JP2008203116A - 電気量積算装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 積算電力測定中に入力電流が変化し、現在の測定レンジの範囲外又は下位の測定レンジの範囲内となった場合でも、高精度の積算電力測定ができる電気量積算装置を提供する。
【解決手段】 直列に接続される複数のシャント抵抗Ｒ３，Ｒ４に測定電流Ｉinを流したとき生じる第１の電圧Ｖ１に基づいて演算手段１６が電気量の積算値を演算するとともに、測定電流Ｉinの変化に対応してシャント抵抗Ｒ３の両端をスイッチ１３で開閉して測定レンジを変更する電気量積算装置において、演算手段１６はスイッチ１３の開閉途中ではシャント抵抗Ｒ３より抵抗値が小さいシャント抵抗Ｒ４の両端に生じる第２の電圧Ｖ２に基づいて積算値を演算することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気量の積算値を演算する電気量積算装置に関し、特に電気量の積算値の測定中に測定電流値が大きく変化する場合に積算値を高精度に測定する電気量積算装置に関する。

電流の大きさ、又は電流に関係した電気量や電力量のような時間積分型の物理量を測定する場合、電流を電圧に変換するために電流／電圧変換抵抗（シャント抵抗とも呼ぶ）を用いる。従来は、対象とする電流の大きさに応じて抵抗値の異なる数種類の電流／電圧変換抵抗を、スイッチ，リレー又は半導体等のスイッチング素子で切り換えてレンジ切換を行うことにより測定していた。

図２は従来の電気量積算装置の一例である積算電力計を示す構成ブロック図である。抵抗Ｒ１，Ｒ２は電圧入力端子１，２に加わる測定電圧を所定の比で分圧する。演算増幅器３は分圧された電圧を正規化し、電圧用のＡ／Ｄ変換器４は正規化された電圧をディジタル値に変換する。下位測定レンジ用のシャント抵抗Ｒ３と上位測定レンジ用のＲ４は直列に接続し、電流入力端子５，６を介して流入する測定電流Ｉinを電圧Ｖ１に変換する。ここで、シャント抵抗Ｒ３の抵抗値はシャント抵抗Ｒ４の抵抗値より大きい。演算増幅器７は測定電流Ｉinから変換された電圧Ｖ１を正規化し、電流用Ａ／Ｄ変換器８は正規化された電圧をディジタル値に変換する。ディジタルシグナルプロセッサ（以下ＤＳＰと呼ぶ）９は電圧用Ａ／Ｄ変換器４及び電流用Ａ／Ｄ変換器８の出力に基づいて表示更新周期毎の積算電力を演算する。ＣＰＵ１０はＤＳＰ９で演算された表示更新周期毎の積算電力を加算して積算電力を求める。表示器１１はＣＰＵ１０で得られた積算電力を表示する。キー１２は、ユーザが測定電流Ｉinの大きさに合せてスイッチ１３の開閉を設定するためのものである。スイッチ１３は測定電流Ｉinが大きいときＣＰＵ１０の制御により閉じて、シャント抵抗Ｒ３に電流が流れないようにし、上位測定レンジで電流測定が行われるようにする。

図２の積算電力計の動作を次に説明する。電圧入力端子１，２に入力された測定電圧は抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧され、演算増幅器３で正規化された後、Ａ／Ｄ変換器４でディジタル値に変換される。電流入力端子５，６に印加された測定電流Ｉinによりシャント抵抗Ｒ３，Ｒ４の両端には電圧Ｖ１が生じる。電圧Ｖ１は演算増幅器７で正規化された後、Ａ／Ｄ変換器８でディジタル値に変換される。ＤＳＰ９はＡ／Ｄ変換器４及びＡ／Ｄ変換器８の出力に基づいて瞬時電力を演算し、表示更新周期ごとの積算電力に加算し、表示更新周期が来るまで繰り返す。ここで、表示更新周期は、表示器１１に表示されている積算電力量が更新される周期であり、測定器固定の場合と選択できる場合とがある。表示更新周期が来ると、表示更新周期期間にＤＳＰ９で演算された積算電力はＣＰＵ１０に送られ、表示器１１に表示されている積算電力に加算される。その結果、表示器１１には最新の積算電力が表示される。ＤＳＰ９は表示周期期間の積算電力をＣＰＵ１０に送ると、それまでの積算電力を０（ゼロ）にリセットして、次の表示更新周期期間の積算電力の演算を開始する。

