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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Latenzzeit zwischen einem Messzeitpunkt und einem Zeitpunkt einer Messwertausgabe durch eine Messvorrichtung, eine derartige Messvorrichtung sowie ein Steuerprogramm.
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Zum Ermitteln einer verbrauchten elektrischen Energiemenge, beispielsweise eines Gebäudes, werden Energiezähler eingesetzt. In einem einfachen Fall können derartige Energiezähler als Ferraris-Zähler ausgeführt sein. Mit zunehmender Digitalisierung der Energienetze werden vermehrt elektronische Energiezähler bzw. sogenannte moderne Messeinrichtungen zur Messung der verbrauchten elektrischen Energie verwendet.
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Derartige moderne Messeinrichtungen können mit einer Kommunikationsschnittstelle, wie beispielsweise einem sogenannten Smart Meter Gateway, ein intelligentes Messsystem ausbilden. Durch den Einsatz von intelligenten Messsystemen können die ermittelten Verbrauchsdaten von Verbrauchern oder von den Energiebetreibern dazu eingesetzt werden, eine optimierte Steuerung der Energienetze vorzunehmen.
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Gemäß dem Messstellenbetriebsgesetz werden hohe Anforderungen an die Datensicherheit und die Präzision derartiger intelligenter Messsysteme gestellt. Aus der
US 2017/0160124 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Eichung eines Verbrauchszählers bekannt. Dabei werden Daten des Verbrauchszählers mit Daten eines Referenzzählers verglichen. Die Daten des Verbrauchszählers werden mit Zeitstempeln eines Zeitgebers versehen und während eines definierten Zeitintervalls ermittelt.
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Bei dem Einsatz von intelligenten Messsystemen ist darüber hinaus die Kenntnis der Zeitverzögerung notwendig, welche zwischen einer einzelnen Messung der Messeinrichtung des Messsystems und der Weiterleitung der Messdaten an die Kommunikationsschnittstelle entsteht.
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Insbesondere dann, wenn die Bildung von einem Tupel, bestehen aus Messwert und Zeitstempel, von der die Messdaten empfangenden Kommunikationseinrichtung vorgenommen wird, darf die Latenzzeit zwischen der Messwert-Erzeugung in der Messeinrichtung und der Zeitstempelung in der Kommunikationseinrichtung die prozesstechnisch oder gesetzlich (beispielsweise vom Mess- und Eichgesetz) definierten Grenzen nicht verletzen.
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Die vorstehende Anforderung wird weiter verschärft, wenn die die Messdaten empfangende Kommunikationseinrichtung nicht nur einen Zeitstempel an den Messwert anfügt, sondern zusätzlich das so entstandene Tupel aus Messwert und Zeitstempel signiert und diese Signatur im rechtlichen Sinne die Richtigkeit des Messwerts zu dem per Zeitstempel signalisierten Zeitpunkt garantiert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Messvorrichtung zum Ermitteln einer Latenzzeit zwischen einer Messung und einer Messwertausgabe vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1, im Anspruch 4 und im Anspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Latenzzeit zwischen einem Messzeitpunkt und einem Zeitpunkt einer Messwertausgabe von der Messeinheit durch eine Messvorrichtung bereitgestellt.
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In einem Schritt wird mindestens ein Messimpuls eines Prüflings (<=> einer Messeinheit) empfangen und ein erster Zeitstempel eines Zeitgebers dem Messimpuls zugeordnet.
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Es wird mindestens ein Datensatz des Prüflings empfangen und ein zweiter Zeitstempel des Zeitgebers dem empfangenen Datensatz zugeordnet.
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Anschließend wird eine Zeitdifferenz zwischen dem ersten Zeitstempel und dem zweiten Zeitstempel ermittelt.
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Der Prüfling kann vorzugsweise eine moderne Messeinrichtung oder eine andere Messeinheit eines aus Messeinheit und Kommunikationseinrichtung bestehenden Messsystems sein. Dabei kann die Messeinheit für das Beispiel Elektrizitäts-Messgerät als ein Stromwandler oder als eine Strommesseinheit ausgeführt sein. Die Messung des Stroms kann insbesondere durch einen Messimpuls initiiert werden und beispielsweise durch Hall-Sensoren oder durch Messwiderstände erfolgen.
