CN1169076C - 电表 - Google Patents

Abstract

具有电能预付费的电表，用于用户号码的同时服务。该电表包括：读取器(4)，从智能卡读取信息；显示器(5)；接口(6)；微处理器(3)，用于计算消耗的电能和执行的付费，以及功能元件的控制；多路复用器(2)，位于电流参数传感器(1₁-1_n)(根据用户号码)和微处理器之间的电路中，其输出连接到一个命令单元(7)；命令单元(7)与一个继电器组(8₁-8_n)耦合，在达到预设电能消耗量的情况下断开一个相关用户。在用户相互距离较远的情况下，电表被设置在中心机柜(16)和每个用户的个人机柜(17₁-17_n)中；个人机柜具有在机柜间耦合的相应元件，用于断开用户的信号的馈送和用于在篡改机柜期间的报警信号的馈送。

Description

电表

技术领域

本发明涉及用于测量和控制电能消耗的设备的领域，目的是确保正常的费用收取和防止电能的欺诈使用。

背景技术

有很多不同的基于半导体逻辑元件和脉冲技术元件、信息转换器来测量电能消耗的现有设备，所说的信息转换器是用于把某种类型的信号转换为另一个类型的信号的设备，其中之一就是模数转换器(例如，1976年的美国专利#3947763，US Cl.342/142，Int.Cl.GO1R 11/32)。

稍后出现的计量设备具有可编程部件，特别是包括微控制器，存储器部件，显示器，接口。这种类型的电表还可以检测高于和低于预设值范围的电流或电压偏差(例如，1994年的美国专利#5 315 235，US Cl.324/116，Int.Cl.GO1R19/16)。

还已知有被设计为主要用于工业应用的具有高级逻辑操作的可编程电能消耗电表(例如，1992年2月21日申请、1998年8月12日授权的欧洲专利EP 0857 978 A2，Int.Cl.GO1R 22/00；其相同专利为在1996年6月6日申请、1997年5月20日授权的美国专利#5 631 843)。

还有很多在其中使用了模数转换器的多路复用电路的类似级别的电表(例如，1995年6月7日申请、1996年授权的美国专利#5 544 089，US Cl.364/492，Int.Cl.GO6F 17/00)。

上述技术方案主要是用于工业化国家(在使用设施时具有较高的意识水平)，特别是用于计量由工业或其它能源密集型企业(包括那些在供电干线中具有不规则负载的企业)所消耗的电能。

此外，很多国家(包括发展中国家和苏联解体后出现的那些国家)面临着为所提供的服务(尤其是电力供给)收取费用的问题。为解决该问题，一些著名公司已经开发并制造了在预付费条件下向用户配发电力的电子电表。使用这种电表的用户支付一定金额并得到一个智能卡，所支付的金额被写入智能卡的存储器中。然后，用户把卡插入电表的插槽，电表存储所支付的金额并向用户配发已预付费的电量。

在经营这种电表的公司中有Landis & Gyr(瑞士)，Dalelektron(俄罗斯)，Schlumberger(法国)，D.M.S.Meters Ltd.(英国)，Conlog South Africa(南非共和国)，Nisko Projects Electronics & Communications Ltd.(以色列)(例如，参见专门的测量技术杂志Metering International，1998，issue 1，South Africa.Scarborough Publications International(Pty)Ltd.，pp.24-25，27，28-29)。

现有技术电表被设计用于个人使用。每个电表具有用于(在用完了电力的信用量后)断开用户的继电器，显示器(显示当前可用于接收电力的信用量)，接口，用于从电子卡读取信息的单元，电流参数的传感器，和把信息存储在电子卡上、记录所消耗的电能量、计算并向显示器发送可用信用量(有关剩余金额的信息)、存储在过去6个月中电流参数随时间波动的信息并将其发送到接口、在用户已经用完预付电量后向继电器发出断开命令的处理器，请参见例如NiskoProject Electronics & Communications Ltd.在1995年开发的这种电表(预付费、多费率可编程功率计)的技术描述(本申请的附录中给出了摘要和附图)。

