JPH06510857A - 電力測定のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電力゛測定のための方法および装置 発明の分野 この発明は電力測定ならびにそのための装置および方法電源、典型的には交流電 源から電力消費を確かめるために、電圧および電流に対応する信号を発生し、そ の２つの信号の積をめて、ある時間期間の間その結果を積算することによって電 圧および電流を測定することが既知である。

近年、その幾つかの計算を実行するために固体装置を組み入れるメータに開発が 集中している。潜在的に、このような装置はメータのより古い電気機械的設計よ りも正確な測定を可能にし、このようなメータには遠隔読取をより容易に組み込 ませることができる。

当初、電流および電圧に関するアナログ信号を乗算する試みかなされた。アナロ グ信号を正確に取り扱い、それを乗算するのに適合した回路は複雑で高価であり 、温度および年数でドリフトする傾向があり、精度を減少させる。

欧州特許明細書第０１８１７１９号は、電圧および電流信号がサンプルされ、デ ジタル化されてデジタル入力信号としてマイクロプロセッサに与えられ、プロセ ッサ内で乗算されて、その値か入力信号の積に正比例するデジタル信号を発生す る代替的な設計を開示している。プロセッサでの（または外部での）８ピツトＡ ／Ｄ変換を用いる他のやり方で可能なよりも高い精度を得るために、交流アンプ 電圧か発生され、入力信号に加えられる。

デジタル乗算か初期の設計のアナログ乗算にとって変わるか、ＥＰＯｌ　８１７ １９に開示される装置は、交流アンプ電工が正確に発生されなくてはならないこ とと、温度、湿度、年数等によるばらつきによってもたらされるアナログ回路固 在の不安定性かあるにもかかわらず、その組合わせかアナログ信号の取り扱いを 要求することとの不利益を被る。

この発明の目的は、信号かデジタル化される前のアナログ信号の発生および補償 を要求しないが、それでも欧州特許明細書第０１８１７１９号に開示される装置 と少なくとも同じレベルの精度を存する電力測定装置を提供することである。

この発明のさらなる目的は、電源から電気的に簡単に分離されて、（コイン解放 されるまたはカートリーダ制御等の）ユーザアクセスポートがそれと関連付けら れることを可能にする電力測定装置を提供することである。

この発明のさらなる目的は、遠隔測定または他のリモートセンシング技術を用い てそこから情報が得られ、遠隔メータ読取を可能にする電力測定装置を提供する ことである。

この発明のさらなる目的は、電流および電圧信号を乗算するためにデジタル化す る前のアナログ信号の発生および適ｔＶを要求しない電力測定方法を提供するこ とである。

発明の概要 この発明のある局面に従えば、それに接続される負荷を通って流れる電流と電源 電圧との積に正比例する出力信号を発生し、ここて前記電源電圧に正比例する第 １の信号が導出され、前記負荷電流に正比例する第２の信号が導出されて、その ため電力に対応する積信号がマイクロプロセッサによって発生され得るように適 合された電力測定装置であって、第３および第４の信号が前記第１および第２の 信号を用いて２つの定周波数搬送波信号を周波数変調することによって生成され 、アナログの第１および第２の信号の代わりに、前記第３および第４の信号かマ イクロプロセッサに与えられて乗算され、電力積信号を生成することを特徴とす る、装置か提供される。

この発明の利点は、時間および温度での安定性がより大きいこと、および信号か ２進の形で、電気的分離装置を介して伝送され得て、ユーザがアクセス可能なボ ートが装置に関連付けられることを可能にすることである。典型的にはオプトア イソレータが用いられる。

したがってこの発明はまた、前記第３および第４の信号がオプトアイソレータ等 の電気的分離装置を介してマイクロプロセッサに伝送される上述の電力測定装置 にある。しかしなから、第３および第４の信号からのマイクロプロセッサのこの ような分離は随意であり、あらゆる場合に必要なわけてはない。

第１および第２の信号は好ましくはアナログ電圧の形であり、既知の態様で分圧 器および分流器を用いて導出され得る。信号は電源ラインからの電気的な分離な しに得られるか、所望であれは１つまたはそれ以上の変圧器を用いて分離を達成 してもよい。

