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DE2630959C2 - Kilowatt hour meter with static measuring mechanism - Google Patents

Kilowatt hour meter with static measuring mechanism

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Publication number
DE2630959C2
DE2630959C2 DE19762630959 DE2630959A DE2630959C2 DE 2630959 C2 DE2630959 C2 DE 2630959C2 DE 19762630959 DE19762630959 DE 19762630959 DE 2630959 A DE2630959 A DE 2630959A DE 2630959 C2 DE2630959 C2 DE 2630959C2
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DE
Germany
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analog
digital converter
computer
multiplexer
converter
Prior art date
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Application number
DE19762630959
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German (de)
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DE2630959A1 (en
Inventor
Artur Dr.-Ing. Seibt
Omer 1000 Berlin Viaene
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heliowatt Werke Elektrizitaet GmbH
Original Assignee
Heliowatt Werke Elektrizitaet GmbH
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Publication date
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Priority to DK205777A priority patent/DK205777A/en
Priority to BE178582A priority patent/BE855872A/en
Priority to CH788777A priority patent/CH623416A5/en
Priority to IT2538677A priority patent/IT1080625B/en
Priority to GB2818877A priority patent/GB1575148A/en
Priority to FR7720853A priority patent/FR2357907A1/en
Priority to IE140577A priority patent/IE45251B1/en
Priority to LU77696A priority patent/LU77696A1/xx
Publication of DE2630959A1 publication Critical patent/DE2630959A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE2630959C2 publication Critical patent/DE2630959C2/en
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/133Arrangements for measuring electric power or power factor by using digital technique

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Description

Die Erfindung geht aus von einem Kilowattstundenzähler mit statischem Meßwerk· für Drehstromnetze entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a kilowatt hour meter with a static measuring mechanism for three-phase networks according to the preamble of claim 1.

Bekannte derzeitig verwendete Kilowattstundenzähler mit statischen Meßwerken arbeiten mit analogen Signalverarbeitungsmethoden, vorzugsweise nach dem time-division-Verfahren mit anschließender Strom-Frequenz-Umsetzung. Für einen wirtschaftlichen Drehstromzähler sind diese Verfahren ungeeignet, da bei analoger Signalverarbeitung genaue und damit teure Bauelemente verwendet werden müssen, deren zeitliche Inkonstanz das Meßergebnis zusätzlich verfälscht.Known currently used kilowatt hour meters with static measuring mechanisms work with analog ones Signal processing methods, preferably using the time division method with subsequent current-frequency conversion. These methods are unsuitable for an economical three-phase meter because they are analog Signal processing precise and therefore expensive components must be used, their temporal inconsistencies the measurement result is additionally falsified.

Die Energieversorgungsunternehmen erwarten daß ein Kilowattstundenzähler viele Jahre hindurch unkontrolliert im Netz belassen werden kann und daß ein solches Gerät zwanzig bis dreißig Jahre funktionsfähig bleibt.
Bekannte Verfahren für Energiemeßgeräte mit statischen Meßwerken verwenden Abtasteinrichtungen, die je
The energy supply companies expect that a kilowatt hour meter can be left uncontrolled in the network for many years and that such a device will remain functional for twenty to thirty years.
Known methods for energy meters with static measuring units use scanning devices, which ever

Phase einen eigenen Analog/Digitalwandler benötigen (DE-AS 22 45 426). Bei derartigen Meßgeräten verfälschen Nullpunktfehler und Linearitätsabweichungen der Analog-Digital-Wandler die Meßergebnisse mit zunehmender Einsatzdauer der Geräte.Phase need their own analog / digital converter (DE-AS 22 45 426). With such measuring devices, zero point errors and linearity deviations of the analog-digital converter falsify the measurement results with increasing use of the devices.

Ein anderes Verfahren (DE-OS 22 50 298) wendet eine thermoelektrische Umformung elektrischer Größen an, aus der durch periodische Abtastung von Spannungsdifferenzen und einer Konstantstromquelle die verbrauchte Leistung ermittelt wird. Eine Langzeitkonstanz der Meßgenauigkeit ohne Nachjustierungen ist bei diesem Vet fahren nicht gewährleistet.Another method (DE-OS 22 50 298) uses a thermoelectric conversion of electrical quantities on, from which the consumed power is determined by periodic sampling of voltage differences and a constant current source. A long-term constancy of the measurement accuracy without readjustments is included driving this vet is not guaranteed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für einen Kilowattstundenzähler mit statischem Meßwerk zu schaffen, der den Anforderungen an die Meßgenauigkeit und deren Langzeitkonstanz erfüllt durch eine automatische Nullpunkt- und Eichungskorrektur des Meßwerkes.The invention is based on the object of a method for a kilowatt hour meter with a static To create a measuring mechanism that meets the requirements for measuring accuracy and long-term constancy an automatic zero point and calibration correction of the measuring mechanism.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Kilowattstundenzähler durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst Sie beruht im wesentlichen darauf, daß die Meßwertverarbeitung soweit wie möglich digital, damit fehlerund driftfrei, erfolgt daß durch eine automatische Nullpunkt- und Eichungskorrektur der Einfluß der Bauelemente bzw. Schaltungsteile des Zählers, die die Meßgrößen analog verarbeiten, auf das Meßergebnis bis auf einen restlichen Linearitätsfehler eliminiert wird, daß ein Multiplexverfahren und als im wesentliches Kennzeichen der Erfindung ein Mikrocomputer für die Steuerung und die Meßwertverarbeitung, dem ein oder zwei Analog-/Digkal- Wandler vorgesetzt sind, angewendet werden.In the case of a generic kilowatt hour meter, this object is achieved by the features of claim 1 solved It is based essentially on the fact that the measured value processing is digital as far as possible, thus error and drift-free, that the influence of the components or circuit parts of the counter, which process the measured values analogously, on the measurement result through an automatic zero point and calibration correction a remaining linearity error is eliminated that a multiplexing method and, as an essential characteristic of the invention, a microcomputer for the control and the measured value processing, one or two Analog / Digkal converters are placed in front of them.

Die ErfmdungwirdnachfoIgendanhandderZeichnungnähererläutertdieausSFigurenbestehtDabei zeigt dieThe invention is explained in more detail below with the aid of the drawing, which consists of the figures F i g. 1 ein zweikanaliges Multiplexsystem, dieF i g. 1 a two-channel multiplex system that F i g. 2 ein einkanaliges Multiplexsystem, dieF i g. 2 a single-channel multiplex system that F i g. 3 ein einkanaliges Multiplexsystem, bei dem sämtliche Eingangsgrößen als Stromsignale vorliegen, dieF i g. 3 a single-channel multiplex system in which all input variables are present as current signals that F i g. 4 eine Obersicht der Signalabtastmcyüchkeiten zur Berechnung der AugenblicksJeistung, und dieF i g. 4 shows an overview of the signal sampling possibilities for calculating the instantaneous power, and the F i g. 5 die Abtastfolge einer Spannung und eines Stromes zur Bildung der Augenblicksleistung.F i g. 5 the scanning sequence of a voltage and a current to form the instantaneous power.

Da ein Computer nur Digitalwerte verarbeiten kann, müssen zunächst die drei Spannungs-ZStrom-Paare der drei Phasen des Drehstromnetzes in entsprechende Digitalwerte umgesetzt werden. Hierbei ist zu beachten, daß zur Erfassung der Wirkleistung die zeitliche Zuordnung der Spannung und des Stromes einer Phase erhalten bleiben muß. Zur Einhaltung vorgegebener Fehlergrenzen darf bei Drehstromzählern höchstens ein Fehler von einigen Winkelminuten auftreten; dieses entspricht bei 50 Hz einem Zeitfehler von einigen MikroSekunden.Since a computer can only process digital values, the three voltage-Z-current pairs of the three phases of the three-phase network are converted into corresponding digital values. It should be noted that receive the temporal assignment of the voltage and the current of a phase to record the active power must stay. In order to adhere to the specified error limits, a maximum of one error of a few arc minutes occur; at 50 Hz this corresponds to a time error of a few microseconds.

Verwendet man zwei Analog-/Digital-Wandler und einen zweikanaligen Multiplexer, so kann man einen Zeitfehler auf Kosten des Aufwands vermeiden (F i g. 1).If you use two analog / digital converters and a two-channel multiplexer, you can get one Avoid timing errors at the expense of effort (Fig. 1).

