FI125783B - Menetelmä ja laite johtimessa kulkevan sähkötehon mittaamiseksi - Google Patents

Description

MENETELMÄ JA LAITE JOHTIMESSA KULKEVAN SÄHKÖTEHON MITTAAMISEKSI

Tekniikan ala

Hakemus kohdistuu yleisesti menetelmään ja laitteeseen johtimessa kulkevan sähkötehon mittaamiseksi.

Tausta Sähkötehon P mittaaminen perustuu jännitteen U ja virran / tulon määrittämiseen. Tämä voidaan toteuttaa digitoimalla jännite- ja virtasignaalit ja suorittamalla kertominen edelleen digitaalisesti. Toinen yleisesti käytetty tapa on pulssin leveyden ja korkeuden modulointiin perustuva kertomismenetelmä.

Sähkötehoa ja -energiaa on perinteisesti mitattu myös erilaisilla mekaanisiin voimavaikutuksiin perustuvilla laitteilla, kuten perinteisellä induktiomittarilla, jossa sähkömagneetin kautta kulkevan sähkötehon synnyttämät pyörrevirrat saavat magneettikentässä olevan alumiinikiekon pyörimään sähkötehoon verrannollisella pyörimisnopeudella. Toinen mahdollinen mittaustapa on kelassa kulkevan virran ja magneettikentän aiheuttaman Lorenzin voiman hyödyntäminen siten että jännitteeseen verrannollinen virta syötetään kelaan, joka on sijoitettu virtajohtimen synnyttämään magneettikenttään.

Patentissa Fl 1118931 B on ehdotettu sovellettavan jälkimmäistä mittausmenetelmää mikroelektromekaanista komponenttia (micro electro mechanical system, MEMS) käyttäen. Menetelmän heikkoutena on sen herkkyys komponentin kelan sijoittelulle suhteessa virtajohtimeen sekä suojautuminen ulkopuolisia häiriökenttiä vastaan.

Yhteenveto

Keksinnön eräänä tavoitteena on poistaa edellä mainittuja ongelmia ja mahdollistaa pienikokoisen, kompaktin ja ulkopuolisilta häiriöiltä helposti suojattavissa olevan tehomittarin rakentamisen, jossa tehon mittaus perustuu kondensaatto-rilevyjen väliseen voimavaikutukseen, joka on verrannollinen levyjen välille kytketyn jännitteen neliöön.

Keksinnön eräs tavoite saavutetaan vaatimuksen 1 menetelmällä ja vaatimuksen 9 laitteella.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä johtimessa kulkeva sähköteho mitataan kiikulla, joka on sovitettu liikkumaan akselin suhteen ja jossa on elektrodit kiikun vastakkaisilla pinnoilla ja/tai akselin molemmilla puolilla, joista kukin kiikun elektrodeista on sovitettu muodostamaan osan ka-pasitiivisesta elementistä. Menetelmässä muodostetaan kiikun vastakkaisilla pinnoilla ja/tai akselin molemmilla puolilla oleville ensimmäiselle elementille ja toiselle elementille kiikun asentoon vaikuttavat mitattavasta sähkötehosta riippuvat jännitesignaalit, havainnoidaan mittauselementin avulla jännitesignaalien muutoksen aiheuttamaa kiikun asennon muutosta ja tasapainotetaan kiikku muuttamalla kiikun asennon muutoksen perusteella tasapainotuselementille syötettävää jännitesignaalia, joka on, esimerkiksi neliöllisesti, verrannollinen mitattavaan sähkötehoon.