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Basierend auf dem gemessenen Strom und der bekannten oder ebenfalls gemessenen Spannung kann die verbrauchte oder erzeugte elektrische Energie durch die Messeinheit unter Beachtung einer korrekten Zeitbasis berechnet werden. Somit entstehen die Messzeitpunkte mit der Bildung des Messwerts in der Messeinheit. Diese Messzeitpunkte werden typischerweise nach außen sichtbar, weil die Messeinheit aus diesen energie-proportionale Impulse erzeugt und diese Impulse an einer Schnittstelle ausgibt.
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Zum weiteren Verarbeiten der Messwerte werden diese an eine Schnittstelle, wie beispielweise eine Kommunikationsschnittstelle weitergeleitet. Durch das Weiterleiten der Messwerte an die Schnittstelle kann die Messwertausgabe erfolgen. Die ermittelten Messwerte können einzeln oder als ein Datensatz ausgegeben werden. Dabei kann der Datensatz in Form eines Tupels, eines Datenpakets, eines Datenarrays und dergleichen ausgegeben werden.
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Die Schnittstelle bzw. die Kommunikationsschnittstelle kann beispielsweise dazu eingesetzt werden, eine Fernauslesung durch ein Energieversorgungsunternehmen durchzuführen. Des Weiteren können Geräte oder Steuereinheiten zum Umsetzen von Automatisierungen und sogenannten Smart Home Funktionen auf die Schnittstelle datenleitend zugreifen.
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Die Schnittstelle kann beispielsweise auf einem Übertragungsstandard, wie beispielsweise Infrarotsignalen, Power Line Kommunikation, serielle Kommunikation, Mobilfunkübertragung und dergleichen, basieren. Dabei kann die Schnittstelle als ein Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) ausgeführt sein oder einen UART aufweisen.
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Die Schnittstelle bzw. die Kommunikationsschnittstelle kann hierbei mit einer Recheneinheit der Messvorrichtung verbunden sein oder in die Recheneinheit integriert sein. Über die Schnittstelle kann neben eine Messwertausgabe auch eine Dateneingabe, beispielsweise durch die Messvorrichtung, durchgeführt werden. Somit können auch Steuerbefehle an das intelligente Messsystem übertragen werden.
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Durch den Zeitgeber kann eine globale bzw. eine allgemein gültige Zeit bereitgestellt werden, die zum Markieren der jeweiligen Messwerte und/oder Messwertpakete dient. Insbesondere können die Messimpulse mit einem ersten Zeitstempel markiert bzw. den jeweiligen Messimpulsen Zeitstempel zugeordnet werden. Die über die Schnittstelle übermittelten Datensätze können ebenfalls mit Zeitstempeln, insbesondere zweiten Zeitstempeln, durch den Zeitgeber versehen werden. Üblicherweise unterscheidet sich die durch den Zeitgeber bereitgestellte Zeit des ersten Zeitstempels von der Zeit des zweiten Zeitstempels. Die Differenz zwischen dem mindestens einen ersten Zeitstempel und dem mindestens einen zweiten Zeitstempel stellt die Latenzzeit bzw. die Zeitverzögerung dar, die zwischen der Messwertbildung und der Messwertausgabe des Messsystems liegt.
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Es kann durch das Verfahren die Latenzzeit bestimmt werden, die gemäß dem Messstellenbetriebsgesetz sowie dem Mess- und Eichgesetz als Nachweis für die Bauartzulassung eines Messsystems notwendig ist.
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Gemäß einer Ausführungsform wird der Messimpuls von einem Taktgeber eines Prüfzählers und/oder von einer Impulsschnittstelle des Prüflings bereitgestellt. Somit kann der Messimpuls von einem internen Impulsgeber des Prüflings bzw. des Messsystems empfangen werden. Die Messimpulse können beispielsweise über eine separate Schnittstelle des intelligenten Messsystems ermittelt bzw. ausgelesen werden. Alternativ oder zusätzlich können die Messimpulse des Messsystems durch einen Sensor der Messvorrichtung ermittelt werden.
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Die Latenzzeit kann besonders vielseitig ermittelt werden, wenn die Zeit zum Erstellen von Zeitstempeln von einem Zeitgeber der Messvorrichtung oder von einem Zeitgeber des Prüflings und/oder eines Prüfzählers bereitgestellt wird. Für die Berechnung der Latenzzeit bzw. einer Zeitdifferenz zwischen dem ersten Zeitstempel und dem zweiten Zeitstempel kann die bereitgestellte Zeit somit von einem beliebigen Zeitgeber bezogen werden.
