JP3013956B2 - 電気的諸量計測用複合トランスデューサ及びその誤差補正方法 - Google Patents

電気的諸量計測用複合トランスデューサ及びその誤差補正方法

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JP3013956B2
JP3013956B2 JP5020936A JP2093693A JP3013956B2 JP 3013956 B2 JP3013956 B2 JP 3013956B2 JP 5020936 A JP5020936 A JP 5020936A JP 2093693 A JP2093693 A JP 2093693A JP 3013956 B2 JP3013956 B2 JP 3013956B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、被測定回路の交流電
圧,交流電流,電力,無効電力,力率及び周波数等の電
気的諸量に比例した直流電圧または直流電流を出力する
電気的諸量計測用複合トランスデューサ及びその誤差補
正方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の電気的諸量計測用複合トランスデ
ューサとしては、例えば、特開昭62−168060号
公報に示された電力及び無効電力測定装置あるいは特開
昭61−80058号公報に示された力率トランスデュ
ーサがある。これらは計測する電気的諸量ごとに専用の
計測演算回路を設けた構成のものである。
【0003】電気的諸量をまとめて変換するものとして
は、図4に示すような電力計測用複合トランスデューサ
が考えられている。図において、1及び2は計器用変圧
器、3及び4は計器用変流器、11a及び12aは計器
用変圧器1及び2の2次側に接続されたAC/ACレベ
ル変換回路、13a及び14aは計器用変流器3及び4
の2次側に接続されたAC/ACレベル変換回路、81
は交流電圧を計測するための実効値演算回路で、AC/
ACレベル変換回路11aに接続されている。82は交
流電流を計測するための実効値演算回路で、AC/AC
レベル変換回路13aに接続されている。83は電力を
計測するための電力演算回路で、AC/ACレベル変換
回路11a,12a,13a,及び14aに接続されて
いる。84は無効電力を計測するための無効電力演算回
路で、AC/ACレベル変換回路11a,12a,13
a,及び14aに接続されている。85は力率演算回路
で、AC/ACレベル変換回路11a,12a,13
a,及び14aに接続されている。86は周波数を計測
するための周波数演算回路で、AC/ACレベル変換回
路11aに接続されている。51aないし56aは所定
の交流電圧または交流電流にレベル変換するためのDC
/DCレベル変換回路で、上記の各種演算回路81ない
し86と各々1対1で接続されている。
【0004】次ぎに上記電力計測用複合トランスデュー
サに関し、一般によく使用される三相3線式回路の電気
的諸量の計測について説明する。2組の入力電圧1(V
12)及び入力電圧2(V32)は、計器用変圧器1及び2
を介してAC/ACレベル変換回路11a及び12aに
入力され、入力電圧1(V12)及び入力電圧2(V32
に比例した交流電圧1′(V12′)及び交流電圧2′
(V32′)に変換される。また、2組の入力電流1(I
1 )及び入力電流2(I3 )は、計器用変流器3及び4
を介してAC/ACレベル変換回路13a及び14aに
入力され、入力電流1(I1 )及び入力電流2(I3
に比例した交流電流1′(I1 ′)及び交流電流2′
(I3 ′)に変換される。
【0005】レベル変換された交流電圧1′(V12′)
及び交流電圧2′(V32′)並びに交流電流1′(I
1 ′)及び交流電流2′(I3 ′)は次段の各種演算回
路81ないし86に入力される。交流電圧計測用の実効
値演算回路81は交流電圧1′(V12′)を入力し、実
効値演算にて入力電圧1(V12)に比例した直流電圧
(Ev)を出力する。交流電流計測用の実効値演算回路
82は交流電流1′(I1′)を入力し、実効値演算に
て入力電流1(I1 )に比例した直流電圧(Ei)を出