Vorteilhafterweise wird jedoch ein Analog-ZDigital-Wandler und ein einkanaliger Multiplexer mit zunächst sechs Eingängen verwendet Hierbei werden z. B. die sechs Meßgrößen in folgender Reihenfolge von dem Multiplexer an den Analog-/Digital-Wandler angelegt nacheinander in Digitalwerte umgesetzt und dem Computer zur Weiterverarbeitung zugeführt:Advantageously, however, an analog-to-digital converter and a single-channel multiplexer are initially used six inputs are used. B. the six measurands in the following order of that Multiplexer applied to the analog / digital converter, converted one after the other into digital values and fed to the computer for further processing:

35 UR-1R-Us-Is-Ut-It 35 U R -1R-Us-Is-Ut-It

Zwischen dem Abtastzeitpunkt z. B. der Spannung Ur und dem Abtastzeitpunkt des zugehörigen Stromes Ir, tritt durch das Multiplexer! ein Zeitversatz auf, dessen Betrag von der Multiplexfrequenz abhängtBetween the sampling time z. B. the voltage Ur and the sampling time of the associated current Ir, occurs through the multiplexer! a time offset, the amount of which depends on the multiplex frequency

Da dun.·! das Multiplexen jede Meßgröße abgetastet wird, bestimmt sich ihre Höhe im wesentlichen daraus, weiche Harmonische noch erfaßt werden sollen. Wird anger jmmen, daß höhere als die zehnte Harmonische keine Rolle mehr spielen, wo würde eine A btastfrequenz von 1 kHz ausreichen. Nimmt man 2 kHz, so benötigt man unter Einschluß des NuHungs- und des Eichungszyklus' mindestens 16 kHz & 60 us. Zwischen der Abtastung einer Spannung und des zugehörigen Stromes liegt in diesem Fall eine Zeil von 60 μβ; hierdurch wird die Messung der Wirkleistung unzulässig verfälschtDa dun. ·! the multiplexing of each measured variable is sampled, its level is essentially determined by the harmonics which are still to be detected. If anger jmmen that higher than the tenth harmonic are no longer important, where would an A btastfrequenz of 1 kHz suffice. If you take 2 kHz, you need at least 16 kHz & 60 µs, including the calibration and calibration cycle. In this case there is a line of 60 μβ between the sampling of a voltage and the associated current; this falsifies the measurement of the active power in an impermissible manner

Wenn der Multiplexer, der Analog-/Digital-Wandler und der Computer so schnell sind, daß sich die Multiplexfreqaenz so weit erhöhen läßt, daß der verbleibende Zeitfehler vernachlässigbar wird, dann brauchen keine weiteren Maßnahmen ergriffen zu werden. Für den Computer ist die Multiplikation zweiter Zahlen in wenigen Mikrosekunden problematisch; diese Forderung läßt sich praktisch nur durch Parallel-Multiplikation erfüllen.If the multiplexer, the analog / digital converter and the computer are so fast that the Multiplexfreqaenz can be increased so much that the remaining time error is negligible, then none further action to be taken. To the computer, multiplying two numbers is in a few Microseconds problematic; this requirement can practically only be met by parallel multiplication.

Dies bedeutet daß <äin schneller Computer einzusetzen ist der eine unnötige Verteuerung des Gerätes darstellt. Im folgenden werden daher einige Verfahren erläutert, mit denen der bei langsamer Abtastung entstehende Zeitfehler weitgehend kompensierbar ist so daß für die Meßwertverarbeitung ein Computer mit bedeutend geringerer Leistungsfähigkeit eingesetzt werden kannThis means that using a faster computer is an unnecessary increase in the cost of the device represents. In the following, therefore, some methods are explained with which the slow scan resulting time errors can be largely compensated so that a computer is used for processing the measured values significantly lower performance can be used

Das erste Verfahren sieht analoge Verzögerungsglieder vor, die in die Zuleitungen zum Multiplexer bei den jeweils später abgetasteten drei Meßgrößen eingeschleift werden. Wird von tfem im vorigen Beispiel angenommenen Zahlenwert von 60 μβ ausgegangen, so ist eine derartige Verzögerung schwierig herzustellen und über lange Zeiträume konstant zu halten. Bei höheren Multiplexfrequenzen, wenn der Zeitfehler ohnehin schon klein ist, erscheint dieses Verfahren jedoch durchaus brauchbar, um diesen restlichen Fehler weitgehend zu kompensieren.The first method provides analog delay elements that are inserted into the feed lines to the multiplexer in the each later sampled three measured variables are looped in. If tfem is assumed to be a numerical value of 60 μβ in the previous example, then such a delay is difficult to produce and over to keep constant for long periods of time. At higher multiplex frequencies, if the time error is already small is, however, this method appears to be quite useful in order to largely compensate for this remaining error.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß der Computer zunächst stets einige Abtastwerte bpeichert, bevor er sie auswertet. Diese Speicherwerte sind in vielfältiger Weise zu Interpolations- bzw. Extrapolationsrechnungen zu benutzen.According to the invention it is proposed that the computer first always store a few samples before he evaluates them. These stored values can be used in various ways for interpolation or extrapolation calculations.

Im einfachsten Fall läßt sich durch eine Änderung der Abtastreihenfolge:In the simplest case, by changing the scanning sequence:

Ur-Ih-Uh-Us-Is-Us-Ut-It-UtUr-Ih-Uh-Us-Is-Us-Ut-It-Ut

eine sehr genaue Intern olationsmöglichkeit schaffen. Der Multiplexer benötigt in diesem Fall nicht mehr Eingänge, d. h. unter Einschluß der Nullpunkt- und dercreate a very precise intern olation option. In this case the multiplexer does not need more inputs, i. H. including the zero point and the

Eichungskorrektur acht Eingänge. Die Anzahl der Takte pro Multiplexerzyklus wird jedoch erhöht. Der Computer kann nun aus den beiden Spannungsabtastwerten, die den zugehörigen Stromwert zeitlich gesehen beidseitig umgeben, durch lineare Interpolation den fehlenden Spannungswert errechnen und diesen dann mit dem betreffenden Stromwert zur Ermittlung der Augenblicksleistung multiplizieren. Eine weitere Abtastreihenfolge ist:Calibration correction eight inputs. However, the number of clocks per multiplexer cycle is increased. The computer can now use the two voltage samples to determine the associated current value on both sides over time , calculate the missing voltage value by linear interpolation and then compare this with the Multiply the relevant current value to determine the instantaneous power. Another sampling order is:

Ur-Ur-Ir- Us- Us- Is- Ut- U7- hUr-Ur-Ir- Us- Us- Is- Ut- U 7 - h

aus der der Computer den zum Stromwert zeitlich zugehörigen Spannungswert durch Extrapolation berechnet. Um die Erhöhung der Taktzahl pro Multiplexerzyklus zu vermeiden, läßt sich auch eine zeitlich weiter ausgreifende Interpolation realisieren. Hierbei folgen nicht mehr gleiche Multiplexerzyklen aufeinander, sondern es werden alternierend zuerst die drei Spannungen:From which the computer calculates the voltage value associated with the current value by extrapolation. In order to avoid increasing the number of clocks per multiplexer cycle, one can also be extended in time Realize extensive interpolation. In this case, the same multiplexer cycles no longer follow one another, but the three voltages first alternate:

Ur-Us-UtUr-Us-Ut

1515th

und im nächsten Multiplexerdurchlauf die drei Ströme: Ir-Is-It and in the next multiplexer pass the three streams: Ir-Is-It

abgetastet. Der Computer interpoliert nunmehr den zu einem Stromwert zeitlich zugehörigen Spannungswert aus den beiden Spannungswerten, die dem vorhergehenden und dem nachfolgenden Multiplexerzyklus entnommen sind. Bei ausreichend hoher Multiplexfrequenz bleibt der entstehende Interpolationsfehler ausreichend klein. Grundsätzlich ist es gleichgültig, ob die Spannungs- oder die Stromwerte durch Interpolation ermitteltscanned. The computer now interpolates the voltage value that is temporally associated with a current value from the two voltage values taken from the preceding and the following multiplexer cycle. If the multiplex frequency is high enough, the resulting interpolation error remains sufficient small. In principle, it does not matter whether the voltage or current values are determined by interpolation werden. Bei dem Verfahren mit Doppelabtastung der Spannungen oder der Ströme ist es jedoch zweckmäßig.will. In the case of the method with double sampling of the voltages or the currents, however, it is expedient. die Ströme öfter abzutasten, da die Netzspannung im allgemeinen recht gut sinusförmig ist, während der Strom,to sample the currents more often, since the mains voltage is generally quite good sinusoidal, while the current,

z. B. durch thyristorgesteuerte Verbraucher, stark verzerrt sein kann, so daß er durch die häufigere Abtastungz. B. by thyristor-controlled loads, can be heavily distorted, so that it is due to the more frequent sampling erfaßt wird.is detected.

Bei der Interpolation ist auch möglich, die Mittelwertbildung auf der Ebene der Augenblicksleistung vorzu-With interpolation, it is also possible to calculate the mean value at the level of the instantaneous output.

nehmen, d. h. z. B. bei der Abtastreihenfolgetake, d. H. z. B. in the scanning order

U-I-UU-I-U

kann man zunächst den ersten Spannungswert mit dem Stromwert multiplizieren, sodann den zweiten und über die beiden Produkte mitteln.you can first multiply the first voltage value by the current value, then the second and over average the two products.