Termillä ”kiikku” viitataan jäykkään kappaleeseen, joka pystyy kiertymään akselinsa ympäri. Akseli voi olla muodostettu jäykän kappaleen päiden välille, esimerkiksi keskelle kappaletta, tai jäykän kappaleen toiseen päähän. Kiikun kiertymistä akselin ympäri pois tasapainoasemasta vastustaa esimerkiksi jousivoima.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa laitteessa johtimessa kulkevan sähkötehon mittaamiseksi on kiikku, joka on sovitettu liikkumaan akselin suhteen ja jossa on elektrodit kiikun vastakkaisilla pinnoilla ja/tai akselin molemmilla puolilla, joista kukin kiikun elektrodeista on sovitettu muodostamaan osan kapasitiivisesta elementistä. Laitteessa on lisäksi mittausyksikkö, joka on sovittu muodostamaan kiikun vastakkaisilla pinnoilla ja/tai akselin molemmilla puolilla oleville ensimmäiselle elementille ja toiselle elementille kiikun asentoon vaikuttavat mitattavasta sähkötehosta riippuvat jännitesignaalit, havainnoimaan mittauselementin avulla jännitesignaalien muutoksen aiheuttamaa kiikun asennon muutosta ja tasapainottamaan kiikku muuttamalla kiikun asennon muutoksen perusteella tasapainotuselementille syötettävää jännitesignaalia, joka on, esimerkiksi neliöllisesti, verrannollinen mitattavaan sähkötehoon.

Keksinnön muita suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä vaatimuksissa.

Keksinnön suoritusmuotojen mukaisen menetelmän ja laitteen avulla voidaan toteuttaa teho- tai energiamittari pienikokoisena kompaktina rakenteena, jonka valmistuskustannukset massatuotannossa ovat alhaiset.

Keksinnön suoritusmuotojen mukaisen menetelmän ja pienikokoisen laitteen avulla voidaan mitata yksittäisen laitteen energiankulutusta ja liitettynä keskitettyyn älykkään sähköverkon tiedonkeruujärjestelmään tehomittaria voidaan käyttää verkon hallinnan apukeinona sekä energiansäästötoimien toteuttamisessa.

Keksinnön suoritusmuotojen mukaista menetelmää ja laitetta voidaan hyödyntää tehon ja energian tarkkuusmittauksissa sekä sähkötehon referenssinor-maalina.

Kuvien lyhyt selitys

Kuvien yksityiskohtaisessa selityksessä kerrotaan keksinnön esimerkinomaisia suoritusmuotoja tarkemmin viitaten oheisiin kuviin, joissa kuvat 1a-1c esittävät sähkötehon mittaamiseen tarkoitetun laitteen kiikku-rakenteen, jännitepiirin summa- ja erotussignaalien muodostamiseksi ja mittauspiirin kapasitanssin mittaamiseksi, kuva 2 esittää sähkötehon mittaamiseen tarkoitetun laitteen toiminnal lisia yksikköjä ja kuva 3 esittää vuokaavion sähkötehonmittausmenetelmästä.

Kuvien yksityiskohtainen selitys

Kuvassa 1a esitetään johtimessa kulkevan sähkötehon mittaamiseen tarkoitetun piistä valmistetun MEMS-anturin kiikkurakenne 100, jossa jäykkä palkki-mainen kiikku 110 on kahden piistä valmistetun runko-osan 120, 130 välissä. Kiikun yläpinta 110a on kohti ylempää runko-osaa 120 ja alapinta 110b kohti alempaa runko-osaa 130. Vaihtoehtoisesti anturin alustana voi käyttää esimerkiksi lasia, kvartsia tai metallia, esimerkiksi terästä.

Kiikun pituus voi olla vaihtoehtoisesti myös senttimetriluokkaa, esimerkiksi 5 cm, eli ”huomattavasti” mikroanturiakin suurempi. Anturin koko voidaan siten suunnitella sovelluskohteesta riippuen.

Kiikku 110 on sovitettu kiertymään akselinsa 140 ympäri jousivoiman vastustaessa poikkeamaa tasapainoasemasta ja siihen on valmistettu esimerkiksi alumiinista, alumiiniseoksista, molybdeenistä, tantaalista, wolframista tai kuparista elektrodit 150a, 152a, 154a, 156a siten että kiikun yläpinnalla 110a on elektrodit 150a, 154a ja alapinnalla 110b elektrodit 152a, 156a. Vastaavasti ylempään ja alempaan runko-osaan 120, 130 on valmistettu esimerkiksi alumiinista, alumiiniseoksista, molybdeenistä, tantaalista, wolframista tai kuparista elektrodit 150b, 152b, 154b, 156b.

