JP2008058228A - 測定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】所定の区間ごとに複数のサンプリングデータで電流・電圧・電力を測定する際に、当該測定値の正当性を評価することができる測定装置を提供する。
【解決手段】測定装置1は、入力データを所定のサンプリング周期でA/D変換して取得するサンプリングデータに基づいて、演算手段33で測定区間ごとの測定値を算出し、A/D変換してサンプリングデータを取得する際の入力データが当該A/D変換範囲に基づいた値であるか否かを検出手段34で検出し、当該いずれかの測定区間に関して、検出手段34で検出した結果と演算手段33で算出された測定値とを出力するデータ出力手段36を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、デジタルサンプリング方式で電流・電圧・電力を測定する測定装置に関する。
従来、入力回路で測定したアナログの電流、電圧値を所定のサンプリング周期でデジタル変換し、電流値、電圧値あるいは演算による電力値を測定値として出力する、いわゆるデジタルサンプリング方式で電流・電圧・電力を測定する測定装置がある。例えば、特許文献1には、デジタルサンプリング方式の積算電力量計であって、インターバル毎の積算電力を求める機能に加えて、積算電力をリアルタイムでモニタリングする技術が開示されている。
すなわち図4は、上述した従来の測定装置100の構成を模式的に示すブロック図である。測定装置100は、入力回路111、112、A/D121、122、ピーク検出回路123、124、DSP130、ピークラッチ回路140、CPU150、表示部160を有する構成である。
入力回路111、112は、特に図示しない端子から入力される電圧V、電流Iを正規化する。A/D121、122は、入力回路111、112の出力を所定のダイナミックレンジ(変換範囲)でアナログ・デジタル変換する。なお、A/D121、122は、変換範囲の上限値又は下限値を超えた値が入力された場合はその上限値又は下限値を出力する。ピーク検出回路123、124は、入力回路111、112の出力がA/D121、122の変換範囲外である場合のピークオーバを検出し、ピークオーバ信号をピークラッチ回路140に出力する。
DSP130(Digital Signal Processor)は、特に図示しない作業用RAM(Random Access Memory)などを有し、所定のサンプリング周期でA/D121、122の出力を取得、つまり電圧値や電流値を取得し、瞬時電力(電流値×電圧値)の算出を行う。また、DSP130は、作業用RAMに所定時間分のデータ(例えば1サイクル分のデータ)を格納することで、積算電力の算出、平均電流値や平均電圧値の算出などを行う。例えば、DSP130は、上記所定時間を1周期(1波)分に設定することで、周期ごとの電圧、電流、電力を求めるサイクルバイサイクル測定を行う。
具体的には、DSP130は、電流、電圧、電力の測定(サイクルバイサイクル測定)時において図5に示すような動作処理を行う。同図に示すように、先ず、所定のサイクル分の測定を行うための測定ループ処理(ステップS101〜S109)が開始される。次いで、電圧VのA/D値(瞬時電圧)がA/D121から取得され(ステップS102)、電流IのA/D値(瞬時電流)がA/D122から取得され(ステップS103)、その取得された瞬時電圧と瞬時電流の積による瞬時電力が算出されて(ステップS104)、取得された瞬時電圧、瞬時電流、瞬時電力が作業用RAMなどに格納される(ステップS105)。
ステップS105に次いで、所定の測定区間、例えばサイクルバイサイクル測定時における1サイクル分の測定区間が終了したか否かが判定され(ステップS106)、終了していない場合はステップS102へ戻る。つまり、このステップS102〜S106までの一連の処理は、瞬時電圧、瞬時電流、瞬時電力をサンプリングする処理であり、予め設定されたサンプリング周期で行われる。
ステップS106に次いで、1測定区間のサンプリングが終了した場合(ステップS106:YES)、作業用RAMなどに格納された瞬時電圧、瞬時電流、瞬時電力などを元に積算電力の算出、平均電流値や平均電圧値の算出などの測定値の算出が行われ(ステップS107)、その算出された測定値がCPU150へ転送され(ステップS108)、次のループに移行される(ステップS109)。DSP130では、上述した動作処理を行い、測定値をCPU150へ出力する。
