DE2939482A1

DE2939482A1 - Capacitor discharge electronic single-phase electricity meter - has stabilised direct voltage supply providing reference voltage for calibration

Info

Publication number: DE2939482A1
Application number: DE19792939482
Authority: DE
Inventors: Artur Dr.-Ing. 8501 Schwaig Seibt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-09-28
Filing date: 1979-09-28
Publication date: 1981-04-09

Abstract

An electronic single-phase electricity meter operating on the capacitor discharge principle has a time division multiplexer multiplying the load voltage and a signal proportional to the current. The integrated current signal is compared with two limit values and a pulsed signal derived whose pulse frequency is proportional to power. Its circuitry is simplified compared to conventional arrangements so as to make it more economical and compact. Its direct voltage supply source has a precision voltage regulator in one or both branches. The stabilised direct voltage output acts as a reference voltage for all the calibration defining circuit elements. An operational amplifier comparator circuit is used. This drives an EXCLUSIVE-OR gate via a diode. The other gate input is connected to the reference potential and its output to the comparator positive input.

Description

Elektronischer Einphasenelektrizitätszähler nach demElectronic single-phase electricity meter according to the

Kondensatorumladeverfahren Die Erfindung betrifft einen elektronischen Einphaser.-elektrizitätszähler nach dem Kondensatorumladeverfahren, mit einem Time-Division-Mulitplizierer zur Erzeugung eines dem Produkt von Verbraucherspannung und -strom proportionalen Stromsignals, mit einem Integrator zur Integration des Stromsignals und mit einem nachfolgenden Komparator mit zwei Grenzwerten zur Erzeugung eines Impulszuges mit leistungsproportionaler Frequenz, wobei die Impulse des Impulszuges in einer Zähleinrichtung erfaßbar sind und mit einer Gleichspannungsversorgungsquelle zur Speisung der elektronischen Bauelemente.Capacitor recharging method The invention relates to an electronic one Single-phase electricity meter based on the capacitor recharging process, with a time division multiplier to generate one proportional to the product of consumer voltage and current Current signal, with an integrator for integrating the current signal and with a following comparator with two limit values for generating a pulse train with power-proportional frequency, the pulses of the pulse train in a counter are detectable and with a DC voltage supply source for feeding the electronic Components.

Ein derartiger Zähler ist aus der DE-OS 27 47 385 bekannt. In dieser Veröffentlichung ist bereits das Kondensatorumladeverfahren im Detail beschrieben.Such a counter is known from DE-OS 27 47 385. In this Publication has already described the capacitor recharging process in detail.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art schaltungstechnisch so zu vereinfachen, daß sie kostengünstiger und kompakter erstellbar ist.The invention is based on the object of an arrangement of the initially mentioned type in terms of circuitry so simplify that they are more cost-effective and can be made more compact.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gleichspannungsversorgungsquelle mindestens in einem Spannungszweig einen Präzisionsspannungsregler aufweist und daß die stabilisierte Versorgungsgleichspannung bei allen die Eichung bestimmenden Schaltungsteilen als Referenzspannung dient. So kann sie zur Vorgabe mindestens eines Grenzwertes des Komparators verwendet sein. Damit können die teueren Referenzdioden am Komparator ersatzlos entfallen.The object is achieved according to the invention in that the DC voltage supply source has a precision voltage regulator in at least one voltage branch and that the stabilized DC supply voltage determines the calibration for all Circuit parts serves as a reference voltage. So it can be at least as a default a limit value of the comparator can be used. This allows the expensive reference diodes omitted on the comparator without replacement.

Es ist vorteilhaft, wenn der Präzisionsspannungsregler im positiven Spannungszweig der Gleichspannungsversorgungsquelle liegt. Alle die Eichung bestimmenden Schaltungsteile sind an die positive Versorgungsgleichspannung angeschlossen, die damit zugleich eine Referenzspannung darstellt.It is beneficial if the precision voltage regulator is in the positive Voltage branch of the DC voltage supply source is located. All determining the calibration Circuit parts are connected to the positive DC supply voltage, the thus at the same time represents a reference voltage.

In einer bevorzugten Ausführungsform dient als Komparator eine Operationsverstärkerschaltung, deren Ausgangssignal über eine Diode am einen Eingang eines logischen Schaltkreises liegt, dessen anderer Eingang mit dem Bezugspotential verbunden ist und dessen Ausgangssignal über einen Widerstand am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers liegt, der über einen weiteren Widerstand mit dem Bezugspotential verbunden ist. Es ist vorteilhaft, wenn als logischer Schaltkreis ein CMOS-Exklusiv-ODER-Gatter dient. Je nach Schaltzustand des logischen Schaltkreises steht an dessen Ausgang entweder die stabilisierte Versorgungsgleichspannung oder Nullpotential an. Damit sind am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers in Komparatorbeschaltung als präzise Grenz- werte einerseits das Nullpotential, andererseits ein festlegbarer Anteil der stabilisierten Versorgungsgleichspannung vorhanden. Damit sind durch einfache Mittel präzise Grenzwerte des Komparators vorgegeben.In a preferred embodiment, an operational amplifier circuit is used as the comparator, their output signal via a diode at one input of a logic circuit whose other input is connected to the reference potential and whose output signal is is connected to the non-inverting input of the operational amplifier via a resistor, which is connected to the reference potential via another resistor. It is advantageous if a CMOS exclusive OR gate is used as the logic circuit. Depending on the switching status of the logic circuit, either the stabilized DC supply voltage or zero potential. So are on non-inverting input of the operational amplifier in comparator circuit as precise limit values on the one hand the zero potential, on the other hand a definable proportion of the stabilized DC supply voltage is available. Precise limit values of the comparator are thus specified by simple means.

Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß ein zweiter logischer Schaltkreis vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal zu dem des ersten logischen Schaltkreises komplementär ist, daß die Ausgänge beider logischer Schaltkreise über die Reihenschaltung eines Verdopplerkondensators eines Schrittmotors zum Antrieb eines Zählwerkes verbunden sind und daß die Frequenz des Ausgangssignals des Komparators so bemessen ist, daß sie die maximale Schrittfrequenz des Schrittmotors nicht übersteigt. Durch Hinzunahme des zweiten logischen Schaltkreises ist damit eine einfache Steuerung des Schrittmotors ermöglicht, wobei bei Jedem Signalwechsel einer der beiden logischen Schaltkreise ein Steuerimpuls am Schrittmotor ansteht, dessen Signalpegel druch den Verdopplungskondensator der doppelten Ausgangsspannung der logischen Schaltkreise entspricht. Damit erfolgt eine saubere impulsweise Ansteuerung des Schrittmotors. Durch die Abstimmung der Frequenz des Ausgangssignals des Komparators auf die maximale Schrittfrequenz des Schrittmotors wird ein Frequenzteiler für den Antrieb des Motors bzw. der Zähleinrichtung überflüssig. Die Frequenzabstimmung kann beispielsweise über die geeignete Wahl der Kapazität des Integrationskondensators des Integrators oder durch die geeignete Bemessung der Eingangsströme des Integrators erfolgen.A preferred embodiment is that a second logical Circuit is provided whose output signal to that of the first logic circuit It is complementary that the outputs of both logic circuits via the series connection a doubler capacitor of a stepper motor for driving a counter are and that the frequency of the output signal of the comparator is such that it does not exceed the maximum step frequency of the stepper motor. By adding of the second logic circuit is thus a simple control of the stepper motor allows, with each signal change one of the two logic circuits a control pulse is applied to the stepper motor, the signal level of which is due to the doubling capacitor corresponds to twice the output voltage of the logic circuits. So it takes place a clean, pulsed control of the stepper motor. By voting the Frequency of the output signal of the comparator to the maximum step frequency of the Stepper motor becomes a frequency divider for driving the motor or the counting device superfluous. The frequency tuning can, for example, be based on the appropriate choice the capacitance of the integrator's integration capacitor or by the appropriate one Dimensioning of the input currents of the integrator.

Es ist vorteilhaft, wenn auch der zweite logische Schaltkreis ein CMOS-Exklusiv-ODER-Gatter ist, dessen einer Eingang mit dem einen Eingang des ersten logischen Schaltkreises verbunden ist und dessen anderer Eingang mit der positiven Speisespannung verbunden ist.It is advantageous if the second logic circuit is also one CMOS exclusive-OR gate, one input of which is connected to one input of the first logical Circuit is connected and its other input to the positive supply voltage connected is.

Da die Ansteuerimpulse für den Motor alternierend entgegengesetzte Stromflußrichtung aufweisen, ist es vorteilhaft, wenn der Schrittmotor ein polarisierter Synchronmotor ist, der durch derartige Ansteuerimpulse ohne weitere Maßnahmen um jeweils einen Schritt in derselben Richtung weitergeschaltet wird.Because the control pulses for the motor are alternately opposite Have current flow direction, it is advantageous if the stepper motor is a polarized one Synchronous motor, which by such control pulses without further measures is switched one step further in the same direction.

