DE3048015A1 - Korrekturschaltung fuer elektrizitaets- und waermemengenzaehler mit elektronischem messwerk - Google Patents

Description

• Korrekturschaltung für Elektrizitäts- und Wärmemengenzähler
• mit elektronischem Meßwerk Es ist ein bekannter Mangel analoger elektronischer Schaltungen für Elektrizitäts- und Wärmemengenzähler, daß infolge sich ändernder Offsetspannungen und Driftströme an elektronischen Bauelementen der Meßbereich- für eine bestimmte Genauigkeitsanforderung erheblich eingeschränkt ist. Durch Verwendung hochwertiger Bauelemente, von Verstärkern mit selbsttätiger Nullpunktjustierung oder durch eine besondere Schaltungsanordnung (Umladeverfahren) lassen sich diese Fehlereinflüsse reduzieren. Nachteilig sind dabei die entweder relativ hohen Kosten der benötigten Bauelemente und beim Umladeverfahren die prinzipbedingte relativ sehr niedrige Ausgangsfrequenz am Meßwerkausgang.
• Die erfindungsgemäße Korrekturschaltung der Hauptanmeldung vermeidet diese Nachteile und erhöht gleichzeitig die Meßsicherheit. Sie sorgt dafür, daß Offsetspannungen und Driften praktisch ohne Einfluß auf den Meßvorgang bleiben, wodurch relativ billige Bauteile verwendet werden können und andererseits die Nachteile des Umladeverfahrens vermieden werden.
• Die im folgenden beschriebene Erfindung stellt eine Fortentwicklung einer Korrekturschaltung dar, indem sie für die Korrektur - besser für die Linearisierung des Meßbereiches -, insbesondere auf die Regelkreise, die in der Hauptanmeldung gemäß Fig. 1 als Kontrollglieder A und B bezeichnet sind, verzichten kann, wodurch die Kalibrierung des Meßgerätes stark vereinfacht wird und darüberhinaus relativ aufwendige Bauelemente durch einfachere ersetzt werden können.
• Es handelt sich um eine Schaltungsanordnung für Elektrizitäts- und Wärmemengenzähler mit statischem Meßwerk, die je Meßpfad mindestens vorrichtungen zur Multiplikation der über Meßwertwandler von den EinyangsmeßgroBen - der Meßspannung und dem Meßstrom (Elektrizitätszähler) oder der Differenz aus Vorlauf- und Rücklauftemperatur eines Wärmeträgers und dem Volumen des Wärmeträgers (Wärmemengenzähler) - abgeleiteten Signale, Vorrichtungen zur Umwandlung analoger Signale in Impulsfolgen (Analog-Frequenzwandler) enthalten und Vorrichtungen zur Impulszählung und Schalter für die Aufteilung des Meßvorganges in eine Meßphase und eine Kontrollphase umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß während der Kontrollphase eine oder mehrere Eingangsmeßgrößen oder von diesen 1bgeleitete Signale manuell oder automatisch mit den Schaltern null gesetzt werden und die während der Kontrollphase am Ausgang des Analog-Frequenzwandlers vorhandene Impulsrate (Nullimpulse) für die Dauer der Kontrollphase beispielsweise mittels Schieberegister gespeichert wird, und mittels einer dem Analog-Frequenzwandler nachgeordneten Logikschaltung während der zeitlich nachfolgenden Meßphase die am Ausgang des Analog-Frequenzwandlers auftretende Impulsrate (Meßimpulsrate) um die Nullimpulsrate vermindert wird, indem je Nullimpuls ein diesem zeitlich nachfolgender Meßimpuls gelöscht wird, so daß die am Ausgang des Meßpfades auftretende Impulsrate der Differenz aus Meß- und Nullimpulsrate entspricht, oder daß bei Vorhandensein eines zweiten praktisch identisch aufgebauten und i.a. parallel laufenden Meßpfades sich der erste Meßpfad in der Kontrollphase und der zweite in der Meßphase befindet, wobei die Impulse der Nullimpulsrate am Ausgang des Analog-Frequenzwandlers des ersten Meßpfades ggf. auch ohne Verzögerung der Löschung einer entsprechenden Zahl von Impulsen der Meßimpulsrate am Ausgang des Analog-Frequenzwandlers des zweiten Meßpfades dienen und dieser Vorgang zwischen beiden Integriermeßwerken entsprechend einem vorgegebenen Programm mittels in an sich bekannter Techniken vertauscht wird, wodurch sich der zweite Meßpfad in der Kontrollphase und der erste in der Meßphase befinden und die Zahl der Meßimpulse am Ausgang des Analog-Frequenzwandlers des ersten Meßpfades um die der Nullimpulsrate des zweiten Meßpfades entsprechender Anzahl von Impulsenvermindert wird, wodurch die summenimpulszahl am geineinsamen Ausgang beider Meßpfade vom Einfluß von Offsetspannungen und Driftströmen bereinigt ist.
• Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an einem Einphasen-Elektrizitätszähler. Die von den Eingangsmeßgrößen X und Y über die Meßwertwandler 1 und 2 dem Schaltungspegel angepaßten Signale werden dem Multiplizierer 3 zugeführt. Ein Eingang des Multiplizierers 3 läßt sich mittels Schalter 4 vom Ausgang des Meßwertwandlers 2 trennen und auf null schalten. Der Produktausgang des Multiplizierers 3 wird in an sich bekannter Weise über das Filter 5 dem Analog-Frequenzwandler 7 zugeführt. Die Ausgangsfrequenz des Analog-Frequenzwandlers 7 wird nun entsprechend dem Schaltzustand des Schalters 4 entweder über das Tor 82 unmittelbar dem Subtrahierkreis 15 oder über das Tor 81 und dem Verzögerungsglied 13 dem zweiten Eingang des Subtrahierkreises zugeführt. Mittels des Taktgebers 80 wird einmal die Umschaltung des Schalters 4 und unter Zuhilfenahme des Inversionsgliedes 83 der entsprechende Scnaltzustand der Tore 81 und 82 erreicht. Im Schaltzustand M = "high" (Messen) ist Schalter 4 in der Position "a" und das Tor 82 geöffnet während Tor 81 geschlossen ist. Im Schaltzustand M = "low" (Prüfen) befindet sich der Schalter 4 in Position b und das Tor 81 ist geöffnet während Tor 82 geschlossen ist. In diesem Zustand ist die vom Analog-Frequenzwandler 7 abgegebene Nullimpulsrate fo ein Maß für die Summe aller Offsetspannungen und -ströme. Die auftretenden Nullimpulse werden in das Verzögerungsglied (beispielsweise Schieberegister) 13 eingegeben. Nach Ablauf der vom Taktgeber 80 bestimmten Prüfzeit wird das von der Meßgröße Y abgeleitete Signal über den Schalter 4 auf den Multiplizierer 3 geschaltet.
• Jetzt gibt der Analog-Frequenzwandler 7 eine Frequenz fm ab, die dem Produkt der Meßgrößen proportional ist. Sie ist jedoch um den Anteil der Offsetspannungen und -ströme verfälscht. Die Frequenz fm wird über das Tor 82 auf den ersten Eingang des Subtrahierkreises 15 geschaltet. Unter der Voraussetzung, daß Meß- und Prüfzeit gleich der Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes 13 sind, werden während des Ablaufs der Meßzeit alle während der Prüfzeit in das Verzögerungsglied eingelaufenen Impulse an dessen Ausgang erscheinen, der mit dem zweiten Eingang des Subtrahierkreises 15 verbunden ist. Der Subtrahierkreis 15 bewirkt, daß von der Meßimpulsrate fm die Nullimpulsrate fo abgezogen wird. Zu Vermeidung der Nichterfassung von Offsetspannungen und -strömen, die wegen ihres Vorzeichens keine Frequenz am Ausgang des Analog-Frequenzwandlers 7 erzeugen können, wird der Schaltung vor dem Analog-Frequenzwandler von der Quelle 70 ein Zusatzstrom Io solcher Größe und Richtung zugeführt, daß auch bei yrößtmögliclcn Drittels und Offsets der Bauelemente, die wegen ihres Vorzeichens keine Frequenz erzeugen, immer eine Nullimpulsrate fo vorhanden ist.