力する。電力計測用の電力演算回路83は交流電圧1′
(V12′),2′(V32′)及び交流電流1′(I
1 ′),2′(I3 ′)を入力し、電力演算にて電力に
比例した直流電圧(Ew)を出力する。無効電力計測用
の無効電力演算回路84は交流電圧1′(V12′),
2′(V32′)及び交流電流1′(I1 ′),2′(I
3 ′)を入力し、無効電力演算にて無効電力に比例した
直流電圧(Evar)を出力する。力率計測用の力率演
算回路85は交流電圧1′(V12′),2′(V32′)
及び交流電流1′(I1 ′),2′(I3 ′)を入力
し、力率演算にて力率に比例した直流電圧(Epf)を
出力する。周波数計測用の周波数演算回路86は交流電
圧1′(V12′)を入力し、周波数演算にて周波数に比
例した直流電圧(Ef)を出力する。各計測演算回路8
1,82,83,84,85及び86から出力される直
流電圧(Ev),(Ei),(Ew),(Evar),
(Epf)及び(Ef)は次段のDC/DCレベル変換
回路51a,52a,53a,54a,55a及び56
aを介して所定レベルの直流電圧に変換され出力され
る。
【0006】上記のように電気的諸量が変換されるが、
この種の電力計測用複合トランスデューサは変換誤差を
補正する手段が必要であった。即ち、計器用変圧器1及
び2と計器用変流器3及び4の間には、励磁電流と漏れ
リアクタンス特性の差異などによって位相差を生じる。
この位相差は主に電力計測,無効電力計測及び力率計測
において誤差を生じさせる要因になっていた。従って、
AC/ACレベル変換回路11a,12aまたは13
a,14aに位相補正回路を設けて誤差を補正しなけれ
ばならなかった。
【0007】また、DC/DCレベル変換回路51a,
52a,53a,54a,55a及び56aは、通常オ
ペアンプで構成した回路であるから、出力される直流電
圧または直流電流はオペアンプのオフセット電圧の影響
を受けて誤差を生じさせる要因になっていた。従って、
DC/DCレベル変換回路51a,52a,53a,5
4a,55a及び56aにはオフセット電圧調整回路を
付加してオフセット電圧の影響を軽減させる必要があっ
た。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の電力計測用複合
トランスデューサは以上のように構成されているので次
のような問題点があった。即ち、計測演算回路は電気的
諸量ごとに専用回路となるため、部品数が多く回路が複
雑になっていた。また、計器用変圧器と計器用変流器と
の間の位相差を補正するための位相補正回路を設けるこ
とになるが、この場合、被測定回路の周波数により位相
差量が変化するので周波数に対応した位相補正回路が必
要になる。更に、DC/DCレベル変換回路のオフセッ
ト電圧補正回路が必要になる。
【0009】部品数を少なく回路を簡単にする手段とし
て、例えば、特開昭61−38569号公報に示された
もののようにマイクロコンピュータを使用したものがあ
るが、変成器間の位相差補正あるいはオフセット電圧補
正については示されていない。オフセット電圧補正手段
としては、例えば特開昭61−48010号公報に示さ
れた手段があるが、複数の電気量を変換するトランスデ
ューサとしては構成が複雑になるなど各種の問題点があ
った。
【0010】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、計測演算回路部を共通化し、個
別の位相補正手段やオフセット電圧調整手段を必要とし
ない電気的諸量計測用複合トランスデューサ及びその誤
差補正方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電気的諸
量計測用複合トランスデューサは、交流入力電圧あるい
は交流入力電流など電気的諸量のアナログ信号をそれぞ
れ所定の値にレベル変換するレベル変換手段と、レベル
変換されたアナログ信号をそれぞれデジタル信号に変換
するA/D変換手段と、変換されたデジタル信号を用い
て電気的諸量の計測演算を行う中央処理装置と、この中
央処理装置の計測演算に必要とする各種データを外部装
置から取り込むためのプリセット用インタフェースと、
このプリセット用インタフェースによって取り込まれた
