.

In Fig. 3 ist eine Anordnung schematisch dargestellt, in dem ein zu messender elektrischer Strom i, der einen elektrischen Leiter 7 durchfließt, ein Meßfeld 1 der magnetischen Feld­ stärke H erzeugt. Diese Anordnung ist mit einem magnetischen Joch 8 ausgebildet, wel­ ches bis auf einen Luftspalt 9 den Leiter 7 umschließt und aus weichmagnetischem Mate­ rial hergestellt ist. Vorzugsweise erstreckt sich das Joch 8 im wesentlichen entlang einer durch die Koordinaten x und y eines in Fig. 3 skizzierten Koordinatensystems Ebene, wäh­ rend sich der Leiter 7 im wesentlichen entlang der z-Achse dieses Koordinatensystems er­ streckt. Der Strom i ist in der Darstellung der Fig. 3 aus der Zeichenebene herausfließend angenommen. Im Luftspalt 9 bildet sich hierbei ein über einen weiten Raumbereich we­ nigstens nahezu homogenes Meßfeld 1 aus.

Fig. 4 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Anordnung zum Messen des Stromes i unter Verwendung einer Konfiguration aus einem stabförmigen Permanentma­ gneten 2 und einem Winkelsensor 3, wie sie in der Anordnung nach Fig. 1 beschrieben sind. Diese Konfiguration ist in den Luftspalt 9 des Jochs 8 eingebracht und mißt die Feld­ stärke des Meßfeldes 1 über den Winkel (f, siehe unten), in dem sich die Feldlinien des re­ sultierenden magnetischen Feldes 5 gegenüber der Richtung der Feldlinien des magnetischen Hilfsfeldes 4 einstellen. Durch diese Anordnung wird eine potentialfreie Strommes­ sung ermöglicht, die auf dem bereits genannten Zusammenhang:

i = ∲.ds

beruht. Durch die Schirmung des von dem Strom i durchflossenen Leiters 7 mit dem weichmagnetischen Joch 8 werden magnetische Störfelder abgeschirmt und wird im Be­ reich des Luftspaltes 9 eine hohe, homogen verteilte magnetische Feldstärke erreicht.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, in welchem ein im Luftspalt 9 befindlicher, stabför­ miger Permanentmagnet 2 benutzt wird, zeichnet sich durch einen geringeren mechani­ schen Aufwand zur Realisierung des Magnetkreises aus. Vorteilhaft können dafür weiterhin ferrimagnetische Jochmaterialien mit geringer elektrischer Leitfähigkeit eingesetzt werden, was sich in geringen Wirbelstromeffekten bei der Messung höherfrequenter Ströme be­ merkbar macht.

Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung als viertes Ausführungsbeispiel eine Abwandlung des in Fig. 4 dargestellten dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Diese Anordnung, die ebenfalls zum Messen der Stromstärke eines elektrischen Stromes eingerichtet ist, ent­ hält anstelle des stabförmigen Permanentmagneten 2 einen ringförmigen Permanentma­ gneten 6, wie er bereits in Fig. 2 gezeigt ist. Zusätzlich ist der ringförmige Permanentma­ gnet 6 von einem Weichmagnetring 10 umgeben. Der so gebildete Magnetkreis aus Joch 8, Permanentmagnet 6 und Weichmagnetring 10 ist zwar etwas aufwendiger zu realisieren, ermöglicht jedoch ein wesentlich besser geschirmtes und homogeneres Feld. Um zu ver­ meiden, daß sich Wirbelstromeffekte nachteilig auswirken können, wird für den schirmen­ den Weichmagnetring 10 ein ferromagnetisches Material mit einer möglichst geringen elektrischen Leitfähigkeit eingesetzt.