第１および第２の信号のうちの１つまたは両方か電流である場合は、これは好ま しくは、第１および第２の信号の両方か電圧の形であるように、何らかの好都合 な態様て電圧に変換される。

信号−周波数変換は電圧制御されるパルスジェネレータを用いて最も単純に行な われ、その各々からのパルスの瞬時周波数はそれぞれ第１および第２の信号電圧 の瞬時値によって制ｉ卸される。

この発明の別の局面に従えは、第３および第４の周波数変化信号を処理する方法 は、以下のステップを含み得る、すなわち １、前記第３および第４の信号の平均周波数の何倍もの周波数を仔する定周波数 クロック信号を発生するステップ２、ｉｉｆ記クワクロックパルスつのカウンタ に連続して入れるステップと、 ３、前記第３の信号を形成する各パルスの始めに一方のカウンタの値をとらえ、 同様に前記第４の信号を形成する各パルスの始めに他方のカウンタの値をとらえ るステップと、 ４、各カウンタから得られた現在捕捉された値から前に捕捉された値を減し、第 ３および第４の差信号を形成するステップと、 ５、前記第３および第４の差信号の各々の算術逆数を形成するステップと、 ６、各前記逆数から前記第３および第４の信号の平均周波数に等しい周波数値を 減じて、第５および第６の信号を形成するステップと、 ７　第５および第６の信号を直角位相乗算装置に与え、その出力を電力信号とし て与えるステップとを含み得る。

電圧および電流信号の信号−周波数変換が誤りなく動作すれば、第３および第４ の差信号から減じられるべき周波数値は、電源か概ね正弦波の波形を有する交流 電源であれは、ゼロ電圧およびゼロ電流に対応する周波数の値に等しい固定周波 数である。

この発明はまた、電源の電圧およびそれに接続される負荷を通って流れる電流に 正比例する信号の積を発生する方法にあり、前記電源電圧に正比例する第１の信 号を導出するステップと、前記負荷電流に正比例する第２の信号を導出するステ ップと、前記第１および第２の信号によって２つの定周波数搬送波信号を周波数 変調してそれぞれ第３および第４の信号を発生するステップと、ゼロ電圧および ゼロ電流に対応する周波数に関して第３および第４の信号を正規化するステップ と、２つの正規化された第３および第５１の信号を乗して、電源に接続される負 荷によって吸収されている電力に正比例する積信号を形成するステップとを含む 。

この発明はまた、上述の第３および第４の信号を処理するための装置であって、 以下を含む、すなわち１、第３および第４の信号の平均周波数の何倍もの周波数 を有するクロックパルス信号を発生するためのクロ・ノクパルスソエネレータと 、 ２　それにクロックパルスか連続して与えられる２つのカウンタと、 ３　カウンタの各々の値を捕捉するための回路手段と、４　前記第３および第４ の信号に応答して、それぞれ前記第３および第４の信号に現われる各ノ々ルスの 始めのカウンタ値を捕捉するように捕捉手段を制御する回路手段と、５、捕捉さ れた値の各々を記憶するだめの手段と、６　現在捕捉された値か記憶手段に挿入 される前に、現在捕捉された値から記憶されている捕捉された値を減じて第３お よび第４の差信号を形成するための手段と、Ｔ　前記第３および第４の差信号の 各々の算術逆数を形成するように適合される回路手段と、 ８、前記第３および第４の信号の平均周波数を導出するだめの手段と、 ９２つの差信号の逆数から前記平均値を減して第５および第６の信号を形成する ための回路手段と、ｌＯ前記第５および第６の信号を受け取り、前記電源に接続 される負荷によって吸収されている電力に対応する出力信号を与える直角位相乗 算手段とを含む。

好ましくは、第５および第６の信号の乗算を行なうためにマイクロプロセッサか 用いられ、プロセッサはそれから負荷に与えられる皮相電力のみならず、無効エ ネルギおよび電力、真のエネルギおよび電力ならびに皮相瞬時電力をも計算する ようにプログラムされる。

この発明の別の局面に従えば、前述の第３および第４の信号のうちの１つまたは 両方か、ある時間期間の間平均されて、装置の自動零電力較正を与え得る。

実用において、電力が引き出されていないときに計算された値のうちの１つか確 実にゼロに戻ることを確かにしさえすればよく、ある負荷（半波整流回路等）が 存在すると電流波形は非常に非対称となるかもしれないので、好ましくは前記第 ３の信号（すなわち電圧に関する信号）か平均される。