各種データを格納する格納手段と、中央処理装置の演算
データから所定の出力レベルに変換された直流アナログ
出力を得る出力手段とを備えたものである。
【0012】また、この発明に係わる電気的諸量計測用
複合トランスデューサの誤差補正方法は、所定の出力レ
ベルの直流アナログ出力を得る出力手段に対して、中央
処理装置からオフセット量算出用基準データを出力する
と共に、電気的諸量の入力が零のデータを出力し、両出
力データを、デジタルデータに変換すると共にプリセッ
ト用インタフェースを介して中央処理装置に入力し、基
準データと入力が零のデータの差をオフセット量として
記憶し、中央処理装置の演算データに上記オフセット量
を付加して中央処理装置から出力するようにしたもので
ある。
【0013】
【作用】この発明における電気的諸量計測用複合トラン
スデューサは、電気的諸量の計測演算部に中央処理装置
を配し、電気的諸量の計測演算をデジタル演算方式にし
たので各電気的諸量の計測演算部が共通化されて装置の
構成が簡単になり安価で小形にできる。
【0014】また、この発明の誤差補正方法では、D
/DCレベル変換回路のオフセット電圧のデータに基づ
いて、中央処理装置の演算データにオフセット量を付加
して中央処理装置から出力することによりオフセット電
圧の補正を行う。従って、位相差,オフセット電圧のい
ずれに対しても特別な手段を設けることなく誤差の補正
ができる。
【0015】
【実施例】実施例1. 以下、この発明の一実施例を図1ないし図3に基づいて
説明する。図において、1及び2は計器用変圧器で、例
えば三相3線式回路の2組の電圧1(V12)及び電圧2
(V32)が各別に入力されている。3及び4は計器用変
流器で、例えば三相3線式回路の2組の電流1(I1
及び電流2(I3 )が各別に入力されている。11ない
し14はAC/ACレベル変換回路で、計器用変圧器
1,2及び計器用変流器3,4の2次側に各別に接続さ
れ後記のようにレベル変換をおこなう。21ないし24
はA/D変換回路で、AC/ACレベル変換回路11な
いし14各別に接続され後記のようにA/D変換をおこ
なう。31は中央処理装置(以下CPUという)であ
り、A/D変換回路21ないし24が接続されている。
32はランダムアクセスメモリ(以下RAMという)、
33リードオンリメモリ(以下ROMという)、34
不揮発性メモリ(以下EEPROMという)、35は
クロック発振回路、61はプリセット用インタフェース
であり、それぞれCPU31に接続されている。41な
いし4nはD/A変換回路、51ないし5nはオペアン
プで構成されたDC/DCレベル変換回路であり、両者
によりCPU31の出力回路が構成されている。
【0016】上記構成において、2組の電圧1(V12
及び電圧2(V32)は計器用変圧器1,2により変圧さ
れ、AC/ACレベル変換回路11及び12に入力され
る。また、2組の電流1(I1 )及び電流2(I3 )は
計器用変流器3,4により変流され、AC/ACレベル
変換回路13及び14に入力される。AC/ACレベル
変換回路11及び12では、入力された電圧を所定の大
きさにレベル変換し、電圧1(V12)及び電圧2
(V32)に比例した交流電圧1′(V12′)及び2′
(V32′)を出力する。また、AC/ACレベル変換回
路13及び14では、入力された電流を所定の大きさに
レベル変換し、電流1(I1 )及び電流2(I3)に比
例した交流電流1′(I1 ′)及び2′(I3 ′)を出
力する。
【0017】上記交流電圧1′(V12′)はA/D変換
回路21に、交流電圧2′(V32′)はA/D変換回路
22に、交流電流1′(I1 ′)はA/D変換回路23
に、交流電流2′(I3 ′)はA/D変換回路24に入
力される。A/D変換回路21ないし24は、CPU3
1から出力されるA/D変換回路スタート命令を受信す
ると、上記交流電圧1′(V12′),2′(V32′)及
び交流電流1′(I1′),2′(I3 ′)をラッチ
し、アナログーデジタル変換を実行する。CPU31は
デジタル変換された信号から、交流電圧1′
(V12′),2′(V32′)及び交流電流1′(I
1 ′),2′(I3 ′)の瞬時値に対応する信号を読み