ピークラッチ回路140は、ピーク検出回路123、124から出力されるピークオーバ信号をラッチし、そのピークオーバ信号を割り込みハンドラを通じてCPU150に伝える。CPU150(Central Processing Unit)は、制御プログラムなどが格納されたROM(Read Only Memory)やRAMなどを備え、当該制御プログラムをRAMに読み出して順次実行することで測定装置100の各部を統括制御する。表示部160は、LCD(Liquid Crystal Display)などであり、CPU150からの指示に基づいた画面表示を行う。
測定装置100は、CPU150の制御の下、DSP130での測定・演算結果や、割り込みハンドラを通じたピークオーバ信号に基づいたピークオーバ情報などを表示部160の画面に表示する。具体的には、図6に示すように、入力電流を所定のサンプリング周期でデジタル変換し、測定区間K1、K2、K3…でサイクルバイサイクル測定を行った場合、DSP130では測定区間K1、K2、K3でのサンプリングに次いで、演算、出力が順次行われ、CPU150ではその出力を受けて測定値の表示制御が行われる。また、時刻t1〜t2の間や時刻t3〜t4の間のA/D変換範囲外のピークオーバ部分は、ピーク検出回路124での検出に基づいて、直ちにCPU150でピークオーバの表示制御が行われる。
特開平7−92209号公報
上述したように、従来の測定装置100におけるピークオーバの検出・表示は、測定区間ごとの測定値との間で同期を取ってはいなかった。これは、ピークオーバの検出・表示が入力回路の保護と危険防止を本来の目的とするためである。
また、サンプリングの過程において、瞬間的に過大入力などが発生し、A/D変換範囲を超えてしまった場合、誤って変化されたデジタル値(測定値)を含んだまま演算された電流・電圧・電力の測定値は、演算結果が許容範囲内であっても、測定値は正常でないといった事象が発生する。しかし、測定区間を複数周期にわたって長く設定する場合などでは、サンプリング数が多くなるため、それほど大きく影響するものではなかった。
しかしながら、近年では、風力発電や小型モータの評価等において、1周期(1波)ごとに電圧、電流、電力を求めるサイクルバイサイクル測定の要求が高まってきている。このサイクルバイサイクル測定では、従来の複数周期にわたるサンプリングに比べてサンプリング数も少なく、1周期ごとの測定値を厳密に要求している背景からも、ピークオーバ検出時の測定値の正当性が無視できなくなる。ところが、従来の測定装置100では、ピークオーバの検出と測定値との間で同期が取れていないため、測定値の正当性を評価することができなかった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、所定の区間ごとに複数のサンプリングデータで電流・電圧・電力を測定する際に、当該測定値の正当性を評価することができる測定装置を提供することである。
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、入力データを所定のサンプリング周期でA/D変換して取得するサンプリングデータに基づいて、測定区間ごとの測定値を算出する演算手段を有する測定装置において、前記いずれかの測定区間において、A/D変換してサンプリングデータを取得する際の入力データが当該A/D変換範囲に基づいた値であるか否かを検出する検出手段と、前記いずれかの測定区間に関する前記検出結果を格納するフラグ用メモリと、前記いずれかの測定区間に関して、前記演算手段で算出された測定値と前記フラグ用メモリに格納された検出結果とを出力するデータ出力手段と、を備えることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記検出手段は、前記A/D変換したサンプリングデータが当該A/D変換範囲内に予め設定された上限閾値以上の値又は下限閾値以下の値であるか否かを判定することで、前記入力データが当該A/D変換範囲に基づいた値であるか否かを検出することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記検出手段は、前記いずれかの測定区間において、前記A/D変換したサンプリングデータが前記上限閾値以上の値である場合に上限を超えたピークオーバ状態であることを検出し、前記データ出力手段は、前記いずれかの測定区間に関して、前記演算手段で算出された測定値と前記上限を超えたピークオーバ状態である検出結果とを出力することを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記検出手段は、前記いずれかの測定区間において、前記A/D変換したサンプリングデータが前記下限閾値以下の値である場合に下限を下回るピークオーバ状態であることを検出し、前記データ出力手段は、前記いずれかの測定区間に関して、前記演算手段で算出された測定値と前記下限を下回るピークオーバ状態である検出結果とを出力することを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項2〜4のいずれか一項に記載の発明において、前記検出手段における予め設定された上限閾値は前記A/D変換範囲の上限値であることを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項2〜4のいずれか一項に記載の発明において、前記検出手段における予め設定された下限閾値は前記A/D変換範囲の下限値であることを特徴とする。