図２において、例えばシャント抵抗Ｒ３の抵抗値を１００ｍΩ、シャント抵抗Ｒ４の抵抗値を１０ｍΩとし、スイッチ１３が閉（オン）のときは、測定可能な定格電流を１０Ａとし、スイッチ１３が開（オフ）のときは、測定可能な定格電流を１Ａとする。この装置のユーザは、測定電流Ｉinが１Ａを超える場合、キー１２よりスイッチ１３を閉にするように設定し、これに対応してＣＰＵ１０はスイッチ１３を閉にする。測定電流Ｉinが１Ａ以下の場合は、キー１２よりスイッチ１３を開にするように設定し、これに対応してＣＰＵ１０はスイッチ１３を開にする。このようにユーザが設定する理由は、測定電流Ｉinが１Ａでスイッチ１３が開の場合、シャント抵抗Ｒ３，Ｒ４での電圧降下（Ｖ１）が１１０ｍＶとなり、高い測定精度となるが、スイッチ１３が閉の場合は、シャント抵抗Ｒ４での電圧降下（Ｖ２＝Ｖ１）が１０ｍＶとなり、測定精度が悪くなるためである。

電気量積算装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開２００１−１４１７５３号公報

上記のような電気量積算装置では、積算電力測定中にスイッチ１３の開閉を切り換えると、Ａ／Ｄ変換器８への入力信号が途中で切り換わってしまうので、正しい積算電力を求めることができなくなる。したがって、自動レンジ切換とした場合でも積算電力測定中にスイッチ１３の開閉を行うことはできない。そのため、予想される最大電流入力に合せて、最大電流入力が測定レンジの範囲内に含まれるようにスイッチ１３を設定して測定することになる。

しかしながら、スイッチ１３を閉、すなわち測定レンジ１０Ａにして積算電力を測定する場合、入力電流が積算電力測定中に変動して１Ａ以下になった場合は、積算電力の測定誤差が大きくなる。

また、スイッチ１３を開、すなわち測定レンジ１Ａにして積算電力を測定する場合、入力電流が積算電力測定中に変動して１Ａを超えた場合は定格電流を超えるため、正しい積算電力測定ができなくなる。