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Der Zeitgeber kann als eine Hardware oder als eine Software ausgeführt sein. Beispielsweise kann der Zeitgeber einen Schwingquarz, einen Piezoschwinger, einen elektronischen Schwingungsgenerator und dergleichen aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Messvorrichtung zum Ermitteln einer Latenzzeit zwischen einem Messzeitpunkt und einem Zeitpunkt einer Messwertausgabe eines Prüflings bereitgestellt. Die Messvorrichtung weist eine Recheneinheit und eine mit der Recheneinheit verbindbare Schnittstelle zum Empfangen von Datensätzen von mindestens einem Prüfling auf. Des Weiteren weist die Messvorrichtung eine Impulsschnittstelle zum Ermitteln von Messimpulsen des Prüflings und einen zentralen Zeitgeber auf. Erfindungsgemäß ist dem mindestens einem empfangenen Messimpuls und dem mindestens einem empfangenen Datensatz jeweils ein Zeitstempel durch den Zeitgeber zuordenbar, wobei die zugeordneten Zeitstempel zum Ermitteln der Zeitverzögerung einsetzbar sind.
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Die Messvorrichtung kann somit einen zentralen Zeitgeber, eine Schnittstelle zum Empfangen der Datensätze und eine Impulsschnittstelle zur Erfassung von Zählerimpulsen aufweisen. Die Komponenten der Messvorrichtung können beispielsweise in einem einzelnen Gate Array untergebracht werden. Eine Recheneinheit kann den empfangenen Messimpulsen und den Datensätzen entsprechende Zeitstempel zuordnen. Die Zeit für die Zeitstempel wird von dem zentralen Zeitgeber bereitgestellt.
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Insbesondere kann eine zeitliche Differenz aus den zugeordneten Zeitstempeln berechnet werden, die eine Zeitverzögerung bzw. die Latenzzeit bildet. Die Latenzzeit kann durch die Recheneinheit hardwarebasiert und/oder softwarebasiert berechnet werden.
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Vorteilhaft ist hierbei die zentrale Anordnung des Zeitgebers sowie die kombinierte Prüfzähler-Impulserfassung und Empfang der Datensätze über die Schnittstelle in einer einzelnen Vorrichtung. Hierdurch können Fehler in der zeitlichen Zuordnung von Datensätzen bzw. von Datentelegramm-Inhalten und dem Eintreffen der Prüfzähler-Impulsen bis auf Vorrichtungs-interne Signal-Laufzeiten ausgeschlossen werden.
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Die Messvorrichtung kann besonders kompakt aufgebaut sein, wenn die Recheneinheit als ein FPGA oder als ein Mikroprozessor ausgestaltet ist. Insbesondere kann die Messvorrichtung als ein sogenanntes Field Programmable Gate Array (FPGA) oder als ein integrierter Schaltkreis ausgeführt sein. Dabei kann eine logische Schaltung bzw. ein Steuerprogramm in der Recheneinheit hinterlegt und von der Recheneinheit ausführbar sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Recheneinheit als ein Prozessor ausgestaltet sein, wobei das Steuerprogramm auf einem mit der Recheneinheit verbindbaren Speicher gespeichert ist. Die Recheneinheit kann somit auf den Speicher zugreifen und das Steuerprogramm ausführen.
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Nach einer Ausführungsform sind die Schnittstelle und/oder die Impulsschnittstelle direkt oder indirekt mit der Recheneinheit verbindbar. Insbesondere können die Schnittstellen über elektrische Leitungen mit der Recheneinheit verbunden sein oder in die Recheneinheit integriert sein.
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Beispielsweise können die Schnittstellen auf einer gemeinsamen Leiterplatine der Recheneinheit angeordnet sein. Des Weiteren kann der zentrale Zeitgeber und die Schnittstellen auf der als integrierte Schaltung oder als FPGA ausgestalteter Recheneinheit angeordnet sein.