• Das Beispiel der Fig. 2 zeigt eine für einen Prüfzähler verwendbare Schaltung. Für solche Zähler genügt es, wenn die Kontrolle der Nullimpulsrate vor Beginn einer Messung - auch relativ langer Zeitdauer - vorgenommen wird. Durch Drücken der Kontrolltaste 16 wird für eine definierte vom Taktgeber 69 vorgegebene Zeit die Anordnung wie in Fig. 1 auf Prüfen (M = high) geschaltet. Die während dieser Zeit in das Verzögerungsglied 13 einlaufende Nullfrequenz fo wird dann während der längeren Meßphase dadurch ständig weiter an den zweiten Eingang des Subtrahiergliedes 15 abgegeben, daß das Verzögerungsglied 13 von seinem Ausgangsimpulsen laufend neu gespeist wird. Es ist dabei zweckmäßig, die Kontrollzeit so zu wählen, daß die Meßzeit ein ganzzahliges Vielfaches der Kontrollzeit ist. Schaltungsmäßig ist das im Beispiel Fig. 2 so gelöst, daß die Ausgangsimpulse des Verzögerungsgliedes 13 über das für die Dauer der Meßphase (M = high) geöffnete Tor 91 und die Oder-Verknüpfung 90 dem Eingang wieder zugeführt werden. Die einmalige Kontrolle vor einer oder vor mehreren Messungen eines Prüflings mit einem solchen Prüfzähler ist möglich, da sich Offsetspannungen und -ströme erfahrungsgemäß nur langsam -beispielsweise mit der Temperatur - ändern.
• Das im Beispiel der Fig. 1 gezeite Verfahren ist für die Anwendung in einem Verrechnungszähler noch unzweckmäßig, da nur ein Teil der Zeit für die Messung zur Verfügung steht. Dieser Many-l kann in (infacher Weise dadurch behoben werden, indem das mebwerk aus zwei gleichen Meßpfaden entsprechend Fig. 1 aufgebaut wird. Ein gemeinsamer Taktgenerator 69 sorgt dafür, daß wechselweise jeweils ein Meßpfad sich in der Kontrollphase befindet, während der andere auf Messung geschaltet ist und die Ausgangs impulse beider Meßpfade in bekannter Weise summiert werden, wodurch unabhängig von den Schaltzuständen eine kontinuierliche Ausgangs frequenz vorhanden ist.
• Gemäß Beispiel lig. 3 ist cs jedoch bei Verwendung zweier paralleler Zweige (Meßpfade), bestehend je aus dem Schalter 4, dem Multiplizierer 5, dem Analog-Frequenzwandler 7 der Zusatz stromquelle 70 mit den Zusatzströmen 101und Io2 und den Toren 71 und 72, nicht notwendig, die Nullimpulsrate in je einem Verzögerungsglied zwischenzuspeichern, um sie in einer nachfolgenden Meßphase von der Meßimpulsrate abzuziehen, da die Nullimpulsrate des einen Meßpfades hier unmittelbar von der Meßimpulsrate des anderen Meßpfades abgezogen wird. Die Verknüpfung der Meßimpulsrate fm1 des ersten Meßpfades mit der Nullimpulsrate fo2 des zweiten Meßpfades und der Meßimpulsrate fm2 des zweiten Mßpfades mit der Nullimpulsrate fo1 des ersten Meßpfades erfolgt mittels der Oder-Tore 73 und 74, deren Ausgänge auf die Eingänge des Subtrahierkreises 15 geschaltet sind. Als Ausgangsimpulsrate am Subtrahierkreis 15 ergibt sich dann f = (fm1 - fo2) + (fm2 - fo1) = (fm1 + fm2) - (fo1 + fo2) Die Wirkungsweise eines einfachen Subtrahierkreises ist aus dem Schaltungsbeispiel g zu ersehen. Die eingehenden Impulseder Mebimpulstate im werden über das Und-Tor 46 solanye an den Ausgang durchgeschaltet, wie sich der Ausgang <V2 Des Flip-Fldps 45 im ZUSatn "high" befindet. Ein eingehender Impuls der Nullimpulsrate fo setzt dcii 1 1 ip-Fl op 44 in den Zustand Q1 - hinJh. Dieses Signal bereitet den Flip-Flop 45 so vor, daß dieser mit der Vorderflanke des nächsten Impulses von fm in den Zustand Q2 = high schaltet, wodurch das Tor 46 geschlossen und der Flip-Flop 44 vorbereitet wird, mit dem nächsten Taktimpuls (Rückflanke des gleichen Impulses) in die Ausgangsstellung Q1 = high zurückzuschalten. Beim Umschalten wird auch der Flip-Flop 45 wieder zurückgesetzt und hierdurch das Tor 46 wieder geöffnet. Das Tor hat damit nach Auslösung durch einen Null impuls die Weitergabe eines Meßimpulses verhindert, d.h., daß von jedem Nullimpuls ein Meßimpuls unterdrückt wird.
• Messungen zeigen, daß durch geeignete Wahl der Zusatzströme Io aus der Quelle 70 die Linearität des Meßbereiches verbessert werden kann.