Elektrodit 150a, 150b muodostavat kiikun 110 ja runko-osan 120 välille kondensaattorin C1, jonka kapasitanssi on Cu ja elektrodit 152a, 152b kiikun 110 ja runko-osan 130 välille alemman kondensaattorin C2, jonka kapasitanssi on C2. Akselin 140 toisella puolella vastaavasti elektrodit 154a, 154b muodostavat mittauskondensaattorin C3, jonka kapasitanssi on C3, ja elektrodit 156a, 156b tasapainotuskondensaattorin C4, jonka kapasitanssi on C4. Kapasitiivisina elementteinä toimivat kondensaattorit C1, C2, C3, C4 ovat sijoitettu akselin 140 molemmin puolin kiikun 110 päihin.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukainen laite, joka on esitetty jossakin edellä mainitussa suoritusmuodossa, on kapasitiivinen mikromekaaninen anturi, jonka akselin ensimmäisellä puolella vastakkaisilla pinnoilla ovat ensimmäinen ja toinen kapasitiivinen elementti, ja akselin toisella puolella vastakkaisilla pinnoilla ovat kapasitiiviset mittauselementti ja tasapainotuselementti.

Vaihtoehtoisesti ainakin osa kondensaattoreista C1, C2, C3, C4 voidaan sijoittaa lähemmäksi akselia 140 ja/tai kondensaattorit C1, C2 voidaan sijoittaa kuvasta poiketen siten että ne ovat eri puolilla akselia 140 joko samalla pinnalla 110a, 110b tai siten että toinen kondensaattoreista C1, C2 on kiikun yläpinnalla 110a ja toinen akselin toisella puolella alapinnalla 110b. Lisäksi kiikkuraken-ne 100 voidaan vaihtoehtoisesti valmistaa siten että akseli 140, jonka suhteen kiikku 110 pääsee kiertymään, valmistetaan kiikun 110 toiseen päähän ja kondensaattorit C1, C2, C3, C4 sijoitetaan toiseen päähän, jolloin niiden liikerata kasvaa.

Kun esimerkiksi kondensaattorin C1 yli vaikuttaa jännite U, syntyy kondensaat-torilevyjen 150a, 150b välille jäykkää kiikkua 110 kiertävä voima

(1) jossa on kondensaattorilevyjen 150a, 150b välissä olevan väliaineen permit-tiivisyys, A on kondensaattorilevyjen pinta-ala, d niiden välinen etäisyys nolla-jännitteellä ja x etäisyyden poikkeama alkuasemasta.

Voima FEy on siis verrannollinen jännitteen U neliöön ja polariteetista riippumatta aina sen suuntainen, että se pyrkii vetämään kondensaattorilevyjä 150a, 150b lähemmäksi toisiaan. Kiikun 110 tasapainotilanteessa kunkin kondensaattorin C1, C2, C3, C4 kautta vaikuttavat sähköiset voimat ja akselin 140 aiheuttama kiikun 110 kiertymään verrannollinen jousivoima kumoavat toisensa.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa laitteessa, joka on esitetty jossakin edellä mainitussa suoritusmuodossa, kiikun ollessa tasapainossa kapasi-tiivisten elementtien kautta vaikuttavat sähköiset voimat ja akselin jousivoima kumoavat toisensa.

Kuvien 1b ja 1c piirejä 160, 180 käytetään kiikkurakenteen 100 kanssa johti-messa kulkevan sähkötehon P=UI mittaamiseen, jossa jännite l/ja virta / ovat ajasta riippuvia, esimerkiksi 50 Hz taajuudella sinimuotoisesti vaihtelevia, suureita. Niistä muodostetaan kaksi jännitesignaalia Uu, Ui, joista Uuon verrannollinen johtimesta mitattavaan jännitteeseen ja Ui johtimesta mitattavaan virtaan.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa laitteessa, joka on esitetty jossakin edellä mainitussa suoritusmuodossa, ensimmäiselle ja toiselle elementille tulevat jännitesignaalit muodostetaan johtimesta mitattavaan jännitteeseen verrannollisen jännitesignaalin Uu ja johtimesta mitattavaan virtaan verrannollisen jännitesignaalin Ui avulla.