但是，这种电表非常昂贵(US$100÷500)，并且在一个可接受的时期中费用收取的增加不能弥补购买和安装电表的花费。

D.M.S.Meters Ltd.(英国)和Dak-Techn Ltd.(以色列)已经开发了用于现有技术感应式电表的一个附件，感应式电表也是在预付费后提供电能供给。这些附件比电子电表便宜，但是具有附件的感应式电表的总体成本仍然达到US$70-90，并且它们的资金回收周期也太长。

上述电子电表和具有附件的感应式电表被安装在公寓中或共有公寓的门道中。

在上述两种情况下，欺诈用户都可以进行绕过该电表的连接，从而盗取电力。

但是，把电表放置在公寓中使得欺诈更加容易，而在某些情况下，已经发生在共有公寓的门道中的电表被盗取或破坏的现象。

这些缺陷限制了电子电表和具有附件的感应式电表的使用。

本发明的目的是消除这些缺陷，即，提供一种在预付费后提供电能供给的电表，所述电表的价格合理，并且消除了电能的欺诈使用的可能性。

发明内容

提供一种电表，其提供了对上面所定义任务的解决方案，并用于可靠地同时服务于很多用户，有可能把一个设备安装在一个共有公寓门道、房屋或住宅区中(moshav，aul等)。

与这类现有技术电表相同，所提出的电表具有用于从智能卡读取信息的单元，信息显示器(显示当前可用于购买电力的信用量等)，用于把有关在一个有限时期中电流参数波动的信息发送到显示器的接口，用于记录消耗的电量、计算付款、可用信用量和控制电表的功能元件(部件)的处理器。

但是与现有技术电表不同的是，本电表具有一个多路复用器，多路复用器的输入连接到该组电流参数传感器(每个用户至少一个传感器)的输出，其输出连接到通用处理器，通用处理器接收有关随时间变化的每个用户所消耗电流的参数的信息。所述电表还具有一个连接到处理器输出的命令单元(信令设备)，用于把处理器的命令发送到该组继电器(每个用户至少一个继电器)，并从外部线路断开已经用完了一定电量的信用量的用户。

所描述的解决方案降低了每个用户的电表成本，使得这种电表的更广泛应用在经济上是可行的。

为了提高测量电流参数时的精度，每个传感器可以配备一个电流变换器，并且可以在多路复用器和处理器之间连接一个模数转换器，该模数转换器以足以确保在记录随时间变化的电流参数时的预设的精度等级的时间间隔接通。

如果不可能和/或不适于采用一个可以被足够频繁地接通以确保记录电流参数时的预设精度的模数转换器，那么传感器可以配备一个电流变换器、一个线性脉冲发生器和一个脉冲计数器，后者通过一个多路复用器连接到该处理器。

为了优化该设备，电流参数传感器可以配备一个与线性脉冲发生器耦合的旁路器(而不是变换器)，而

-脉冲发生器的输出通过一个光电路分离器与脉冲计数器耦合(光耦合)

-脉冲计数器的输出通过多路复用器与处理器耦合，这确保了更高的操作安全性。

为了确保对欺诈连接的防范和防止任何篡改，电表的所有部件都容纳在一个机柜中，并通过提供给用户的单独控制房屋的单独电缆来防范外部访问。

在用户分布范围较广(例如，在乡村住宅区)和利用单独电缆把每个用户连接到电表在经济上不合算的情况下，

-把电表放置在主机柜中和个人机柜中(每个用户有一个个人机柜)；

-主机柜容纳电表的服务于所有用户的部件和一个连接到一处理器的发射机-接收机；

-个人机柜(每个个人机柜包含电流参数传感器，继电器和用于确保个人机柜与主机柜之间耦合的设备)位于一个靠近每个用户并且不能轻易进入的地点。

在后一种情况下，为了防止通过侵入主机柜和个人机柜之间的供电网部分窃取电力，除了个人机柜传感器以外还把另一个电流参数传感器连接到主机柜输入。电表具有一个报警设备，用于在在相同时间段中进入所述电表的电能量与个人机柜中的传感器记录的电能量之差超过可允许值的情况下切断用户连接。