Fig. 6 zeigt eine Darstellung des Verlaufs der Feldlinien des resultierenden magnetischen Feldes beim Betrieb der Anordnung des vierten Ausführungsbeispiels nach Fig. 5. Darin sind die Konturen des elektrischen Leiters 7, des magnetischen Jochs 8, des ringförmigen Permanentmagneten 6 und des Weichmagnetrings 10 eingetragen. Im Joch 8 werden die Feldlinien des Meßfeldes sehr stark gebündelt und über den Weichmagnetring 10 und den ringförmigen Permanentmagneten 6 auf den im Inneren des ringförmigen Permanentmagneten 6 gebildeten Luftspalt 9 wenigstens nahezu homogen verteilt. Das Meßfeld, das sich mit dem magnetischen Hilfsfeld zum resultierenden Feld überlagert, ist hier im Luftspalt 9 ebenfalls wenigstens nahezu homogen. Der Winkel, unter dem sich die Feldlinien des resultierenden magnetischen Feldes 5 im Luftspalt 9 einstellen, ist eine Funktion der Stromstärke. Er wird mit dem Winkelsensor 3, der bevorzugt als magnetoresistiver Winkel­ sensor ausgebildet ist, gemessen.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel für die Abhängigkeit der Richtung der Feldlinien des resultieren­ den magnetischen Feldes 5, gemessen als Winkel f der Auslenkung dieses resultierenden magnetischen Feldes 5 gegenüber der Richtung der Feldlinien des magnetischen Hilfsfeldes 4, als Funktion der Stromstärke des zu messenden Stromes i in einer Anordnung nach den Fig. 5 und 6. Es ergibt sich ein über einen großen Wertebeeich für die Stromstärke des zu messenden Stromes i ein wenigstens weitgehend linearer Zusammenhang mit dem Winkel f. Damit sind gute Voraussetzungen für eine hohe Meßgenauigkeit der Anordnung gegeben.

Die erfindungsgemäße Anordnung in ihrer Ausbildung zum Messen der Stromstärke eines Stromes erfüllt auf vorteilhafte Weise die Aufgaben, die sich gerade auch auf dem Gebiet der Automobilelektronik und -elektrik in zunehmendem Maße für die Messung hoher Ströme (vorzugsweise größer als 100A) stellen. Dabei bestehen hohe Anforderungen insbe­ sondere bezüglich der Rückwirkungsfreiheit auf das Bordnetz, der Unempfindlichkeit ge­ genüber Störfeldern, der Positioniertoleranz und der Genauigkeit der Strommessung. In der durch die genannte Ausbildung der Erfindung gebildeten Anordnung zur rückwir­ kungsfreien, potentialfreien Messung hoher Ströme, in der die zu messende Stromstärke mittels eines speziellen Magnetkreises in ein resultierendes magnetisches Feld transformiert wird, welches in einem bestimmten räumlichen Bereich durch Betrag und Winkel gekenn­ zeichnet ist, und in der der Winkel des Feldes in diesem räumlichen Bereich ein Maß für die Stromstärke ist und mit einem Winkelsensor gemessen wird, ermöglicht die Verwen­ dung vorzugsweise magnetoresistiver Winkelsensoren in Verbindung mit einem weichma­ gnetischen Magnetkreis die Realisierung robuster Strommeßsysteme, die den oben genann­ ten Anforderungen genügen.

Die potentialfreie Messung der Stromstärke mit Hilfe der magnetischen Feldstärke mittels magnetoresistiver Winkelsensoren in der erfindungsgemäßen Anordnung weist den Vorteil auf, daß sich sowohl Gleich- als auch Wechselströme messen lassen. Durch die Verwen­ dung eines Jochs lassen sich Fremdfelder abschirmen. Im Bereich des Luftspaltes ist das magnetische Feld sehr homogen, so daß Positionstoleranzen der einzelnen Komponenten vernachlässigbar sind. Durch die Verwendung von MR-Winkelsensoren, die sehr genau arbeiten, lassen sich die Fehler bei der Messung reduzieren, auch infolge der hier wirken­ den, äußerst geringen Temperaturkoeffizienten. Bei hohen Strom- und damit Feldstärken lassen sich reproduzierbare und nahezu lineare Übertragungskennlinien erreichen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Feldlinien des zu messenden magnetischen Feldes (Meßfeld) H

2

Stabförmiger Permanentmagnet

3

Winkelsensor

4

Feldlinien des magnetischen Hilfsfeldes

5

resultierendes magnetisches Feld, in

Fig.