Um in allen Fällen ein einwandfreies Arbeiten des erfindungs gemäßen Einphasen-Elektriz itäts zählers sicherzustellen, ist es günstig, wenn die zeitlichen Zusammenhänge so gewählt sind, daß der Stromimpuls des Schrittmotors jeweils auf unbedeutende Werte abgeklungen ist, wenn das Eingangssignal des Komparators sich einem Grenzwert nähert. Damit sind Rückwirkungen des Motorbetriebs auf die Grenzwerte des Komparators ausgeschlossen.In order to ensure proper work of the fiction, in all cases To ensure single-phase electricity meter, it is beneficial if the temporal Relationships are chosen so that the current pulse of the stepper motor on each insignificant values decayed when the input signal of the comparator turned up approaches a limit value. This means that engine operation has repercussions on the limit values of the comparator excluded.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß als Tastverhältnismodulator für den Time-Division-Multiplizierer ein weiterer Integrator und ein nachgeschalteter, weiterer Komparator dient, wobei zum Schalten des Referenzstromes für den Eingang des Tastverhältnismodulators ein CMOS-Ausgang verwendet ist. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn als Integrator eine Operationsverstärkerschaltung dient, wenn der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers mit dem Bezugspotential verbunden ist, wenn am invertierenden Eingang ein Widerstand angeschlossen ist, dessen freier Kontakt mit dem Ausgangsstrom eines dem Verbraucherstrom zugeordneten Verstärkers und ferner mit dem Referenzstrom beaufschlagt ist und wenn der freie Kontakt schließlich über einen Widerstand mit der negativen Versorgungsspannung verbunden ist. Hierbei wird wiederum der Vorteil einer sehr stabilen Versorgungsgleichspannung als Referenzspannung genutzt, da über sie ein konstanter Referenzstrom für den weiteren Integrator vorgebbar ist, dessen Wert und Konstanz von erheblicher Bedeutung für die Meßgenauigkeit des erfindungsgemäßen Einphasenelektrizitätszählers ist.Another advantageous embodiment is that as a duty cycle modulator for the time division multiplier an additional integrator and a downstream, Another comparator is used to switch the reference current for the input of the duty cycle modulator a CMOS output is used. Here it is advantageous if an operational amplifier circuit is used as the integrator, if the non-inverting one The input of the operational amplifier is connected to the reference potential when on inverting input a resistor is connected, whose free contact with the output current of an amplifier assigned to the consumer current and further is applied with the reference current and if the free contact finally connected to the negative supply voltage via a resistor is. This again has the advantage of a very stable DC supply voltage used as a reference voltage because it provides a constant reference current for the other Integrator is predeterminable, whose value and constancy of considerable importance for is the measurement accuracy of the single-phase electricity meter according to the invention.

Es ist vorteilhaft, wenn zur Gewinnung des Referenzstromes das Ausgangs signal des weiteren Komparators über eine Diode mit dem einen Eingang eines CMOS-Exklusiv-ODER-Gatters verbunden ist, dessen anderer Eingang mit dem Bezugspotential verbunden ist, und wenn das Ausgangssignal des CMOS-Exklusiv-ODER-Gatters über einen Widerstand am freien Kontakt des am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers des weiteren Integrators angeschlossenen Widerstandes ansteht.It is advantageous if the output signal of the further comparator via a diode with one input of a CMOS exclusive OR gate is connected, the other input of which is connected to the reference potential, and when the output of the CMOS Exclusive OR gate through a resistor on free contact of the at the inverting input of the operational amplifier further Integrator connected resistor is present.

Der Einsatz zahlreicher CMOS-Exklusiv-ODER-Gatter ist kaum kostenrelevant, da jeweils vier derartige Schaltglieder als eine Baueinheit vertrieben werden.The use of numerous CMOS exclusive OR gates is hardly relevant to costs, since four such switching elements are sold as a single unit.

Es ist günstig, wenn alle wesentlichen Offsetspannungen der einzelnen Operationsverstärker einzeln auf Null gestellt sind. Damit ist eine einwandfreie Messung auch dann ermöglicht, wenn der eingangsseitige Verbraucherstrom oder die Verbraucherspannung Gleichanteile enthalten.It is advantageous if all the essential offset voltages of the individual Operational amplifiers are individually set to zero. This is a flawless one Measurement also enabled when the input-side consumer current or the Load voltage contain DC components.

Es ist ferner günstig, wenn als 02erationsverstärker Verstärker mit FET-Eingang eingesetzt sind, da sie aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften eine höhere Meßgenauigkeit ermöglichen.It is also beneficial if an amplifier is used as the generation amplifier FET input are used because of their excellent properties enable a higher measurement accuracy.

Die Erindung wird im folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbelspieles näher erläutert.The invention is shown below with reference to one in the figure Ausführungsbelspieles explained in more detail.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist die Gleichspannungsversorgungsquelle bezeichnet, die eingangsseitig an den Nulleiter 0 sowie den mit R bezeichneten Phasenleiter eines Wechselstromnetzes angeschlossen ist. ober den Transformator 2, Dioden 3 und 4 sowie Glättungskondensatoren 5 und 6 und parallel liegende Stabilisierungsdioden 7 und 8 wird in an sich bekannter Weise eine Gleichspannung erzeugt. In der die positive Spannung führenden Leitung 9 sowie in der die negative Spannung führenden Leitung 10 sind Spannungsregler 11 und 12 angeordnet, an deren Ausgangsklemmen 13 und 14 die positive Versorgungsgleichspannung +UB und die negative Versorgungsgleichspannung -U3 abnehmbar sind. Bemerkenswert ist bei dieser Gleichspannungsversorgungsquelle 1, daß der Spannungsregler 11, der der positiven Versorgungsspannung +UB zugeordnet ist, als Präzisionsspannungsregler ausgebildet ist. Derartige Präzisionsspannungsregler sind als integrierte Bauteile im Handel erhältlich. Der in der die negative Versorgungsgleichspannung führenden Leitung angeordnete Spannungsregler 12 kann alternativ oder zusätzlich zu dem Gleichspannungsregler 11 als Präzisionsgleichspannungsregler ausgebildet sein. Die Versorgungsgleichspannung + UB dient zur Speisung der elektronischen Komponenten des erfindungsgemäßen elektronischen Einphasen-Elektrizitätszählers.The reference number 1 denotes the DC voltage supply source, the input side to the neutral conductor 0 and the phase conductor labeled R connected to an alternating current network. above the transformer 2, diodes 3 and 4 as well as smoothing capacitors 5 and 6 and stabilizing diodes in parallel 7 and 8, a direct voltage is generated in a manner known per se. In which the positive voltage leading line 9 as well as in the leading the negative voltage Voltage regulators 11 and 12 are arranged on line 10, at their output terminals 13 and 14 the positive DC supply voltage + UB and the negative DC supply voltage -U3 are removable. What is remarkable about this DC voltage supply source 1 that the voltage regulator 11 is assigned to the positive supply voltage + UB is designed as a precision voltage regulator. Such precision voltage regulators are commercially available as integrated components. The one in which the negative DC supply voltage voltage regulator 12 arranged leading line can alternatively or additionally to the DC voltage regulator 11 designed as a precision DC voltage regulator be. The DC supply voltage + UB is used to supply the electronic components of the single-phase electronic electricity meter of the present invention.