此处所述的每个机柜都有一个设备，如果未授权的人打开(篡改)一个机柜，和/或一个电表(或电表所控制的一个网络部分)被侵入，该设备发出一个声音信号、把用户从供电网断开并把一个报警信号发送到电力供给者。

下述方法提供了一个避免过度能量损耗(如果用户分布范围广)的解决方案，包括以下步骤：

-测量在一定时间段中进入电表的电能量

-确定在相同时间段中由个人机柜中的传感器记录的总电能量；

-确定实际损耗(在相同时间段中进入电表的电能量与个人机柜中的传感器记录的电能量之差)；

-把所确定的实际损耗与可允许损耗值进行比较；

-如果实际损耗超过可允许水平，断开用户并发出一个报警信号。

该电表与用于相同目的的现有技术方案的比较性分析表明，所提出的电表具有新颖性，它有用、可应用于工业，并具有创造性步骤-所有这些都使得所提出的解决方案值得由一个专利来进行法律保护。

附图说明

本发明的实质由附图来表示，其中：

图1是所提出的电表的基础变型的方框图；

图2是电表的方框图，具有模数转换器和电流参数传感器的电流变换器；

图3是电表的部分方框图，具有传感器的电流变换器，线性脉冲发生器和脉冲计数器；

图4是电表的部分方框图，具有电流参数传感器的旁路器，线性脉冲发生器，光电路分离器和脉冲计数器；

图5是用户相互距离较远时电表的主要部分的定位图。

具体实施方式

电表的基础变型(图1)具有用于测量随时间改变的电流参数(电压和电流)的传感器1。每个连接的用户至少有一个传感器(n-传感器总数量)。

传感器1₁-1_n的输出连接到多路复用器2的输入，多路复用器的输出耦合到微处理器3，以由所述微处理器连续读取传感器表示(二进制计数器的表示，等于用户数目)并把结果记录在非易失性存储器(即使切断电源也能够存储最新的读数)中。

读取器4连接到所述微处理器3(CPU)，从智能卡中读取每个用户预付的电量。

显示器5也连接到所述微处理器3，用于给出信息，尤其是有关每个用户仍有的信用量的信息(对应于每个用户可以接收的电量(kWh))。

此外，接口6连接到所述微处理器3以根据请求把信息发送到外部单元。

最后，通用命令单元7连接到微处理器3，所述命令单元本质上是一个从二进制码到位置码的解码器和一个放大器，该放大器确保输出电流足够用于连接到放大器电路的继电器(或半导体开关)8的正常操作，所述继电器(或半导体开关)用于把每个有电力信用量的用户连接到供电网，并把每个用完了其预设电量的信用量的用户从供电网断开。总之，电表具有(n)个继电器或开关8₁-8_n用于每个使用电表的用户。

为了更精确地计量电流参数，每个传感器可以配备电流变换器9和放大器10(图2)，并可以在多路复用器2和微处理器3之间接通模数转换器(ADC)11，其接通频率可以确保在记录随时间变化的电流参数时的预设精度。

如果不可能或者不适于使用能够频繁开关以便以预设精度记录电流参数的模数转换器，可以把传感器连接到电流变换器9(图3)，线性脉冲发生器12和脉冲计数器13，后者通过多路复用器连接到微处理器3。

代替电流变换器，可以使用与线性脉冲发生器12耦合的旁路器14(图4)：在此情况下，脉冲发生器的输出通过光电路分离器15与脉冲计数器13耦合(光耦合)，所述计数器13的输出通过多路复用器与微处理器3耦合。