Kuvassa 1b esitetään kiikkurakenteen 100 kanssa käytettävää jännite- ja vir-tasignaalien käsittelyyn tarkoitettu jännitepiiri 160, jossa kondensaattorin C1 yli kytketään summavahvistimena toimivalla operaatiovahvistimella OP1 tuotettu Uu'.n ja Ur.n summaan verrannollinen jännitesignaali l/u+l//ja kondensaattorin C2 yli kytketään vastaavasti erotusvahvistimena toimivalla operaatiovahvistimella OP2 tuotettu Uu.n ja Ur.n erotukseen verrannollinen jännitesignaali Uu-U,

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa laitteessa, joka on esitetty jossakin edellä mainitussa suoritusmuodossa, ensimmäiselle ja toiselle elementille muodostetaan jännitesignaalit kytkemällä ensimmäisen elementin yli jännitteeseen verrannollisen jännitesignaalin ja virtaan verrannollisen jännitesignaa-

Iin summaan verrannollinen ensimmäisellä operaatiovahvistimella tuotettu summajännitesignaali Uu+Ui sekä toisen elementin yli jännitteeseen verrannollisen jännitesignaalin ja virtaan verrannollisen jännitesignaalin erotukseen verrannollinen toisella operaatiovahvistimella tuotettu erotusjännitesignaali Uu-Ui.

Mittauspiiriin 160 kuuluu lisäksi kapasitiivinen vaimennin 170 mitattavaan sähkötehoon liittyvän jännitteen vaimentamiseksi ja virta-anturi 172 tehoon liittyvän virran muuntamiseksi summavahvistimelle OP1 ja erotusvahvistimelle OP2 sopivan tasoisiksi jännitesignaaleiksi. Virta-anturi 172 voi käsittää esimerkiksi virtamuuntajan ja/tai sivuvastuksen, tai vaihtoehtoisesti Rogowskin kelan ja integraattorin.

Kun kiikun 110 vastakkaisilla pinnoilla 110a, 110b oleviin kondensaattoreihin C1 ja C2 kytketään edellä esitetyllä tavalla muodostetut jännitteet Uu+Ui\a Uu-Ui, niistä aiheutuu alla esitettyjen kaavojen mukaisesti jännitteistä Uu ja Ui riippuvat voimat:

(2) (3)

Koska voimat FCi ja FC2 pyrkivät kääntämään kiikkua 110 vastakkaisiin suuntiin, niistä aiheutuu kokonaisvoima:

Fp,tot = Fci - Fez « Uci - Uh. « Wu + ^/)2 “ “ ^/)2 = 4^ °c P (4)

Kaavan (4) mukaan kondensaattoreihin C1 ja C2 kytketyt signaalit Ul&Ui ja Uu-Ui aiheuttavat nettovoiman Fpjfof, joka on verrannollinen Uu.ri ja Uf.n tuloon eli U\n ja /:n tuloon, joka puolestaan vastaa mitattavaa tehoa P. Näin ollen net-tovoimavoiman FpM vaikutuksen kompensoimiseen tarkoitettavan jännitteen neliö on verrannollinen johtimesta mitattavaan tehoon P.

Kuvassa 1c esitetään kiikkurakenteen 100 kanssa käytettävä kapasitanssin C3 mittaamiseen tarkoitettu mittauspiiri 180, johon kuuluu signaalien Uu+U/\a Uu-Ui aikaansaaman nettovoiman FPJOt aiheuttaman kiikun 110 kallistuman havainnointiin soveltuva siltakytkentä 190. Kallistuman ilmaiseva kondensaattori C3 on siltakytkennän 190 yhtenä haarana ja sen kapasitanssia C3 mitataan esimerkiksi huomattavasti jännitteen U ja virran / taajuutta suuremmalla taajuudella. Kapasitanssiarvojen Cm, Cr2, Cr3 ollessa kiinteitä, pisteen ba jännite Uba on verrannollinen kapasitanssiarvoon C3.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa laitteessa, joka on esitetty jossakin edellä mainitussa suoritusmuodossa, kiikun asennon muutosta havainnoidaan mittaamalla siltakytkennällä mittauselementin kapasitanssia, jonka suuruus riippuu mittauselementin elektrodien välisestä etäisyydestä.