In Fig.5 ist gezeichnet, wie — ohne Berücksichtigung des Multiplexer der drei Phasen — eine Spannung u (t) und ein zugehöriger Strom i(t) abgetastet werden. Die Anzahl der Abtastungen sei mit η bezeichnet. Die einzelnen Abtastwerte werden wie folgt miteinander multipliziert:FIG. 5 shows how - without taking into account the multiplexer of the three phases - a voltage u (t) and an associated current i (t) are sampled. The number of samples is denoted by η. The individual samples are multiplied with one another as follows:

Pm (t) = — (Ual'i + /| U2 +U2h+ ■■■ i(n-2)U(„-t) ■ In) Pm (t) = - (Ual'i + / | U 2 + U 2 h + ■■■ i (n-2) U („- t) ■ I n ) Durch Einsetzen der Funktionswerte ergibt sich allgemein:Inserting the function values results in general:

4545 5050

" U' φ) = "7 i ? l" sin (ö°v Tif)]' fsin (^0 v Tm + φ + "V-)J" U ' φ) = " 7 i? l " sin (ö ° v Tif)] ' f sin (^ 0 v Tm + φ + " V - ) J

- [/sin (ωονΤ^ + φ- -^)J >. - [/ sin (ωονΤ ^ + φ- - ^) J >.

£ sin («*, ν TJ] - [/sin£ sin («*, ν TJ] - [/ sin

Das Ergebnis für den realen Meßfehler der Leistung ist:The result for the real measurement error of the power is:

frei = I COS (Z-T*" ZfM)- 1 I free = I COS (ZT * " ZfM) - 1 I

Der Fehler ist weder von der Aussteuerung noch von der Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom abhängig, sondern nur von der Anzahl der Abtastwerte pro Periode. Die Periode und die Anzahl der Abtastwerte pro Periode sind jedoch Konstanten; der Meßfehler kann daher einmalig mit eingeeicht werden und fällt somit ω heraus. Für einen Meßfehler von 1 % ergeben sich mindestens 44 Abtastungen pro Periode (20 ms); dies führt auf eine Abtastfrequenz von 22 kHz. Es spielt dabei keine Rolle, ob die Abtastwerte von Spannung und Strom in ein und demselben Multiplexerzyklus oder in alternierenden Multiplexerzyklen gewonnen werden; für den Meßfehler ist nur der Zeitabstand maßgebend.The error depends neither on the modulation nor on the phase shift between voltage and current, but only on the number of samples per period. However, the period and the number of samples per period are constants; the measurement error can therefore be calibrated once and thus ω is omitted. For a measurement error of 1% there are at least 44 samples per period (20 ms); this leads to a sampling frequency of 22 kHz. It does not matter whether the sample values of voltage and current are obtained in one and the same multiplexer cycle or in alternating multiplexer cycles; only the time interval is decisive for the measurement error.

Bei alternierenden Zyklen reduziert sich die Anzahl der Takte in einem Abtastzyklus auf vier, wobei die Reihenfolge z. B. so aussieht:With alternating cycles, the number of clocks in a sampling cycle is reduced to four, with the Order z. B. looks like this:

Ur-Us— Ut-Null... Ir-h—h— Referenzspannung... Ur-l/s—ί/τ—Null... Ir—Isusv/. Ur-Us— Ut- zero ... Ir-h — h— reference voltage ... Ur- l / s — ί / τ — zero ... Ir — Isusv /.

Theoretisch ist es möglich, im Augenblick des Abtastens einer Größe, z. B. einer Spannung, den zugehörigen Wert der anderen Größe, /. B. eines Stromes, analog zwischenzuspeichern, so daß ein zeitlich zusammengehöriges Paar zur Produktbildung zur Verfügung steht. Praktisch ist dies schwierig, da bei Kilowattstunden — Zählern der Meßfehler über den gesamten Meßbereich relativ zum jeweiligen Meßwert konstant bleibt, so daß auch noch sehr kleine Werte genau erfaßt werden müssen. Bereits die Einstreuung durch die Schaltimpulse würde bei 5 Verwendung eines Analogspeichers kleine gespeicherte Werte erheblich verfälschen.Theoretically it is possible, at the moment of scanning a quantity, e.g. B. a voltage, the associated Value of the other quantity, /. B. a stream, to be buffered in an analog manner, so that a temporally related Couple is available for product formation. In practice, this is difficult because of the kilowatt-hour meters the measuring error remains constant over the entire measuring range relative to the respective measured value, so that very small values still have to be recorded precisely. The interference from the switching impulses would already be at 5 Using an analog memory can significantly falsify small stored values.

Nachdem erfindungsgemäß die bei einkanaligem Multiplexen auftretenden Probleme gelöst sind, verbleibt als Fej>;rquelle hauptsächlich der Analog-/Digital-Wandler, denn die nachfolgende digitale Weiterverarbeitung durch den Computer ist als fehlerfrei anzusehen.After the problems that occur with single-channel multiplexing have been solved according to the invention, what remains is Fej>; r source mainly the analog / digital converter, because the subsequent digital processing by the computer is to be regarded as error-free.

In jedem einzelnen — oder bei alternierenden Multiplexerzyklen z. B. in jedem zweiten Multiplexerzyklus — ist ein Nullungspunkt erhalten, in dem der Eingang des Analog-/Digital-Wandlers über den Multiplexer auf Nullpotential geschaltet wird. Gibt der Analog-/Digital-Wandler einen von Null verschiedenen Digitalwert an den Computer, so stellt dieser die Abweichung fest und speichert den Wert, um anschließend jeden weiteren vom Analog-/Digital-Wandler angelieferten Digitalwert vor der Auswertung damit zu korrigieren. Wegen der raschen Folge von Nullungstakten werden auch relativ schnell verlaufende Nullpunktwanderungen des Analog-/Digital-Wandlers ausgeregelt. Somit entfällt ein Nullpunktfehler über die gesamte Lebensdauer des Gerätes.In each individual - or with alternating multiplexer cycles z. B. in every second multiplexer cycle - a zero point is obtained in which the input of the analog / digital converter via the multiplexer Zero potential is switched. Does the analog / digital converter indicate a digital value other than zero the computer, it detects the deviation and saves the value in order to then receive each further from To correct the digital value delivered to the analog / digital converter before the evaluation. Because of the rapid Zeroing clocks also result in relatively fast zero point migrations of the analog / digital converter settled. This means that there is no zero point error over the entire service life of the device.

In jedem Multiplexerzyklus — oder bei alternierenden Zyklen in jedem zweiten — wird der Eingang des A nalog-/Digital-Wandlers über den Multiplexer an eine Referenzspannung geschaltet, deren Sollwert im Speicher des Computers enthalten ist. Liefert der Annlog-/Digitalwandler einen von diesen Sollwert abweichenden Digitalwert, so stellt der Computer die Abweichung fest, speichert den Korrekturfaktor und korrigiert anschlie-Bend jeden angelieferten Wert, nachdem er zuvor den Nullpunktfehler berücksichtigt hatte. Damit entfällt der Eichungs- bzw. Steigungsfehler über die gesamte Lebensdauer des Gerätes.The input of the A nalog / digital converter connected to a reference voltage via the multiplexer, the setpoint value in the memory of the computer is included. If the annlog / digital converter delivers a setpoint that deviates from this setpoint Digital value, this is how the computer determines the deviation, saves the correction factor and then corrects it each delivered value after having previously taken the zero point error into account. This eliminates the Calibration or slope errors over the entire service life of the device.

Als Restfehler verbleibt die Linearitätsabweichung der Analog-Digital-Wandler-Umsetzer-Kennlinie, die jedoch immer genügend klein gehalten werden kann, da sie praktisch nur von der Präzision einer Widerstandsteilerkette abhängt.The remaining error is the linearity deviation of the analog-digital converter-converter characteristic curve, the however, it can always be kept sufficiently small, since it is practically only dependent on the precision of a resistor divider chain depends.