• Im folgenden wird gemäß Beispiel Fig. 5 die erfindungsgemäße Anordnung für das Rechenwerk eines Wärmemengenzählers gezeigt. Das infolge Widerstandsdifferenz der beiden Temperaturfühler RW und RK, die praktisch proportional der Temperaturdifferenz aus Vor- und Rücklauf des Wärmeträgers ist, in einer an sich bekannten Brückenanordnung 1 an den Punkten 10 und 11 auftretende Brückenspannung, wird in bekannter Weise in einem Analoq-l'requenzwandler zunächst in eine der Brückenspannung proportionale Frequenz Wngewandelt. Bereits sehr kleine Offsetspannungen und -driften verursachen dabei insbesondere bei kleinen Temperaturdifferenzen erhebliche Fehler bei der Meßwertbildung. Ihr Einfluß wird aber durch die erfindungsgemäße Anordnung ebenso ausgeschaltet wie im Beispiel nach Fig. 3 für Elektrizitätszähler. Auch hier besteht das Meßwerk aus zwei gleichartig aufgebauten Meßpfaden (Pfade).
• Im Takt des Taktgebers 80 wird über die schalter 4 abwechselnentwe-der der Pfad A an die Brückenspannung (10, 11) der Brückenanordnung 1 (Meßphase) gelegt und der Pfad B an seinem Eingang kurzgeschlossen (Kontrollphase) oder der Pfad B an die Brückenspannung geschaltet und Pfad A am Eingang kurzgeschlossen. Jeder Pfad besteht aus dem Differenzverstärker 6, dem Analog-Frequenzwandler 7 mit den Ausgangsfrequenzen fA bzw. f, dem Subtrahierglied 15, dem Zeitglied 83 und dem Tor 84. Die Verknüpfung der Ausgangssignale der Tore 84 erfolgt in einem Oder-Tor 85.
• Jeder Pfad erhält wie bereits gezeigt von einer Quelle 70 am Eingang der Analog-Frequenzwandler 7 die Zusatzsignale 101 bzw, 102. Die Wirkungsweise ist hier folgende. Solange sich A in der Meßphase befindet und am Ausgang von 7 die Meßimpulsrate fmA + Ç°A erzeugt wird entsteht am Ausgang von 7 im Pfad B die Nullimpulsrate foB, die im Subtrahierglied 15 des Pfades A von der Meßimpulsrate abgezogen wird.
• Beim Eintreffen einer vom Wasserzähler des Wärmemengenzählers abgegebenen Impulses am Zeitglied 83 wird von diesem das Tor 84 für eine definierte Zeitdauer t geöffnet, wodurch die Impulsrate fm + foA - f°B für die Dauer 6 über das Oder-Tor 85 auf ein Wärmemengenzählwerk geschaltet wird.
• Nach Umschaltung der Pfade durch den Taktgenerator 80 entsteht am Ausgang des Tores 84 des Pfades B die Impulsrate fmB + f°B - f0A' die nun ihrerseits beim Eintreffen eines Signals W vom Wasserzähler für die Dauer # über das Oder-Tor 85 auf das Wärmemengenzählwerk geschaltet wird. Am Ausgang von 85 tritt dabei für n Impulse W vom Wasserzähler die Zählimpulszahl N = nt (fmA + fmg) auf, die der verbrauch ten Wärmemenge proportional ist.
• Die Übereinstimmung der Ergebnisse, die mittels der Pfade A und B jeweils ermittelt werden, läßt sich in einer Uberwachungseinrichtung gemäß Fig. 2 der Hauptanmeldung feststellen. Abweichungen voneinander können dabei neben der Funktionsfehlererkennbarkeit zusätzlich zur Abschaltung des Verbraucners vom Wärmeträger beispielsweise mittels Magnetventil herangezogen werden.