この発明は単相または多相電源の測定にも同じように応用可能である。単相の測 定では、１つの線の電流を測定しさえすれはよいが、一方、多相の電源では、も ちろん少なくとも位相の各々で電流を、適切であれば各位相に関連する電圧を測 定して、多相の電源のための総電力信号を発生するために合計されなくてはなら ない３つの電力信号を発生する必要がある。

位相変調か多くの点て周波数変調に等価である限り、第３および第４の信号は定 周波数信号の位相変調によって発生されてもよく、その場合、位相変調は周波数 変調に対するものとして用いられてきたという事実を考慮して、前記第５および 第６の信号を発生するための前記第３および第４の差信号の処理に変更か必要か もしれない。

上述のいかなる装置も、電気の先払いのためにコイン開放される機構またはカー ドリーダと組合わされ得る。

同様に、上述のいかなる装置も何らかの遠隔測定方法または電力線信号変調技術 によるメータの遠隔制御および遠隔読取のための手段と組合わせることができ、 したがってメータは、メータに伝送されたデータをデコードし、かつメータによ って測定された累積された電力に関連する、メータ内に含まれるレジスタからの データの伝送のための搬送波を適切に変調するための受信器および／または送信 器を含み得る。

上述のいかなる装置も、メータから負荷への電流の供給を遮断するためのスイッ チ手段を含み得る。スイッチ手段は遠隔測定（たとえば電力線信号伝送）等によ って遠隔で制御可能であってもよい。前記遠隔制御のために受信器手段か含まれ る場合は、受信器は、適切なコマンド信号の受取およびデコードに応答してスイ ッチ手段をオンまたはオフに動作するための制御信号を発生するように適合され 得る。スイッチ手段の局部動作のための設備が設けられてもよい。

上述のいかなる装置も、メータによって測定された累積された電力を英数字で表 示するためのＬＣＤディスプレイ等の表示手段を含み得る。

この発明は、固体電力測定装置を製造する初期の試みの欠点を、マイクロプロセ ッサに電流および電圧の両方についての情報を２進の形て与えることによって克 服する。これは、導出された電力またはエネルギパラメータが既知の態様で計算 され得て、マイクロプロセッサ内の４−象限デジタル乗算器において乗算か実行 され得ることを意味する。

デジタル乗算器は正確で、ドリフトを被らず、正しい数のビットがそのアプリケ ーションのために選択されている限りダイナミックレンジの問題はない。

以前の方法は多重化されたアナログ−デジタル変換器を用いることを提案してい た。しかしなから、変換に多数のヒントが要求されることと、多重化技術におい て入射波形か同時にサンプルされないこととのために、実用において不正確さか 出てきた。この発明はこれらの問題の両方を克服し、この発明においては電流お よび電圧に関して導出される瞬時値は時間的に同時に起こるものであり、そのた めこの発明を用いて電流および電圧の真の同時乗算が達成されることに注目する ことか重要である。

この発明は、以下をもたらすために電源に接続されるように適合される回路手段 を含むものとして考えられ得る、すなわち ａ、電源の活性線と中性線との電位差に正比例する出力信号、および す、電源の活性線を流れる電流に正比例する出力信号を発生し、 （Ｃ）　活性線を流れる電流の瞬時の大きさに関する信号を発生するための電流 感知手段が設けられ、その周波数か電流を表わす連続したパルス波形にこの信号 を変換するための第１の周波数変調回路手段が設けられ、かつ（ｄ）　電源の活 性線と中性線との間の電位差の瞬時の大きさに正比例する信号を発生するだめの 電圧感知手段が設けられ、その周波数か電位差を表わすパルス列にこの信号を変 換するための第２の周波数変調回路手段が設けられる。

電圧および電流信号はここでは２進信号（すなわちパルス列）の形であり、その 各々の周波数がそれぞれ電圧および電流のばらつきに関する情報を含むので、オ プトアイソレータ等の単純な電気的分離を用いて情報をマイクロプロセッサベー スの回路に転送し、それによって変圧器のない電源を用いて電圧および電流周波 数変調回路に電力を与えることを可能にてきる。

