JP2000241461A - 計測装置及びその計測装置を用いた回路遮断器 - Google Patents

計測装置及びその計測装置を用いた回路遮断器

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JP2000241461A
JP2000241461A JP11039442A JP3944299A JP2000241461A JP 2000241461 A JP2000241461 A JP 2000241461A JP 11039442 A JP11039442 A JP 11039442A JP 3944299 A JP3944299 A JP 3944299A JP 2000241461 A JP2000241461 A JP 2000241461A
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Hideo Nagahisa
英夫 永久
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、サンプルホールド中のドループレート
を小さくするためには、高価なオペアンプ(低デバイス
電流品)および、ホールド用コンデンサ(低リーク電流
品)等を使用してきた。そこで、予め、電源電圧、温度
変化によるサンプルホールド中のドループレートを求め
て、計測時、電源電圧、および温度からサンプルホール
ド中のドループレートの補正を行い、高精度な回路遮断
器の通電情報計測装置を提供することを目的としいる。 【解決手段】 通電情報計測装置19の内部に、サンプ
ルホールド回路11を前段に配置したマイコン15内の
A/D変換回路16と予め電源電圧または温度をパラメ
ータとして求めた補正係数を保持する記憶回路18と、
補正係数を用い計測値を演算処理手段とを備えたもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、サンプルホール
ド回路を前段に配置したA/D変換回部(演算装置、例
えばマイコンで構成)有する通電情報の計測装置、並び
にこの計測装置を備えた回路遮断器における、サンプル
ホールド時間が長い(例えば、十から数百μS)データ
のドループレートの補正に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の回路遮断器の通電情報計測装置に
ついて説明する。図6は従来の回路遮断器の通電情報計
測装置を示すブロック構成図である。図6において、1
は、通電主導体2、整流回路3、一次変流器5、整流回
路3の出力に応じて開閉接点2を開閉させる引き外し部
(図示しない)等を有する回路遮断器である。2は通電
主導体4の電流をオン・オフする開閉接点、3は一次変
流器5の出力を整流する整流回路、6は一次側変流器5
に流れる電流を検出する二次変流器、7は通電主導体2
間の電圧(相間電圧)を検出する変圧器である。
【0003】19は、サンプルホールド回路11、マイ
コン15(演算装置)等を有する通電情報計測装置であ
る。8は二次変流器6からの出力により通電主導体4に
流れる電流に対応するアナログ出力(IR、IS、IT)を得
る電流入力回路、9は変圧器7からの出力により相間電
圧に対応するアナログ出力(VRS、VST)を得る電圧入力
回路、10はサンプルホールド回路11、マイコン15
等に電力を供給する電源である。15はマイコンであ
り、通電情報(電流、電圧等)をサンプルホールド回路
11に一旦保持させ、信号選択回路13を通して、マイ
コン15内のA/D変換回路16により、図2のタイミ
ングチャートに示すタイミングで、サンプルホールド値
をデジタル変換し、必要に応じて、表示回路12に表示
あるいは、通信I/F回路14にて、外部パソコン(図
示しない)等に通電情報を通信する。17は、時計回路
であり、電力量を演算するために使用する。18は、負
荷(図示しない)の電圧、負荷へ流れる電流等の設定値
を記憶する回路である。
【0004】サンプルホールド回路11について図を用
いて説明する。図7は、例えば特開昭63−10070
0号公報に示される従来のサンプルホールド回路図であ
る。サンプルリング時における動作について説明する。
まず目標電圧が入力端子25に印加され、その目標電圧