本発明によれば、入力データを所定のサンプリング周期でA/D変換して取得するサンプリングデータに基づいて測定区間ごとの測定値の算出する測定装置において、いずれかの測定区間に関して、A/D変換してサンプリングデータを取得する際の入力データが当該A/D変換範囲に基づいた値であるか否かを検出した検出結果と、前記算出された測定値とを出力する構成であるため、所定の区間ごとに複数のサンプリングデータで電流・電圧・電力などを測定する際に、当該測定値の正当性を評価することができる。
以下、この発明の実施の形態について図1〜3を参照して説明するが、この発明は以下の実施の形態に限定しない。また、この発明の実施の形態は発明の最も好ましい一形態を示すものであり、発明の用途や用語はこれに限定しない。図1は、本発明である測定装置1の機能的構成を模式的に示すブロック図である。図2は、測定装置1の測定時の動作を例示するフローチャートである。図3は、測定装置1の表示部50に表示される測定結果を例示する概念図である。
図1に示すように、測定装置1は、入力回路11、12、A/D21、22、DSP30、CPU40、表示部50を有する構成である。入力回路11、12は、特に図示しない端子から入力される電圧V、電流Iを正規化する。A/D21、22は、入力回路11、12の出力をアナログ・デジタル変換する。
DSP30は、メモリ31、32、演算手段33、検出手段34、フラグ用メモリ35、データ出力手段36を有し、所定のサンプリング周期でA/D21、22の出力を取得、つまり電圧値や電流値の取得や、瞬時電力(電流値×電圧値)の算出を行う構成である。なお、DSP30における上記各部の機能は、特に図示しないDSP30内のROMに格納された制御プログラムを同じく特に図示しないRAMの作業領域に展開して順次実行することで、実現する構成であってよい。
メモリ31、32は、A/D21、22で変換されたデジタルデータ(電圧V、電流I)であり、所定のサンプリング周期で取得されたサンプリングデータを順次格納する。演算手段33は、メモリ31、メモリ32に格納されたサンプリングデータに基づいた演算を行い、測定値を算出する。演算手段33における演算は、A/D21、22で同時に取得された電圧値、電流値を元にした瞬時電力の算出など、サンプリングデータごとに演算した測定値の算出や、測定区間内のサンプリングデータの平均値(平均電圧、平均電流、平均電圧…)の算出など、測定区間ごとに演算した測定値の算出を行う。なお、測定区間は、例えばサイクルバイサイクル測定では1周期(1波)分の時間であり、特に図示しないスイッチ等の操作部などにより、予め所定の時間が設定されている。
検出手段34は、A/D21、22の変換範囲の最大値/最小値が予め設定されており、メモリ31、32に格納されたサンプリングデータを順次読み出して比較することで、最大値の場合は+側のピークオーバ状態、最小値の場合は−側のピークオーバ状態であることを検出する。例えば、A/D21、22が16bitのA/D変換を行ってFFFF〜0000の値を出力する場合、検出手段34は、サンプリングデータを読み出して、入力が正しく変換されたか否かの真偽が不明な最大値(FFFF)又は最小値(0000)である場合にピークオーバ状態であることを検出する。フラグ用メモリ35は、検出手段34で検出された結果をメモリ31、32に格納されるサンプリングデータと対応付けて記憶するメモリである。
なお、検出手段34は、A/D21、22の変換範囲の最大値/最小値が予め設定される構成だけでなく、当該最大値/最小値に対して、若干のマージンを持って上限又は下限を示す閾値が予め設定されており、その上限の閾値以上又は下限の閾値以下の場合にピークオーバ状態を検出する構成であってよい。例えば、A/D21、22が16bitのA/D変換を行ってFFFF〜0000の値を出力し、上限の閾値がFFF0、下限の閾値が000Fに設定されている場合、検出手段34は、サンプリングデータを読み出して、FFFF〜FFF0までの値又は0000〜000Fまでの値の場合にピークオーバ状態であることを検出する。
データ出力手段36は、いずれかの測定区間に関して、検出手段34で検出した結果と演算手段33で算出された測定値とをCPU40に出力する機能部であり、演算手段33で測定区間ごとに演算して算出された測定値を出力する際に、その測定区間のサンプリングデータに関する検出手段34での検出結果をフラグ用メモリ35から読み出して出力する。
