DE4334766A1

DE4334766A1 - Elektronische Meßeinrichtung

Info

Publication number: DE4334766A1
Application number: DE19934334766
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Windsheimer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-10-12
Filing date: 1993-10-12
Publication date: 1995-04-13
Also published as: WO1995010781A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Meßeinrichtung, insbesondere einen elektronischen Zähler.

Eine gattungsgemäße Meßeinrichtung ist aus dem Aufsatz "Elektronischer Haushaltszähler" von Manfred Schwendtner und Günter Steinmüller, "Elektrotechnische Zeitschrift etz", Bd. 112, H. 6-7, S. 320-323, 1991 bekannt. Diese Meßeinrich tung weist eine Wandlereinrichtung auf, die empfangene, analoge Meßsignale in digitale, zur Weiterverarbeitung geeig nete Signale umwandelt. Diese Signale werden von einer nachgeschalteten Auswerteeinrichtung derart umgeformt, daß sie von angeschlossenen Anzeigeeinrichtungen zur Anzeige ge bracht werden können. Derartige Meßeinrichtungen unterliegen einer Vielzahl von Störeinflüssen, wie Temperaturschwankungen und/oder Drifterscheinungen elektronischer Bauteile. Darüber hinaus weisen die Bauteile solcher Meßeinrichtung in Abhängigkeit ihrer Herstellung Toleranzen auf, die ein Abweichen vom idealen Meßverhalten bedingen.

Es ist daher erforderlich, derartige Meßeinrichtung in einer Weise zu kalibrieren, daß ein Referenzsignal zu einer Anzeige führt, die der Anzeige einer Referenzmeßeinrichtung ent spricht. Hierzu müssen eine Vielzahl von Abstimmeinrichtungen und Verstellmöglichkeiten, wie beispielsweise Potentiometer in geeigneter Weise betätigt werden. Nach einer vorgebbaren Anzahl von Betriebsstunden wird meist in Abhängigkeit eines Stichprobenergebnisses entschieden , ob eine Nachkalibrierung erforderlich ist. Der Aufwand für eine derartige Nachkali brierung entspricht dem der beschriebenen Erstkalibrierung bei der Inbetriebnahme der Meßeinrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung zu schaffen, deren Kalibrierung stark vereinfacht und weitestgehend automatisiert ist.

Diese Aufgabe wird durch eine elektronische Meßeinrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Dadurch, daß ein Korrekturglied einer nachgeschalteten Auswerteeinrichtung ein Korrektursignal übermittelt, werden die beim Meßvorgang aufgetretenen Fehler kompensiert. Diese Kompensation erfolgt, ohne daß die Fehlerursachen selbst beseitigt würden. Vielmehr wird die Summe aller im Verlauf der Messung aufgetretenen Meßfehler auf einmal kompensiert, ohne daß ein aufwendiger Ausgleich der jeweiligen Fehler selbst erfolgen würde. Hierzu muß lediglich ein Korrektursignal entsprechend eingestellt werden.

In vorteilhafter Weiterbildung umfaßt die elektronische Meß einrichtung hierzu nach Anspruch 2 ein Korrekturglied mit einer Addiereinrichtung, der ein Speicherglied nachgeschaltet ist. Die Addiereinrichtung summiert die während einer Meßperiode gemachten Fehler auf und legt diese Summe in dem angeschlossenen Speicherglied ab, wobei die jeweils zuvor in dem Speicherglied abgelegten Summen überschrieben werden. Die Aufsummation der Fehler erfolgt vorzugsweise im Takt der von der Wandlereinrichtung abgegebenen Impulse. Ein erfin dungsgemäßes Korrekturglied kann demnach in einfacher Weise mit handelsüblichen und zugleich sehr störresistenten Bau teilen preisgünstig realisiert werden.

Nach Anspruch 3 kann das, die Fehlereinflüsse kompensierende Korrektursignal von einem in der Meßeinrichtung integrierten Mikrocomputer berechnet werden. Eingaben durch den Benutzer sind dann nicht erforderlich. Ansonsten muß das Korrektur signal extern vom Benutzer berechnet und über eine geeignete Schnittstelle in die entsprechende Speichereinrichtung ein gegeben werden.