に達するまで、ホールド用コンデンサ26が充電または
放電される。ついで入力端子25をオープンとした場
合、出力端子27には、ホールド用コンデンサ26に充
電された目標電圧が出力される。このとき、主にオペア
ンプ24の入力バイアス電流あるいは、ホールド用コン
デンサ26のリーク電流によって、ドループレート(出
力電圧の変動)が生じる。従来は、このドループレート
を小さくするために、ホールド用コンデンサの低リーク
電流化、または、オペアンプの低入力バイアス電流化
等、部品自体の特性で対応していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の回路遮断器の通
電情報計測装置、特にそのサンプルホールド回路は、上
述したように、サンプルホールド中のドループレートを
小さくするために、高価なオペアンプ(低デバイス電流
品)および、ホールド用コンデンサ(低リーク電流品)
等を使用する必要があった。また、サンプルホールド時
間が長い(例えば、十から数百μS)サンプルホールド
回路のドループレートに対する対策が不十分であったの
で通電情報の計測精度が悪いという問題があった。さら
にまた、設置環境、特に温度に関し低温または高温であ
るときの条件が考慮されておらず、通電情報の計測精度
が悪いという問題があった。
【0006】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたものであり、通電情報の計測制精度が高い計
測装置及びその計測装置を用いた回路遮断器を提供する
ことを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係る計測装置
は、通電導体の通電情報をサンプリングし、このサンプ
リング値を保持する複数のサンプルホールド素子を有す
るサンプルホールド回路と、このサンプルホールド回路
のサンプリング電圧を順次A/D変換部を介して入力
し、上記通電導体の通電情報を計測する演算装置とを備
えた計測装置において、上記演算装置は、上記A/D変
換部の出力値を入力し、当該サンプルホールド回路のサ
ンプリング値保持時間に応じて当該A/D変換部の出力
値を補正し通電情報を計測するものである。
【0008】また、演算装置は、サンプルホールド回路
への供給電圧を入力し、この供給電圧に応じてA/D変
換部の出力値を補正するものである。また、演算装置
は、サンプルホールド回路周辺の温度を入力し、この温
度に応じてA/D変換部の出力値を補正するように形成
されたものである。また、演算装置は、サンプルホール
ド回路の使用時間を入力し、この使用時間に応じてA/
D変換部の出力値を補正するものである。
【0009】また、サンプルホールド回路中のサンプル
ホールド素子の特性ばらつきを補正するために基準電圧
を発生する基準電圧発生回路と、上記サンプルホールド
回路の前段に、上記基準電圧発生回路からの出力と通電
導体からの通電情報を検出する手段からの出力値を切換
える基準電圧入力回路とを設けたものである。また、演
算装置との通信I/F回路を有し、A/D変換部の出力
値を補正するための補正係数を上記通信I/F回路を介
して書き換え可能に形成されたものである。
【0010】さらにまた、電流を通電する通電導体と、
この通電導体を開閉する開閉接点と、計測装置とを備
え、上記主回路の通電情報を計測するように形成された
ものである。
【0011】
【発明の実施の形態】実施の形態1.以下この発明の実
施の形態1について説明する。図1はこの発明の実施の
形態1に係る回路遮断器の通電情報計測装置のブロック
構成図である。図1において、1は、通電主導体(通電
導体)2、整流回路3、一次変流器5、整流回路3の出
力に応じて開閉接点2を開閉させる引き外し部(図示し
ない)等を有する回路遮断器である。2は通電主導体4
の電流をオン・オフする開閉接点、3は一次変流器5の
出力を整流する整流回路、4は電源(図示しない)側に
電源側端子4A、負荷(図示しない)側に負荷側端子4
Bを有する回路遮断器1の主回路導体、6は一次側変流
器5に流れる電流を検出する二次変流器、7は通電主導
体2間の電圧(相間電圧)を検出する変圧器である。
【0012】19は、サンプリング値を各サンプルホー
ルド素子(図示しない)に保持するサンプルホールド回