ここで、電流、電圧、電力の測定(例えばサイクルバイサイクル測定)時にDSP30が行う動作について説明する。図2に示すように、先ず、所定のサイクル分の測定を行うための測定ループ処理(ステップS11〜S31)が開始される。
なお、この測定ループ処理において、電圧の取得に関するステップS12、S13はメモリ31で行われる処理である。また、電圧のA/D値の判定とその結果であるピークオーバ情報をフラグ用メモリ35へ格納するステップS14〜S18は検出手段34で行われる処理である。また、電流の取得に関するステップS19、S20はメモリ32で行われる処理である。また、電流のA/D値の判定とその結果であるピークオーバ情報をフラグ用メモリ35へ格納するステップS21〜S25は検出手段34で行われる処理である。また、瞬時電圧の算出から測定区間終了判定及び測定値算出に関するステップS26〜S29は演算手段33で行われる処理である。また、測定値の出力と測定ループの終了判定に関するステップS30、S31はデータ出力手段36で行われる処理である。
次いで、電圧VのA/D値(瞬時電圧)がA/D21から取得され(ステップS12)、取得された電圧Vがメモリ31に格納される(ステップS13)。
次いで、電圧VのA/D値が変換範囲の最大値であるか否かが判定され(ステップS14)、最大値でない場合は電圧VのA/D値が変換範囲の最小値であるか否かが判定される(ステップS15)。なお、ステップS14において最大値である場合は電圧が+側のピークオーバであることがメモリ31に格納された電圧Vに対応付けてフラグ用メモリ35に格納され(ステップS16、S18)、同様に、ステップS15において最小値である場合は電圧が−側のピークオーバであることがメモリ31に格納された電圧Vに対応付けてフラグ用メモリ35に格納される(ステップS17、S18)。
次いで、電流IのA/D値(瞬時電流)がA/D22から取得され(ステップS19)、取得された電流Iがメモリ32に格納される(ステップS20)。
次いで、電流IのA/D値が変換範囲の最大値であるか否かが判定され(ステップS21)、最大値でない場合は電流IのA/D値が変換範囲の最小値であるか否かが判定される(ステップS22)。なお、ステップS21において最大値である場合は電流が+側のピークオーバであることがメモリ32に格納された電流Iに対応付けてフラグ用メモリ35に格納され(ステップS23、S25)、同様に、ステップS22において最小値である場合は電流が−側のピークオーバであることがメモリ32に格納された電流Iに対応付けてフラグ用メモリ35に格納される(ステップS24、S25)。
次いで、瞬時電圧と瞬時電流の積による瞬時電力が算出され(ステップS26)、メモリ31、32等のメモリに格納され(ステップS27)、所定の測定区間、例えばサイクルバイサイクル測定時における1サイクル分の測定区間が終了したか否かが判定されて(ステップS28)、終了していない場合はステップS12に戻って、次のサンプリングデータに関する処理が行われる。つまり、このステップS12〜S28までの一連の処理は、瞬時電圧、瞬時電流、瞬時電力を取得する処理であり、予め設定されたサンプリング周期で行われる。
ステップS28に次いで、1測定区間のサンプリングが終了した場合(ステップS28:YES)、メモリ31、32に格納された瞬時電圧、瞬時電流、瞬時電力などを元に、積算電力の算出、平均電流値や平均電圧値の算出などの上記測定区間における測定値の算出が行われる(ステップS29)。
次いで、その算出された測定値と共に、フラグ用メモリ35に格納された上記測定区間の測定値の算出に係るサンプリングデータのピークオーバに関する情報(電圧/電流)がCPU40に出力され(ステップS30)、次のループに移行される(ステップS31)。
DSP30では、上述した動作を行うことで、測定区間ごとの測定値(電圧、電流、電力)を出力する際に、その測定区間に係るサンプリングデータがA/D21、22のダイナミックレンジ(変換範囲)内の値であるか否かを検出した結果であるピークオーバ情報を出力する。
なお、上述したDSP30の動作説明はサンプリングデータが変換範囲の最大値(上限値)又は最小値(下限値)の場合を検出する構成であるが、前述した上限の閾値以上又は下限の閾値以下の場合を検出する構成も同様であることは言うまでもない。
CPU40は、制御プログラムなどが格納されたROMやRAMなどを備え、当該制御プログラムをRAMに読み出して順次実行することで測定装置1の各部を統括制御する。表示部50は、LCDやCRT(Cathode Ray Tube)などであり、CPU40からの指示に基づいた画面表示を行う。
測定装置1は、上述した構成により、表示部50において、図3に示すようなDSP30からの出力に基づいた測定結果を表示することができる。つまり、表示部50には、