この発明の別の局面に従えば、電圧−周波数変換は周波数Ｆ（ここてＦは発振す る電流源の周波数よりも遥かに大きい）のパルスを発生するように設定される自 励発振器の周波数を、電源の瞬時電圧が１サイクルの間にゼロから正のピークに 増し、次にゼロを介して負のピークまで減少し、再びゼロになると、パルス発生 率はゼロ電圧での率がら正の最大値まで増し、次にゼロパルス率を介して減少し 、負の最大値に達するまで減少し続け、その後再び各サイクルの終わりにセロ電 圧パルス率まで増加するように制御することによって達成される。

電源電圧の極性（または発振器のパルス繰返率制御端子に送られるその割合）を 逆転することによって、各サイクルの間に周波数を反対の意味に変えることがで きる、すなわち（電源電圧か増すにつれ）まず減少し、（電源電圧が減少して極 性を逆にすると）増加し、最後に電源電圧か再びゼロに向かって増加するにつれ て再び減少し、そのサイクルを完了する。

この発明のこの局面の好ましい特徴に従えば、その緩和期間が少なくとも部分的 にそのビンのうちの２つの間の電位差によって制御される集積回路タイミング装 置か用いられ帰る。

このような装置はタイプ５５５タイマを含む。

このような装置の平均パルス繰返率（すなわち前記２つのピンの間にゼロ電圧か 現われるとき）は、外部ＲＣ回路によって定められ、典型的には、電源周波数が ５０Ｈｚであれば２０００Ｈ２の平均繰返率が用いられる。

この発明は、添付の図面を参照して例示的に説明され、図１はこの発明を体現す る簡略化されたブロック回路図であり、 図２は図１で用いられるプロセッサを形成する素子のブロック回路図であり、 図３は図１の電圧および電流−周波数変換器のブロック回路図を含み、 図４は電圧−周波数および電流−周波数回路にプロセッサのオプトアイソレーシ ョンが必要でない、図１に基づくメータの簡略化された形を図示し、 図５は同時較正のために、いわゆる副標準メータに２つまたはそれ以上のメータ かいかに接続され得るかを示し、図６は保護ハウジング内のこの発明を体現する カード制御されるメータを示し、 図７はハウシングの前カバーおよびカードリーダか除去されたメータの内部の斜 視図であり、 図８は一方側からのカードリーダの斜視図であり、図９は他方側からのカードリ ーダの同様の図であり、図１０は、接触器および分流器を示すためにｐｃｂおよ びカードリーダか除去されたメータのハウジングの後部の斜視図である。

図１を参照すると、幹線電源の瞬時電位か家庭用電源の活性線３と中性線１１と の間で測定される。電位の変動範囲の極性および振幅に依存して周波数において 上下に変調される約２．０００）（Ｚの自励周波数を有する電圧−周波数変換器 ５によって、電圧はパルス列に変換される。典型的には、基本周波数は電源電圧 波形信号によって変調されて、プラスまたはマイナス２００Ｈｚの偏差のある、 周波数変調された信号を発生する。この偏差は波形の瞬時電圧に正比例する。周 波数−電圧変換器５によって発生されたパルス列は、オプトアイソレータ７を介 してプロセッサ８の入力ｌに結合される。

瞬時電流の流れは、消費者への電源の活性線３と直列に接続される分路抵抗器２ にかかって発生する電位を測定することによって測定される。これもまた約２， ０００Ｈｚの周波数で動作する自励発振器を有する電圧−周波数変換器４によっ て、この電圧はパルス列に変換される。この基本周波数は電源電流波形信号によ って変調されて、プラスまたはマイナス２００　ＨＺフルスケールの偏差のある 周波数変調された信号を発生する。偏差は消費者への瞬時電流の流れに正比例し 、パルス列はオプトアイソレータ６を介してプロセッサ８の第２の入力に結合さ れる。

プロセッサ８は、ディスプレイ１０６（典型的には液晶ディスプレイ）を駆動す るために信号を与えて、正常な動作でメータによって測定された電力単位の累積 された数値を示す（図２を参照してより詳細に説明する）。