In der Phasenleitung R eines Verbrauchers 15 ist ein Meßwiderstand 16 mit einem niedrigen Widerstandswert angeordnet, an dem als Spannungsabfall eine dem Verbraucherstrom proportionale Größe abgenommen wird.In the phase line R of a load 15 is a measuring resistor 16 arranged with a low resistance value, at which a voltage drop the consumer current proportional size is removed.

Diese Grobe wird über den Widerstand 17 und der Spannungsbegrenzung dienende Dioden 18 und 19 einem Vorverstärker 20 zugeführt. Dieser Vorverstärker 20 ist in üblicher Weise als geeignet beschalteter Operatiosverstärker 21 ausgeführt. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 21 ist über einen Widerstand 22 mit dem Bezugspotential verbunden. Ferner ist der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 21 über einen Widerstand 23 mit dem Abgriff eines Potentiometers 24 verbunden, das zwischen den Polen +UB und UB der Versorgungsgleichspannung liegt.This coarse is determined by the resistor 17 and the voltage limit Serving diodes 18 and 19 are fed to a preamplifier 20. This preamp 20 is designed in the usual way as a suitably wired operational amplifier 21. The non-inverting input of operational amplifier 21 is through a resistor 22 connected to the reference potential. Also is the non-inverting input of the operational amplifier 21 via a resistor 23 with the tap of a potentiometer 24 connected, which is between the poles + UB and UB of the DC supply voltage.

Über das Potentiometer 24 kann der Offset-Spannungsabgleich für den Operationsverstärker 21 durchgeführt werden.Using the potentiometer 24, the offset voltage adjustment for the Operational amplifier 21 are performed.

Das Ausgangssignal des Vorverstärkers 20 ist über einen Widerstand 25 dem Eingang des Tastverhältnismodulators 26 zugeführt. Der Tastverhältnismodulator 26 umfaßt einen Integrator 27 auf der Basis einer bekannten Operationsverstärkerbeschaltung sowie einen nachgeschalteten Komparator 28.The output signal of the preamplifier 20 is via a resistor 25 fed to the input of the pulse duty factor modulator 26. The duty cycle modulator 26 comprises an integrator 27 based on a known operational amplifier circuit as well as a downstream comparator 28.

Der Integrator 27 besteht aus einem Operationsverstärker 29, dessen nichtinvertierender Eingang auf Bezugspotential gelegt ist. Der invertierende Eingang ist über einen Widerstand 30 mit einem Summenpunkt 31 verbunden.The integrator 27 consists of an operational amplifier 29, whose non-inverting input is connected to reference potential. The inverting input is connected to a summing point 31 via a resistor 30.

Der Summenpunkt 31 bildet den Eingang des Tastverhältnismodulators, d. h. ihm wird der Strom iM vom Vorverstärker 20 zugeführt. Darüberhinaus ist der Summenpunkt über den Widerstand 32 mit der negativen Versorgungsgleichspannung -UB verbunden, so daß in diesem Zweig der Strom i fließt. Darüberhinaus ist dem Summenpunkt 31 der Referenzstrom iRef zugeführt. Schließlich ist der Summenpunkt 31 über den Integrationskondensator 33 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 29 verbunden.The sum point 31 forms the input of the duty cycle modulator, d. H. the current iM from the preamplifier 20 is fed to it. In addition, the Sum point across resistor 32 with negative DC supply voltage -UB connected so that the current i flows in this branch. Beyond that is the sum point 31 the reference current iRef is supplied. Finally, the summing point 31 is over the Integration capacitor 33 is connected to the output of the operational amplifier 29.