込み、RAM32の所定のエリアに格納する。上記の、
A/D変換回路スタート→ラッチ→A/D変換実行→読
み込み→格納の動作を繰返すことにより、電気的諸量の
計測演算に必要な1周期分または所定の周期分のそれぞ
れの瞬時値データ(各々n個とする)を確保する。
【0018】CPU31は、RAM32に格納された交
流電圧1′(V12′),2′(V32′)及び交流電流
1′(I1 ′),2′(I3 ′)の瞬時値データをもと
にして電気的諸量の計測演算を実行する。例えば交流電
圧の実効値演算は数式1のように、交流電流の実効値演
算は数式2のように、電力の演算は数式3のように、力
率の演算は数式4のようにして求められる。また、周波
数の演算は1/(1周期の時間)で求められる。
【0019】
【数1】
【0020】
【数2】
【0021】
【数3】
【0022】
【数4】
【0023】上記、電気的諸量の計測演算終了後、電気
的諸量に比例した計測データ(交流電圧をEV ,交流電
流をEI ,電力をEW ,無効電力をEVAR ,力率を
PF,周波数をEF とする)に相当するデジタルデータ
を次段のD/A変換回路41ないし4nにラッチ信号と
ともに順次出力する。即ち、D/A変換回路41は、C
PU31がD/A変換回路41に対して出力したラッチ
信号を受信し、その時の計測データ(例えば交流電圧E
V )を入力してラッチする。D/A変換回路42は、ラ
ッチ信号を受信し、別の計測データ(例えば交流電流E
I )を入力してラッチする。同様にして、D/A変換回
路43ないし4nまで各々の計測データを入力してラッ
チする。上記D/A変換回路43ないし4nはラッチし
た計測データのデジタルーアナログ変換を実行し、次段
のDC/DCレベル変換回路51ないし5nへ電気的諸
量(EV ,EI ,EW ,EVAR ,EPF,EF )に比例し
た直流電圧を出力する。DC/DCレベル変換回路51
ないし5nは、上記電気的諸量に比例した直流電圧をレ
ベル変換して、計測制御する機器に対応する所定レベル
の直流電圧または直流電流を出力する。
【0024】前述のA/D変換回路21ないし24の動
作の詳細を図2に基づいて説明する。計器用変圧器1に
より変圧された2次側電圧と、計器用変流器3により変
流された2次側電流との間には、計器用変圧器1と計器
用変流器3の励磁電流特性及び漏れリアクタンス特性の
差異などによって位相差θが生じる。同様に、計器用変
圧器2により変圧された2次側電圧と、計器用変流器4
により変流された2次側電流との間にも、位相差が生じ
る。この位相差が、図示のようにθ遅れる場合A/D変
換の実行は次のようになされる。即ち、CPU31から
A/D変換回路21及び22に対しA/D変換スタート
命令を出力する(これを符号アで示す)。A/D変換回
路21及び22は、所定の大きさにレベル変換された交
流電圧1′(V12′)及び2′(V32′)の瞬時値をラ
ッチしてA/D変換を実行する(これを符号イで示
す)。
【0025】次に、位相差θに相当する時間が経過後、
CPU31からA/D変換回路23及び24に対しA/
D変換スタート命令を出力する(これを符号エで示
す)。A/D変換回路23及び24は、所定の大きさに
レベル変換された交流電流1′(I1 ′)及び2′(I
3 ′)の瞬時値をラッチしてA/D変換を実行する(こ
れを符号オで示す)。A/D変換回路21及び22がA
/D変換を終了すると(これを符号ウで示す)、CPU
31はデジタル変換された交流電圧1′(V12′)及び
2′(V32′)のデジタルデータを読み込み、初回のデ
ータとしてRAM32の所定のエリアに格納する(これ
を符号キで示す)。同様に、A/D変換回路23及び2
4がA/D変換を終了すると(これを符号カで示す)、
CPU31はデジタル変換された交流電流1′
(I1A′) 及び2′(I3A′) のデジタルデータを読み
込み、初回のデータとしてプリセット用インタフェース
61を介してRAM32の所定のエリアに格納する(こ
れを符号クで示す)。
【0026】引き続き、2回目のA/D変換を初回と同
様に実行し各々のデジタル変換された瞬時値を2回目の
データとしてRAM32の所定のエリアに格納する。同
様にして順次A/D変換をn回実行してそれぞれRAM
