Stromsensoren

Stromsensoren

Stromsensoren messen, wie der Name beschreibt, die Stromstärke in Kabeln und Strmschienen. Man unterscheidet hauptsächlich Gleich- und Wechselstromsensoren, wobei aber auch Thermische Sensoren und andere Arten vertreten sind.

 

Im Allgemeinen erzeugen stromdurchflossenene Leiter ein Magnetfeld, welches zur Messung der Stromstärke genutzt werden. Somit wäre der einfachste Aufbau zur Strommessung die direkte Messung des Magnetfeldes Hm eines Leiters durch den ein Strom Im fließt und da das Magnetfeld auch bei konstantem Strom Im besteht, kann eine hohe Bandbreite von 0 Hz erfasst werden.

 

Der AMR-Effekt (anisotrope magnetoresistive Effekt) ist nahezu verzögerungsfrei, somit können auch sehr schnelle Stromänderungen hochdynamisch erfasst werden und es ist damit ist eine sehr hohe Bandbreite erreichbar.

 

Der Messbereich wird durch die Geometrie bestimmt. Soll der Messbereich geändert werden, ist entweder ein anderer MR-Chip oder ein anderer geometrischer angepasster Aufbau erforderlich.

Weiterhin nachteilig ist bei diesem einfachen Aufbau, dass Störfelder, z.B. durch benachbarte Stromleitungen die Messung beeinflussen können und die Messung zudem stark temperaturabhängig ist.

 

Um den Einfluss von homogenen Störfeldern auszuschließen, kann der Sensor so aufgebaut werden, dass er als Gradientensensor arbeitet. Dazu wird der Messstrom Im  durch eine Stromschleife geführt und an zwei Stellen gegenläufig gemessen. Sind die Störfelder, die auf den Chip wirken homogen, bewirken diese keine Signaländerung.

 

Kompensationsprinzip

Um eine temperaturabhängige Nullpunktdrift zu verhindern und den Sensor in einem linearen Bereich zu nutzen, kann das Kompensationsprinzip verwendet werden. Das vom zu messenden Strom Im erzeugte Magnetfeld wird durch einen sich dicht an den Sensorelementen befindlichen Kompensationsleiter zu Null geregelt. Für dieses Feld ist aufgrund dessen, dass der Kompensationsleiter sehr dicht direkt im Sensor an den MR-Elementen angebracht ist, nur ein sehr geringer Kompensationsstrom notwendig (etwa Faktor 1000 kleiner). Dieser zu Kompensation eingespeister Strom Ik ist proportional zum Messstrom Im. Eine Kompensationsschaltung kann wie in Abbildung 38 dargestellt aussehen. Der Messbereich des Sensors kann über den Lastwiderstand RL eingestellt werden.

 

Kompensationsschaltung