Wegen der Forderung nach konstantem Meßfehler im gesamten Meßbereich ist es unzweckmäßig, mit einer linearen Analog-/Digital-Wandler-Umsetzer-Kennlinie zu arbeiten, die einen aufwendigeren Analog-Digital-Wandler benötigt, dessen Genauigkeit bei großen Meßwerten nicht ausgenützt würde. Erfindungsgemäß wird deshalb eine nichtlinear gestufte Kennlinie bevorzugt, die solcherart ist, daß der relative Meßfehler an jedem Punkt der Kennlinie gleich ist Die an sich hierfür geeignete logarithmische Stufung wird vorteilhaft durch die Ic ..hter zu realisierende binäre Stufung ersetzt. Selbstverständlich ist durch ein geeignetes Programm des Computers jede beliebige Analog-/Digital-Wandler-Umsetzer-Kennlinie zu berücksichtigen. Alle bisher aufgeführten Schaltungsteile des elektronischen Energiezählers - der Multiplexer M, der Mikrocomputer MC und der Ana!og-/Digital-Wandler AD — sind einschließlich der Widerstände des Analog-/Digital-Wandlers monolithisch integrierbar.Because of the requirement for constant measurement errors in the entire measurement range, it is not advisable to work with a linear analog / digital converter-converter characteristic that requires a more complex analog / digital converter whose accuracy would not be exploited for large measured values. According to the invention, a non-linear stepped characteristic is therefore preferred which is such that the relative measurement error is the same at every point on the characteristic. Of course, any analog / digital converter / converter characteristic curve can be taken into account by means of a suitable program on the computer. All circuit parts of the electronic energy meter listed so far - the multiplexer M, the microcomputer MC and the analog / digital converter AD - can be monolithically integrated, including the resistors of the analog / digital converter.

Bei einem Drehstromzähler werden z. B. Spannungsteiler und Stromwandler, etwa Ferrit-Schalenkern-Stromwandler mit oder ohne elektronische Fehlerkompensation, verwendet Wahlweise können der Multiplexer und der Analog-/Digital-Wandler sämtliche Eingangssignale in Form von Spannungen oder von Strömen verarbeiten, wobei sich Ströme leichter über den Multiplexer durchschalten lassen; auch der Komparator des Analog-/Digital-Wandlers vergleicht vorzugsweise Ströme statt Spannungen.With a three-phase meter, z. B. Voltage dividers and current transformers, such as ferrite pot-core current transformers with or without electronic error compensation, used. The multiplexer and the analog / digital converter process all input signals in the form of voltages or currents, whereby currents can be switched through more easily via the multiplexer; also the comparator of the analog / digital converter preferably compares currents rather than voltages.

In jedem Fall müssen die sechs Eingangsgrößen heruntergeteilt werden, damit sie von der Elektronik verarbeitet werden können. Bei der Fertigung eines solchen Zählers sind demnach z. B. die Spannungsteilerverhältnisse und Bürdenwiderstände der Stromwandler auf ihre Sollwerte abzugleichen. Derartige Abgleichvorgänge erfordern teure abgleichbare Bauteile und sind besonders arbeitsintensiv.In any case, the six input variables must be divided down so that they can be processed by the electronics can be. In the manufacture of such a counter are therefore z. B. the voltage divider ratios and to adjust the load resistances of the current transformers to their setpoints. Such adjustments require expensive adjustable components and are particularly labor-intensive.

Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch behoben, daß grundsätzlich sämtliche Abgleicharbeiten entfallen, indem sie durch entsprechende Programmierung in einem Speicher ersetzt werden. Hierzu werden bei jedem einzelnen Gerät in einem vorzugsweise vollautomatischen Prüfvorgang die tatsächlichen Istwerte der Spannungsteilerverhältnisse, Stromwandlerübersetzungsverhältnisse (einschließlich der Bürdenwiderstände) und der Referenzspannung gemessen und entsprechende Korrekturwerte in einem dem Computer zugänglichen Speicher eingeschrieben. Zweckmäßig wird hierfür ein programmierbarer Festwertspeicher (PROM) verwen- so det. der in dem Computerschaltkreis enthalten ist und von der Prüfvorrichtung automatisch programmiert wird. Sofern ein wiederholt programmierbarer Festwertspeicher (RePROM) verwendet wird, lassen sich spätere Nacheichungen des Zählers wieder mit derselben Prüfapparatur durch Einprogrammieren neuer Werte bewerkstelligen. According to the invention, this disadvantage is eliminated by the fact that, in principle, all adjustment work is dispensed with, by being replaced by appropriate programming in a memory. For this purpose, the actual actual values of each individual device in a preferably fully automatic test process Voltage divider ratios, current transformer transformation ratios (including the load resistances) and the reference voltage measured and corresponding correction values in a computer accessible Inscribed memory. A programmable read-only memory (PROM) is expediently used for this det. which is contained in the computer circuit and is automatically programmed by the test device. If a repeatedly programmable read-only memory (RePROM) is used, later Recalibrate the meter again with the same test equipment by programming in new values.

Elektronisch fehlerkompensierte Stromwandler sind bekannt und erlauben mit kleinen Ferrit-Schalenkernen sehr genaue Stromübersetzungen. Durch den erforderlichen Hilfsverstärker weisen sie jedoch am Ausgang in der Regel eine Offset-Gleichspannung auf. Bei der Berechnung der Augenbltcksleistung entsteht so lange kein Fehler, wie nur an einem Eingang des Multiplizierers ein solcher Gleichspannungsanteil anliegt; dies ist vorauszusetzen, wenn der Zähler — wie es bislang ausschließlich üblich war — von Spannungs- und Stromwandlern gespeist wird. Bei einem Einsatz mit direktem Anschluß jedoch kann bei längeren Zuleitungen und thyristorgesteuerten Verbrauchern durchaus ein Gleichanteil der Spannung entstehen, der zusammen mit dem Gleich-Offset eines elektronisch fehlerkompensierten Stromwandlers einen Meßfehler ergeben würde. Es ist deshalb zweckmäßig, wenn auf die elektronische Fehlerkompensation verzichtet wird. Stromwandler mit Ferrit-Kernen zeigen relativ große Fehler. Bei Anwendung des hier beschriebenen Verfahrens ist die automatische Prüfvorrichtung in der Lage, die zwei Fehlerkurven jedes einzelnen der drei Stromwandler in einem Zähler über den gesamten Aussteuerbereich zu messen und im programmierbaren Festwertspeicher (PROM) abzuspeichern. Der Computer wird nun jeden einzelnen vom Analog-Digital-Wandler angelieferten Strommeßwert mit den zugehörigen Fehlerkurven bewerten. Voraussetzung für den praktischen Einsatz dieses Verfahrens ist lediglich,Electronically error-compensated current transformers are known and allow with small ferrite pot cores very precise current ratios. However, due to the required auxiliary amplifier, they have at the output in usually an offset DC voltage. When calculating the eye performance, there is no such thing as long Errors such as such a DC voltage component is only present at one input of the multiplier; this is to be assumed when the meter - as it was previously only customary - from voltage and current transformers is fed. When used with a direct connection, however, longer leads and thyristor-controlled Consumers definitely have a DC component of the voltage, which together with the DC offset an electronically error-compensated current transformer would result in a measurement error. It is therefore useful if the electronic error compensation is not used. Current transformers with ferrite cores show relatively large errors. When using the method described here, the automatic test device is able to display the two error curves for each of the three current transformers in a meter using the measure the entire dynamic range and store it in the programmable read-only memory (PROM). The computer is now every single measured current value delivered by the analog-digital converter with the evaluate the associated error curves. The only prerequisite for the practical use of this procedure is

daß die Fehlerkurven eines solchen Stromwandlers über längere Zeit und auch nach eventuellen starken Überlastungen innerhalb gegebener Toleranzen bleiben.that the error curves of such a current transformer over a longer period of time and also after possible strong ones Overloads remain within given tolerances.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden temperaturabhängige Meßfehler in gleicher Weise dadurch weitgehend kompensiert, daß die bekannten und im allgemeinen wenig exemplarabhängigen Temperaturkoeffizienten der nicht von der automatischen Nullpunkt- und Eichungskorrektur erfaßten Bauelemente ebenfalls im programmierbaren Festwertspeicher (PROM) gespeichert werden, wobei noch ein geeigneter Temperaturfühler vorzusehen ist, dessen Ausgangssignal in ausreichenden zeitlichen Abständen über den Multiplexer und dtn Analog-/Digital-Wandler dem Computer zuzuführen ist. Bei besonders hohen Ansprüchen an die Meßgenauiglteit ist es selbstverständlich auch möglich, z. B. die Temperaturkurve der die Eichung bestimmen-In a further embodiment of the invention, temperature-dependent measurement errors are largely compensated for in the same way that the known and generally less sample-dependent temperature coefficients of the components not detected by the automatic zero point and calibration correction are also stored in the programmable read-only memory (PROM), with a suitable one A temperature sensor is to be provided, the output signal of which is to be fed to the computer at sufficient time intervals via the multiplexer and the analog / digital converter. With particularly high demands on the Meßgenauiglteit it is of course also possible, for. B. the temperature curve that determines the calibration

den Referenzspannungsquelle bei jedem Einzelexemplar automatisch zu messen und im programmierbaren Festwertspeicher (PROM) abzuspeichern.to measure the reference voltage source automatically for each individual copy and in the programmable To save read-only memory (PROM).