Der Referenzstrom 1Ref wird über den Widerstand 34 aus der Ausgangs spannung eines CMOS-Exklus iv- ODER-Gatte rs 35 hergeleitet. Da dieses Exklusiv-ODER-Gatter 35 mit der hochstabilisierten positiven Versorungsgleichspannung UB gespeist ist, ist seine Ausgangsspannung ebenfalls außerordentlich stabil, so daß sie die Funktion einer Referenzspannung übernehmen kann. Damit genügt der Referenzstrom iRef den an ihn gestellten hohen Anforderungen bezüglich Konstanz.The reference current 1Ref is output via the resistor 34 voltage of a CMOS exclusive iv OR gate rs 35 derived. Because this exclusive-OR gate 35 is fed with the highly stabilized positive DC supply voltage UB, its output voltage is also extremely stable, so that it can function can take over a reference voltage. The reference current iRef is thus sufficient The high demands placed on him in terms of consistency.

Das Ausgangssignal des Integrators 27 steht über einen Widerstand 36 am invertierenden Eingang des als Komparator 28 beschalteten Operationsverstärkers 37 an.The output signal of the integrator 27 is available via a resistor 36 at the inverting input of the operational amplifier wired as a comparator 28 37 at.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 37 ist über den Widerstand 38 auf den nicht invertierenden Eingang zurückgeführt, wobei der nichtinvertierende Eingang über den Widerstand 39 mit dem Bezugspotential verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 37 ist über eine Diode 40 sowie einen Widerstand 41 mit dem Bezugspotential verbunden. Das Ausgangssignal der Diode 40 steht am einen Eingang des CMOS-Exklusiv-ODER-Gatters 35 an, dessen anderer Eingang auf Bezugspotential liegt. Die Diode 40 dient dazu, das negative Ausgangssignal des Komparators 28 abzuschneiden, so daß an dem einen Eingang des CMOS-Exklusiv-ODER-Gatters 35 alternierend das positive Ausgangssignal des Komparators 28 oder annähernd Nuilpotential ansteht.The output of the operational amplifier 37 is through the resistor 38 fed back to the non-inverting input, the non-inverting Input is connected to the reference potential via the resistor 39. The exit of the operational amplifier 37 is via a diode 40 and a resistor 41 with connected to the reference potential. The output signal of the diode 40 is at one input of the CMOS exclusive OR gate 35, the other input of which is at reference potential lies. The diode 40 serves to cut off the negative output signal of the comparator 28, so that at one input of the CMOS exclusive OR gate 35 alternately the positive Output signal of the comparator 28 or approximately zero potential is present.

Das Ausgangssignal der Diode 40 stellt das Ausgangssignal des Tastverhältnismodulators 26 dar. Sein Tastverhältnis ist poportional zur Größe des Verbraucherstromes moduliert. Mit diesem Ausgangssignal des Tastverhältnismodulators 26 ist in aus der DE-OS 27 47 385 bekannten Weise der eie Eingang des CMOS-Exklusiv-ODER-Gjtt'jrs 42 beaufschlagt, durch dessen Ausgangssignal der FET-Schalter 43 in der Spannungseingangsschalung 44 gesteuert wird. Die SpannungseingangsschaltlXng 44 ist ebenfalls aus der erwähnten D -OS 27 47 3b5 bekannt. Sie ist eingangsseitig zur Erzeugung der der Verbraucherspannung proportionalen Ströme 11 bzw. -2 il 2 direkt über die Vorwiderstände 45 und 46 an den N, leiter des Wechselspannungsnetzes angeschlossen.The output of diode 40 represents the output of the duty cycle modulator 26. Its duty cycle is modulated poportional to the size of the consumer current. With this output signal of the duty cycle modulator 26 is from DE-OS 27 47 385 the one input of the CMOS Exclusive-OR-Gjtt'jrs 42 is applied, through its output signal the FET switch 43 in the voltage input circuit 44 is controlled. The voltage input circuit 44 is also from the aforementioned D -OS 27 47 3b5 known. On the input side, it is used to generate the consumer voltage proportional currents 11 and -2 il 2 directly via the series resistors 45 and 46 connected to the N, conductor of the AC voltage network.

Das Ausgangssignal der Spannungseingangsschaltung 44 steht über einen Widerstand 48 am invertierenden Eingang des als Integrator 47 beschalteten Operationsverstärkers 49 an. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 49 ist über einen Widerstand 50 auf Bezugspotentional gelegt. Ferner ist der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 49 über einen Widerstand 51 mit dem Abgriff eines Potentiometers 52 verbunden, das zwischen den beiden Polen +UB und -UB der Versorgungsgleichspannungsquelle lift.The output signal of the voltage input circuit 44 is via a Resistor 48 at the inverting input of the operational amplifier wired as integrator 47 49 at. The non-inverting input of operational amplifier 49 is via a Resistor 50 placed on reference potential. Also is the non-inverting input of the operational amplifier 49 via a resistor 51 with the tap of a potentiometer 52 connected between the two poles + UB and -UB of the DC supply voltage source lift.

Über den Abgriff des einstellbalen Widerstandes 52 ist der Abgleich der Offsetspannung für den Operationsverstärker 49 ermöglicht.The adjustment is carried out via the tap of the adjustable resistor 52 the offset voltage for the operational amplifier 49 allows.

