DE10136939A1

DE10136939A1 - Electric current measuring device e.g. for determining energy costs, counts pulses within measuring interval, and writes into register for correction of possible error window

Info

Publication number: DE10136939A1
Application number: DE2001136939
Authority: DE
Inventors: Gerhard Meyer
Original assignee: ENSECO GmbH
Current assignee: ENSECO GmbH
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2003-02-06

Abstract

The device has a low-resistance measuring-resistor (1) connected in the cable (L) to a device that consumes electric power. A device (2) transforms measured values into equivalent electrical pulses. A control and processing device (3) counts the pulses within a measuring interval, writes the number of pulses or addresses into a register for correction of a possible error window. An Independent claim is also included for a method of calibration and correcting errors in a current measuring device.

Description

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Messung des fließenden elektrischen Stromes in mindestens einem elektrischen Leiter, der mit wenigstens einem elektrischen Verbraucher verbunden ist, und Verfahren zur Fehlerkorrektur von Einrichtungen zur Messung des fließenden elektrischen Stromes in mindestens einem elektrischen Leiter, der mit wenigstens einem elektrischen Verbraucher verbunden ist, und wobei die Messwerte in eine dem Messwert äquivalente elektrische Impulsfolge gewandelt werden. The invention relates to devices for measuring the flowing electrical current in at least one electrical conductor connected to at least one electrical consumer is connected, and method for error correction of devices for measuring the flowing electrical current in at least one electrical conductor, with at least is connected to an electrical consumer, and wherein the measured values are converted into a measured value equivalent electrical pulse train can be converted.

Stromzähler sind unter anderem als Ferrariszähler bekannt. Dabei läuft eine drehbar gelagerte Ankerscheibe aus Aluminium zwischen den Polen zweier Elektromagnete hindurch, von denen einer die Stromstärkespule und der andere die Spannungsspule trägt. Die Felder dieser Magneten bilden ein Wanderfeld aus, so dass die Ankerscheibe in Bewegung gesetzt wird. Ein Dauermagnet ruft ein Bremsmoment hervor. Die Umdrehungen der Scheibe sind der Arbeit proportional und werden durch ein Zählwerk angezeigt. Der Nachteil liegt in der bewegten Ankerscheibe, so dass ein lageunabhängiger Einbau eines solchen Zählers nicht möglich ist. Die Eichung kann erst nach Erreichen des dynamischen Betriebs erfolgen. Eine Manipulierbarkeit des Zählers ist nicht ausgeschlossen. Electricity meters are known, among other things, as Ferrari meters. A rotatably mounted one runs Aluminum armature disk between the poles of two electromagnets, one of which one carries the current coil and the other carries the voltage coil. The fields of this Magnets form a traveling field so that the armature disk is set in motion. On Permanent magnet causes braking torque. The turns of the disc are working proportional and are indicated by a counter. The disadvantage is the moving Armature plate, so that a position independent installation of such a counter is not possible. The Calibration can only take place after dynamic operation has been reached. A manipulability the meter is not excluded.

Eine erste Gruppe von Lösungen, die diese Nachteile vermeiden, sind einfach aufgebaute und nichteichfähige elektronische Energiezähler. Diese Stromkostenzähler dienen einer groben Erfassung des Verbrauchs an elektrischer Energie, z. B. der annähernden Messung des elektrischen Energieverbrauches eines Gerätes im Haushalt. A first group of solutions that avoid these disadvantages are simple and built non-verifiable electronic energy meters. These electricity meters serve a rough Recording the consumption of electrical energy, e.g. B. the approximate measurement of electrical energy consumption of a device in the household.

Eine derartige Lösung ist unter anderem in der DE OS 36 19 053 A1 (Stromkostenzähler) aufgeführt. Bei dieser Lösung erfolgt nur die Erfassung des Stromverbrauches über einen in die Zuleitung geschalteten Messwiderstand. Die stromäquivalente Spannung wird verstärkt, in eine äquivalente Frequenz umgesetzt und über einen Zähler einer Anzeige zugeführt. Mit dieser Lösung kann die verbrauchte Energie nur annähernd bestimmt werden. Such a solution is described, inter alia, in DE OS 36 19 053 A1 (electricity meter) listed. With this solution, the power consumption is only recorded via one in the Supply switched measuring resistor. The current equivalent voltage is amplified into one equivalent frequency implemented and fed to a display via a counter. With this Solution, the energy consumed can only be approximated.

Eine ähnliche Lösung ist in der DE OS 37 43 034 A1 (Elektrisches und/oder elektronisches Installationsgerät) zu finden. Hauptaugenmerk der beschriebenen Lösung gilt den einsatzfähigen Gehäusemöglichkeiten und nicht der Auswerteschaltung. A similar solution is in DE OS 37 43 034 A1 (electrical and / or electronic Installation device). The main focus of the solution described is the usable housing options and not the evaluation circuit.

Eine zweite Gruppe elektronischer Energiezähler zeichnen sich durch ihre Eichfähigkeit aus. Ein derartiger Energiezähler ist unter anderem durch die DE OS 196 06 927.0 A1 (Elektronische Energiezähler) bekannt. Dabei werden ein stromäquivalenter Spannungswert, der an einem in die Phase geschalteten Widerstand anliegt, und die am Verbraucher anliegende Spannung gleichzeitig über zwei Analog-Digital-Umsetzer in jeweils ein digitales Signal umgesetzt. Über einen digitalen Multiplizierer und einen nachgeschalteten Leistungs-Frequenz-Wandler entsteht eine Impulsfolge, die dem Produkt der Spannungen äquivalent ist. Mit einer extern einstellbaren Referenzspannung ist die Eichfähigkeit dieser Messschaltung gegeben. Diese Impulsfolge wird unter anderem auf einen elektronischen Zähler geschalten, der mit einem Rollenzähler verkoppelt ist. Damit ist eine ständige Ablesbarkeit der verbrauchten Leistung gegeben. Die Referenzspannung muss für jeden Energiezähler separat eingestellt werden, so dass eine automatische Herstellung weitestgehend nicht möglich ist. A second group of electronic energy meters are characterized by their calibration capability. Such an energy meter is known, among other things, from DE OS 196 06 927.0 A1 (Electronic energy meter) known. Here, a current-equivalent voltage value, the a phase-connected resistor is present, and the one connected to the consumer Voltage is converted simultaneously into two digital signals via two analog-digital converters. Via a digital multiplier and a downstream power-frequency converter a pulse train is created which is equivalent to the product of the tensions. With an external adjustable reference voltage, the calibration capability of this measuring circuit is given. This Pulse train is switched among other things on an electronic counter, which with a Roll counter is coupled. This is a constant readability of the power used given. The reference voltage must be set separately for each energy meter, see above that automatic production is largely not possible.