Bei der langen Einsatzdauer der Zähler sind die alterungsbedingten Driften der nicht von der Nullpunkt- und Eichungskorrektur erfaßten Bauelemente von Bedeutung. Es handelt sich hier hauptsächlich um die Eingangsspannungsteiler, die Stromwandler und die Referenzspannungsquelle. Bei einer gut beherrschten Fertigung sindWith the long service life of the meters, the aging-related drifts are not from the zero point and Calibration correction detected components of importance. These are mainly the input voltage dividers, the current transformers and the reference voltage source. With a well-mastered production are

die Alterungsraten bekannt und könnten ebenfalls im nicht änderbaren Festwertspeicher (ROM) oder programmierbaren Festwertspeicher (PROM) des Computers eingespeichert sein. Da Energiezähler in den meisten Fällen mit einer Netzversorgung für die Elektronik arbeiten, läßt sich aus der Netzfrequenz leicht eine Zeitbasis ableiten, die bei dem erwähnten vollautomatischen Prüfvorgang auf Null gesetzt wird. Der Computer berücksichtigt bei der Berechnung der Energie den jeweiligen Stand der Zeitbasis und die Alterungsraten zur weitge-the aging rates are known and could also be stored in the non-changeable read-only memory (ROM) or programmable read-only memory (PROM) of the computer. As energy meters in most If you work with a mains supply for the electronics, a time base can easily be derived from the mains frequency derive, which is set to zero in the aforementioned fully automatic test process. When calculating the energy, the computer takes into account the respective status of the time base and the aging rates to

henden Kompensation alterungsbedingter Einflüsse.compensation for age-related influences.

Der Analog-/Digital-Wandler muß bei einem Energiezähler — insbesondere bei einem Drehstromzähler — einen sehr großen Dynamikbereich verarbeiten. Da sein Eingang von dem Multiplexer ständig auf andere Eingangsgrößen umgeschaltet wird, kann sein Eingangssignal von einer Abtastung zu nächsten, z. B. von dem max. negativen auf den max. positiven Wert, springen. Diese großen Signalsprünge stellen hohe AnforderungenThe analog / digital converter must be used with an energy meter - especially with a three-phase meter - process a very large dynamic range. Because his input from the multiplexer is constantly on others Input variables is switched, its input signal from one sample to the next, z. B. from that max. negative to max. positive value, jump. These large signal jumps make high demands

an den Komparator des Analog'/Digital-Wandlers. Der Komparator braucht nach jeder Übersteuerung eine bestimmte Erholungszeit. Kritisch ist die exakte Erfassung eines von einem Maximalwert auf einen nahe bei Null springenden Signalwerts. Der bekannte mitlaufende Analog'/Digital-Wandler vermeidet dieses Problem, indem das Komparatoreingangssignal jeweils nur der Differenz zwischen zwei Abtastungen entspricht.to the comparator of the analog / digital converter. The comparator needs one after each overload certain recovery time. The exact detection of one from a maximum value to one close to zero is critical jumping signal value. The known tracking analog / digital converter avoids this problem by the comparator input signal only corresponds to the difference between two samples.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist auch das Prinzip des mitlaufenden Analog-/Digital-Wand-In a further embodiment of the invention, the principle of the concurrent analog / digital wall

lers anwendbar. Bei jeder Abtastung einer Eingangsgröße wird ohnehin, wie beschrieben, der Abtastwert im Computer zum Zwecke der Interpolation gespeichert. Nach jeder Abtastung setzt der Analog'/Digital-Wandler den Analogwert in einen Digitalwert um, den der Computer übernimmt. Danach ist der Analog'/Digital-Wandler wieder frei und kann nun schon vor Beginn der nächsten Abtastung vom Computer auf den letzten Abtastwert der jetzt abzutastenden Eingangsgröße voreingestellt werden. Der Komparator erhält wieder nur dielers applicable. With each sampling of an input variable, as described, the sampling value im Computer stored for the purpose of interpolation. The analog / digital converter resumes after each sample converts the analog value into a digital value that the computer takes over. The analog / digital converter is then free again and can now be preset by the computer to the last sampled value of the input variable to be sampled before the start of the next sampling. The comparator only receives the

Differenz zweier aufeinanderfolgender Abtastwerte zugeführt Das Voreinstellen des Analog-/Digital-Wandlers und das Aufschalten der zu messenden Eingangsgröße sind zeitlich so aufeinander abzustimmen, daß eine Komparatorübersteuerung so klein wie möglich gehalten wird.Difference between two consecutive samples supplied. Presetting of the analog / digital converter and the activation of the input variable to be measured are to be coordinated with one another in terms of time so that one Comparator overload is kept as small as possible.

Wie bereits erwähnt, ist es vorteilhaft, die Eingangsgrößen als Ströme anzuliefern und einen Siromkomparator vorzusehen.As already mentioned, it is advantageous to supply the input variables as currents and to provide a Sirom comparator.

Gegenüber dem üblichen Ferraris-Zähler ist das hier beschriebene Meßverfahren aufgrund seiner Schnelligkeit anfällig gegen Störimpulse. Um das Verhalten des elektronischen Energiezählers dem des Ferraris-Zählers anzunähern, wird erfindungsgemäß der Computer so programmiert, daß die Sprünge zwischen zwei Abtastungen in ihrer Höhe begrenzt sind und daß größere Sprünge als Störimpulse gewertet werden. Dabei sind entweder derartige als gestört erkannte Abtastwerte ganz zu unterdrücken, oder es wird der den programmier-Compared to the usual Ferraris meter, the measurement method described here is susceptible to interference pulses due to its speed. About the behavior of the electronic energy meter that of the Ferraris meter approximate, the computer is programmed according to the invention so that the jumps between two scans are limited in height and that larger jumps are evaluated as interference pulses. Are there either to suppress such sampling values recognized as disturbed entirely, or the programmed

♦5 ten Maximalwert übersteigende Teil subtrahiert Ferner ist eine gleitende Mittelwertbildung möglich. Hierbei folgt die Mittelung vor der Berechung der Augenblicksleistung oder auch danach.♦ The part exceeding the 5th maximum value is subtracted. Furthermore, a sliding mean value calculation is possible. Here the averaging follows before or after calculating the instantaneous power.

Durch entsprechende Programmierung des Computers ist erreichbar, daß die vielfach unerwünschte Genauigkeit der Messung bezüglich der Erfassung von Harmonischen der Netzfrequenz vermindert und der eines Ferraris-Zählers angenähert wird. Hierzu wird z. B. vom Computer eine Fourier-Transformation (FFT) durchge-By appropriate programming of the computer it can be achieved that the often undesirable accuracy of the measurement with regard to the detection of harmonics of the network frequency is reduced and that of one Ferraris counter is approximated. For this purpose z. B. a Fourier transformation (FFT) carried out by the computer

führt.leads.

Nach der Berechnung der Augenblicksleistung jeder Phase durch Multiplikation steht als Ergebnis ein Digitalwort zur Verfugung, wobei bei einem Drehstromzähler noch die Werte der drei Phasen zu addieren sind. Zur Ermittlung der Energie ist noch eine Integration über die Zeit erforderlich. Die verbrauchte Energie wird in einem kumulierenden Zähler erfaßt und auf einer AnzeigeeinrichtungAfter calculating the instantaneous power of each phase by multiplication, the result is a Digital word available, whereby with a three-phase meter the values of the three phases have to be added. An integration over time is also required to determine the energy. The energy consumed is recorded in a cumulative counter and on a display device

dargestellt Hierzu sind die bekannten zählenden und speichernden Rollenzählwerke mit Schrittmotorantrieb verwendbar. Es ist aber auch möglich, speichernde elektronische Anzeigevorrichtungen, z. B. elektrochromische oder elektrolytische Anzeigen, einzusetzen. Auch eine normale nichtspeichernde elektronische Anzeige ist möglich, wenn ein nichtflüchtiger Speicher, z. B. MNOS-Speicher, zur Verfugung steht Wegen der begrenzten Zahl der Schreibzyklen, die ein solcher Speicher durchführen kann, bevor er unbrauchbar wird, wird man nur beiThe well-known counting and storing roller counters with stepper motor drive are shown for this purpose usable. But it is also possible to store electronic display devices such. B. electrochromic or electrolytic displays. It is also a normal non-memorizing electronic display possible if a non-volatile memory, e.g. B. MNOS memory, is available because of the limited The number of write cycles that such a memory can carry out before it becomes unusable is only given by

einem erkannten bevorstehenden Netzausfall den zu rettenden Zahlenwert dort einschreiben.write the numerical value to be saved there in the event of a recognized imminent power failure.