Dadurch, daß die Meßeinrichtung eine Kalibriersperre auf weist, wird wirkungsvoll verhindert, daß entweder ver sehentlich oder aber zu Manipulationszwecken das Korrektur signal verändert wird. Insbesondere im Zusammenhang mit Verbrauchszählern soll die Kalibrierung der Meßeinrichtung allein durch befugte Personen möglich sein. Eine etwaige ent gegen diesen Vorkehrungen durchgeführte Manipulation ist durch die zusätzliche Sicherung mit einer Eichplombe nachweisbar.

Nach Anspruch 5 und 6 erfolgt eine Kompensation etwaiger Frequenzabweichungen und Temperaturänderungen dadurch, daß in Abhängigkeit dieser von entsprechenden Sensoren erfaßten Größen ein jeweils geeignetes Korrektursignal zur Weiter verarbeitung mittels weiterer in einer zusätzlichen Speichereinrichtung abgelegten Werten ermittelt wird.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen elektronischer Meßeinrichtung und

Fig. 2 einen, dem Stand der Technik entsprechende elektronischen Zähler.

Bei dem in Fig. 2 als Blockschaltbild stark vereinfacht dargestellten, dem Stand der Technik entsprechenden Elektri zitätszähler 1 wird eine Leistungsmessung durchgeführt. Die in einem Lastkreis gemessenen Größen Strom J und Spannung U werden zunächst in einem Multiplizierer 2 multipliziert und die so ermittelte, einer Leistung entsprechende Größe an einen Leistungsfrequenzwandler 3 weitergegeben, an dessen Ausgang Impulse 4 bestimmter Wertigkeit ausgegeben werden. Einem Impuls entspricht dabei eine ganz bestimmte, stets gleiche Energiemenge, so daß die Frequenz dieser Impulse 4 einer aufgenommenen Leistung proportional sind. Um diese Impulse 4 durch eine Leuchtdiode 5 auch noch bei Starklast für das menschliche Auge sichtbar zu machen, sollte die Blinkfrequenz der Leuchtdiode 5 maximal 10 Hz betragen. Dem entsprechend müssen die Impulse 4 durch einen ersten Teiler 6 heruntergeteilt werden, so daß Diodenimpulse 7 mit einer solchen Impulswertigkeit vorliegen, daß eine für das Auge noch wahrnehmbare Blinkfrequenz eingehalten wird. Die Dioden impulse 7 werden einem zweiten Teiler 8 zugeführt, durch den ein angeschlossenes Zählwerk 9 angesteuert wird. Bei einer optischen Ablesung des ausgegebenen Meßwertes wird mittels eines Abtastkopfes einer Prüfeinrichtung die Leuchtdiode 5 abgetastet. Das Zählwerk 9 dient einer zusätzlichen, herkömmlichen Ablesung.

Bei dem in Fig. 1 ebenfalls grob vereinfacht als Block schaltbild dargestellten erfindungsgemäßen Elektrizitäts zähler 1 ist zwischen den Leistungsfrequenzwandler 3 und den ersten Teiler 6 ein Korrekturglied 10 derart geschaltet, daß an einem Eingang die Impulse 4 und an einem anderen Eingang des Korrekturgliedes 10 ein Korrektursignal X anliegt und der Ausgang des Korrekturgliedes 10 auf einen zusätzlichen Eingang des ersten Teilers 6 geführt ist. Das Korrekturglied 10 umfaßt eine Addiereinrichtung 11, an deren Takteingang die Impulse 4 und an deren Signaleingang das Korrektursignal x anliegt. An dieser Addiereinrichtung 11 ist ein Speicherglied 12 angeschlossen, dessen Speicherinhalt mit jedem Impuls 4 um einen dem Korrektursignal X entsprechenden Wert erhöht wird. Vorteilhafterweise handelt es sich bei der Addiereinrichtung 11 und dem angeschlossenen Speicherglied 12 um eine Bau einheit.