同様に接触器１０８もまた、プロセッサからの出力信号によって制御され得る。

接触器は好ましくは、はねまたは永久磁石またはその両方によ−ってその最後に 切換えられた状態に保持される、パルス動作される装置である。

コインもしくはカート制御されるメータ、または電力線変調等によって供給当局 により遠隔て制御されるべきメータの場合のように、消費者／負荷への電源の０ Ｎ１０ＦＦ制御か必要な場合のみ、接触器か必要である。

設けられれは、電力線信号受信器または送信器／受信器１１２は、プロセッサに 制御信号を与えるか、もしくは、たとえばメータ内の不良状態を示すまたは当局 に測定された電力の累積された値を中継するために、供給当局に伝送するための プロセッサからのデータを受け取る。

カートリーダ１１４は同様に、プロセッサからの信号によって制御可能であり、 プロセッサへの信号入力として働く電気信号を発生する。したがってブロモ・ソ サは、カードリーダを可能化する信号を発生し、カード上のデータをそれか読出 された後にキャンセルでき、カートを確認するために、挿入されたブリペイメン トカードから読出されたデータを受け取ることかでき、次のカートの挿入を要求 する前に受け入れられる単位数をプロセッサに示すことができる。

オプトアイソレータの駆動素子および電圧／電流−周波数変換器４および５のた めのＤＩ力は、ダイオード１１６および貯蔵／′平滑化コンデンサ１１８で形成 される半波整流回路から引き出される。典型的には、ＤＣ電圧の要求は、たとえ ば５−１５ボルト等の数ボルトのオーダであり、ａｃｔ源電圧電圧常２４０ポル Ｉ−ＲＭ　Ｓ等であるので、変圧器１２４の１次巻線１２２上のタッピング１２ ０は、整流回路１１６／１１８への入力として必要なより低いａＣ電Ｕ［を与え 得る。

（ユーザかアクセス可能なボー１へがメータに設けられる場合に必要であるよう に）プロセッサの分離が要求される場合は、プロセッサ（およびあてはまる場合 にはディスプレイ、カートリーダ、電力線通信受信器／送信器、接触器等）のだ めのｄｃＫ力は、変圧器１２４の２次巻線１２６から与えられダイオード１２８ および平滑化／貯蔵コンデンサ１３０を含む第２の整流回路から引き出される。

プロセッサは、図２のすへての機能を実行できる集積回路、または前記機能を集 合的に実行できる装置のアレイであってもよい。

電圧および電流の値を得るために、プロセッサはパルス間の時間を測定しなくて はならない。示される例では、これは電流および電圧の両方に対して同し方法で 達成され、図２を参照して説明される。

簡潔にするために、プロセッサは単一の集積回路、すなわちカスタマイズされた マイクロプロセッサチップであると仮定する。

簡潔にするためにまた、図２のカスタマイズされた装置の制御（中央処理）素子 は図示せず、それと図２に示される個々の処理素子との間の信号経路も図示しな い。

１６ビツトカウンタ４０は、５ＭＨｚで動く水晶制御される発振器によって連続 的にクロックされる。

カウンタの出力は２つの１６ビツトラツチ１４および１５の入力に並列に接続さ れる。ラッチＩ４は電圧に、ラッチ１５は電流に関する。

それぞれのラッチのクロック入力には、それぞれライン９およびｌＯのパルス列 か送られる。

ラインＩＯ上のパルスの正端縁上で、カウンタ４０の値がラッチＩ４に記憶され る。この端縁はまた、割込要求レジスタ１３を介して割込を与える。割込によっ て、ラッチ１４に記憶された値が読出される。パルス間の周期を表わす数を得る ために、前のカウントの値が新しくカウントされた値から減算器２０て減算され る。周波数に正比例する値を生じるために、この周期はインバータ段２Ｉによっ て反転されて、算術逆数をもたらす。

上の計数およびラッチングのシーケンスと同時に、別のカウンタ１８およびラッ チＩ９は、タイマ１７によって定められる４０秒の期間にわたって入来する電圧 に関する周波数を平均する。周波数に関するこの平均電圧は、２２によって周波 数に関する瞬時電圧から減算されて、３８て瞬時電圧に正比例する数的出力値を 与える。この特徴によって、電圧「基本１周波数は連続して自動的にゼロにされ 、長期のドリフトに備える。