路11、マイコン15(演算装置)等を有する通電情報
計測装置である。8は二次変流器6からの出力により通
電主導体4に流れる電流に対応するアナログ出力
(IR、IS、IT)を得る電流入力回路、9は変圧器7
からの出力により相間電圧に対応するアナログ出力(V
RS、VST)を得る電圧入力回路、10はサンプルホール
ド回路11、マイコン15等に所定の電圧(例えば12
V)の電力を供給する電源である。15はマイコンであ
り、通電情報(電流、電圧等)をサンプルホールド回路
11に一旦保持させ、信号選択回路13を通して、マイ
コン15内のA/D(アナログ/ディジタル)変換回路
(A/D変換部)16により、サンプルホールド値をデ
ジタル変換し、必要に応じて、表示回路12に表示ある
いは、通信I/F回路14にて、外部パソコン(図示し
ない)等に通電情報を通信する。17は、時計回路であ
り、時間計測や電力量を演算するために使用する。18
は、後述するパラメータ、負荷の電圧、負荷へ流れる電
流等の設定値を記憶する回路である。20は、電源回路
10からサンプルホールド回路11へ供給された供給電
圧信号であり、マイコン15は/D変換回路16を通し
て供給電圧を検出する。21は例えばサーミスタにより
形成され、通電情報計測装置の温度を検出する温度検出
回路であり、この温度信号はA/D変換回路16を通し
てマイコン15に入力される。
【0013】次に動作について説明する。まずマイコン
15への通電情報の取り込みについて説明する。図2は
通電情報計測装置の計測タイミングを示すタイミングチ
ャートであり、(a)はマイコン15がサンプルホール
ド回路11にサンプル値をホールドさせるサンプルホー
ルド信号、(b)はマイコン15が信号選択回路13に
所望のチャネル(CH)の信号を選択させる選択信号、
(c)はA/D変換回路16に入力され変換される信
号、(d)はマイコン15の処理内容である。図2中、
1,T2,T3,T4,T5は各チャネルの変換時刻、T
SHはサンプルホールド時間、TSRは1周期のサンプリン
グ時間であり、通電導体を通電する電流の周波数の1/
64(約244μs)に相当する。なお、各チャネルは
サンプルホールド回路中の各サンプルホールド素子に対
応する。
【0014】マイコン15はサンプルホールド回路11
にホールド切換を指令し、サンプルホールド回路11は
入力を切換えサンプリングする(S10)。サンプルホ
ールド回路11は、サンプルホールド信号を入力したと
き(図2(a)で信号がHとなったとき)、サンプリン
グ値をホールドする(S12)。このとき、マイコン1
5から選択信号を入力した信号選択回路13はサンプル
ホールド回路11の1CHの信号即ちR相電流IRを選
択し、A/D変換回路16に出力し、A/D変換する
(S14)。1CHの信号を変換後、マイコン15から
選択信号を入力した信号選択回路13はサンプルホール
ド回路11の2CHの信号即ちS相電流ISを選択し、
A/D変換回路16に出力し、A/D変換する(S1
6)。以降、同様にして、3CH〜5CHの信号をA/
D変換する(S18〜S22)。その後、マイコン15
はサンプルホールド回路11にホールド解除させ(S2
4)、サンプルホールド信号をLとして1周期のサンプ
リングを終了する。
【0015】ついで、通電情報の計測について説明す
る。図3はサンプルホールド時間と電圧降下のモデルを
示す図であり、縦軸はサンプルホールド回路から出力さ
れる電圧、横軸はサンプルホールド時間、ΔVi(i=
1,2,3,4,5)は時間Ti(i=1,2,3,
4,5)に対する補正値である。記憶回路18に予め時
間Ti(i=1,2,3,4,5)に対する補正値ΔVi
(i=1,2,3,4,5)を記憶させておく。マイコ
ン15は、S14〜S22によりA/D変換部の出力値
Vを入力したとき、時計回路17の入力に基づいて時間
iを検出し、この時間Tiに対応する補正値ΔViを記
憶回路18から呼出し、当該出力値Vと当該補正値ΔV
iとを加算し、通電情報Viを得る。即ち、マイコン15
は式1により通電情報を計測する。 Vi=V+ΔVi(i=1,2,3,4,5) ・・(式1)
【0016】以上のように、通電情報計測装置19は、
複数のサンプルホールド素子を有するサンプルホールド
回路の出力を入力し、A/D変換した値Viをサンプル