Operaatiovahvistimella OP3 tuotetaan mitatusta kapasitanssista C3 riippuva ja takaisinkytkentäsignaalina toimiva tasa- tai vaihtojännite Uc4, joka syötetään kondensaattoriin C4 kiikun 110 pitämiseksi paikallaan ja nettovoiman Fptot kompensoimiseksi. Takaisinkytkentäjännitteen Uc4 avulla saadaan selville jännitteen U ja virran / hetkellinen tulo, eli mitattava teho P, joka on verrannollinen takaisinkytkentäjännitteen Uc4 neliöön.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa laitteessa, joka on esitetty jossakin edellä mainitussa suoritusmuodossa, kolmannella operaatiovahvistimella tuotettu kiikun tasapainottamiseksi syötettävä jännitesignaali on mitatusta mittauselementin kapasitanssista riippuva takaisinkytkentäjännitesignaali, joka on verrannollinen johtimessa kulkevaan sähkötehoon.

Kuvassa 2 esitetään mittalaite 200, joka on sovitettu mittaamaan johtimessa kulkevaa sähkötehoa johtimen yhteyteen integroidun anturin 210 avulla, johon kuuluu kiikku, joka on sovitettu kiertymään akselinsa suhteen. Akselin molemmilla puolilla on kiikun ylä- ja alapinnalla elektrodit ja kukin kiikun neljästä elektrodista muodostaa osan yhdestä kapasitiivisena elementtinä toimivasta kondensaattorista.

Johtimeen kytkettyyn anturiin 210 kuuluu mittausyksikkö, joka käsittää jännite-ja mittauspiirit, jotka on sovitettu muodostamaan kiikun vastakkaisilla pinnoilla oleville kapasitiivisille elementeille kiikun asentoon vaikuttavat mitattavasta sähkötehosta riippuvat jännitesignaalit, havainnoimaan kapasitiivisen mittaus-elementin avulla jännitesignaalien muutoksen tai muutosten aiheuttamaa kiikun asennon muutosta ja tasapainottamaan kiikku muuttamalla kiikun asennon muutoksen perusteella kapasitiiviselle tasapainotuselementille syötettävää jännitesignaalia, jonka neliö on verrannollinen johtimesta mitattavaan sähkötehoon.

Mittalaitteeseen 200 kuuluu lisäksi vähintään yksi prosessori 220, jonka avulla toteutetaan esimerkiksi sovellusohjelmien määrittämiä käskyjä ja käsitellään dataa, ja vähintään yksi muisti 230 datan, esimerkiksi sovellusohjelmien ja kerättävien tietojen, säilyttämistä varten.

Muisti 230 käsittää vähintään anturin 210 toimintaa ohjaavan ohjelman 232, jonka avulla kerätään, tallennetaan ja käsitellään anturin välittämää mittaustietoa. Anturin 210 mittausyksikkö suorittaa signaalinkäsittelyn ja mittausdatan A/D-muuntamisen mittalaitteeseen kuuluvalle prosessorille 220 ja ohjelmalle 232 sopivaan muotoon sekä prosessorin antamien 220 käskyjen D/A-muuntamisen ja käsittelemisen anturille 210 sopivaan muotoon.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa laitteessa, joka on esitetty jossakin edellä mainitussa suoritusmuodossa, on prosessoriyksikkö, joka on sovitettu määrittämään laitteen muistiyksikköön tallennetun tietokoneohjelman mukaisesti mitattava sähköteho tasapainotuselementille syötetyn takaisinkytken-täjännitesignaalin perusteella, jonka takaisinkytkentäjännitesignaalin neliö on verrannollinen mitattavaan sähkötehoon.