所述脉冲发生器12(每个用户一个)用于把对输入电力计数的数字变换为具有与有效功率值(对应于输入电能)成比例的速率的设定持续期间的连续脉冲。

为了确保防范欺诈连接和/或防止任何篡改，电表的所有部件都容纳在一个机柜中(防止外部侵入)，把单独电缆提供给用户的单独控制的房屋。

在用户相互距离较远(特别是在乡村地区)的情况下，当利用单独电缆把每个用户连接到电表在经济上不可行时，电表(图5)

-被放置在中心机柜16中和个人机柜17₁-17_n中(每个用户有一个个人机柜)；

-中心机柜容纳服务于所有用户的部件(特别是功能元件1，3，4，5)和发射机-接收机18；

-个人机柜17₁-17_n位于一个靠近每个用户19_I-19_n并且不能轻易进入的地点；所述个人机柜容纳电流参数传感器1₁-1_n，特别是元件14₁-14_n，12₁-12_n，13₁-13_n，继电器8₁-8_n和用于提供个人机柜和中心机柜的设备18₁-18_n之间的链接(通信)。

在后一种情况下，为了防止通过侵入中心机柜和个人机柜之间的供电网部分窃取电力，除了个人机柜传感器以外电流参数传感器也连接到中心机柜输入。电表具有一个报警设备20，20₁-20_n用于在相同时间段中进入所述电表的电能量与个人机柜中的传感器确定的电能量之差超过预设值的情况下切断用户连接。

此处所述的每个机柜都有一个设备，如果未授权的人打开(篡改)一个机柜，和一个电表(或电表所控制的一个网络部分)被侵入，该设备发出一个声音信号、把用户从供电网断开并把一个报警信号发送到电力供给者。

电表如下操作：

为了确保电力的不间断供给，每个用户必须在一个银行预付电费，银行把该电信用量金额写入用户的个人智能卡。用户在把智能卡插入电表时可获得电能。

微处理器使用接收单元来在适当的存储单元中记录用户预付的金额和他的费率。之后，微处理器触发继电器(或半导体开关，是它的非触式等价物)，并因此把电源提供给已经预付费的用户。

在电表的操作期间，微处理器协同多路复用器连续地从所有传感器读取数据，传感器把模拟形式的电流参数发送到模数转换器，模数转换器把该信息转换为数字形式并把所述参数以数字形式发送到微处理器。

以足以确保预设精度等级的接通频率重复读取周期。该频率使得微处理器能够考虑时间费率，以所需精度计算每个用户接收的电量，并把关于所接收电流的参数、用去的电量、用完的和可用的信用量的数据发送到他的存储单元。

如果一个用户已经用完了他的预付额(并且没有进行另一个预付)，微处理器使用命令单元(和适当的继电器)把该用户从供电网断开。

用户可以在任何时间通过把智能卡插入电表来核对他还有多少可用的信用量，此时，微处理器把该用户的存储单元中存储的可用信用量传送到显示器。

在电表的另一个实施例中，配备有变换器(或旁路器)、线性脉冲发生器和脉冲计数器(脉冲速率与输入电能量成比例)的电流参数传感器把有关电流参数和所接收电能量的信息通过多路复用器发送到微处理器。

为了避免微处理器和供电网的电导耦合，来自每个脉冲发生器12的脉冲通过光耦合到达脉冲计数器13(二进制)(电表的旁路器实施例中)，微处理器以预设时间间隔从所述计数器读取。在每次读取后，使计数器13归零以避免溢出。

在用户的存储单元中把这些读数相加，并与预付的电量进行比较。

在本实施例中，可以以低频率发送信息，这允许通过多路复用器把信息从传感器发送到微处理器并使用发射机-接收机，即使电表部件被设置在彼此相距很远的不同(主和个人)机柜中。

但是，相对于用户的这种电表部件定位会为在主机柜和个人接口之间的供电网部分的欺诈连接创造有利条件。

为了防止欺诈连接，如果未授权的人侵入或者篡改一个容纳电表的机柜，或者一个电表所控制的一个供电网部分被欺诈性地侵入，安装在机柜中的专用设备把声音信号、用户断开信号和报警信号发送到电力供给者。