Hauptaugenmerk der DE OS 198 42 241 A1 (Elektrizitätszähler und Eingangsbaustein für einen Elektrizitätszähler) gilt einem hoch integrierten Eingangsbaustein, der universell für verschiedenste Anwendungen eingesetzt werden kann. Damit ist es möglich, für eine nachfolgende Signalverarbeitung standardmäßige Prozessoren oder digitale Signalprozessoren einzusetzen. Diese Prozessoren beinhalten Speicher, in denen Parameter und/oder Betriebseinstellungen und/oder sonstige für den Betrieb vorgeb- oder einstellbare Daten gespeichert oder speicherbar sind. Auf eine Wirkungsweise insbesondere der Daten der Parameter und/oder Betriebseinstellungen wird nicht näher eingegangen. Main focus of DE OS 198 42 241 A1 (electricity meter and input module for an electricity meter) applies to a highly integrated input module that is universal for various applications can be used. This makes it possible for a subsequent one Signal processing use standard processors or digital signal processors. These processors include memory in which parameters and / or operational settings and / or other data which can be predetermined or set for operation are stored or storable are. On an mode of operation, in particular of the data of the parameters and / or Operating settings are not discussed in detail.

In der DE PS 197 13 120 C1 (Elektrizitätszähler) ist ein Elektrizitätszähler für Mehrphasennetze aufgeführt. Dabei werden die Spannungs- und Stromsignale über jeweils einen Signalkanal einer digitalen Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt. Jeder der beiden Signalkanäle weist einen Multiplexer mit einem nachgeschalteten Analog- Digital- Wandler auf. Die Multiplexer dienen dem Zuschalten der zusammengehörigen Strom- und Spannungswerte der jeweiligen Phase, so dass ein einfacher Aufbau eines Mehrphasenzählers vorhanden ist. Auf eine Kalibrierung wird nicht näher eingegangen. In DE PS 197 13 120 C1 (electricity meter) is an electricity meter for Multi-phase networks listed. The voltage and current signals are each one Signal channel fed to a digital signal processing device. Each of the two signal channels has a multiplexer with a downstream analog-to-digital converter. The Multiplexers are used to connect the associated current and voltage values phase, so that a simple construction of a multi-phase counter is available. On a Calibration is not discussed in detail.

Der in den Patentansprüchen 1 und 7 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, fehlerkorrigierte und kalibrierte Einrichtungen zur Messung des fließenden elektrischen Stromes und Verfahren zur Kalibrierung und Fehlerkorrektur von solchen Einrichtungen zu schaffen. The invention specified in claims 1 and 7 is based on the problem error-corrected and calibrated devices for measuring the flowing electrical Current and procedures for calibration and error correction of such devices create.

Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 und 7 aufgeführten Merkmalen gelöst. Die Einrichtungen zur Messung des fließenden elektrischen Stromes in mindestens einem elektrischen Leiter, der mit wenigstens einem elektrischen Verbraucher verbunden ist, zeichnen sich besonders durch die Möglichkeiten der Fehlerkorrektur und Kalibrierung aus. Das basiert auf einer softwaregesteuerten und die Fehlerkorrektur und die Kalibrierung übernehmenden Steuer- und Verarbeitungseinrichtung. Dadurch ist es weiterhin möglich, die Fehler jeweils unabhängig von weiteren Anordnungen innerhalb des elektronischen Energiezählers zu kompensieren. This problem is solved with the features listed in claims 1 and 7. The devices for measuring the flowing electrical current in at least one draw electrical conductor, which is connected to at least one electrical consumer is particularly characterized by the possibilities of error correction and calibration. That is based on a software-controlled and error correction and calibration Control and processing facility. This also makes it possible to correct the errors each time regardless of other arrangements within the electronic energy meter compensate.

Die Fehlerkorrektur basiert auf einer selbstlernenden Struktur in den Einrichtungen selbst, wobei aus einer Korrekturtabelle der für die Einrichtung zutreffende oder nächstliegende Fehlerkorrekturwert bestimmt, ausgewählt und in die Steuer- und Verarbeitungseinrichtung nichtveränderbar so übernommen wird, dass bei jeder Messung dieser Fehlerkorrekturwert während der aktuellen Messungen berücksichtigt wird. Dabei werden innerhalb eines festgelegten Zeitintervalls die Ausgangsimpulsfolge hinsichtlich ihrer Impulszahl in geeignet kleinen Iterationsschritten jeweils soviel Impulse der Eingangsimpulsfolge abgezogen oder hinzugefügt, dass eine nominelle Impulszahl gleich groß ist. Um den Fehlerkorrekturwert zu ermitteln, ist keine Referenzeinrichtung sondern nur eine elektronische Quelle notwendig, die innerhalb der Kalibrierzeit einen virtuellen Wert hoher Konstanz besitzt. Damit ist die Fertigung der Einrichtungen ohne manuelle Eingriffe vollständig automatisierbar. The error correction is based on a self-learning structure in the facilities themselves, from a correction table the one that applies to or is closest to the device Error correction value determined, selected and in the control and processing device cannot be changed in such a way that this error correction value is used for every measurement is taken into account during the current measurements. Thereby within a specified time interval, the output pulse train with regard to their number of pulses in suitably small Iteration steps subtract or as much pulses from the input pulse sequence added that a nominal number of pulses is the same. To determine the error correction value, a reference device is not necessary but only an electronic source that is within the calibration time has a virtual value of high constancy. The production of the Facilities can be fully automated without manual intervention.