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Die Kommunikation zwischen dem mindestens einen Prüfling und der Messvorrichtung kann besonders flexibel ausgestaltet sein, wenn die Schnittstelle und/oder die Impulsschnittstelle auf einer drahtgebundenen oder einer drahtlosen Datenübertragung basieren. Beispielsweise können die Messimpulse und/oder die Datensätze über eine serielle Schnittstelle, eine Infrarotschnittstelle, eine Mobilfunkübertragung und dergleichen zwischen dem Prüfling und der Messvorrichtung ausgetauscht werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der zentrale Zeitgeber in der Recheneinheit integriert oder mit der Recheneinheit verbindbar. Alternativ oder zusätzlich zu einer Integration des zentralen Zeitgebers in die Recheneinheit und/oder die Messvorrichtung, kann der zentrale Zeitgeber prüflingsseitig oder extern ausgestaltet sein. Beispielsweise kann der zentrale Zeitgeber über eine Kommunikationsverbindung, wie beispielweise eine UMTS oder LTE Verbindung, mit der Messvorrichtung verbindbar sein. Somit können beispielsweise Zeitdaten einer Atomuhr über eine internetfähige Verbindung der Messvorrichtung bereitgestellt werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Steuerprogramm zum Ermitteln einer Zeitverzögerung bereitgestellt, wobei das Steuerprogramm dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
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Das Steuerprogramm kann beispielsweise von einer Recheneinheit der Messvorrichtung oder von einer separaten Recheneinheit ausgeführt werden. Alternativ kann das Steuerprogramm von einer zusätzlichen Recheneinheit bzw. Prozessor ausführbar sein.
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Somit kann eine Steuer- und Auswerte-Software zur Datenkommunikation mit dem Prüfling bereitgestellt werden, die zur Aufnahme der Prüfzähler-Impulse und Bedarfsweise Prüflings-Impulse sowie zur Auswertung und Bewertung der damit gemessenen Latenzzeit eingesetzt werden.
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Das Steuerprogramm kann insbesondere Datentupel aus den von einem zu prüfenden Verbrauchszähler gelieferten Datensätzen bzw. Datentelegrammen und einem zugeordneten Zeitstempel ausbilden. Des Weiteren können entsprechende Datentupel aus den von einem Prüfzähler gelieferten Messimpulsen und einem zugeordneten Zeitstempel erstellt werden.
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Aus den Differenzen der zugeordneten Zeitstempel kann die Latenzzeit durch Differenzbildung ermittelt werden.
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Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Die 1 veranschaulicht in einer schematischen Darstellung eine Anordnung 10. Insbesondere dient die Anordnung 10 zum Verdeutlichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln einer Latenzzeit zwischen einem Messzeitpunkt und einem Zeitpunkt einer Messwertausgabe. Die Anordnung weist einen Prüfling 20 und eine Messvorrichtung 30 gemäß einer Ausführungsform auf.
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Der Prüfling 20 ist entweder als eine Messeinheit oder als ein Messsystem aus Messeinheit und Kommunikationseinrichtung ausgeführt und weist eine Messeinheit 21 zum Ermitteln einer Messgröße (beispielsweise einer verbrauchten oder erzeugten elektrischen Energie) auf. Des Weiteren weist der Prüfling 20 einen Impulsgeber 22, der als Taktgeber und/oder als Zeitgeber ausgebildet sein kann, zum Erzeugen von Messimpulsen sowie eine Datenschnittstelle 31 für die Messwert-Ausgabe als Datentelegramm auf.
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Die Messimpulse werden in einem definierten zeitlichen Abstand erzeugt und als der Messgröße proportionale Impulse von dem Impulsgeber 22 ausgegeben sowie Messgeräte intern an die Messeinheit 21 übertragen. Durch das Empfangen von einem Messimpuls wird die Messeinheit 21 aktiviert, kumuliert die Messgröße bedarfsweise und gibt diese als Datentelegramm an der Schnittstelle 31 aus.
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Die Messvorrichtung 30 ist über Schnittstellen 31, 32 mit dem Prüfling 20 verbunden. Die Messvorrichtung 30 weist hierbei eine erste Schnittstelle 31 zum Empfangen von Datensätzen des Prüflings 20 auf.
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Ein Datensatz kann beispielsweise die ermittelten verbrauchten elektrischen Energien von beispielsweise einer Anzahl an Messungen beinhalten.