第２のチャネルは、ライン９に沿った電流を表わす信号を受け入れ、電圧に対応 する信号３８か発生するのと全く同じ方法で、瞬時電流に正比例する値３９を発 生する。

電流値チャネルは電圧チャネルと類似した構成を有し、電流に関する周波数の平 均値を発生するが、典型的にはこれは製造中、較正の間に一度だけ実行される。

関連するアイテムは３４．３５および３６の符号を付される。平均または基本電 流関連周波数値は、使用中に生じる瞬時電流周波数の値から減じられ、瞬時電流 に正比例する周波数値を与え、信号３９として供給する。

２つの信号３８および３９は４−象限デジタル乗算器２６への入力である。これ らの２つの信号は非同期であるので、乗算は、たとえは５００マイクロ秒だけず れた、規則的に起こる時間の間隔て起きるようにされる。適切なタイミングまた は割込回路２７は乗算器に必要な制御信号を発生する。後者は、時間において各 瞬間に３８および３９に存在する入力信号を用い、各結果がアキュムレータ２８ に送られ、これか消費された電力の合計を保持する。アキュムレータの実行合計 は、レジスタ３ｏからの１キロワット時の１／１０００に等しい数と比較される 。この値に達するかまたはそれを超えると、電流パルスが発生し、キロワット時 レジスタ３３を１だけ増分させ、所望であればフロンＩ・パネル発光ダイオード （ＬＥＤ）３７が光るようにトリガされる。３０の値は、カウントパルスの発生 に応答してレジスタ（アキュムレータ）２８から減算される。

レジスタ２８の値か３０からの値よりも大きければ、この超過はレジスタ２８に 残り、レジスタ内て新たにそこから値が累積するようにカウントする。このよう にすれば、乗算器２６によって計算されたいかなる電力信号の部分も失われない ので、測定技術の精度か大きく改良されるか、長期にわたってアキュムレータレ ジスタ２８内に残るオーバフローの量か（事実上）無視されるのであれば、キロ ワット時レジスタ３３における不足量はかなりのものであろう。

キロワット時の１／１０００を示すために用いられる数は、標準のものに対して メータを較正することができるように少なくとも始めに調整可能である。これは 製造中のメータの較正方法を与え、必要であれば何らかのその後の変更に従う。

プロセッサ８はメモリ手段（図示せず）を含んでもよく、そこに１以上のプログ ラムまたは命令がストアされて、適切な割込および／または入力信号に応答して リコールされ、図２に関連して説明した機能をプロセッサに実行させてもよい。

図３は、図１の負荷電流および電源電圧の瞬時値に対応する２つの周波数変調さ れた信号を与えるための好ましい回路を示す。

構成要素および接続の幾つかは図１の要素に共通であり、この目的のため同じ参 照番号が用いられている。

分流器は可能な最小の電位差■１を発生するはずである。

この目的のため、差動増幅器８６か用いられて、タイプ５５５タイマ８８のピン ５に与えるためのより大きな信号Ｖ１を発生する。

平均周波数制御回路素子９０および９２はピン２．６および７に電位を与え、充 電／放電コンデンサ９４はピン２（これはピン６にも接続される）と活性線との 間に接続される。

ピン３は（図４に示されるように）プロセッサ８に直接、または図１に示される ようにオプトアイソレータ６を介して与えられてもよいＦ１出力信号を与える。

第２の５５５タイマ９６は電源電圧−周波数コンバータ５の基本をなす。電源電 圧（活性線３と中性線ＩＩとの間）の僅かな部分は抵抗器８４および９８からな る分圧器によって生成される。所望の僅かな部分は抵抗器９８にかかって現われ る。この電位差は９６のピンｌと３との間に現われる。上述のように、９６の動 作の平均周波数はＲＣ素子１００．１０２および１０４によって制御され、典型 的には抵抗器１００または１０２またはその両方か５の周波数か４と同しになる ように調整可能にされる（代替的にまたは付加的に、抵抗器９０または９２また はその両方か調整可能にされてもよい）。

上述のように、Ｉ、信号は５５５装置のピン３から引き出され、（図４に示され るように）直接、または図１に示されるようにオプトアイソレータ７を介して、 プロセッサ８の第２の入力に与えられる。

図４は電源の局部または遠隔０Ｎ１０ＦＦ制御のための接触器を備えたまたは備 えないディスプレイだけの（コイン開放される機構またはカードリーダ等のユー ザがアクセス可能なボートかない）単純なメータにおいて、いかにオプトアイソ レータの必要性か除去されるかを概略的に示す。