Dabei wird weder eine Verstellung noch eine andere Manipulation sondern nur ein innerer Softwarezuordnungsalgorithmus vorgenommen. In doing so, neither an adjustment nor another manipulation is made, but only an internal one Software mapping algorithm made.

In eine Speichereinheit der Steuer- und Verarbeitungseinrichtung können auch weitere Daten eingeschrieben werden, die die Einrichtungen näher bestimmen und den aktuellen Stromfluss zuordnen, z. B. entsprechend verschiedener Tarife oder Lieferverträge von unterschiedlichen Anbietern. Further data can also be stored in a storage unit of the control and processing device be registered, which determine the facilities in more detail and the current flow of electricity assign, e.g. B. according to different tariffs or delivery contracts of different Providers.

Alle wichtigen Daten befinden sich in einem nichtflüchtigen Speicher des Speichers der Steuer- und Verarbeitungseinrichtung, so dass bei einem Stromausfall die Daten nicht verloren gehen. Die erfindungsgemäßen Einrichtungen zeichnen sich weiterhin dadurch aus, dass z. B. die Abnahme elektrischer Energie messtechnisch erfasst und lokal angezeigt werden können. Die Zuordnung von Kosten zu Einzelverbrauchern, Anlagensystemen und Maschinen sind spezifisch abrechenbar. Gleichzeitig ist damit ein Instrument für eine individuelle Beurteilung der einzelnen Verbraucher gegeben. Damit ist insbesondere in Gewerbe- und Büroeinrichtungen die nutzerspezifische Zuordnung der Energiekosten möglich. Eine detaillierte und zuordenbare Kostenerfassung ist bei der Maschinenverschleißermittlung, in Messarealen, in Freizeit- und Hotelbereichen, in elektrischen Energietankstellen für Land- und Wasserfahrzeuge, in Marktbereichen und in Campinganlagen möglich. All important data is stored in a non-volatile memory in the memory of the control and processing device so that the data is not lost in the event of a power failure. The devices according to the invention are further characterized in that, for. B. the The decrease in electrical energy can be measured and displayed locally. The Allocation of costs to individual consumers, system systems and machines specifically billable. At the same time it is an instrument for an individual assessment of the given to individual consumers. This is particularly true in commercial and office furnishings user-specific allocation of energy costs possible. A detailed and assignable Cost recording is in machine wear detection, in measurement areas, in leisure and Hotel areas, in electrical energy filling stations for land and water vehicles, in Market areas and in campsites possible.

Die Einrichtungen verfügen weiterhin über wenigstens eine Schnittstelle, mit der unter anderem bidirektional Messdaten, Gerätenummern, Spitzenverbrauch, Tarife und Kosten übertragbar sind. The facilities also have at least one interface with which, among other things bi-directional measurement data, device numbers, peak consumption, tariffs and costs can be transferred are.

Die erfindungsgemäßen Einrichtungen zeichnen ich weiterhin durch seinen lageunabhängigen Betrieb aus. I continue to draw the devices according to the invention by its position-independent Operation off.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass diese auch so ausgestaltbar sind, dass über galvanisch von der Messelektronik getrennte Ein- und Ausgänge eine externe Ablesbarkeit möglich ist. Die Verfahren zur Fehlerkorrektur von Einrichtungen zur Messung des fließenden elektrischen Stromes in mindestens einem elektrischen Leiter, der mit wenigstens einem elektrischen Verbraucher verbunden ist, und wobei die Messwerte in eine dem Messwert äquivalente elektrische Impulsfolge gewandelt werden, zeichnen sich vor allem dadurch aus, dass ein ihn zugrunde liegender Messfehler korrigierbar ist. Another advantage is that they can also be configured in such a way that they are galvanically inputs and outputs separate from the measuring electronics make it possible to read them externally. The method for error correction of devices for measuring the flowing electrical Current in at least one electrical conductor with at least one electrical Consumer is connected, and wherein the measured values in an equivalent to the measured value electrical pulse train are mainly characterized by the fact that a underlying measurement error is correctable.

Dabei wird in einem Speicher wenigstens eine Korrekturtabelle zur Korrektur eines möglichen Fehlerfensters eingeschrieben. Durch Anlegen eines virtuellen Wertes, z. B. der Leistung, mittels eines Kalibrators wird ein definierter Arbeitspunkt der Einrichtung festgelegt, bei der die fehlerbehaftete Einrichtung eine Ausgangsimpulsfolge abgibt, die im Fehlerfenster liegt. Anhand einer vorliegenden inneren Zeitbasis wird die fehlerhafte Größe der Impulsfolge gezählt und mit einer in dem Speicher vorgegebenen den Fehler gleich Null entstehenden Impulsfolge intern verglichen. Das Ergebnis dieses Vergleichs bewirkt in der Steuer- und Verarbeitungseinrichtung die Adressierung eines nächst günstigen oder den Fehlerkorrekturwert. Dieser wird in ein Korrekturregister der Steuer- und Verarbeitungseinrichtung implementiert. Durch dieses Verfahren ist eine selbstlernende und automatische Kalibrierung von vorhandenen Fehlern gegeben. Mit diesem Verfahren lässt sich eine Serienfertigung vollständig automatisieren, so dass ökonomisch günstig kalibrierte erfindungsgemäße Einrichtungen fertigbar sind. At least one correction table for correcting a possible one is stored in a memory Error window registered. By creating a virtual value, e.g. B. the performance, Using a calibrator, a defined operating point of the facility is determined at which the defective device emits an output pulse sequence which is in the error window. The defective size of the pulse train is based on an existing internal time base counted and with a predetermined zero error occurring in the memory Pulse sequence compared internally. The result of this comparison results in tax and Processing device the addressing of a next cheap or the Error correction value. This is in a correction register of the control and processing device implemented. This procedure enables self-learning and automatic calibration of given existing errors. With this method, series production can be completed automate so that economically calibrated devices according to the invention are producible.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 6, 8 und 9 angegeben. Advantageous embodiments of the invention are in claims 2 to 6, 8 and 9 specified.