Das Ausgangssignal des Integrators 47 steht über den Widerstand 54 am invertierenden Eingang des als Komnarator beschalteten Operationsverstärkers 55 an. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 55 ist über einen Festwiderstand 56 sowie einen einstellbaren Widerstand 57 auf Bezugspotential gelegt.The output signal of the integrator 47 is available via the resistor 54 at the inverting input of the operational amplifier wired as a comparator 55 at. The non-inverting input of operational amplifier 55 is via a Fixed resistor 56 and an adjustable resistor 57 placed on reference potential.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 55 ist über eine Diode zur Unterdrückung der negativen Ausgangsspanrurg des Operationsverstärkers 55 und einen in Reihe liegenden Widerstand 59 mit dem Bezugspotential verbunden.The output of the operational amplifier 55 is via a diode for suppression the negative output voltage of the operational amplifier 55 and one in series Resistor 59 connected to the reference potential.

Der Verbindungspunkt 50 zwischen der Diode 58 und dem Widerstand 59 ist mit dem einen Eingang des als logischer Schaltkreis eingesetzten C>lOS-Exklusiv-ODER-Gotters 61 verbunden. Der andere Eingang des Exklusiv-ODER-Gatters 61 liegt auf Bezugspotential. Der Ausgang des Lxklusiv-ODER-Gatters 51 ist über einen Widerstand 62 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 55 verbunden. Da das erwähnte CMOS-Exklusiv-ODER-Gatter 61 von der hochpräzisen positiven Versorgungsgleichspannung U3 gespeist ist, liefert es zwei bezüglich ihrer Größe außerordentlich genaue alternierende Ausgangsgleichspannungssignaie, die zur Vorgabe der Grenzwerte für den Komparator 53 dienen. Durch den einstellbaren Widerstand 57 kann der obere, positive Grenzwert des Komparators sehr genau eingestellt werden. Der untere Grenzwert des Komparators 53 entspricht dem Bezugspotential. Damit werden Referenzdioden zur Vorgabe zweier präziser Grenzwerte überflüssig, so daß Kosten eingespart werden können. Durch die Wahl des Bezugspotentials als unterer Grenzwert des Komparators 53 kann auf einen negativen Spannungsgrenzwert und die dafür benötigte Referenzdiode verzichtet werden. Durch die gestrichelt eingezeichnete Diode 70 am Ausgang des CMOS-Exklusiv-ODER-Gatters 61 kann eine Temperaturkompensation des CMOS-p-Kanal-Ausgangstransistors des Exklusiv-ODER-Gatters 61 erreicht werden.The connection point 50 between the diode 58 and the resistor 59 is with one input of the C> IOS exclusive-OR god used as a logic circuit 61 tied together. The other input of the exclusive OR gate 61 is at reference potential. The output of the exclusive-OR gate 51 is connected to the non-inverting through a resistor 62 Input of the operational amplifier 55 connected. Because the aforementioned CMOS Exclusive-OR gate 61 is fed by the high-precision positive DC supply voltage U3, supplies there are two alternating output DC voltage signals that are extraordinarily precise in terms of their size, which are used to specify the limit values for the comparator 53. The adjustable Resistor 57 can set the upper, positive limit value of the comparator very precisely will. The lower limit value of the comparator 53 corresponds to the reference potential. This means that reference diodes for specifying two precise limit values are superfluous. so that costs can be saved. By choosing the reference potential as The lower limit value of the comparator 53 can be set to a negative voltage limit value and the reference diode required for this can be dispensed with. Drawn by the dashed line Diode 70 at the output of the CMOS exclusive OR gate 61 can provide temperature compensation of the CMOS p-channel output transistor of the exclusive-OR gate 61 can be achieved.

Zur Kumulation der Einzelimpuise des Ausgangssignals des Komparators 53 und damit zur Erfassung des Energieverbrauchs ist eine Zähleinrichtung erforderlich. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß neben dem C!'iOJ-Exki.usiv-ODER-Gatter 5; ein zweites derartiges Gatter 63 vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal zu dem des ersten Exklusiv-ODER-Gatters 61 komplementär ist.For the accumulation of the individual impulses of the output signal of the comparator 53 and thus for recording the energy consumption, a counter is required. According to the invention, this is done in that, in addition to the C! 'IOJ-Exki.usiv-OR gate 5; a second such gate 63 is provided, the output of which to the of the first exclusive-OR gate 61 is complementary.

Zu diesem Zweck ist das Ausgangssignal der Diode 58 mit dem einen Eingang des zweiten CMOS-Exklusiv-ODER-Gatters 63 verbunden, wohingegen der andere Eingang dieses Gatters durch die positive Versorgungsgleichspannung +UB gespeist ist. Die Ausgänge der beiden Exklusiv-ODER-GatFer 61 und 63 sind über einen erdopplerkondensator 64 und einen Schrittmotor 65 miteinander verbunden. Der Verdopplerkondensator 64 kann als bipolarer Elektrolytkondensator ausgeführt satin.To this end, the output of diode 58 is with one Input of the second CMOS exclusive-OR gate 63 connected, whereas the other entry this gate by the positive DC supply voltage + UB is fed. The outputs of the two exclusive-OR gates 61 and 63 are over a doubling capacitor 64 and a stepping motor 65 are connected to each other. Of the Doubling capacitor 64 can be implemented as a bipolar electrolytic capacitor satin.