Bei jeder Art einer digitalen Anzeige entspricht ein Sprung in der kleinsten Ziffernstelle einem bestimmten Betrag verbrauchter Energie. Diese Zählimpulse sind z.B. dadurch zu gewinnen, daß der Computer nach Ermitteln der gesamten Augenblicksleistung so viele Perioden einer Refei-enzfrequenz abzählt wie es dieser Augenblicksleistung entspricht; diese abgezählten Impulse sind nun direkt oder nach entsprechender Frequenz-In any type of digital display, a jump in the smallest digit corresponds to a specific one Amount of energy consumed. These counting pulses can be obtained, for example, by the computer following Determining the total instantaneous power counts as many periods of a reference frequency as this one Corresponds to instantaneous power; these counted impulses are now directly or according to the corresponding frequency

teilung der Anzeige zuzuführen. Es ist auch möglich, mit dem als Digitalwert vorliegenden Wert der Augenblicksieistung einen programmierbaren Frequenzteiler jeweils umzuschalten, der ständig Impulse einer Referenzfrequenzquelle durch den programmier ten Faktor teilt Als Referenzfrequenz wird vorzugsweise die Netzfrequenz verwendet; es ist auch möglich, die Taktfrequenz des Computers über eine Phasenregelschleife (PLL)to divide the advertisement. It is also possible to use the current value of the instantaneous power as a digital value to switch to a programmable frequency divider that constantly divides pulses from a reference frequency source by the programmed factor. The mains frequency is preferably used as the reference frequency; it is also possible to control the clock frequency of the computer via a phase locked loop (PLL)

von der Netzfrequenz abzuleiten oder einen Quarz zu verwenden. Der Computer ist durch ein einsprechendes Programm zu veranlassen, bestimmte Zeiten abzuzählen; auch der in vielen Computern enthaltene program- ·' mierbarc Zeitgeber kann vorteilhaft eingesetzt werden.derive from the mains frequency or use a crystal. The computer is through an speaking Make the program count down certain times; also the program contained in many computers A simple timer can be used to advantage.

Für Prüfzwecke ist ein besonderer Prüfausgang des Computers vorteilhaft, an dem die verbrauchte Energie • ' mit kürzerer Meßzeit zur Verfügung steht als an dem für die Anzeigevorrichtung bestimmten Ausgang.For test purposes, a special test output of the computer is advantageous, at which the consumed energy • 'is available with a shorter measuring time than at the output intended for the display device.

Wirtschaftliche Computer arbeiten mit relativ niedrigen Taktfrequenzen und benötigen deshalb, z.B. fürEconomical computers work with relatively low clock frequencies and therefore need, e.g. for

Multiplikationen, lange Zeiten. Zur Zeitersparnis beim Multiplizieren ist wieder vom Prinzip des mitlaufendenMultiplications, long times. To save time when multiplying, the principle of concurrent use is again used

ί Analog'/Digital-Wandlers Gebrauch zu machen, indem nicht jedesmal die vollen Werte von Spannung undί Make use of the analog / digital converter, not each time using the full values of voltage and

'.; Strom miteinander multipliziert werden, sondern nur die Differenzwerte zu den vorhergehenden Abtastwerten'.; Current are multiplied with each other, but only the difference values to the previous sample values

■.:, nach folgendem Schema:■.:, According to the following scheme:

; Un ■ in = Un-I ■ Ai + i„-\ ■ Au ; U n ■ i n = U n -I ■ Ai + i "- \ ■ Au

Ist die Multiplikationszeit bei rein serieller Verarbeitung für eine derartige Anwendung zu lang, so ist stets ein eigenes Parallel-Multiplizierwerk zu verwenden, ohne daß das beschriebene Meßprinzip sich ändern würde.If the multiplication time for purely serial processing is too long for such an application, then always a to use your own parallel multiplier without changing the measuring principle described.

ν''\ Ein besonderes Problem ist bei elektronischen Energiezählern die Störsicherheit. Übliche Ferraris-Zähle,· ν '' \ The immunity to interference is a particular problem with electronic energy meters. Usual Ferraris counters,

■A vertragen außerordentlich hohe Spitzenspanmingen an den Eingängen, vielfach überstehen sie Spitzen von ■ A can withstand extremely high peak chipping at the entrances, and in many cases they can withstand peaks of

■'] rr.-ehr als 10 kV. Der als vorteilhaft vorgeschlagene Stromeingang — auch auf der Spannungsseite — erweist sich■ '] rr.-more than 10 kV. The current input suggested as advantageous - also on the voltage side - has proven itself

■» auch in dieser Hinsicht a!s günstiger, da gerätcsciiig praktisch keine Spannungen auftreten, so daß sehr v/irksaIn this respect, too, it is cheaper, since practically no tensions occur in the device, so that very much

|jl! me Schutzmaßnahmen möglich sind.| jl! me protective measures are possible.

ι»; Bei einem Energiezähler mit einem Computer müssen besondere Vorkehrungen gegen das Eindringen vonι »; In the case of an energy meter with a computer, special precautions must be taken against the intrusion of

ja Störungen in die Elektronik getroffen werden, da ein Störimpuls bei einem Computer nicht nur zu falschenyes disturbances in the electronics are hit, since a glitch in a computer doesn't just lead to wrong

ι/Ι Daten, sondern auch zu einem falschen Befehl führen kann. Auch in dieser Beziehung erweist sich der in derι / Ι data, but also can lead to an incorrect command. In this respect, too, the in the

';'! Patent-Anmeldung P 25 37 549.9 vorgeschlagene Einchip-Mikrocomputer als überlegen, weil die Auswirkungen';'! Patent application P 25 37 549.9 proposed single-chip microcomputer as superior because of the effects

. ;j von Störungen minimal werden, wenn der gesamte Computer au? einem einzigen Halbleiterkristall integriert ist.. ; j interference becomes minimal when the entire computer is turned off. a single semiconductor crystal is integrated.

4 Stöiungen wirken dann nur noch auf die Eingänge und Ausgänge des Computers, wobei Störungen an den 4 Malfunctions then only affect the inputs and outputs of the computer, with malfunctions on the

;· Eingängen lediglich zeitweise falsche Eingangsdaten erzeugen, aber keinen falschen Programmablauf verursa-; Inputs only temporarily generate incorrect input data, but do not cause incorrect program execution.

■.: chen.■ .: chen.

;* Die Erfindung soll nachstehend anhand einiger Figuren erläutert werden:; * The invention will be explained below with the aid of some figures:

"■;■ In F i g. 1 ist zunächst die weniger vorteilhafte, weil aufwendigere Lösung mit einem zweikanaligen Multiple- "■; ■ In Fig. 1, the less advantageous because more complex solution with a two-channel multiple

< ·, xer M und zwei Analog'/Digital-Wandlern ADi, AD2 gezeigt. Jeder Multiplexer M hat fünf Eingänge, da jeder<·, Xer M and two analog / digital converters ADi, AD 2 are shown. Each multiplexer M has five inputs as each

<;': der beiden Multiplexerkanäle und jeder der beiden Analog-/Digital-Wand!er AD\, AD2 im Hinblick auf ihren<;': of the two multiplexer channels and each of the two analog / digital walls! er AD \, AD 2 with regard to their

'.'; Nullpunkt- und Eichungsfehler korrigiert werden müssen. Der Mikrocomputer MCsteuert sowohl den Multiple-'.'; Zero point and calibration errors must be corrected. The microcomputer MC controls both the multiple

1. xer M wie die Analog-/Digital-Wandler AD\, ADi. Zum Zwecke der Energieberechnung erhält er noch die1. xer M like the analog / digital converter AD \, ADi. For the purpose of calculating the energy he receives the

Referenzfrequenz frcr zugeführt. Der kumulierte Energieverbrauch wird auf einer Anzeigevorrichtung schließlieh angezeigt. In diesem wie in den folgenden Bildern wird angenommen, daß der Mikrocomputer AiC auch die ;: erforderlichen Speicher enthält Dies gilt auch für den mehrfach erwähnten, elektrisch programmierbarenReference frequency f rc r supplied. The accumulated energy consumption is finally displayed on a display device. In this as in the following figures it is assumed that the microcomputer AiC also the ; : contains required memory This also applies to the electrically programmable one mentioned several times

- Speicher zur Aufnahme der Korrekturkurven bzw. -werte. Es ist z. B. ein Metall-Nitrid-Oxyd-Halbleiterspeicher- Memory for recording the correction curves or values. It is Z. B. a metal-nitride-oxide semiconductor memory

.: (M NOS) verwendbar. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Mikrocomputer MCaus mehreren integrierten.: (M NOS) usable. It is of course also possible to integrate the microcomputer MC from several

■ Schaltkreisen zusammenzustellen; dies ändert nichts am Gedanken der Erfindung.■ assemble circuits; this does not change anything in the concept of the invention.