Mittauslaitteeseen 200 kuuluu lisäksi tiedonsiirtorajapintana toimiva tiedonsiir-toyksikkö 240, joten muisti 230 sisältää lisäksi tiedonsiirron ohjaamiseen tarkoitetun ohjelman 234. Tällöin mittauslaite 200 voisi olla langattomasti ja/tai kaapelin välityksellä erillisellä laitteella luettava ja/tai mittaustietoa itsenäisesti lähettävä tehomittari, johon kuuluu lisäksi erillinen virtalähde tai virtalähdeyk-sikkö, joka on sovitettu ottamaan tarvitsemansa käyttövirta esimerkiksi mitta-uskohteesta. Mittaustieto voidaan myös siirtää sähköverkkoa pitkin esimerkiksi rakennuksessa olevaan varsinaiseen sähkömittariin.

Mittauslaite 200 voi sisältää myös vähintään yhden käyttöliittymän 250, joka käsittää esimerkiksi näytön, vähintään yhden toimintonäppäimen, näppäimistön ja/tai kosketusnäytön, tiedonsiirtoyksikön 240 sijasta tai sen lisäksi, jolloin muistissa 230 on tällöin myös tarvittavat ohjelmat 236 käyttöliittymän ohjaamiseksi. Näytöllä 240 varustettuja mittauslaitteita 200 voidaan soveltaa esimerkiksi tehomittareissa sekä kodinkoneissa, jatkojohdoissa, viihde-elektronikassa ja tietoverkoissa osoittamaan niiden tehokulutusta.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa laitteessa, joka on esitetty jossakin edellä mainitussa suoritusmuodossa, on lisäksi vähintään yksi seuraavis-ta: tiedonsiirtoyksikkö ja/tai käyttöliittymäyksikkö.

Kuvassa 3 esitetään sähkötehon mittaamiseen tarkoitettu menetelmä 300, jossa johtimessa kulkeva sähköteho mitataan esimerkiksi kuvien 1a-1c mukaisella kiikkurakenteella varustetulla MEMS-anturilla.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä, joka on esitetty jossakin edellä mainitussa suoritusmuodossa, kiikku ja kapasitiiviset elementit kuuluvat kapasitiiviseen mikromekaaniseen anturiin, jonka akselin ensimmäisellä puolella vastakkaisilla pinnoilla ovat ensimmäinen ja toinen elementti, ja akselin toisella puolella vastakkaisilla pinnoilla ovat mittauselementti ja tasa-painotuselementti.

Aloitusvaiheessa 310 asetetaan anturi mittauskohteeseen ja valmistetaan se mittaustehtävään esimerkiksi varmistamalla sekä itse anturin toimintakunto että anturiin mahdollisesti kytkettyjen komponenttien, esimerkiksi tietojenkäsittely-yksikön, johon kuuluu vähintään yksi prosessori ja muisti, jossa säilytetään mittaustietojen käsittelyyn tarkoitettua vähintään yhtä ohjelmaa, käyttöliittymän, tiedonsiirtoyksikön ja/tai näytön, toimintakunto ajamalla niiden käynnistys- ja mahdolliset päivitysohjelmat.

Vaiheessa 320, kun anturi kytketään kiinni mitattavaan johteeseen, muodostetaan jännite- ja virtasignaalien käsittelyyn soveltuvalla jännitepiirillä mitattavasta sähkötehosta riippuvat johtimesta mitattavaan jännitteeseen verrannollinen jännitesignaali Uu ja johtimesta mitattavaan virtaan verrannollisen jännitesig-naalin Ui.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä, joka on esitetty jossakin edellä mainitussa suoritusmuodossa, ensimmäiselle ja toiselle kapasi-tiiviselle elementille tulevat jännitesignaalit muodostetaan johtimesta mitattavaan jännitteeseen verrannollisen jännitesignaalin Uu ja johtimesta mitattavaan virtaan verrannollisen jännitesignaalin Ui avulla.