通过把关于在一定时间段中已经进入电表输入的电量和个人机柜中的传感器记录的总电量的信息发送到微处理器并把二者进行比较来执行所述防止电力的欺诈使用的功能。如果窃电已经发生，所述测量值之差将超过可允许水平，这将激活上述系统。

Claims (9)

1.一种电表，在预设或预付量已经用完后切断电力供给，包括：

·随时间改变的电流参数的传感器和用于把用户从供电网断开的继电器，其中所述传感器和所述继电器的数目至少等于用户数目；

·读取器，从智能卡读取有关用户为用电而预付的金额的信息；

·信息显示器，用于输出信息；

·接口，根据请求把信息发送到外部单元；

·处理器，把电表的各部件集成到一个系统中以计算用电量、用户的预付款和每个用户的可用信用量，并控制电表的各部件；

·多路复用器，连接到电流参数传感器的输出，所述多路复用器的输出与处理器耦合以把有关作为时间的函数、由每个用户使用的电流的参数的信息发送到所述处理器；

·命令单元，连接到所述处理器的输出，如果一个用户用完的电量达到了预设值，把处理器的命令发送到相应用户的继电器以把所述用户从供电网断开。

2.根据权利要求1所述的电表，其中

·所述电流参数传感器配备有电流变换器，和

·在所述多路复用器和所述处理器之间接通模数转换器，所述转换器以足以确保在记录随时间改变的电流参数时的预设精度级别的时间间隔接通。

3.根据权利要求1所述的电表，其中

·所述电流参数传感器配备有电流变换器、线性脉冲发生器和脉冲计数器，和

·所述脉冲计数器通过多路复用器与所述处理器耦合。

4.根据权利要求3所述的电表，其中

·所述电流参数传感器配备有与所述线性脉冲发生器耦合的电流旁路器，其中；

·所述线性脉冲发生器的输出通过光电路分离器与所述脉冲计数器耦合；

·所述脉冲计数器的输出通过所述多路复用器与所述处理器耦合，确保了更高的操作安全性。

5.根据权利要求1所述的电表，其中

·电表的所有部件被安装在单个机柜中；

·所述机柜通过单独的电缆连接到用户的单独控制的房屋，以防止对于供电网的欺诈连接和/或对电表部件的篡改。

6.根据权利要求1所述的电表，其中，在用户分布范围较广的情况下

·电表被安装在每个用户的主机柜和个人机柜中；

·电表的服务于所有用户的部件和一连接到所述处理器的发射机-接收机被安装在主机柜中；

·所述个人机柜位于一个靠近每个用户并且难以进入的地点，所述个人机柜容纳所述电流参数传感器，继电器和用于确保个人机柜与主机柜之间耦合的设备。

7.根据权利要求6所述的电表，其中

·所述电流参数传感器被放置在主机柜中的电表输入处，和

·所述电表具有一个设备，如果在相同时间段中进入电表的电能量与个人机柜的传感器记录的电能量之差超过可允许值，该设备给出一个报警信号并切断对用户的供电。

8.根据权利要求5或6所述的电表，其中

·其机柜配备有一个设备，如果未授权地打开一个容纳电表的机柜或篡改机柜或者未授权地侵入电表所控制的一个供电网部分，该设备发出一个声音信号、把用户从供电网断开并把报警信号发送到电力供给者。

9.一种在使用根据权利要求6的电表时防止过度电能损耗的方法，根据该方法执行以下操作：

·测量在一定时间段中进入电表的电能量；

·确定在相同时间段中由个人机柜中的传感器记录的总电能量；

·确定实际损耗，即在相同时间段中进入电表的电能量与个人机柜中的传感器记录的总电能量之差；

·把所确定的实际损耗与可允许损耗水平进行比较；

·如果实际损耗超过可允许值，断开用户并发出一个报警信号。

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