';j Ferner ist es nach dem Stand der Technik möglich, die bzw. den Analog-/Digital-Wandler ADU ADi zusam-'; j Furthermore, according to the state of the art, it is possible to combine the analog / digital converter AD U ADi

; men mit den dazugehörigen Widerständen sowie auch die oder den Multiplexer M zusammen mit dem Compu-; men with the associated resistors as well as the multiplexer (s) M together with the computer

i ter auf einem einzigen Schaltkreis unterzubringen. Der gesamte elektronische Drehstromzähler besteht at nn im i ter on a single circuit. The entire electronic three-phase meter consists of at nn im

, j wesentlichen aus drei Stromwandlern, einer Widerstandsanordnung (z. B. Dünnfilm- oder Dickschichttechnik),, j essentially consisting of three current transformers, a resistor arrangement (e.g. thin-film or thick-film technology),

w dem Großschaltkreis, der Anzeige sowie der Stromversorgung. Er weist, wie beschrieben, keinerlei abgleichbarew the large circuit, the display and the power supply. As described, it does not have any adjustable

; oder einstellbare Bauelemente auf.; or adjustable components.

ψ In F i g. 2 ist die vorteilhafte Lösung mit einem einkanaligen Multiplexer M und nur einem Analog-/Digital- ψ In Fig. 2 is the advantageous solution with a single-channel multiplexer M and only one analog / digital

i; Wandler ADgezeichnet, wobei alle Eingangssignale des Multiplexers Min Form von Spannungen anliegen. Diei ; Converter AD drawn, with all input signals of the multiplexer Min in the form of voltages. the

gezeichnete Reihenfolge der Anschlüsse ist nicht unbedingt identisch mit der Reihenfolge, in der die Eingangssignale vom dem Multiplexer M abgetastet werden. Der Computer gibt jeweils die Adresse des gewünschten Eingangs über eine Steuerleitung an den Multiplexer M; die Reihenfolge ist vom gewählten Programm abhängig. The order in which the connections are drawn is not necessarily identical to the order in which the input signals are sampled by the multiplexer M. The computer sends the address of the desired input to the multiplexer M via a control line; the order depends on the selected program.

In F i g. 3 ist die Schaltung für den Fall gezeichnet, daß alle Eingangssignale des Multiplexers M in Form von Stromsignalen vorliegen.In Fig. 3 shows the circuit for the case that all input signals of the multiplexer M are in the form of current signals.

In F i g. 4 sind verschiedene Möglichkeiten aufgezeichnet, die Signale abzutasten und die Augenblicksleistung jeweils zu berechnen; die F i g. 4a, b und c beziehen sich hierbei auf die Messung nur einer Phase, während die F i g. 4d, e und f für die Messung bei drei Phasen gelten.In Fig. 4 different ways of sampling the signals and the instantaneous power are recorded to calculate in each case; the F i g. 4a, b and c relate to the measurement of only one phase, while the F i g. 4d, e and f apply to the measurement in three phases.

Die Erfindung läßt sich für eine beliebige Anzahl von Phasen verwenden, z. B. auch für einen sog. Dreileiterzähler, bei dem nur zwei Meßkanäle benötigt werden.The invention can be used for any number of phases, e.g. B. also for a so-called three-wire meter, in which only two measuring channels are required.

F i g. 4a ist die Abtastung und Interpolation bei der Spannungs- und Strommessung in einem einphasigen Netz gezeichnet; die Indizes bezeichnen die Nummer der betreffenden Abtastung; es werden alternierend der Spannungs- und der Stromeingang abgetastet Ein erstes Teilprodukt (Augenblicksleistung) p\ ergibt sich z. B, indem aus den beiden Spannungsabtastungen i/o und U2 ein Spannungswert interpoliert wird, der anschließend mit dem Stromabtastwert i\ multipliziert wird. Ein weiteres Teilprodukt p$ entsteht z. B. dadurch, daß aus den beiden Spannungswerten u2 und U4 ein Wert interpoliert wird, der anschließend mit dem Stromwert /3 multipliziert wird. Die Gesamtleistung P ergibt sich für eine bestimmte Zahl von Abtastungen π zu:F i g. 4a shows the sampling and interpolation during voltage and current measurement in a single-phase network; the indices denote the number of the sample concerned; the voltage and current input are sampled alternately. A first partial product (instantaneous power) p \ is obtained e.g. B, by interpolating a voltage value from the two voltage samples i / o and U 2 , which is then multiplied by the current sample value i \. Another partial product p $ arises z. B. in that a value is interpolated from the two voltage values u 2 and U 4 , which is then multiplied by the current value / 3. The total power P results for a certain number of samples π as:

5 Hierbei werden Multiplikationen ausgeführt 5 multiplications are carried out here

Spannungen und Ströme sind völlig gleichberechtigt und somit vertauschbar.Voltages and currents are completely equal and can therefore be interchanged.

In Fig.4b ist für den gleichen Fall der alternierenden Abtastung von Emgangsspannung und -strom eine andere Produktbildimg beschrieben: aus den vorhandenen Abtastwerten werden nun Teilprodukte pa gebildet, wobei abwechselnd die Spannung bzw. der Strom interpoliert wird. Die Leistung Perrechnet sich bier zu:In FIG. 4b, a different product image is described for the same case of alternating sampling of input voltage and current: partial products p a are now formed from the existing sampling values, the voltage and the current being interpolated alternately. The service Per calculates to:

In F i g. 4c ist ein Beispiel fur den Fall gezeichnet, daß die Mittelung erst nach der Bildung der Teilprodukte p„ 15 erfolgt Die Gesamtleistung P ergibt sich wie im FaH 4b. jedoch wird hier nur ein Speicher für jeweils nur einen Abtastwert benötigt, weü vor der Multiplikation keine Interpolation mehr erfolgt bzw. kein Mittelwert mehr gebildet wird.In Fig. 4c shows an example for the case in which the averaging takes place only after the partial products p " 15 have been formed. The total power P results as in FaH 4b. however, only one memory is required here for only one sample value, since no interpolation takes place or no mean value is formed before the multiplication.

Für alle drei Verfahren gut:Good for all three methods:

20 P = — (oei·. +itUi + ihh+UzU+ -■■) 20 P = - (oei ·. + ItUi + ihh + UzU + - ■■)

Für den praktisch wichtigsten Teil der Messung in einem Drehstromnetz ist zunächst in F i g. 4d die Abtastung der Phase R, in Fig.4e die Abtastung der Phase 5und in Fig.4f die Abtastung der Phase Tgezeigt Hierbei 25 wurde die Abtastfolge.For the practically most important part of the measurement in a three-phase network, FIG. 4d shows the scanning of phase R, in FIG. 4e the scanning of phase 5 and in FIG. 4f the scanning of phase T is shown.

Ur-Is-Ut-Ir-Us-ItUr-Is-Ut-Ir-Us-It

vorausgesetzt Die mit den Teilprodukten p„ bezeichneten Pfeile geben an, wie diese Teilprodukte entstanden 30 sind.provided the arrows marked with the partial products p ″ indicate how these partial products were created 30 are.

Eine Vielzahl von Abtastfolgen ist möglich; einige für das erfindungsgemäße Verfahren typische sind z. B.:A variety of scan sequences are possible; some typical for the process according to the invention are e.g. B .: Ur- Ir- Ur- Us- Is- U5- Ut- It- UtUr- Ir- Ur- Us- Is- U 5 - Ut- It- Ut

35 Ur- Ir- Ur- Is- U5- Is- U7- It- Ut- Ir- Ur- Ir- Us- Is- Us- It- Ut- h 35 Ur- Ir- Ur- I s - U 5 - Is- U 7 - It- Ut- Ir- Ur- Ir- Us- Is- Us- It- Ut- h

Ur-Us-Ut-Ir-Is-ItUr-Us-Ut-Ir-Is-It Ur-Is-Ut-Ir-Us-ItUr-Is-Ut-Ir-Us-It

Wie erwähnt bestimmt der Computer, welches Eingangssignal der Multiplexer M jeweils durchzuschalten hat, so daß je nach Programm in derselben Schaltung beliebige Abtastfolgen und eine beliebige Art der Auswertung der Abtastungen möglich istAs mentioned, the computer determines which input signal the multiplexer M has to switch through, so that, depending on the program, any sampling sequences and any type of evaluation of the samples are possible in the same circuit

Bei dem hier beschriebenen Energiezähler mit Computer ist die Abtastung nach F i g. 4a besonders zweckmä-45 ßig, weil ein Computer relativ schnell addieren kann, jedoch für eine Multiplikation eine vergleichsweise sehrIn the case of the energy meter with computer described here, the sampling according to FIG. 4a is particularly useful because a computer can add relatively quickly, but a comparatively great amount for a multiplication

lange Zeit benötigt; gemäß F i g. 4a werden jedoch nur y Multiplikationen ausgeführtneeded a long time; according to FIG. 4a, however, only y multiplications are carried out

In F i g. 4a—f wurde der Übet iichtlichkeit halber die Abtastung des Null- bzw. Referenzpotentials fortgelassen. Je nach der zu erwartenden Drift des Nullpunkts bzw. der Eichung ist nur zu fordern, daß Null- bzw. so Eichpotential in ausreichenden zeitlichen Abständen abgetastet und entsprechende Korrekturwerte gebildet und gespeichert werden. Es ist also keineswegs notwendig, in jeden Zyklus zur Abtastung der Eingangsgrößen auch die beiden erwähnten anderen Größen mitzuerfassen.In Fig. 4a-f, for the sake of convenience, the sampling of the zero or reference potential has been omitted. Depending on the expected drift of the zero point or the calibration, it is only required that zero or so calibration potential is scanned at sufficient time intervals and corresponding correction values are formed and saved. It is therefore by no means necessary to sample the input variables in every cycle also to include the two other quantities mentioned.