Die Weiterbildungen der Patentansprüche 2 und 8, wobei die Anordnung mit dem mindestens einen elektrischen Leiter und einem Bezugspotenzial in Form z. B. des Nullleiters so zusammengeschaltet ist, dass eine Anordnung vorhanden ist,

- die neben dem elektrischen Strom gleichzeitig die Messung der anliegenden elektrischen Spannung ermöglicht und
- die weiterhin eine die Messwerte des fließenden elektrischen Stromes und der dazu anliegenden elektrischen Spannungen in äquivalente elektrische Impulsfolgen der Leistung wandelt.

The developments of claims 2 and 8, wherein the arrangement with the at least one electrical conductor and a reference potential in the form of z. B. the neutral conductor is interconnected so that an arrangement is present,

- which, in addition to the electrical current, also enables the measurement of the applied electrical voltage and
- Which also converts the measured values of the flowing electrical current and the electrical voltages applied to them into equivalent electrical pulse trains of the power.

Mit dem niederohmigen Messwiderstand, der Anordnung, der Steuer- und Verarbeitungseinrichtung und der Stromversorgungseinrichtung ist vorteilhafterweise ein elektronischer Energiezähler gegeben. With the low-resistance measuring resistor, the arrangement, the control and Processing device and the power supply device is advantageously an electronic Given energy meters.

Die Weiterbildung des Patentanspruchs 3 führt zu einer Einrichtung mit einer oder mehrerer Tabellen mit Fehlerkorrekturwerten zur Korrektur eines möglichen Fehlerfensters der Anordnung im Speicher der Steuer- und Verarbeitungseinrichtung. Diese Einrichtungen besitzen eine selbstlernende Struktur, die eine automatische Kalibrierung ermöglicht. The development of claim 3 leads to a device with one or more Tables with error correction values to correct a possible error window of the Arrangement in the memory of the control and processing device. These facilities have one self-learning structure that enables automatic calibration.

Eine Verteilung der zu unterdrückenden Impulse über den gesamten Bereich des Messintervalls nach den Weiterbildungen der Patentansprüche 4 und 9 führt zu einer Verkürzung des Zeitraums bei der Fehlerkorrektur. Für einen sehr kurzen Zeitabschnitt und kleinen Fehlerstrom würde man ansonsten einen unkorrigierten Wert erhalten. Gleichzeitig sinkt die Zeit für die Kalibrierung der Einrichtungen während der Inbetriebnahme und Kalibrierung. Die Fertigungszeit wird wesentlich gesenkt und damit die Verweildauer der Messanlage mit hoher Abschreibungsrate, die schließlich den Preis des Zählers erhöht. A distribution of the impulses to be suppressed over the entire range of the measurement interval according to the developments of claims 4 and 9 leads to a shortening of the Period of time for error correction. For a very short period of time and a small fault current otherwise you would get an uncorrected value. At the same time, the time for them decreases Calibration of the facilities during commissioning and calibration. The Manufacturing time is significantly reduced and the length of time the measuring system stays with it Depreciation rate that eventually increases the price of the meter.

Die Anordnung aus den Analog-Digital-Umsetzern, dem digitalen Multiplizierer und dem Leistungs-Frequenz-Wandler nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 liefert eine dem aktuellen Leistungswert äquivalente weiterverarbeitbare Impulsfolge. Diese ist voll elektronisch ausgeführt und damit lageunabhängig betreibbar. The arrangement of the analog-digital converters, the digital multiplier and the Power-frequency converter according to the development of claim 5 provides one current power value equivalent processable pulse train. It is full executed electronically and can therefore be operated regardless of position.

Mit mehreren der Zahl der elektrischen Leiter zu wenigstens einem Verbraucher entsprechenden niederohmigen Messwiderständen, wobei jeweils ein niederohmiger Messwiderstand mit einer Anordnung verbunden und die Anordnungen mit einer Verarbeitungseinheit zusammengeschaltet sind, nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 ist ein fehlerkorrigierter und kalibrierbarer elektronischer Energiezähler für Mehrphasennetze vorhanden. With several of the number of electrical conductors to at least one consumer corresponding low-resistance measuring resistors, each with a low-resistance measuring resistor an arrangement connected and the arrangements with a processing unit are interconnected, according to the development of claim 6 is an error corrected and Calibratable electronic energy meter available for multiphase networks.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Embodiments of the invention are shown in the drawings and are in following described in more detail.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung als elektronischer Energiezähler für Einphasennetze und Fig. 1 is a block diagram of a device as an electronic energy meter for single-phase networks and

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung als elektronischer Energiezähler für Dreiphasennetze. Fig. 2 is a block diagram of a device as an electronic energy meter for three-phase networks.

In den folgenden Ausführungsbeispielen werden sowohl Einrichtungen als elektronische Energiezähler für Ein- und Mehrphasennetze als auch Verfahren zur Kalibrierung und Fehlerkorrektur zusammen näher erläutert. In the following embodiments, both devices and electronic Energy meters for single and multi-phase networks as well as methods for calibration and Error correction explained in more detail together.