Bei jedem synchronen Signalwechsel der beiden Exklusiv-ODER-Gatter 61 und 63, wobei die Ausgangssignale der beiden Gatter jeweils komplementär sind, kommt es zu einem impulsartigen Stromfluß durch den Schrittmotor 65, wodurch dieser Schrittmotor jeweils um einen Schritt weitergeschaltet wird.With each synchronous signal change of the two exclusive OR gates 61 and 63, the output signals of the two gates being complementary, there is a pulse-like flow of current through the stepping motor 65, whereby this Stepper motor is switched one step at a time.

Mit der Motorwelle ist ein mechanisches Zählwerk verbunden, durch das der kumulierte Wert der leistungsproportionalen Ausgangs impulse des Komparators 53 zur Anzeige gebracht wird. Da jeweils zwei aufeinanderfolgende Stromimpulse zur Weiterschaltung des Schritt motors entgegengesetzte Stromflußrichtung aufweisen, ist der Einsatz eines polarisierten Synchronmotors als Schrittmotor 65 vorteilhaft, da dieser durch derartige Impulse ohne weitere Maßnahmen immer in dieselbe Richtung weitergeschaltet wird. Der Verdopplungskondensator 64 ist so dimensioniert, daß der Motorstromimpuls jeweils auf einen unbedeutenden Wert abgeklungen ist, wenn das über den Widerstand 54 am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 55 anstehende Eingangssignal sich einem Grenzwert nähert.A mechanical counter is connected to the motor shaft that is the cumulative value of the power-proportional output pulses of the comparator 53 is brought to the display. Since there are two consecutive current pulses for The stepping motor is switched on in the opposite direction of current flow, the use of a polarized synchronous motor as stepper motor 65 is advantageous, because this type of impulse always goes in the same direction without any further measures is advanced. The doubling capacitor 64 is dimensioned so that the motor current pulse has decayed to an insignificant value, if that via the resistor 54 at the inverting input of the operational amplifier 55 pending input signal is approaching a limit value.

Damit ist eine Beeinflussung der Schaltgenauigkeit des Komparators 53 über motoransteuerungsbedingte Schwankungen der Grenzwerte ausgeschlossen.This affects the switching accuracy of the comparator 53 due to fluctuations in the limit values due to motor control are excluded.

Erfindungsgemäß ist die Frequenz der Ausgangsimpuise des Komparators 53 so auf die maximale Schrittfrequenz des Schrittmotors 65 abgestimmt, daß in allen Betriebs- fällen die maximale Betriebsfrequenz des Schrittmotors 65 nicht überschritten wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Integrationskondensator 66 des Integrators 47 hinreichend groß ist. Eine andere Möglichkeit, um die Ausgangsfrequenz des Komparators 53 hinreichend klein zu halten, besteht darin, hinreichend große Werte für die Vorwiderstände 45 und 46 der Spannungseingangsschaltung auszuwählen. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß das Ausgangssignal der Diode 58 ebenfalls - wie aus der bereits mehrfach erwähnten DE-OS 27 47 385 bekannt ist - am anderen Eingang des den FET-Schalter 43 steuernden CMOS-Exklusiv-ODER-Gatters 42 ansteht.According to the invention, the frequency is the output pulse of the comparator 53 so tuned to the maximum step frequency of the stepping motor 65 that in all Operational fall the maximum operating frequency of the stepper motor 65 is not exceeded. This can be done, for example, in that the Integration capacitor 66 of integrator 47 is sufficiently large. Another Possibility to keep the output frequency of the comparator 53 sufficiently small, is to use sufficiently large values for the series resistors 45 and 46 of the voltage input circuit to select. For the sake of completeness it should be mentioned that the output signal of the Diode 58 also - as known from DE-OS 27 47 385, which has already been mentioned several times is - at the other input of the FET switch 43 controlling CMOS exclusive OR gate 42 pending.

Durch den Einsatz von Operationsverstärkern mit FET-Eingang ist eine höhere Genauigkeit des elektronischen Einphasenelektrizitätszählers möglich.The use of operational amplifiers with FET input is one higher accuracy of the electronic single-phase electricity meter possible.

Durch den bereits erwähnten Abgleich aller wesentlichen Offsetspannungen im erfindungsgemäßen Einphasenelektrizitätszähler ist die genaue Messung bei Gleichanteilen in Verbraucherstrom bzw. -spannung ermöglicht.Through the already mentioned adjustment of all essential offset voltages In the single-phase electricity meter according to the invention, the exact measurement is with equal components in consumer current or voltage.