Jännitesignaalien Uu ja Ui avulla jännitepiiri muodostaa summasignaalin Uu+Ui, joka kytketään yhden anturin kondensaattorin C1 yli, ja erotussignaalin Uu-Ui, joka kytketään kiikun vastakkaisella puolella olevan toisen kondensaattorin C2 yli.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä, joka on esitetty jossakin edellä mainitussa suoritusmuodossa, ensimmäiselle ja toiselle elementille muodostetaan jännitesignaalit kytkemällä ensimmäisen elementin yli jännitteeseen verrannollisen jännitesignaalin ja virtaan verrannollisen jännitesignaalin summaan verrannollinen summajännitesignaali Uu+Ui sekä toisen mittauselementin yli jännitteeseen verrannollisen jännitesignaalin ja virtaan verrannollisen jännitesignaalin erotukseen verrannollinen erotusjännitesignaali UtrU,

Samalla kun jännite- ja virtasignaalien käsittelyyn tarkoitetulla jännitepiirillä muodostetaan summa- ja erotussignaaleja, jotka vaikuttavat kiikun kallistukseen akselinsa ympäri, aletaan vaiheessa 330 tarkkailla anturin kolmannen kondensaattorin C3 kapasitanssia, eli sen kondensaattorilevyjen välistä etäisyyttä, mittauspiirillä. Kondensaattorilevyjen etäisyyteen vaikuttaa juuri summa- ja erotussignaalin aikaansaamien vastakkaisten kiikkuun vaikuttavien voimien erotus.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä, joka on esitetty jossakin edellä mainitussa suoritusmuodossa, kiikun asennon muutosta havainnoidaan mittaamalla mittauselementin kapasitanssia, jonka suuruus riippuu mittauselementin elektrodien välisestä etäisyydestä.

Mikäli kondensaattorin C3 kapasitanssi ei muutu vaiheessa 340, eli kiikku on tasapainossa siihen vaikuttavien voimien kumotessa toisensa, palataan takaisin vaiheeseen 330 jatkamaan mittausta.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä, joka on esitetty jossakin edellä mainitussa suoritusmuodossa, kiikun ollessa tasapainossa ka-pasitiivisten elementtien kautta vaikuttavat sähköiset voimat ja akselin jousivoima kumoavat toisensa.

Mikäli taas kondensaattorin C3 kapasitanssin suuruudessa tapahtuu muutos kondensaattoreihin C1 ja C2 vaikuttavien voimien välisen suhteen muuttuessa, vaiheessa 350 tasapainotetaan kiikku muuttamalla kiikun asennon muutoksen perusteella neljännelle kondensaattorille C4 syötettävää takaisinkytkentäsig-naalia.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä, joka on esitetty jossakin edellä mainitussa suoritusmuodossa, kiikun tasapainottamiseksi syötettävä jännitesignaali on mitatusta mittauselementin kapasitanssista riippuva takaisinkytkentäjännitesignaali, joka on verrannollinen johtimessa kulkevaan sähkötehoon.

Vaiheessa 360 määritetään takaisinkytkentäsignaalin avulla johtimessa kulkeva sähköteho. Tieto takaisinkytkentäsignaalin suuruudesta välitetään anturiin yhdistetylle prosessoriyksikölle, joka mittalaitteen muistiin tallennetun tietokoneohjelman avulla määrittää sähkötehon suuruuden. Määritetty tehoarvo voidaan tallentaa mahdollista jatkohyödyntämistä varten ja/tai esitetään mittalaitteeseen liitetyn näytön avulla käyttäjälle reaaliaikaisesti. Vaihtoehtoisesti teho-arvoa voidaan ilmaista äänimerkeillä tai merkkivalojen avulla.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä, joka on esitetty jossakin edellä mainitussa suoritusmuodossa, lisäksi määritetään mitattava sähköteho tasapainotuselementille syötetyn takaisinkytkentäjännitesignaalin perusteella, jonka takaisinkytkentäjännitesignaalin neliö on verrannollinen mitattavaan sähkötehoon.

Mikäli vaiheessa 370 halutaan jatkaa kapasitanssimittausta, palataan takaisin vaiheeseen 330. Muussa tapauksessa menetelmä 300 päättyy vaiheessa 380.