1st embodiment

Eine Einrichtung als elektronischer Energiezähler für Einphasennetze besteht in einem ersten Ausführungsbeispiel aus den Grundbestandteilen

- eine Anordnung 2 mit einem mit der elektrischen Leiter/Phase L und dem Nullleiter N verbundenen ersten Analog-Digital-Umsetzer, einem mit zwei Abgriffen zur Abnahme des stromäquivalenten Spannungsabfalls eines im Stromleiter geschalteten niederohmigen Messwiderstands 1, der an seinen beiden Abgriffen eine stromproportionale Spannung abgibt, wobei dieser vorteilhafterweise eine niederohmige Quelle ist und von magnetischen und thermischen Störbeeinflussungen unempfindlich wirkt, verbundenen zweiten Analog-Digital-Umsetzers oder auch einer Stromwandlerschaltung, deren Ausgangsspannung proportional des fließenden Stromes ist, einem den Analog-Digital-Umsetzern nachgeschalteten digitalen Multiplizierer oder einen anderen Schaltungsanordnung, bei der die Ausgangsspannung des ersten Analog- Digital-Umsetzers die Referenzspannung des zweiten Analog-Digital-Umsetzers bildet und sonst die Multiplikation der beiden Messfaktoren durchführt und einem Leistungs-Frequenz- Wandler,
- einer Steuer und Verarbeitungseinrichtung 3 z. B. in Form eines Mikrorechner, Mikrocontrollers oder einer programmierbaren Logik mit mindestens einem Speicher,
- einer Anzeigeeinrichtung 4,
- mindestens einer Schnittstelle 5 und
- einer Stromversorgungseinrichtung 6.

A device as an electronic energy meter for single-phase networks consists in a first embodiment of the basic components

- An arrangement 2 with a connected to the electrical conductor / phase L and the neutral conductor N first analog-to-digital converter, one with two taps for reducing the current-equivalent voltage drop of a low-resistance measuring resistor 1 connected in the current conductor, which has a current-proportional voltage at its two taps outputs, which is advantageously a low-impedance source and is insensitive to magnetic and thermal interference, connected second analog-to-digital converter or a current converter circuit whose output voltage is proportional to the flowing current, a digital multiplier connected downstream of the analog-to-digital converter or one another circuit arrangement in which the output voltage of the first analog-digital converter forms the reference voltage of the second analog-digital converter and otherwise carries out the multiplication of the two measurement factors and a power-frequency converter,
- A control and processing device 3 z. B. in the form of a microcomputer, microcontroller or programmable logic with at least one memory,
a display device 4 ,
- At least one interface 5 and
a power supply device 6 .

Die Anordnung 2 zur Messung der aktuellen Spannung und des zeitgleich fließenden elektrischen Stromes, der Multiplikation und der Leistungs-Frequenz-Wandlung ist bekannt. Die Analog-Digital-Umsetzer, der Multiplizierer und der Leistungs-Frequenz-Wandler sind dabei im wesentlichen Bestandteile eines elektronischen Bauelements in Form eines elektronischen Schaltkreises, auf dessen Chip die wesentlichen Funktionen untergebracht sind. In der Fig. 1 sind dementsprechend diese Bestandteile als eine Anordnung 2 dargestellt. The arrangement 2 for measuring the current voltage and the simultaneously flowing electrical current, the multiplication and the power-frequency conversion is known. The analog-to-digital converter, the multiplier and the power-frequency converter are essentially components of an electronic component in the form of an electronic circuit, on the chip of which the essential functions are accommodated. Accordingly, these components are shown as an arrangement 2 in FIG. 1.

Der Ausgang der Anordnung 2 ist mit der Steuer- und Verarbeitungseinrichtung 3 verbunden. Dabei handelt es sich vorteilhafterweise um einen 8-Bit-Mikrorechner mit einem RISC-Mikroprozessor in CMOS-Technologie, einem nichtflüchtigen Speicher in Form eines EEPROMs zur Datensicherung, einem flüchtigen Speicher in Form eines RAMs als Arbeitsspeicher und mehreren Ein-/Ausgängen, wobei mehrere interruptfähige Eingänge sind. The output of the arrangement 2 is connected to the control and processing device 3 . It is advantageously an 8-bit microcomputer with a RISC microprocessor in CMOS technology, a non-volatile memory in the form of an EEPROM for data backup, a volatile memory in the form of RAM as working memory and several inputs / outputs, several of which are interruptible inputs.

Die Anordnung 2 besitzt einen Fehler von ± 10% als Fehlerfenster, ein Fehler von 10% entspricht 1.150 bis 1.265 Impulsen. Die Steuer- und Verarbeitungseinrichtung 3 dient der Fehlerkorrektur und der Kalibrierung des jeweils aktuellen Messwerts sowie der Steuerung des Gesamtsystems. Die Impulsfrequenz entspricht einem Wert von 900.000 Impulsen/kWh abgegebener Leistung. The arrangement 2 has an error of ± 10% as an error window, an error of 10% corresponds to 1,150 to 1,265 pulses. The control and processing device 3 is used for error correction and calibration of the respectively current measured value and for controlling the overall system. The pulse frequency corresponds to a value of 900,000 pulses / kWh of output.

Im nichtflüchtigen Speicher der Steuer- und Verarbeitungseinrichtung 3 sind die Korrekturtabellen zur Korrektur des möglichen Fehlerfensters eingeschrieben. Durch Anlegen einer virtuellen Leistung mittels eines Kalibrators liegt ein definitiver Arbeitspunkt des Energiezählers fest (Dauergrenzlastfaktor), bei dem der fehlerbehaftete elektronische Energiezähler eine Ausgangsimpulsfolge abgibt, die im Fehlerfenster liegt. Anhand der vorliegenden inneren Zeiteinheit wird die fehlerhafte Größe der Impulsfolge gezählt und mit einer in dem Speicher vorgegebenen dem Fehler gleich Null entstehenden Impulsfolge intern verglichen. Das Ergebnis des Vergleichs bewirkt in der Steuer- und Verarbeitungseinrichtung 3 die Adressierung des nächst günstigsten oder des Fehlerkorrekturwertes und schreibt diesen in ein Korrekturregister der Steuer- und Verarbeitungseinrichtung 3 ein. In einem zweiten Schritt kann nach Korrektur der Impulsfolge die korrigierte Impulsfolge festgestellt und nochmals geprüft werden, ob diese mit einem günstigeren Fehlerkorrekturwert weiter zu verkleinern ist. The correction tables for correcting the possible error window are written into the non-volatile memory of the control and processing device 3 . By applying a virtual power using a calibrator, a definite operating point of the energy meter is determined (permanent limit load factor), at which the faulty electronic energy meter emits an output pulse sequence that lies in the error window. The faulty size of the pulse sequence is counted on the basis of the inner time unit present and is compared internally with a pulse sequence which is predetermined in the memory and is equal to zero. The result of the comparison effects the addressing of the next cheapest or the error correction value in the control and processing device 3 and writes this into a correction register of the control and processing device 3 . In a second step, after correcting the pulse sequence, the corrected pulse sequence can be determined and checked again to see whether it can be further reduced with a more favorable error correction value.