ホールド時間Tiに応じて補正するので、通電情報の計
測制精度が高く、また、高価なオペアンプ(低デバイス
電流品)および、ホールド用コンデンサ(低リーク電流
品)等を用いずに、廉価に構成することができる。ま
た、サンプリング時間が例えば約244μsと比較的長
くてもドループレートの影響がほとんどないので、クロ
ック周波数の低い廉価なマイコン15を使用することが
可能となるばかりでなく、クロック周波数が低いので消
費電力を低くすることができという効果がある。また、
通電情報計測装置19を用いた回路遮断器1は、上述と
同様の効果に加え、特に長時間例えば数十年通電情報を
計測する必要があるので消費電力を低くできるという優
れた効果を奏する。さらにまた、通電情報計測装置19
を回路遮断器1以外に、例えば配電盤内に設けても長時
間通電情報を計測する必要があるので同様の効果があ
る。
【0017】実施の形態2.図4はこの発明の実施の形
態2に係る通電情報計測装置の計測の補正係数を示す表
図であり、温度は温度検出回路21により検出された温
度、電源はサンプルホールド回路11への供給電圧、α
は補正係数である。温度検出回路21により検出された
通電情報計測装置の温度信号、及び供給電圧信号21
は、A/D変換回路16を通してマイコン15に入力さ
れる。これら温度、電源(供給電圧)、補正係数αの対
応は予め記憶回路18に保持しておく。
【0018】次に動作について説明する。マイコン15
は、S14〜S22によりA/D変換部の出力値Vを入
力したとき、時計回路17の入力に基づいて時間Ti
検出し、この時間Tiに対応する補正値ΔViを記憶回路
18から呼出し、さらに、サンプルホールド回路11へ
の供給電圧及び温度検出回路21から温度の入力に基づ
いて対応する補正係数αを記憶回路18から呼出し、当
該出力値Vと当該補正値ΔViに当該補正係数αを乗算
した値とを加算し、通電情報Viを得る。即ち、マイコ
ン15は式2により通電情報を計測する。 Vi=V+α・ΔVi(i=1,2,3,4,5) ・・(式2)
【0019】供給電圧にばらつきのある電源を使用した
ときにも、通電情報の計測制精度が高い計測装置を提供
することができる。
【0020】以上のように構成したので、実施の形態1
と同等の効果に加え、サンプルホールド回路11への供
給電圧及び温度検出回路21から温度に応じて補正値Δ
iを補正するので、より計測の精度を高くすることが
可能であるとともに、供給電圧にばらつきのある電源を
使用したときにも、温度にばらつきがある雰囲気におい
ても、精度の高い計測が可能となる。また、温度による
補正値ΔViの補正をすることができるので、雰囲気の
比較的広範囲で温度が変化する(例えば夏の昼間と冬の
夜間の温度)位置に設けられる回路遮断器のときに特に
有用である。なお、実施の形態2では、供給電圧及び温
度に応じて補正値ΔViを補正する例について説明した
が、供給電圧と温度の一方をパラメータとして補正係数
αを決定する構成としても良い。また、通電情報計測装
置19の温度を検出する例について説明したが、精度の
観点から温度検出回路21はサンプルホールド回路11
の周辺に配置することが好ましい。
【0021】実施の形態3.図5はこの発明の実施の形
態3を示す回路遮断器の通電情報計測装置のブロック構
成図である。図5において、22はサンプルホールド回
路11中の各サンプルホールド素子のバラツキ補正をす
るための基準電圧を発生する基準電圧発生回路、23は
サンプルホールド回路11の前段に設けられ、基準電圧
発生回路23と電流入力回路8、電圧入力回路9との入
力を切換える基準電圧入力回路である。その他の構成は
実施の形態1、2と同様であるのでその説明を省略す
る。
【0022】次に動作について説明する。まず、初期の
ばらつき補正について説明する。通電情報計測装置19
の使用前に、例えばマイコン15の指令により、基準電
圧入力回路23を基準電圧発生回路22に接続させ、サ
ンプルホールド回路15の各サンプルホールド素子に基
準電圧例えば5Vを保持させる。S12〜S22によ
り、マイコン15は上記各サンプルホールド素子に保持
された電圧を検出し(補正値ΔViによる補正済)、基
準電圧との電圧差を求める。マイコン15はこの電圧差
に基づいて補正値ΔV iを補正し、その値を記憶回路1