Sobald nun ein dem maximalen Speicherinhalt des Speichergliedes 12 entsprechender Wert erreicht oder über schritten wird, gibt das Speicherglied 12 einen Überlauf impuls (Carry) ab. Dieser Überlaufimpuls bewirkt, daß das Korrekturglied 10 dem nachgeschalteten ersten Teiler 6 einen zusätzlichen Korrekturimpuls 14, dessen Wertigkeit dem Impuls 4 entspricht, überträgt. Dieser Korrekturimpuls 14 wird zu den seit der Übermittlung des vorhergehenden Korrektursignals X entsprechenden Impulsen 4 hinzuaddiert, so daß am Ende einer von zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Korrektur impulsen 14 begrenzten Meßperiode ein korrigiertes Meßsignal als Dividend im ersten Teiler 6 zur Verfügung steht. Die Weiterbehandlung dieses korrigierten Signals verläuft, wie bei dem in Fig. 2 gezeigten Elektrizitätszähler.

Im folgenden wird die weitestgehend automatisierte Kali brierung des Elektrizitätszählers 1 beschrieben, die im wesentlichen aus einer Bestimmung des Korrektursignals x besteht. Es sind grundsätzlich zwei Methoden zur Bestimmung des Korrektursignals X zu unterscheiden.

1. Automatische Zählerkalibrierung mit einem geeichten Prüfzähler
2. Automatische Zählerkalibrierung mit einem integrierten Mikrocomputer

Zu 1: Es wird mit einem, dem erfindungsgemäßen Zähler 1 weitestgehend entsprechenden, geeichten Prüfzähler eine vor gegebene Leistung gemessen. Die an der Leuchtdiode 5 ables baren Blinkimpulse werden als Sollanzeige A₅ bezeichnet. Die Istanzeige des zu kalibrierenden Elektrizitätszählers 1 wird im weiteren als A_i behandelt. Die Soll- und Istanzeigen, A₅ und A_i, entsprechen ihrer Dimension nach jeweils den Impulsen pro KWh (Impulse/KWh). Die in dem Speicherglied 12 größte darstellbare Primärzahl Z hängt von der Speicherkapazität des Speichergliedes 12 ab. Der Korrektursignal X kann mit diesen Größen nach folgender Formel berechnet werden:

Das so berechnete Korrektursignal X wird über eine ent sprechende Schnittstelle in die Addiereinrichtung 11 einge speichert.

Zu 2: Es wird über einen entsprechenden Taster oder einen, über eine entsprechende Schnittstelle, einzugebenden Soft warebefehl an dem Elektrizitätszähler 1 ein automatischer Kalibriervorgang eingeleitet. Hierbei muß lediglich eine der Größe einer anliegenden Referenzleistung P_R entsprechender Wert eingegeben werden. Der Elektrizitätszähler 1 mißt dann diese Leistung P_R und gelangt zu einem Meßergebnis P_M. Ein integrierter Mikrocomputer berechnet nun nach der Formel

das Korrektursignal X. Dieser Wert wird an die Addier einrichtung 11 übertragen.

Beiden Verfahren ist es gemeinsam, daß nach Beendigung der Kalibrierung, also sobald das Korrektursignal X bestimmt ist, eine Kalibriersperre aktiviert wird, die nur nach dem Lösen einer Eichplombe aufgehoben werden kann. Beide Verfahren, sowie auch die dem Elektrizitätszähler 1 zugeordnete Schaltungsanordnung können entweder mit einer Hardware schaltung oder durch eine entsprechende Softwarelösung realisiert werden.

Es kann durchaus sinnvoll sein, das Korrektursignal X in Abhängigkeit von einer zu ermittelnden Meßfrequenz zu ändern. So ist beispielsweise dem Leistungsfrequenzwandler 3 bei Blindleistungszählern 1 eine in der Zeichnung nicht darge stellte Integratorstufe zugeordnet, die auch bei verschobener Phasenlage ein korrektes Meßergebnis liefert. Das Problem derartiger Blindleistungszähler 1 ist ein zur Abweichung von der Sollnetzfrequenz proportionaler Meßfehler. Dieser Fehler wird dadurch kompensiert, daß eine meist bereits vorhandene Netzfrequenzerfassungseinrichtung mit einem zusätzlichen Speicherglied 13 verbunden wird. In diesem zusätzlichen Speicherglied 13 sind zur Kompensation verschiedener Frequenzabweichungen geeignete Korrekturfaktoren abgelegt. Aus der Menge dieser Korrekturfaktoren wird in Abhängigkeit von der ermittelten Frequenzabweichung und dem eingestellten Korrektursignal X ein neues, verändertes Korrektursignal X ermittelt und der Addiereinrichtung 11 übermittelt.