Der Fehlerkorrekturwert ist sind alle die Impulse, die für die weitere Verarbeitung unterdrückt oder hinzugefügt werden, die in Bezug auf die genannten 900.000 Impulse/kWh zu viel oder zu wenig sind. Der Messbereich wird in n Intervalle eingeteilt. Die zu unterdrückenden Impulse werden über die n Intervalle innerhalb der Messzeit weitgehend gleichverteilt. Ansonsten würde man für einen sehr kurzen Zeitabschnitt und kleinen Fehlerstrom einen unkorrigierten Wert erhalten. Die zu unterdrückenden Impulse sind in den n-1 Intervallen gleichverteilt. Der Rest der zu unterdrückenden Impulse wird im letzten Intervall gleichverteilt unterdrückt oder ergänzt. The error correction value is all the pulses that are suppressed for further processing or added to the 900,000 impulses / kWh too much or are too few. The measuring range is divided into n intervals. The impulses to be suppressed are largely evenly distributed over the n intervals within the measurement time. Otherwise one would get an uncorrected value for a very short period of time and a small fault current receive. The impulses to be suppressed are evenly distributed in the n-1 intervals. The rest the impulses to be suppressed are suppressed in the last interval or added.

Die Steuer- und Verarbeitungseinrichtung 3 kann in einer weiteren Ausführungsform wenigstens einer der folgenden Funktionen einzeln oder in Kombinationen dienen:

- Zum Ersten der Ansteuerung einer Schnittstelle 5 in Form z. B. einer S0-Schnittstelle und einer dazugehörigen Anzeige des elektronischen Energiezählers. Es handelt sich um ein Impulsausgänge, die synchron geschaltet werden. Ausgegeben werden 10.000 Impulse/kWh mit einem positiven Restfehler, da eine absolute Gleichverteilung der zu unterdrückenden Impulse im Sinne des oben genannten für viele Anfangsfehlerwerte im wesentlichen nicht möglich ist. Der Restfehler ist aber immer so klein, dass die Fehlerklasse eingehalten wird.
- Zum Zweiten der Ansteuerung einer Betriebsanzeige. Dazu verfügt der elektronische Energiezähler über eine Anzeige in Form einer Lumineszenzdiode. Diese dient der Anzeige ob über den elektronischen Energiezähler ein Strom fließt.
- Zum Dritten der Ansteuerung einer Anzeigeeinrichtung 4 in Form eines mechanischen Zählwerks oder eines Displays, insbesondere ein Flüssigkeitsdisplays. Es können auch mehrere Anzeigeeinrichtungen 4 alternativ angesteuert werden, so dass der elektronische Energiezähler auch als Mehrtarifzähler für mehrere Tarife realisierbar ist.

In a further embodiment, the control and processing device 3 can serve at least one of the following functions individually or in combinations:

- For the first control of an interface 5 in the form of z. B. an S0 interface and an associated display of the electronic energy meter. These are pulse outputs that are switched synchronously. 10,000 pulses / kWh are output with a positive residual error, since an absolute uniform distribution of the pulses to be suppressed in the sense of the above is essentially not possible for many initial error values. The residual error is always so small that the error class is adhered to.
- Secondly to control an operating display. For this purpose, the electronic energy meter has a display in the form of a luminescent diode. This is used to indicate whether a current is flowing through the electronic energy meter.
- Thirdly, the control of a display device 4 in the form of a mechanical counter or a display, in particular a liquid display. A plurality of display devices 4 can alternatively be controlled, so that the electronic energy meter can also be implemented as a multi-tariff meter for several tariffs.

Das Impulsverhältnis zwischen dem S0- und dem Zählerausgang an der Steuer- und Verarbeitungseinrichtung 3 beträgt 1000 : 1, d. h. 1 Impuls ist äquivalent zu einer über den elektronischen Energiezähler abgegebenen Energiemenge von 0,1 kWh. Voreingestellt ist immer die Ansteuerung des Ausgangs für einen Tarif. Eine Tarifumschaltung kann über die serielle Schnittstelle 5 des elektronischen Energiezählers erfolgen.

- Zum Vierten der Speicherung und Datensicherung. Dabei können unter anderem folgende weitere Daten einzeln oder in Kombinationen gespeichert werden:
- die Gerätenummer einschließlich der Jahreszahl,
- der Zählerstand mehrerer Tarife,
- der aktuell geschaltete Tarif,
- den auf ein periodisches Intervall bezogenen Maximalwert, der über den elektronischen Energiezähler abgegebenen Leistung und
- die über einen beliebig gewählten Zeitraum abgegebene Leistung, die separat von der Tarifzählung gespeichert wird.

The pulse ratio between the S0 and the counter output at the control and processing device 3 is 1000: 1, ie 1 pulse is equivalent to an energy quantity of 0.1 kWh delivered via the electronic energy meter. The control of the output for a tariff is always preset. Tariff switching can take place via the serial interface 5 of the electronic energy meter.

- Fourth, storage and backup. The following additional data can be saved individually or in combinations:
- the device number including the year,
- the meter reading of several tariffs,
- the currently switched tariff,
- the maximum value related to a periodic interval, the power output via the electronic energy meter and
- the service provided over any period of time that is saved separately from the tariff count.