Da bei dem beschriebenen Einphasenelektrizitätszähler nach dem Kondensatorumladeverfahren das am Ausgang des Komparators 53 entstehende Signal annähernd ein Tastverhältnis von 1 : 1 aufweist, ist über die erfindungsgemäß Anordnung der beiden Exklusit-ODER-Gatter 61 und 63 als Motortreiber eine direkte Steuerung des Schrittmotors mit dem Komparatorausgangssignal möglich, wobei durch die erwähnte Abstimmung der Frequenz mit der maximalen Schrittfrequenz des Schrittmotors die Einsparung eines an sich üblichen Frequenzteilers ermöglicht ist.As in the described single-phase electricity meter after the capacitor recharge process the signal produced at the output of the comparator 53 approximately corresponds to a pulse duty factor of 1: 1 is based on the inventive arrangement of the two exclusive OR gates 61 and 63 as motor drivers direct control of the stepper motor with the comparator output signal possible, with the aforementioned coordination of the frequency with the maximum step frequency of the stepper motor allows the saving of a frequency divider that is customary per se is.

Claims

Claims Electronic single-phase electricity meter according to em Capacitor charging process with a time division multiplier for generation a current signal proportional to the product of consumer voltage and current, with an integrator for integrating the current signal and with a subsequent one Comparator with two limit values for generating a pulse train with power proportional Frequency, whereby the pulses of the pulse train can be recorded in a counter, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the DC voltage supply source (1) a precision voltage regulator (11) in at least one voltage branch (9) and that the stabilized DC supply voltage for all the calibration specific circuit components (55, 56, 57, 61, 62; 29, 34, 35) as reference voltage serves.

2. Electronic single-phase electricity meter according to claim 1, that the precision voltage regulator (11) in the positive voltage branch (9) of the DC voltage supply source (1).

3. Electronic single-phase electricity meter according to claim 2, that is, an operational amplifier circuit as a comparator (53) (55, 54, 62, 56, 57) is used, the output signal of which via a diode (58) at one input a first logic circuit (61) whose other input is connected to the Reference potential is connected and its output signal via a resistor (62) at the non-inverting input of the operational amplifier (55), which has a further resistance (56, 57) is connected to the reference potential.

4. Electronic single-phase electricity meter according to claim 3, d 2 d u r c h e k e n n n n z e i c hn e t that as a logic circuit (61) a CMOS exclusive OR gate serves 5. Electronic single-phase electricity meter according to claim 3 or 4, that a d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that a second logic circuit (63) is provided, the output signal of which corresponds to that of the first logic circuit (61) is complementary that the outputs of both logic Circuits (61, 63) via the series connection of a doubler capacitor (64) and a stepping motor (65) for driving a counter are connected and. that the frequency of the output signal of the comparator (53) is dimensioned so that it the does not exceed the maximum step frequency of the stepper motor (65).

5. Electronic single-phase electricity meter after expiry of the patent 5, d a d u r c n g e k e n n n z e i c h -n e t, that also the second logic circuit (63) is a CMOS Exclusive-OR gate, one input of which is connected to the one input of the first logic circuit (61) is connected and its other input is connected to the positive supply voltage (+ um).

7. Electronic single-phase electricity meter according to claim 5 or 6, that the stepper motor (65) is a polarized synchronous motor.

8. Electronic single-phase electricity meter according to one of the claims 5 to 7, d a d u r c h G e k e n n n z e i c h ne t that the temporal Relationships are chosen so that the current pulse of the stepping motor (65) each has decayed to insignificant values when the input signal of the Komparato s (53) approaches a limit value.

9. Electronic single-phase electricity meter according to one of the claims 1 to 8, that is, as a duty cycle modulator (26) a further integrator (27) and a downstream one for the time division multiplier Another comparator (28) is used, for switching the reference current (iRef) for the pulse duty factor modulator (26) a CMOS output (35) is used.

10. Electronic single-phase electricity meter according to claim 9, that is, an operational amplifier circuit as an integrator (27) (29, 30, 33) serves that the non-inverting input of the operational amplifier (23j m t is connected to the reference potential that at the invertiere.-the input a resistor (30) is connected, its free contact with the output current (iM) one dem Consumer current associated preamplifier (20 and also with the reference current (iRef) is applied and that the free contact finally via a resistor (32) is connected to the negative supply scan, (-UB).

11. Electronic single-phase electricity meter according to claim 10, d a d u r c h e k e n n n z e i (h -n e t, that for obtaining the reference current (iRef) (as the output signal of the further comparator (28) via a diode (40) one input of a CMOS exclusive-OR gate (35) is connected, the other of which win- output is connected to the reference potential and that the output signal of the CMOS exclusive OR gate (35) via a resistor (34) at the free contact at the inverting input of the operational amplifier (29) of the further integrator (27) connected resistor (30) is present.

12. Electronic single-phase electricity meter according to one of the patent claims 1 to 11, d u r c h e k e n n n e i c h n e t, that all essential offset voltages are individually set to zero (23, 24; 51, 52).

13. Electronic linear electricity meter according to one of the claims 1 to 12, d a d u r c h g e -k e n n n z e i c h n e t that as an operational amplifier (21, 29, 37, 49, 55) amplifiers with FET input are used.