1 durch einen Pfeil dargestellt

6

Ringförmiger Permanentmagnet

7

Elektrischer Leiter

8

Magnetisches Joch

9

Luftspalt

10

Weichmagnetring
f Winkel der Auslenkung des resultierenden magnetischen Feldes

5

gegenüber der Richtung der Feldlinien des magnetischen Hilfsfeldes

4

i Zu messender elektrischer Strom
H Magnetische Feldstärke des Meßfeldes

1

Claims (14)

1. Anordnung zum Messen der Feldstärke eines zu messenden magnetischen Feldes, welches im folgenden auch als Meßfeld bezeichnet wird, mit einem magnetisch beeinfluß­ baren Winkelsensor, der in einer vorgegebenen Ausrichtung zu den Feldlinien des Meßfel­ des am Ort der zu messenden Feldstärke des Meßfeldes angeordnet ist, welcher Ort im fol­ genden auch als Meßposition bezeichnet wird, und mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Hilfsfeldes an der Meßposition, mittels welcher Vorrichtung der ma­ gnetisch beeinflußbare Winkelsensor mit dem magnetischen Hilfsfeld in einer vorgebbaren Feldstärke und einer Richtung, die von derjenigen der Feldlinien des Meßfeldes an der Meßposition abweicht, beaufschlagbar ist, wodurch an der Meßposition ein resultierendes magnetisches Feld mit einer durch das Meßfeld und das magnetische Hilfsfeld beeinfluß­ ten Richtung der Feldlinien gebildet wird, die durch den magnetisch beeinflußbaren Win­ kelsensor als Maß für die zu messende Feldstärke des Meßfeldes gemessen wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Meßposition die Richtung der Feldlinien des magne­ tischen Hilfsfeldes wenigstens weitgehend senkrecht zur Richtung der Feldlinien des Meß­ feldes gewählt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfeld eine zeitlich wenigstens weitgehend konstante Feldstärke aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfeld ein magnetisches Wechselfeld ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Erzeugen des magnetischen Hilfsfeldes einen Permanentmagneten umfaßt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet im wesentlichen stabförmig ausgebil­ det ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet im wesentlichen ringförmig ausgebil­ det ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfeld durch einen in einem elektrischen Leiter mit einer zu messenden Stromstärke fließenden elektrischen Strom hervorgerufen wird und die Richtung der Feldlinien des resultierenden magnetischen Feldes an der Meßposition als Maß für die zu messende Stromstärke durch den magnetisch beeinflußbaren Winkelsensor gemessen wird.

9. Anordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein einen magnetischen Kreis bildendes, magnetisch leitendes, den elektrischen Leiter mit Ausnahme eines Luftspalts wenigstens weitgehend umschließendes Joch, wobei wenigstens der magnetisch beeinflußbare Winkelsensor wenigstens im wesent­ lichen innerhalb des Luftspalts angeordnet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt wenigstens weitgehend durch einen Innen­ bereich eines im wesentlichen ringförmigen Permanentmagneten gebildet ist, daß der im wesentlichen ringförmige Permanentmagnet in den durch das magnetisch leitende Joch gebildeten magnetischen Kreis eingefügt ist und daß der magnetisch beeinflußbare Winkelsensor wenigstens weitgehend innerhalb des Innenbereichs des im wesentlichen ring­ förmigen Permanentmagneten angeordnet ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen ringförmige Permanentmagnet wenig­ stens weitgehend von einer im wesentlichen ringförmigen Schicht aus weichmagnetischem Material umschlossen ist.

12. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch wenigstens weitgehend in einer Ebene senkrecht zur hauptsächlichen Erstreckungsrichtung des elektrischen Leiters in dem vom Joch wenigstens weitgehend umschlossenen Abschnitt des elektrischen Leiters angeordnet ist.

13. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch wenigstens weitgehend aus weichmagnetischem Material gebildet ist.

14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetisch beeinflußbare Winkelsensor mit magneto­ resistiven Sensorelementen aufgebaut ist.