32の所定のエリアに格納する。CPU31はRAM3
2に格納された各n個の交流電圧1′(V12′),2′
(V32′)及び交流電流1′(I1 ′),2′(I
3 ′)の瞬時値データのうち、A/D変換を実行した同
一回ごとの瞬時値データを用いて、前述の数式1〜4に
示す計測演算などの演算を実行する。なお、前記位相差
θは、計器用変圧器1,2及び計器用変流器3,4によ
り決定され、かつ、同一仕様品を用いるため位相差θは
固定と考えて差支えない。従って、位相差θに関するデ
ータをあらかじめプリセット用インタフェース61を介
してEEPROM34に固定の値として書き込むと同時
に、CPU31の演算ソフトに折り込んでおく。また、
被測定回路の周波数により位相差θが変化する場合は、
周波数と位相差θを関係づけてEEPROM34に書き
込めばよい。なお、計器用変圧器1と計器用変圧器2と
の間,及び計器用変流器3と計器用変流器4の間にも位
相差が生じることになるが、通常、計器用変圧器1と計
器用変圧器2は同一仕様品であり、計器用変流器3と計
器用変流器4も同一仕様品である。従って位相差は僅少
で無視しても差支えない。
【0027】次にDC/DCレベル変換回路51ないし
5nのオフセット補正手段について、図3に基づいて説
明する。先ず、CPU31よりDC/DCレベル変換回
路51の出力値が零(E0 )に相当する基準データを出
力する。この状態でD/A変換回路41によりD/A変
換され、さらにDC/DCレベル変換回路51によりレ
ベル変換され出力として発生した値がオフセット電圧
(EOFF )となる。このオフセット電圧(EOFF )を測
定して、外部に設けられたA/D変換ユニット71によ
りオフセット電圧(EOFF )をA/D変換し、オフセッ
ト電圧(EOFF )に相当する信号を、プリセット用イン
タフェース61を通じてCPU31に伝達する。同様に
して、DC/DCレベル変換回路51ないし5nのオフ
セット電圧(EOFF )を測定する。CPU31は前記D
C/DCレベル変換回路51ないし5nごとのオフセッ
ト電圧をEEPROM34の所定のエリアに格納する。
上記の状態から、CPU31より、DC/DCレベル変
換回路51の出力値零からオフセット電圧を差引いた値
(E0 −EOFF )の計測データを出力すると、D/A変
換回路41はD/A変換して上記値(E0 −EOFF )を
出力する。
【0028】次にDC/DCレベル変換回路51にてレ
ベル変換されるが、DC/DCレベル変換回路51が持
っているオフセット電圧(EOFF )が加えられて(E0
−EOFF )+(EOFF )=E0 を出力することになる。
従ってオフセット電圧値がDC/DCレベル変換回路5
1の出力に発生しない。このようにして、計測データE
V ,EI ,EW ,EVAR ,EPF,EF を出力するDC/
DCレベル変換回路51ないし5nごとのそれぞれのオ
フセット電圧(EOFF )分を減算し、CPU31より出
力させて、DC/DCレベル変換回路51ないし5nの
オフセット電圧を相殺する。
【0029】プリセット用インタフェース61は、この
発明の複合トランスデューサが電気的諸量を計測するた
めに必要とする各種データ(例えば上記のオフセット電
圧あるいは計測範囲データなど)をCPU31へ入力す
るため、上記A/D変換ユニット71や計測値設定装置
72などの外部装置と発明の複合トランスデューサとを
接続するユニットである。なお、上記の計測範囲データ
は、例えば、キーボードで構成された計測値設定装置7
2から入力され、プリセット用インタフェース61を介
してCPU31へ電気的諸量ごとに送られる。例えば、
電力計測範囲は用途に対応して、0〜500wあるいは
0〜1000wなど各種のものが必要であるが、どのよ
うな場合でもDC/DCレベル変換回路51ないし5n
の最大出力は同一になるのが望ましい。従って、電力計
測範囲に対応するデータをCPU31にインプットする
ことにより電力計測範囲の設定が可能であり、この設定
が計測値設定装置72によってなされる。なお、前述の
説明において、RAM32およびROM33はCPU3
1とは別に設けたものを示したが、CPU31の中に組
み込むことも可能である。