測定区間である「No.」ごとの「周波数」、「測定電圧」、「測定電流」、「測定電力」などの測定結果が表示される。
また、表示部50には、DSP30からの出力に基づいて行われるため、いずれかの測定区間に係るサンプリングデータが変換範囲の下限を下回ったピークオーバである場合に、そのことを示す「P−」がその測定区間に対応する位置に表示される。同様に、表示部50には、DSP30からの出力に基づいて、いずれかの測定区間に係るサンプリングデータが変換範囲の上限を上回ったピークオーバである場合に、そのことを示す「P+」がその測定区間に対応する位置に表示される。このため、ユーザは、測定区間の測定値の正当性を視認することができる。
以上のように、測定装置1は、入力データを所定のサンプリング周期でA/D変換して取得するサンプリングデータに基づいて、演算手段33で測定区間ごとの測定値を算出し、A/D変換してサンプリングデータを取得する際の入力データが当該A/D変換範囲に収まる値であるか否かを検出手段34で検出し、当該いずれかの測定区間に関して、検出手段34で検出した結果と演算手段33で算出された測定値とを出力するデータ出力手段36を備える構成である。このため、測定装置1は、所定の区間ごとに複数のサンプリングデータで電流・電圧・電力などを測定する際に、当該測定値の正当性を評価することができる。
なお、本実施の形態における記述は、本発明の一例を示すものであり、これに限定するものではない。本実施の形態における構成及び動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
本発明である測定装置1の機能的構成を模式的に示すブロック図である。 測定装置1の測定時におけるDSP30の動作を例示するフローチャートである。 測定装置1の表示部50に表示される測定結果を例示する概念図である。 従来の測定装置100の機能的構成を模式的に示すブロック図である。 測定装置100の測定時の動作を例示するフローチャートである。 測定時における測定装置100の各部の動作タイミングを例示するタイミングチャートである。
符号の説明
1 測定装置
11、12 入力回路
21、22 A/D
30 DSP
31、32 メモリ
33 演算手段
34 検出手段
35 フラグ用メモリ
36 データ出力手段
40 CPU
50 表示部
V 電圧
I 電流

Claims (6)

  1. 入力データを所定のサンプリング周期でA/D変換して取得するサンプリングデータに基づいて、測定区間ごとの測定値を算出する演算手段を有する測定装置において、
    前記いずれかの測定区間において、A/D変換してサンプリングデータを取得する際の入力データが当該A/D変換範囲に基づいた値であるか否かを検出する検出手段と、
    前記いずれかの測定区間に関する前記検出結果を格納するフラグ用メモリと、
    前記いずれかの測定区間に関して、前記演算手段で算出された測定値と前記フラグ用メモリに格納された検出結果とを出力するデータ出力手段と、
    を備えることを特徴とする測定装置。
  2. 前記検出手段は、前記A/D変換したサンプリングデータが当該A/D変換範囲内に予め設定された上限閾値以上の値又は下限閾値以下の値であるか否かを判定することで、前記入力データが当該A/D変換範囲に基づいた値であるか否かを検出することを特徴とする請求項1に記載の測定装置。
  3. 前記検出手段は、前記いずれかの測定区間において、前記A/D変換したサンプリングデータが前記上限閾値以上の値である場合に上限を超えたピークオーバ状態であることを検出し、
    前記データ出力手段は、前記いずれかの測定区間に関して、前記演算手段で算出された測定値と前記上限を超えたピークオーバ状態である検出結果とを出力することを特徴とする請求項2に記載の測定装置。
  4. 前記検出手段は、前記いずれかの測定区間において、前記A/D変換したサンプリングデータが前記下限閾値以下の値である場合に下限を下回るピークオーバ状態であることを検出し、
    前記データ出力手段は、前記いずれかの測定区間に関して、前記演算手段で算出された測定値と前記下限を下回るピークオーバ状態である検出結果とを出力することを特徴とする請求項2に記載の測定装置。
  5. 前記検出手段における予め設定された上限閾値は前記A/D変換範囲の上限値であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の測定装置。
  6. 前記検出手段における予め設定された下限閾値は前記A/D変換範囲の下限値であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の測定装置。
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