Im Falle eines Spannungsausfalls müssen alle wichtigen Daten im Speicher stehen, so dass diese nicht verloren gehen. Deshalb werden die zu sichernden Daten immer dann gespeichert, wenn eine Wertänderung erfolgte. Weiterhin wird die Spannung über einen kurzen Zeitraum gepuffert. Der Zeitraum reicht dabei aus, um die Werte, die sich möglicherweise gleichzeitig geändert haben, zu sichern. In the event of a power failure, all important data must be in the memory so that these are not lost. Therefore, the data to be backed up is always saved if there was a change in value. The tension continues for a short period of time buffered. The period of time is sufficient to cover the values that may be simultaneously have changed to secure.

In einer weiteren Variante des elektronischen Energiezählers zum Fünften der Tarifumschaltung, der Maximalwertbestimmung und zeitbezogenen Energiemessung. Die Umschaltung von einem zum anderen Tarif erfolgt softwaregesteuert über Befehle, die die Steuer- und Verarbeitungseinrichtung 3 über die serielle Schnittstelle 5 erhält. Ebenso wird die Maximalwertbestimmung der über ein periodisches Messintervall und die Ein-/Ausschaltung der zeitbezogenen Erfassung der über den elektronischen Energiezähler abgegebenen Energie über die serielle Schnittstelle 5 gesteuert. Auf Anforderung kann der elektronische Energiezähler die gespeicherten Zählerwerte über diese Schnittstelle 5 senden. In a further variant of the electronic energy meter for the fifth of tariff switching, maximum value determination and time-related energy measurement. Switching from one tariff to another is carried out in a software-controlled manner via commands which the control and processing device 3 receives via the serial interface 5 . Likewise, the maximum value determination of the periodic measurement interval and the switching on / off of the time-related detection of the energy output via the electronic energy meter are controlled via the serial interface 5 . Upon request, the electronic energy meter can send the stored meter values via this interface 5 .

In einer weiteren Variante können zum Sechsten auch weitere Schnittstellen 5 vorhanden sein, wie z. B. M-Bus, Z-Bus, RS 485 und/oder Powerline. In a further variant, further interfaces 5 may also be present for the sixth, such as, for. B. M-Bus, Z-Bus, RS 485 and / or Powerline.

Die Stromversorgungseinrichtung 6 für den elektronischen Energiezähler besitzt einen Transformator oder ist als C- Netzteil ausgeführt. Beide Varianten sind bekannt. The power supply device 6 for the electronic energy meter has a transformer or is designed as a C power supply. Both variants are known.

Die Messung des fließenden elektrischen Stromes erfolgt über einen bekannten niederohmigen Messwiderstand 1, der in den Leiter/die Phase L zum Verbraucher geschalten ist. The measurement of the flowing electrical current takes place via a known low-resistance measuring resistor 1 , which is connected in the conductor / phase L to the consumer.

2nd embodiment

Eine Einrichtung als elektronischer Energiezähler für Dreiphasennetze besteht in einem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechend der Darstellung in der Fig. 2 aus den Grundbestandteilen von drei gleiche Anordnungen 2 zur Strom- und Spannungsmessung in dem jeweiligen Leiter/der jeweiligen Phase L1, L2, L3, Bildung des Produkts und des Integrals über die Messzeit und Erzeugung einer der übertragenden elektrischen Arbeit proportionalen Impulsfolge, einer Steuer- und Verarbeitungseinrichtung 3, insbesondere einem Mikrorechner, einem Mikrocontroller, einer programmierbaren Logik, mit wenigstens einen Speicher, einer Anzeigeeinrichtung 4, mindestens einer Schnittstelle 5 und einer Stromversorgungseinrichtung 6. Die drei gleiche Anordnungen 2 als Messsysteme, wobei jede Anordnung 2 ohne galvanische Trennung in dem jeweiligen Leiter/der jeweiligen Phase L1, L2, L3 die Strom- und Spannungsmessung ausführt, das Produkt bildet, das Integral über die Messzeit bildet und eine der übertragenden elektrischen Arbeit proportionalen Impulsfolge mit entsprechenden linearen später zu korrigierenden Messfehler bis zu ± 10% erzeugt. Diese drei gleichartigen Messwertverarbeitungen werden aus der jeweiligen Phase durch die Stromversorgungseinrichtung 6 mit elektrischer Energie versorgt. Die Messwerte in Form einer Impulsfolge werden über einen Optokoppler galvanisch getrennt der Steuer- und Verarbeitungseinrichtung 3, der auf Bezugsbasis Nullleiter N arbeitet, jeweils an einem interruptfähigen Eingang zugeführt und in diesem System wie im ersten Ausführungsbeispiel dargestellt und beschrieben dreikanalig mit dem jeweiligem Korrekturfaktor korrigiert, summiert und für Anzeigeeinrichtungen 4, Zählwerke und Datenschnittstellen 5 entsprechend des ersten Ausführungsbeispiels aufbereitet. Damit ist für jedes der drei Messsysteme ein nichtverlustiger Speicher für die wichtigsten Betriebsdaten und Steueralgorithmen enthalten. A device as an electronic energy meter for three-phase networks consists in a second exemplary embodiment, as shown in FIG. 2, of the basic components of three identical arrangements 2 for current and voltage measurement in the respective conductor / phase L1, L2, L3, formation of the product and the integral over the measuring time and generation of a pulse sequence proportional to the electrical work being transmitted, a control and processing device 3 , in particular a microcomputer, a microcontroller, a programmable logic, with at least one memory, a display device 4 , at least one interface 5 and a power supply device 6 . The three identical arrangements 2 as measuring systems, each arrangement 2 carrying out the current and voltage measurement in the respective conductor / phase L1, L2, L3 without electrical isolation, forming the product, forming the integral over the measuring time and one of the transmitting electrical ones Work proportional pulse train with corresponding linear measurement errors to be corrected later up to ± 10%. These three similar processing of measured values are supplied with electrical energy from the respective phase by the power supply device 6 . The measured values in the form of a pulse train are galvanically isolated from the control and processing device 3 , which operates on the neutral N basis, are each supplied to an interrupt-capable input and, in this system, as shown and described in the first exemplary embodiment, are corrected in three channels with the respective correction factor, summed and prepared for display devices 4 , counters and data interfaces 5 according to the first embodiment. This means that each of the three measuring systems contains a non-lost memory for the most important operating data and control algorithms.