8に保持させ、以後計測の補正値として使用する。例え
ば、3番目のサンプルホールド素子に保持された電圧
4.8Vを検出し、基準電圧5Vとの電圧差0.2Vを
求める。マイコン15はこの電圧差0.2Vに基づいて
補正値ΔViを補正する(+0.2V加算する)。
【0023】ついで、定期的なばらつき補正について説
明する。マイコン15は、所定の期間毎例えばサンプル
ホールド回路11の使用時間が1000時間毎に、基準
電圧入力回路23を基準電圧発生回路22に接続させ、
サンプルホールド回路15の各サンプルホールド素子に
基準電圧例えば5Vを保持させる。S12〜S22によ
り、マイコン15は上記各サンプルホールド素子に保持
された電圧を検出し(補正値ΔViによる補正済)、基
準電圧との電圧差を求める。マイコン15はこの電圧差
に基づいて補正値ΔViを補正し、その値を記憶回路1
8に保持させ、以後計測の補正値として使用する。
【0024】以上のように、基準電圧によりサンプルホ
ールド回路11の各サンプルホールド素子を個別に補正
することができるので、サンプルホールド素子個体によ
らず高精度な計測をすることができるとともに、比較的
精度の低い廉価なサンプルホールド素子を使用すること
ができる。また、通電情報計測装置19を用いた回路遮
断器1は、上述と同様の効果に加え、特に長時間例えば
数十年通電情報を計測する必要があるので、定期的なば
らつき補正をすることにより、経時的なサンプルホール
ド素子他の特性変化に対応すべく対応できるので高精度
な計測をすることができる。
【0025】なお、時計回路17を用いて、予め経時変
化をパラメータとして求めた補正係数を記憶回路18に
保持させ、その補正係数を用いて、計測値をマイコン1
5により演算処理させても上述と同様の効果が得られ
る。また、補正係数を通信I/F回路14を通して書き
換え可能な構成とすれば、回路遮断器本体1側が、故障
あるいは負荷電圧等の仕様変更による補正係数の変更が
必要となった場合においても対応が可能となる。
【0026】
【発明の効果】この発明に係る計測装置は、通電導体の
通電情報をサンプリングし、このサンプリング値を保持
する複数のサンプルホールド素子を有するサンプルホー
ルド回路と、このサンプルホールド回路のサンプリング
電圧を順次A/D変換部を介して入力し、上記通電導体
の通電情報を計測する演算装置とを備えた計測装置にお
いて、上記演算装置は、上記A/D変換部の出力値を入
力し、当該サンプルホールド回路のサンプリング値保持
時間に応じて当該A/D変換部の出力値を補正し通電情
報を計測するので、サンプリング周期が長いときにも通
電情報の計測制精度が高い計測装置を提供することがで
きる。
【0027】また、演算装置は、サンプルホールド回路
への供給電圧を入力し、この供給電圧に応じてA/D変
換部の出力値を補正するので、供給電圧にばらつきのあ
る電源を使用したときにも、通電情報の計測制精度が高
い計測装置を提供することができる。
【0028】また、演算装置は、サンプルホールド回路
周辺の温度を入力し、この温度に応じてA/D変換部の
出力値を補正するように形成されたので、温度にばらつ
きがある雰囲気においても、通電情報の計測制精度が高
い計測装置を提供することができる。
【0029】また、演算装置は、サンプルホールド回路
の使用時間を入力し、この使用時間に応じてA/D変換
部の出力値を補正するので、経時変化による特性変化が
あっても、通電情報の計測制精度が高い計測装置を提供
することができる。
【0030】また、サンプルホールド回路中のサンプル
ホールド素子の特性ばらつきを補正するために基準電圧
を発生する基準電圧発生回路と、上記サンプルホールド
回路の前段に、上記基準電圧発生回路からの出力と通電
導体からの通電情報を検出する手段からの出力値を切換
える基準電圧入力回路とを設けたので、サンプルホール
ド素子個体によらず高精度な計測をすることができる。
【0031】また、演算装置との通信I/F回路を有
し、A/D変換部の出力値を補正するための補正係数を
上記通信I/F回路を介して書き換え可能に形成された
ので、サンプルホールド素子個体の経時的特性によらず
高精度な計測をすることができる。
【0032】さらにまた、電流を通電する通電導体と、
この通電導体を開閉する開閉接点と、計測装置とを備