Hierzu 5 Blatt ZeichnungenIn addition 5 sheets of drawings

55 55

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren für einen Kilowattstundenzähler mit statischem Meßwerk für Drehstromnetze, der aus einem Multiplexer, einem Analog-Digital-Wandler und einem Computer besteht, wobei der Multiplexer zur zyklisehen Abtastung der Spannungs- und Stromeingänge dient und mit Vorrichtungen zum Anpassen der Eingangsgrößen an die von der Elektronik verarbeitbaren Pegel, einer Stromversorgung iür die elektronischen Bauelemente und einer Anzeigevorrichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Augenblicksleistungen der einzelnen Phasen ermittelt und mit einer Referenzfrequenz (fnt) verknüpft werden,
1. Method for a kilowatt hour meter with a static measuring mechanism for three-phase networks, which consists of a multiplexer, an analog-digital converter and a computer, the multiplexer being used for cyclical scanning of the voltage and current inputs and with devices for adapting the input variables to those of the electronics processable level, a power supply iür the electronic components and a display device is provided, characterized in that,
that the instantaneous powers of the individual phases are determined and linked to a reference frequency (fnt) ,
to daß die jeweils errechnete Augenblicksleistung zum Einstellen eines programmierbaren Frequenzteilers oder Frequenzvervielfachers verwendet wird, der Impulse der Referenzfrequenz (f^f) teilt bzw. vervielfacht und die so erhaltenen Zählimpulse als Maß für die verbrauchte Energie einer speichernden Anzeige oder einem nichtflüchtigen Speicher mit Anzeigevorrichtung zugeführt werden,
daß zur Ermittlung und Speicherung eines Nullpunktfehlerwertes durch den Computer (MC) von dem
to that the calculated instantaneous power is used to set a programmable frequency divider or frequency multiplier, which divides or multiplies the pulses of the reference frequency (f ^ f) and the counting pulses obtained in this way are fed to a storage display or a non-volatile memory with display device as a measure of the energy consumed will,
that for the determination and storage of a zero point error value by the computer (MC) from the
ts Multiplexer (M) in ausreichenden Abständen das Nu^potential sowie zum Ermitteln und Speichern eines Eichungsfehlers das Referenzpotential (UnJ) an den Analog-Digital-Wandler (AD) geschaltet wird und
daß der Computer (MC) alle ihm über den Multiplexer (M) and den Analog-Digital-Wandler (AD) in digitaler Form zugeführten Eingangsgrößen vor der Weiterverarbeitung mit dem dem Eichungsfehler entsprechenden gespeicherten Korrekturfaktor verknüpft
ts multiplexer (M) the Nu ^ potential as well as the reference potential (U n J) is switched to the analog-to-digital converter (AD) to determine and store a calibration error at sufficient intervals and
that the computer (MC) links all input variables fed to it in digital form via the multiplexer (M) and the analog-digital converter (AD) with the stored correction factor corresponding to the calibration error before further processing
Z. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz des Computers (MC) als Referenzfrequenz (frer) für die Anzeige der verbrauchten Energie verwendet und die für die Integration benötigte Zeitvorgabe durch einen auf dem Computerschaltkreis integrierten Zeitgeber erzeugt wird. Z. The method according to claim i, characterized in that the clock frequency of the computer (MC) is used as the reference frequency (f re r) for displaying the energy consumed and the time required for the integration is generated by a timer integrated on the computer circuit. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der Zeitverzögerung bei einkanaüger Abtastung und Analog-Digital-Wandlung der jeweils zeitlich früher abgetastete Wert eines Spannungs-Strom-Paares mit Hilfe eines analogen Verzögerungsgliedes entsprechend verzögert ist3. The method according to claim 1, characterized in that to compensate for the time delay single-channel sampling and analog-digital conversion of the earlier sampled value Voltage-current pair is delayed accordingly with the help of an analog delay element 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine nicht linear gestufte Umsetzer-Kennlinie für den Analog-Digital-Wandler (AD) verwendet wird, so daß der auf dta jeweiligen Meßwert bezogene relative Meßfehler unabhängig von der Aussteuerung konstant bleibt4. The method according to claim 1, characterized in that a non-linearly stepped converter characteristic curve for the analog-digital converter (AD) is used, so that the relative measurement error related to the respective measured value remains constant regardless of the modulation 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog-/Digital-Wandler (AD) eine logarithmisch gestufte Umsetzter-Kennlinie aufweist5. The method according to claim 4, characterized in that the analog / digital converter (AD) has a logarithmically graduated converter characteristic 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß der Analog-/Digital-Wandier (AD)eine binär gestufte Umsetzer-Kennlinie aufweist6. The method according to claim 4, characterized in that the analog / digital converter (AD) has a binary stepped converter characteristic 7. Verfahren nach Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Computer (MC) gesteuerte Analog-Digital-Wandler (ACf) zusätzlich zum Multiplexbetrieb als mitlaufender Analog-Digital-Wandler ausgebildet ist und der Analog-DigitJ- Wandler bereits vor Beginn der Abtastung einer bestimmten Größe auf den vorherigen Abtastwert derselben Größe eingestellt ist, so daß der Komparator des Analog-Digital-Wandlers nur noch die Differenz zwischen dem neuen und dem alten Abtastwert verarbeitet7. The method according to claim 1, characterized in that the computer (MC) controlled analog-to-digital converter (ACf) is designed in addition to multiplexing as a concurrent analog-to-digital converter and the analog-to-digit converter before the start of sampling of a certain size is set to the previous sample of the same size, so that the comparator of the analog-digital converter only processes the difference between the new and the old sample 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zur Berechnung der Augenblicksleistung ein Parallel-Multiplizierwerk eingesetzt wird, um bei serieller Meßwertverarbeitung die Mul*"-plikationszeit zu verkürzen.8. The method according to claim 1, characterized in that a for calculating the instantaneous power Parallel multiplier is used to increase the multiplication time in serial processing of measured values shorten. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung der Abweichungen der in das Meßergebnis eingehenden Toleranzen der Bauelemente von den Sollwerten der Multiplexer (M) und der Analog-Digital-Wandler (AD) mitbenutzt werden, indem an den Kilowattstundenzähler geeignete Eingangssignale gelegt und die Istwerte am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers oder an einem geeigneten Ausgang des Computers (MC) in digitaler Form abgegriffen werden, so daß alle so gemessenen Kurven bzw. Korrekturkurven die individuellen Abweichungen sowohl des Multiplexers (M) wie des Analog-Digital-Wandler (AD) von der Soll-Umsetzer-Kennlinie zwischen 0% und 100% des Meßbereiches enthalten, wodurch bei entsprechender Zahl von Meßpunkten pro Korrekturkurve jede Abweichung der Umsetzer-Kennlinie von ihrem Sollverlauf (linear, logarithmisch, binär usw.) bis auf einen beliebig kleinen Restfehler9. The method according to claim 1, characterized in that when determining the deviations of the tolerances of the components in the measurement result from the nominal values of the multiplexer (M) and the analog-to-digital converter (AD) are also used by appropriate to the kilowatt-hour meter Input signals are applied and the actual values are tapped in digital form at the output of the analog-digital converter or at a suitable output of the computer (MC) , so that all curves or correction curves measured in this way reflect the individual deviations of both the multiplexer (M) and the analog -Digital converter (AD) of the target converter characteristic between 0% and 100% of the measuring range, whereby with a corresponding number of measuring points per correction curve, every deviation of the converter characteristic from its target course (linear, logarithmic, binary, etc.) except for an arbitrarily small residual error so kompensiert ist.so compensated. 10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden einzelnen Stromwandler eine Korrekturkurve für den Betrag und eine Korrekturkurve für den Fehlwinkel ermittelt, gespeichert und bei der Berechnung berücksichtigt wird.10. The method according to claim 1 or 9, characterized in that for each individual current transformer a correction curve for the amount and a correction curve for the missing angle are determined, stored and is taken into account in the calculation.
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