Die Stromversorgungseinrichtung 6 für diesen elektronischen Energiezähler in Dreiphasensystemen ist in bekannterweise entweder in einer ersten Ausführungsform mit einem Transformator oder mehreren Transformatoren versehen oder in einer zweiten Ausführungsform transformatorlos als C- Netzteil ausgeführt. As is known, the power supply device 6 for this electronic energy meter in three-phase systems is either provided with a transformer or several transformers in a first embodiment or, in a second embodiment, is designed as a C power supply unit without a transformer.

Die Messung des fließenden elektrischen Stromes zum Verbraucher erfolgt über niederohmige Messwiderstände 1. Diese befinden sich in den Leitern/Phasen L1, L2, L3 zum Verbraucher. Die Realisierung und der Aufbau der niederohmigen Messwiderstände 1 ist bekannt. The electrical current flowing to the consumer is measured using low-resistance measuring resistors 1 . These are located in the conductors / phases L1, L2, L3 to the consumer. The implementation and construction of the low-resistance measuring resistors 1 is known.

Claims

1. Device for measuring the flowing electrical current in at least one electrical conductor, which is connected to at least one electrical consumer, with the following features:

- a low-resistance measuring resistor ( 1 ) connected to the electrical consumer in the electrical conductor (L),

- an arrangement ( 2 ) connected to the low-impedance measuring resistor ( 1 ), measuring the electrical current flowing in the electrical conductor (L) and converting these measured values into equivalent electrical pulse trains,

- one connected to the arrangement ( 2 ) for the first,

- secondly, counting the electrical pulse sequence in at least one measuring interval, setting the measuring error as the number of pulses from a stored and predefined plurality corresponding to one when calibrating by means of a calibrator in at least one measuring interval equal to zero, approximately zero or to the minimum and this number of pulses or the address with this number, writing or addressing in a register for the correction of a possible error window, assigning this number of pulses of the measurement error in current measurements in the measurement interval and correcting them in the event of deviations by suppressing or supplementing the written or addressed pulse sequence in the measurement interval,
thirdly, sum up the measuring intervals and
fourthly, this sum is assigned to the control and processing device ( 3 ) according to predetermined characteristics.

2. Device according to claim 1, characterized in that the arrangement ( 2 ) with the at least one electrical conductor (L) and a reference potential / neutral conductor (N) is interconnected such that the one next to the electrical current simultaneously measuring the applied electrical voltage arrangement (2) is that the further one is the measured values of the electric current flowing and thereto applied electrical voltages in equivalent electrical pulse trains of the power changing assembly (2) and that the low-ohmic measuring resistor (1), the arrangement (2) Control and processing device ( 3 ) and the power supply device ( 6 ) is an electronic energy meter.

3. Device according to claim 1 or claims 1 and 2, characterized in that the control and processing device ( 3 ) contains one or more tables with error correction values for correcting a possible error window of the arrangement ( 2 ) in a memory, corresponding to a time base the erroneous size of the pulse sequence is counted, compared with a pulse sequence which results in the memory being equal to zero, the cheapest or the next cheapest error correction value is addressed and this error correction value is written into a correction register of the control and processing device ( 3 ).

4. Device according to claim 1 or claims 1 and 2, characterized characterized that the measuring interval is divided into n subintervals, that the to suppressive or complementary impulses in the n-1 subintervals and that the rest the impulses to be suppressed or supplemented, especially in the last subinterval are evenly distributed.

5. Device according to claim 1, characterized in that the arrangement ( 2 ) from a with the conductor / the phase (L) and the neutral conductor (N) connected first analog-digital converter, one with two taps one switched into the phase low-resistance measuring resistor ( 1 ) connected second analog-to-digital converter, a digital multiplier connected downstream of the analog-to-digital converters and power-frequency converter.

6. Device according to claim 1, characterized in that in the case of a plurality of electrical conductors (L1, L2, L3), at least one consumer has a low-resistance measuring resistor ( 1 ) connected to an electrical conductor (L1, L2, L3), that in each case one low-resistance measuring resistor ( 1 ) is connected to an arrangement ( 2 ) and that the arrangements ( 2 ) are connected together with a control and processing device ( 3 ).

7. Method for calibration and error correction of devices for measuring the flowing electrical current in at least one electrical conductor, which is connected to at least one electrical consumer, and wherein the measured values are converted into an electrical pulse sequence equivalent to the measured value, with the following steps:

Counting the electrical pulse sequence and determining the error of the device within a measurement interval with a reference source in at least one measurement range and in accordance with a time base,

Comparison with a pulse sequence resulting in a zero error in a memory of the device,

- Addressing the cheapest or a next cheapest error correction value from at least one table with error correction values for correcting a possible error window of components of the device and

- Writing this error correction value into a correction register of a control and processing device ( 3 ) of the device.

8. The method according to claim 7, characterized in that in an arrangement ( 2 ) via a low-impedance measuring resistor ( 1 ) in at least one electrical conductor (L) the flowing electrical current to an electrical consumer and compared to a reference potential / neutral conductor (N) applied electrical voltage is measured and the measured values of the flowing electrical current and the associated electrical voltage are converted into equivalent electrical pulse trains of the power, that the electrical pulse trains are counted and the error within a measuring interval of the device compared to a reference device is determined in at least one measuring range that the measurement error is compared with a pulse sequence which is given in a memory of the device and which results in the error equaling zero, that this value of the error of the cheapest or a next cheapest error correction value from at least one table with error correction values for correcting a possible error window of components of the device is addressed, that this error correction value is written into a correction register of a control and processing device ( 3 ) of the device and that the pulses of the error correction value are suppressed during operation during the current measurement values within the measurement interval.

9. The method according to any one of claims 7 or 8, characterized in that the Measurement interval is divided into n subintervals that are to be suppressed or too complementary pulses in the n-1 subintervals are evenly distributed and that the rest of the too suppressive or supplementary impulses occur especially in the last subinterval.