本発明はこのような課題を解決しようとするもので、電気量積算値の測定中に入力電流が変化し、現在の測定レンジの範囲外又は下位の測定レンジの範囲内となった場合でも、高精度の積算電力測定を行うことができる電気量積算装置を提供することを目的とする。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明に係る電気量積算装置は、
直列に接続される複数のシャント抵抗に測定電流を流したとき生じる第１の電圧に基づいて演算手段が電気量の積算値を演算するとともに、前記測定電流の変化に対応して所定の前記シャント抵抗の両端をスイッチで開閉して測定レンジを変更する電気量積算装置において、
前記演算手段は前記スイッチの開閉途中では前記所定のシャント抵抗より抵抗値が小さいシャント抵抗の両端に生じる第２の電圧に基づいて前記積算値を演算する
ことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、
請求項１記載の電気量積算装置において、
前記第１の電圧を対応するディジタル信号に変換して前記演算手段に出力する第１のＡ／Ｄ変換器と、
前記第２の電圧を対応するディジタル信号に変換して前記演算手段に出力する第２のＡ／Ｄ変換器と
を備えたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、
請求項２記載の電気量積算装置において、
測定電圧を対応するディジタル信号に変換して前記演算手段に出力する第３のＡ／Ｄ変換器を備え、
前記演算手段が前記第１，第２及び第３のＡ／Ｄ変換器の出力に基づいて積算電力を演算する
ことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、
請求項１又は請求項２記載の電気量積算装置において、
前記電気量を前記測定電流とし、前記演算手段は積算電流を演算する
ことを特徴とする。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、直列に接続される複数のシャント抵抗に測定電流を流したとき前記複数のシャント抵抗の両端に生じる第１の電圧に基づいて演算手段が電気量の積算値を演算するとともに、前記測定電流の変化に対応して所定の前記シャント抵抗の両端をスイッチで開閉して測定レンジを変更する電気量積算装置において、前記演算手段は前記スイッチの開閉途中では前記所定のシャント抵抗より抵抗値が小さいシャント抵抗の両端に生じる第２の電圧に基づいて前記積算値を演算することにより、積算電力測定中に入力電流が変化し、現在の測定レンジの範囲外又は下位の測定レンジの範囲内となった場合でも、高精度の積算電力測定ができる電気量積算装置を提供することができる。

以下本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る電気量積算装置の一実施例を示す構成ブロック図である。図２と同じ部分は同一の記号を付して重複した説明は省略する。

演算増幅器１４は測定電流Ｉinによりシャント抵抗Ｒ４の両端に生じる電圧Ｖ２を正規化する。Ａ／Ｄ変換器１５は正規化された電圧をディジタル値に変換しディジタルシグナルプロセッサ（以下ＤＳＰと呼ぶ）９に出力する。

上記装置の構成において、ＤＳＰ９及びＣＰＵ１０は電気量の積算値を演算する演算手段１６を構成する。

また、直列接続したシャント抵抗Ｒ３，Ｒ４の両端に生ずる電圧Ｖ１は第１の電圧を構成する。

また、シャント抵抗Ｒ４の両端に生じる電圧Ｖ２は第２の電圧を構成する。

また、Ａ／Ｄ変換器８は第１の電圧を対応するディジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換器を構成し、Ａ／Ｄ変換器１５は第２の電圧を対応するディジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換器を構成し、Ａ／Ｄ変換器４は測定電圧を対応するディジタル信号に変換する第３のＡ／Ｄ変換器を構成する。

このような構成の装置の動作を以下に説明する。シャント抵抗Ｒ４の端子電圧Ｖ２は演算増幅器１４で正規化され、Ａ／Ｄ変換器１５によりディジタル信号に変換された後、ＤＳＰ９に入力される。ＤＳＰ９は、Ａ／Ｄ変換器４とＡ／Ｄ変換器８の出力及びＡ／Ｄ変換器４とＡ／Ｄ変換器１５の出力の両方の組合せについて、表示更新周期期間の積算電力、電流値（平均値）又はＡ／Ｄ変換器８の出力（変換ごとの値）が最大となったとき、ＣＰＵ１０へ割り込み信号を出力する。ＣＰＵ１０は割り込み信号が発生した場合、スイッチ１３を閉にする。割り込み信号がなく、Ａ／Ｄ変換器１５から得られる電流値が下位の測定レンジ範囲内（例では１Ａ以下）になったとき、スイッチ１３を開にする。

スイッチ１３が開のときは、Ａ／Ｄ変換器４とＡ／Ｄ変換器８の出力から演算された表示更新周期期間の積算電力を加算する。スイッチ１３が閉のとき及び、閉から開、開から閉に切り換わるとき、すなわち開閉途中の積算電力はＡ／Ｄ変換器４とＡ／Ｄ変換器１５の出力から演算された表示更新周期期間の積算電力を加算する。