え、上記主回路の通電情報を計測するように形成された
ので、通電情報の計測制精度が高い計測装置を用いた回
路遮断器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の回路遮断器の通電情報計測装置のブロ
ック構成を示す図である。
【図2】 通電情報計測装置の計測タイミングを示すタ
イミングチャートである。
【図3】 サンプルホールド時間と電圧降下のモデルを
示す図である。
【図4】 この発明の実施の形態2に係る通電情報計測
装置の計測の補正係数を示す表図である。
【図5】 この発明の実施の形態3を示す回路遮断器の
通電情報計測装置のブロック構成図である。
【図6】 従来の回路遮断器の通電情報計測装置を示す
ブロック構成図である。
【図7】従来のサンプルホールド回路図である。
【符号の説明】
1 回路遮断器本体、 2 開閉接点、 3 整流
回路、 4 通電主導体、 5 1次変流器、
6 2次変流器、 7 変圧器、 8 電流入力回
路、 9 電圧入力回路、 10 電源回路、
11 サンプルホールド回路、 12 表示回路、
13 信号選択回路、 14 通信I/F回路、
15 マイコン、 16 A/D変換回路、 1
7 時計回路、 18 記憶回路、 19 通電情
報計測装置、 20 電源電圧信号、 21 温度
検出回路、 22 基準電圧発生回路、 23 基
準電圧入力回路、 24 オペアンプ、 25 入
力端子、 26 ホールド用コンデンサ、 27
出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H03M 1/12 H03M 1/12 A C

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 通電導体の通電情報をサンプリングし、
    このサンプリング値を保持する複数のサンプルホールド
    素子を有するサンプルホールド回路と、このサンプルホ
    ールド回路のサンプリング電圧を順次A/D変換部を介
    して入力し、上記通電導体の通電情報を計測する演算装
    置とを備えた計測装置において、 上記演算装置は、上記A/D変換部の出力値を入力し、
    当該サンプルホールド回路のサンプリング値保持時間に
    応じて当該A/D変換部の出力値を補正し通電情報を計
    測するように形成されたことを特徴とする計測装置。
  2. 【請求項2】 演算装置は、サンプルホールド回路への
    供給電圧を入力し、この供給電圧に応じてA/D変換部
    の出力値を補正するように形成されたことを特徴とする
    請求項1記載の計測装置。
  3. 【請求項3】 演算装置は、サンプルホールド回路周辺
    の温度を入力し、この温度に応じてA/D変換部の出力
    値を補正するように形成されたことを特徴とする請求項
    1又は2記載の計測装置。
  4. 【請求項4】 演算装置は、サンプルホールド回路の使
    用時間を入力し、この使用時間に応じてA/D変換部の
    出力値を補正するように形成されたことを特徴とする請
    求項1〜3のいずれか一項記載の計測装置。
  5. 【請求項5】 サンプルホールド回路中のサンプルホー
    ルド素子の特性ばらつきを補正するために基準電圧を発
    生する基準電圧発生回路と、上記サンプルホールド回路
    の前段に、上記基準電圧発生回路からの出力と通電導体
    からの通電情報を検出する手段からの出力値を切換える
    基準電圧入力回路とを設けたことを特徴とする請求項1
    〜4のいずれか一項記載の計測装置。
  6. 【請求項6】 演算装置との通信I/F回路を有し、請
    求項1〜4のいずれか一項記載のA/D変換部の出力値
    を補正するための補正係数を上記通信I/F回路を介し
    て書き換え可能に形成されたことを特徴とする請求項5
    記載の計測装置。
  7. 【請求項7】 電流を通電する通電導体と、この通電導
    体を開閉する開閉接点と、請求項1〜6のいずれか一項
    記載の計測装置とを備え、上記主回路の通電情報を計測
    するように形成されたことを特徴とする回路遮断器。
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