Edellä on esitetty vain eräitä keksinnön esimerkinomaisia suoritusmuotoja. Keksinnön mukaista periaatetta voidaan luonnollisesti muunnella vaatimusten määrittelemän suoja-alueen puitteissa esimerkiksi toteutuksen yksityiskohtien sekä käyttöalueiden osalta.

Claims (8)

1. Menetelmä (300) johtimessa kulkevan sähkötehon mittaamiseksi kiikulla (110), joka on sovitettu liikkumaan akselin (140) suhteen ja jossa on elektrodit (150a, 152a, 154a, 156a) kiikun vastakkaisilla pinnoilla (110a, 110b) tai akselin molemmilla puolilla, joista kukin kiikun elektrodeista on sovitettu muodostamaan osan kapasitiivisesta elementistä (C1, C2, C3, C4), tunnettu siitä että menetelmässä muodostetaan (320) kiikun vastakkaisilla pinnoilla tai akselin molemmilla puolilla oleville ensimmäiselle elementille (C1) ja toiselle elementille (C2) kiikun asentoon vaikuttavat mitattavasta sähkötehosta riippuvat jännitesignaalit johtimesta mitattavaan jännitteeseen verrannollisen jännitesignaalin ja johtimesta mitattavaan virtaan verrannollisen jännitesignaalin avulla, havainnoidaan (330, 340) mittauselementin (C3) avulla jännitesignaalien muutoksen aiheuttamaa kiikun asennon muutosta ja tasapainotetaan (350) kiikku muuttamalla kiikun asennon muutoksen perusteella tasapainotuselementille (C4) syötettävää jännitesignaalia, joka on verrannollinen mitattavaan sähkötehoon.

2. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa ensimmäiselle ja toiselle elementille muodostetaan jännitesignaalit kytkemällä (320) ensimmäisen elementin yli jännitteeseen verrannollisen jännitesignaalin ja virtaan verrannollisen jännitesignaalin summaan verrannollinen summajännitesignaali sekä toisen mittauselementin yli jännitteeseen verrannollisen jännitesignaalin ja virtaan verrannollisen jännitesignaalin erotukseen verrannollinen erotusjännitesignaali.

3. Jonkin edellisen vaatimuksen mukainen menetelmä, jossa kiikun asennon muutosta havainnoidaan mittaamalla (330) mittauselementin kapasitanssia, jonka suuruus riippuu mittauselementin elektrodien (154a, 154b) välisestä etäisyydestä (d).

4. Jonkin edellisen vaatimuksen mukainen menetelmä, jossa kiikun tasapainottamiseksi syötettävä jännitesignaali on mitatusta mittauselementin kapasitanssista riippuva takaisinkytkentäjännitesignaali, joka on verrannollinen johtimessa kulkevaan sähkötehoon.

5. Jonkin edellisen vaatimuksen mukainen menetelmä, jossa kiikun ollessa tasapainossa kapasitiivisten elementtien kautta vaikuttavat sähköiset voimat ja akselin jousivoima kumoavat toisensa.

6. Jonkin edellisen vaatimuksen mukainen menetelmä, jossa lisäksi määritetään (360) mitattava sähköteho tasapainotuselementille syötetyn takaisinkyt-kentäjännitesignaalin perusteella, jonka takaisinkytkentäjännitesignaalin neliö on verrannollinen mitattavaan sähkötehoon.

7. Jonkin edellisen vaatimuksen mukainen menetelmä, jossa kiikku ja kapa-sitiiviset elementit kuuluvat kapasitiiviseen mikromekaaniseen anturiin, jonka akselin ensimmäisellä puolella vastakkaisilla pinnoilla ovat ensimmäinen ja toinen elementti, ja akselin toisella puolella vastakkaisilla pinnoilla ovat mittaus-elementti ja tasapainotuselementti.

8. Laite (100, 160, 180) johtimessa kulkevan sähkötehon mittaamiseksi, joka on sovitettu toteuttamaan jonkin vaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä. Krav