【0030】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、専用
回路の組合わせであった各電気的諸量の計測演算回路
を、中央処理装置による共通化を図り、位相補正回路や
オフセット電圧補正回路を不要にした。この位相補正デ
ータやオフセット電圧補正データの格納は製品を出荷す
る前に行うが、電力計測範囲の設定と共にプリセット用
インタフェースをかいして自動的に補正される。従っ
て、電力計測範囲に関係なく製品化できるので、製品の
種類が少なくなり、また、装置が安価で小形になるなど
の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による複合トランスデュー
サのブロック図である。
【図2】この発明の一実施例に用いるA/D変換回路の
タイミングチャートである。
【図3】この発明の一実施例のオフセット電圧補正手段
の説明図である。
【図4】従来の複合トランスデューサのブロック図であ
る。
【符号の説明】
1,2 計器用変圧器 3,4 計器用変流器 11,12,13,14 AC/ACレベル変換回路 21,22,23,24 A/D変換回路 31 中央処理装置 32 RAM 33 ROM 34 不揮発性メモリ 41〜4n D/A変換回路 51〜5n DC/DCレベル変換回路 61 プリセット用インタフェース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 11/00 - 11/66 G01R 21/00 - 22/04 G01R 35/00 G01R 35/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流入力電圧あるいは交流入力電流など
    電気的諸量のアナログ信号をそれぞれ所定の値にレベル
    変換するレベル変換手段と、上記レベル変換されたアナ
    ログ信号をそれぞれデジタル信号に変換するA/D変換
    手段と、上記変換されたデジタル信号を用いて上記電気
    的諸量の計測演算を行う中央処理装置と、この中央処理
    装置の計測演算に必要とする各種データを外部装置から
    取り込むためのプリセット用インタフェースと、このプ
    リセット用インタフェースによって取り込まれた各種デ
    ータを格納する格納手段と、上記中央処理装置の演算デ
    ータから所定の出力レベルに変換された直流アナログ出
    力を得る出力手段とを備えてなる電気的諸量計測用複合
    トランスデューサ。
  2. 【請求項2】 交流入力電圧あるいは交流入力電流など
    電気的諸量のアナログ信号をそれぞれ所定の値にレベル
    変換するレベル変換手段と、上記レベル変換されたアナ
    ログ信号をそれぞれデジタル信号に変換するA/D変換
    手段と、上記変換されたデジタル信号を用いて上記電気
    的諸量の計測演算を行う中央処理装置と、この中央処理
    装置の計測演算に必要とする各種データを外部装置から
    取り込むためのプリセット用インタフェースと、このプ
    リセット用インタフェースによって取り込まれた各種デ
    ータを格納する格納手段と、上記中央処理装置の演算デ
    ータから所定の出力レベルに変換された直流アナログ出
    力を得る出力手段とによって、電気的諸量を導出するよ
    うにしたものにおいて、所定の出力レベルの直流アナロ
    グ出力を得る出力手段に対して、上記中央処理装置から
    オフセット量算出用基準データを出力すると共に、電気
    的諸量の入力が零のデータを出力し、上記両出力データ
    を、デジタルデータに変換すると共に上記プリセット用
    インタフェースを介して上記中央処理装置に入力し、上
    記基準データと上記入力が零のデータの差をオフセット
    量として記憶し、上記中央処理装置の演算データに上記
    オフセット量を付加して上記中央処理装置から出力する
    ようにしたことを特徴とする電気的諸量計測用複合トラ
    ンスデューサの誤差補正方法。
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