In analoger Weise können Temperaturschwankungen an der Meßstelle dadurch kompensiert werden, daß in Abhängigkeit von einer über einen zusätzlichen Temperatursensor zu ermitteln den Temperatur aus einer Menge in dem zusätzlichen Speicherglied 13 abgelegter Korrekturfaktoren ein zur Kompensation des durch diesen Temperatureinfluß entstehenden Meßfehlers geeignetes Korrektursignal X neu bestimmt und der Addiereinrichtung 11 übermittelt wird.

Die erfindungsgemäße elektronische Meßeinrichtung 1 kann also in denkbar einfacher Weise kalibriert werden. Aufwendige Prüfmessungen oder ein komplizierter Schaltungsabgleich können entfallen. Bei entsprechender Ausführung können sogar zusätzliche Störeinflüsse selbsttätig kompensiert werden. Die Meßeinrichtung verbindet daher eine erhöhte Qualität der Meß ergebnisse mit gesteigerter Benutzerfreundlichkeit.

Claims

1. Elektronische Meßeinrichtung (1), insbesondere elektroni scher Elektrizitätszähler, mit einer Wandlereinrichtung (3), die ein Meßsignal in eine, vorzugsweise zur digitalen Weiter verarbeitung geeignete Größe umwandelt, wobei dieser Wandler einrichtung (3) eine Auswerteeinrichtung (6) nachgeschaltet ist, die mit wenigstens einer Anzeigeeinrichtung (9) in Wirkverbindung steht, dadurch gekenn zeichnet, daß zusätzlich an diese Wandlerein richtung (3) ein Korrekturglied (10) angeschlossen ist, das der nachgeschalteten Auswerteeinrichtung (6) Korrekturimpulse (14) derart übermittelt, daß ein etwaiger, während einer vorgebbaren Meßperiode aufgetretener, Meßfehler kompensiert wird.

2. Elektronische Meßeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrekturglied (10) eine Addiereinrichtung (11) mit einem nachgeschalteten Speicherglied (12) umfaßt, das mit jedem von der Wandlereinrichtung (3) an die Auswerteeinrichtung (6) übermittelten Impuls (4) einen, dem Korrektursignal (X) entsprechenden, Eintrag erhält, wobei die Addiereinrichtung (11) diese Einträge zu einer Summe aufaddiert und sobald diese Summe einen, einem maximalen Speicherinhalt des Speichergliedes (12) entsprechenden Wert erreicht hat, der Auswerteeinrichtung (6) einen Korrekturimpuls (14), dessen Wertigkeit, den von der Wandlereinrichtung (3) an die Auswerteeinrichtung (6) übermittelten Impulsen entspricht, übermittelt.

3. Elektronische Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Meßeinrichtung (1) einen Mikrocomputer zur Berechnung des Korrektursignals (X) aufweist.

4. Elektronische Meßeinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (1) eine Kalibriersperre aufweist, die eine nachträgliche Änderung des Korrektursignals (X) nur in Verbindung mit dem Lösen einer Eichplombe zuläßt.

5. Elektronische Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Meßeinrichtung (1) eine Frequenzmeßein richtung aufweist oder mit einer solchen in Signalverbindung steht und ein zusätzliches Speicherglied (13) umfaßt, in dem wenigstens zwei Werte zur Ermittlung eines veränderte Korrektursignals (X) abgelegt sind, wobei dieses zusätzliche Speicherglied (13) zur Übermittlung dieses in Abhängigkeit von der ermittelten Frequenz und dem bisherigen Korrektur signal (X) bestimmten Wertes an das Korrekturglied (10) angeschlossen ist.

6. Elektronische Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Meßeinrichtung (1) einen Temperatur sensor aufweist oder mit einem solchen in Signalverbindung steht und ein zusätzliches Speicherglied (13) umfaßt, in der wenigstens zwei Werte zur Ermittlung eines veränderten Korrektursignals (X) abgelegt sind, wobei dieses zusätzliche Speicherglied (13) zur Übermittlung dieses in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur und dem bisherigen Korrektur signal (X) bestimmten Wertes an das Korrekturglied (10) angeschlossen ist.