上記の演算において、ＤＳＰ９はＣＰＵ１０の制御によりスイッチ１３の切換と連動して演算パラメータを自動的に変更する。

上記のような構成の電気量積算装置によれば、測定電流値が下位測定レンジの定格電流値（例では１Ａ）を超える場合はスイッチ１３が閉となって、上位測定レンジ（例では定格電流１０Ａ）で積算電力を測定し、電流値が下位測定レンジの定格電流値（例では１Ａ）以下の場合はスイッチ１３が開となって、下位測定レンジ（例では定格電流１Ａ）で積算電力を測定するとともに、スイッチ１３の開閉途中では、Ａ／Ｄ変換器１５の出力に基づいて上位測定レンジ（例では定格電流１０Ａ）で積算電力を測定するので、積算電力測定中にスイッチ１３の開閉によるレンジ切換を行っても積算電力を高精度に測定することができる。

なお、上記の実施例ではシャント抵抗を２つ用いているが、３つ以上の任意の複数のシャント抵抗を用いて３以上の複数の測定レンジを設けてもよい。この場合、例えば３つのシャント抵抗Ｒ３，Ｒ４に加えてさらに小さい（例えば１ｍΩ）シャント抵抗Ｒ５（図示せず）を用いて３つの測定レンジを実現する場合、シャント抵抗Ｒ４の両端を開閉する第２のスイッチ１７（図示せず）を設ける。スイッチ１３が閉の状態で、抵抗Ｒ４の両端をスイッチ１７で開閉する間はシャント抵抗Ｒ５の両端に生じる電圧に基づいて積算電力を演算する。抵抗Ｒ３の両端をスイッチ１３で開閉している間も同様にしてもよいが、直列に接続するシャント抵抗Ｒ４，Ｒ５の両端に生じる電圧に基づいて積算電力を演算すれば、さらに精度を向上することができる。

また、上記の実施例では積算電力を演算しているが、積算電流の演算に適用してもよい。

また、各測定レンジの定格電流は、１Ａに限らず、０．５Ａ，２Ａ，５Ａ等、任意の値をとることができる。

また、スイッチ１３は各種リレー（機械式、水銀その他）や半導体スイッチなどを用いることができる。

本発明の実施の形態に係る電気量積算装置の一実施例を示す構成ブロック図である。 従来の電気量積算装置の一例である積算電力計を示す構成ブロック図である。

符号の説明

４ 第３のＡ／Ｄ変換器
８ 第１のＡ／Ｄ変換器
１３ スイッチ
１５ 第２のＡ／Ｄ変換器
１６ 演算手段
Ｉin 測定電流
Ｒ３，Ｒ４ シャント抵抗
Ｖ１ 第１の電圧
Ｖ２ 第２の電圧

Claims (4)

1. 直列に接続される複数のシャント抵抗に測定電流を流したとき生じる第１の電圧に基づいて演算手段が電気量の積算値を演算するとともに、前記測定電流の変化に対応して所定の前記シャント抵抗の両端をスイッチで開閉して測定レンジを変更する電気量積算装置において、
   前記演算手段は前記スイッチの開閉途中では前記所定のシャント抵抗より抵抗値が小さいシャント抵抗の両端に生じる第２の電圧に基づいて前記積算値を演算する
   ことを特徴とする電気量積算装置。
2. 前記第１の電圧を対応するディジタル信号に変換して前記演算手段に出力する第１のＡ／Ｄ変換器と、
   前記第２の電圧を対応するディジタル信号に変換して前記演算手段に出力する第２のＡ／Ｄ変換器と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の電気量積算装置。
3. 測定電圧を対応するディジタル信号に変換して前記演算手段に出力する第３のＡ／Ｄ変換器を備え、
   前記演算手段が前記第１，第２及び第３のＡ／Ｄ変換器の出力に基づいて積算電力を演算する
   ことを特徴とする請求項２記載の電気量積算装置。
4. 前記電気量を前記測定電流とし、前記演算手段は積算電流を演算する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電気量積算装置。

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