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Die zweite Schnittstelle 32 dient zum Empfangen von Messimpulsen des Impulsgebers 22. Somit können die für Messungen initiierende Impulse und die Messwertausgabe in Form der Datensätze von der Messvorrichtung 30 über die Schnittstellen 31, 32 empfangen werden.
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Die Messvorrichtung 30 weist eine Recheneinheit 33 auf, die mit den Schnittstellen 31, 31 datenleitend verbunden ist. Die Recheneinheit 33 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel als ein Field Programmable Gate Array bzw. FPGA ausgeführt und weist ein gespeichertes Steuerprogramm 40 auf.
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Des Weiteren weist die Messvorrichtung 30 einen zentralen Zeitgeber 34 auf. Der zentrale Zeitgeber 34 ist dazu eingerichtet eine fortlaufende Zeit zu generieren und Zeitstempel 35, 36 empfangenen Datensätzen bzw. Impulsen zu zuordnen.
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Mittels des zentralen Zeitgebers 34 kann den durch die Impulsschnittstelle 32 empfangenen Impulsen ein erster Zeitstempel 35 mit einer ersten Zeit zugeordnet werden. Der Impuls kann beispielsweise als ein Spannungsverlauf oder als ein binärer oder dezimaler Wert von der Messvorrichtung 30 empfangen werden.
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Den über die Schnittstelle 31 empfangenen Datensätzen kann über einen zweiten Zeitstempel 36 eine zweite Zeit des Zeitgebers 34 zugeordnet werden.
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Die zugeordneten Zeitstempel 35, 36 weisen gemäß dem Ausführungsbeispiel Zeiten auf, die zumindest geringfügig voneinander abweichen. Die Zuweisung der Zeitstempel 35, 36 kann hierbei hardwarebasiert durch die Recheneinheit 33 oder softwarebasiert durch das Steuerprogramm 40 durchgeführt werden.
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Des Weiteren kann einem oder mehreren über die Impulsschnittstelle 32 empfangenen Impulsen ein oder mehrere über die Schnittstelle 31 empfangene Datensätze zugeordnet werden. Die Zuordnung kann beispielsweise durch Kenntnis der zeitlichen Abstände der Messimpulse erfolgen.
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Hierbei kann das Steuerprogramm 40 auch eine aktive Datenverbindung zum Prüfling 20 aufbauen. Die von dem Prüfling 20 gelieferten Datensätze bzw. Datentelegramme können durch das Steuerprogramm 40 ausgewertet werden und Datentupel aus den Datensätzen und den zugeordneten zweiten Zeitstempeln 36 gebildet werden. Die Datensätze können beispielsweise die verbrauchten elektrischen Energien in Form von Zählerständen enthalten.
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Darüber hinaus werden die empfangenen Messimpulse ebenfalls mit jeweils ersten Zeitstempeln 35 markiert. Die Zuordnung der ersten Zeitstempel 35 kann in Form von einer Generierung von Datentupeln mit einem ersten Zeitstempel 35 und entsprechenden Messimpulsen erfolgen.
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Das Steuerprogramm 40 kann anschließend die Zeitstempel 35, 36 der Messimpulse und der Messwertausgabe auswerten. Insbesondere kann eine Auswertung der zugeordneten Zeiten zwischen der impuls-Erfassung der Prüfzähler-Impulse oder einer Anzahl an empfangenen Prüfzähler-Impulsen und den Zeiten der über die Schnittstelle 31 ausgegebenen Datensätzen durchgeführt werden.
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Bei der Auswertung können von dem Steuerprogramm 40 und/oder von der Recheneinheit 33 die Differenzen aus den zugeordneten Zeiten des zentralen Zeitgebers 34 berechnet werden. Die entsprechenden Differenzen der Zeitstempel 35, 36 bilden hierbei die Latenzzeit zwischen der Messwerterfassung und der Messwertausgabe des Prüflings.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Anordnung
- 20
- Prüfling / intelligentes Messsystem
- 21
- Messeinheit
- 22
- Impulsgeber
- 30
- Messvorrichtung
- 31
- erste Schnittstelle / Kommunikationsschnittstelle
- 32
- zweite Schnittstelle / Impulsschnittstelle
- 33
- Recheneinheit
- 34
- zentraler Zeitgeber
- 35
- erste Zeitstempel
- 36
- zweiter Zeitstempel
- 40
- Steuerprogramm
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2017/0160124 A1 [0004]