• Leerseite

Claims (1)

1. AnspruchX ) Anordnung zur Linearisierung der Meßwerke statischer Elektrizitäts- und Wärmemengenzähler mit statischem Meßwerk, die je Meßpfad mindestens Vorrichtungen -zur Multiplikation der über Meßwertwanciler von den Eingang meßgrößen - der Meßspannung und dem Meßstrom (E:lektrizitätszähler) oder der Differenz aus Vorlauf- und Rücklauf temperatur eines Wärmeträgers und dem Volumen des Wärmeträgers (Wärmemengenzähler) - abgeleiteten Signale, Vorrichtungen zur Umwandlung analoger Signale in Impulsfolgen (Analog-Frequenzwandler) enthalten und Vorrichtungen zur Impuls zählung und Schalter für die Aufteilung des Meßvorganges in eine Meßphase und eine Kontrollphase umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß während der Kontrollphase eine oder mehrere Eingangsmeßgrössen oder von diesen abgeleitete Signale manuell oder automatisch mit den Schaltern null gesetzt werden und die während der Kontrollphase am Ausgang des Analog-Frequenzwandlers vorhandene Impulsrate (Null impulse) für die Dauer der Kontrollphase beispielsweise mittels Schieberegister gespeichert wird, und mittels einer dem Analog-Frequenzwandler nachgeordneten Logik schaltung während der zeitlich nachfolgenden Meßphase die am Ausgang des Analog-Frequenzwandlers auftretende Impulsrate (Meß impulsrate) um die Nullimpulsrate vermindert wird, indem je Nullimpuls ein diesem zeitlich nachfolgender Meßimpuls gelöscht wird, so daß die am Ausgang des Meßpfades auftretende Impulsrate der Differenz aus Meß- und Nullimpulsrate entspricht, oder daß bei Vorhandensein eines zweiten praktisch identisch aufgebauten und i.a. parallel laufenden Meßpfades sich der erste Meßpfad in der Kontrollphase und der zweite in der Meßphase befindet, wobei die Impulse der Nullimpulsrate am Ausgang des Analog-Frequenzwandlers des ersten Meßpfades ggf. auch ohne Verzögerung der Löschung einer entsprechenden Zahl von Impulsen der Meßimpulsrate am Ausgang des Analog-Frequenzwandlers des zweiten Meßpfades dienen und dieser Vorgang zwisch<'n beiden Integriermeßwerken entsprechend einem voryyubenn Progrdnull mittels an sich bekannter Techniken vertauscht wird, wodurch sich der zweite Meßpfad in der Kontrollphase und der erste in der Meßphase befinden und die Zahl der Meßimpulse am Ausgang des Analog-Frequenzwandlers des ersten Meßpfades um die der Nullimpulsrate des zweiten Meßpfades entsprechenden Anzahl von Impulsen vermindert wird, wodurch die Summenimpulszahl am gemeinsamen Ausgang beider Meßpfade vom Einfluß von Offsetspannungen und Driftströmen bereinigt ist.

   Anspruch 2 Anordnung nach Anspruch 1 zur Vermeidung nicht in eine Frequenz konvertierbarer Nullpunktsignale am Eingang eines Analog-Frequenzwandlers dadurch gekennzeichnet, daß in dem Meßpfad an einer Stelle vor dem Analog-Frequenzwandler ein Zusatzsignal (Strom oder Spannung) solcher Richtung und mindestens solcher Größe eingeführt wird, daß bei den größtmöglichen und im Vorzeichen ungünstigen Offsetspannungen und Driftströmen in der Kontrollphase stets eine Nullimpulsrate vorhanden ist.

   Anspruch 3 Anordnung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, zur zusätzlichen UcrücksicllCiyung der Nichtlinearität des Analo<g-Frequenzwandlers dadurch gekennzeichnet, daß in den Meßpfad vor dem Analog-Frequenzwandler ein Zusatzsignal (Strom oder Spannung) solcher Größe und Richtung eingeführt wird, daß der Analog-Frequenzwandler stets im Bereich guter Linearität arbeitet.

   Anspruch 4 Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3 zur Bestimmung des Verbrauches über einer definierten Registriergrenze (Überverbrauch) mit einem Überverbrauchzählwerkdadurch gekennzeichnet, daß durch Herleitung von einem Oszillator oder von der Meß- (Netz-) frequenz über bekannte Teilerschaltungen eine ggf. einstellbare zusätzliche definierte der Registriergrenze entsprechende Grenzimpulsrate erzeugt wird, die während der Meßphase mittels bekannter Logikschaltungen je Impuls der Grenzimpulsrate einen nachfolgenden Meßimpuls löscht, so daß die Ausgangsimpulsrate des Analog-Frequenzwandlers um die Grenzimpulsrate vermindert wird und an einem Uberverbrauchzählwerk nur der über der Registriergrenze liegende Verbrauch angezeigt wird.

   Anspruch 5 Anordnung nach Anspruch 1 bis 4 mit Einrichtungen zur Funktionsfehlererkennbarkeit bei Wärmemengenzählern, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei parallel arbeitende Meßpfade vorhanden sind, deren Meßwerte zusätzlich getrennt erfaßt und mit an sich bekannten Mitteln miteinander verglichen werden, wobei im Falle unzulässiger Abweichungen mit bekannten Überwachungsschaltungen der Volumenfluß des Wärmeträgers beispielsweise mittels Magnetventil unterbrochen wird.