この目的のため、プロセッサ８は活性レール極性にあり、その結果、ディスプレ イ１０６およびもし設けられれば接触器１０Ｂのアクチュエータコイルもまた同 様である。後者か設けられた場合、ＬＯＡＤ端子は接触子１１０を介して図４の 端子Ａに接続される。後者は、接触子１１０の開閉動作のためのみに正および負 パルスを必要とする、ばねおよび／またはホス磁石に援助された接触器を有利に するためのものである。

接触器か必要てない場合には、負荷は端子Ａに直接接続される。

較正は通常、被テスｌ−メータによって測定された電力を、同し時間期間にわた って同し電圧および電流パラメータを測定する。ように設定される「標準メータ 」によって測定された電力と比較することによって行なわれる。理想的にはいわ ゆる標準品質のメータが用いられるか、実用において標準の品質に満たないメー タが基準として用いられてもよく、このようなメータは一般に副標準メータと称 される。

このようなメータは、コードＴＶＥ　１０２／ｌの下てランデイスおよびギア（ Ｌａｎｄｉｓ　ａｎｄ　Ｇｙｒ）によって製造されたものである。これらのメー タは、メータによって測定された１１５００，０００キロワット時ごとに電気パ ルスを送る。このようなパルスの各々は、単位電力パルスと称される。

図２を参照して説明したように、２８に記録されている累積された値と（１／１ ０００キロワット時がメータによって記録されたときを定めるために）比較され るべき数値は、較正の目的のために調整され得る。この数値はレジスタ３０内に 保持される。

被テストメータによって累積されるへきパルスが１／１０００キロワット時に対 応するはずなので、除算詰装置（図示せず）、典壓的には５００・ｌの割合を与 えるように接続されるＣＭＯ３型Ｏ３４５１０Ｂを含むインタフェース７４か設 けられ、そのため「標準の」メータ５ｏから受け取られる５００パルスごとにイ ンタフェースによって１つの値か送られる。

レジスタ３０に関する永久値は、光学ボート３２を介してパルスをインタフェー ス７４からカウンタ４１に送ることによって到達する。カウンタ４１の値はライ ン４４上のリセットパルスによってゼロに初期設定される。このリセットパルス はたとえば、副標準メータからのパルスのシーケンスのうち最初に到達するもの であるか、または特別に発生されたリセットパルスであってもよい。レジスタア キュムレータ２８で増分する値もまた、ライン４４上の同じリセットパルスによ ってゼロにリセットされる。（構成されているように）両方のメータか同じ電圧 および電流を測定するように設定されれば、副標準メータからインタフェース７ ４およびポート３２を介して達するパルスはカウンタ４１を増分し、同様の態様 でレジスタアキュムレータ２８の数値は、図２を参照して説明したように、被テ ストメータの電力測定回路の作用によって増分される。

カウンタ４１は、インタフェース７４からＮ個のパルスか受け取られると出力パ ルスを発生するように設定され、このトリガは除算器４２に与えられ、アキュム レータレジスタ２８で累積された数値を値Ｎて除算して、レジスタ３０にラッチ するための数値を発生する。

値Ｎは、除算ステップを簡略化し、かつ副標準メータ出力か被テストメータと比 較される比較的長い期間を確保するために２５６であってもよい。この目的のた め、２５７番目のパルスの到着か、ライン４５に沿って除算型命令パルスを発生 させるトリがとして働くように用いられてもよい。

しかしなから、数値Ｎはかなり任意であり、Ｎて除算した後レジスタ３０に挿入 するための正確な値を確保するのに十分な単位電力パルスか確実に受け取られる のに十分大きく、便利ないかなる値も選択され得ることを解されたい。

コンパレータレジスタ３ｏがラッチされた後、好ましくはこれは何らかの既知の 態様て書込禁止にされ、権限のないメータの再較正を阻止する。

図５に示されるように、副標準メータ５ｏは電源５２のＬおよびＮ端子の間に接 続されてもよく、変流器５４の２次側の端子６８．７０から電流を受け取る。

変流器の２次側の一方の端子７ｏは副標準メータ５ｏのＬ端子に接続され、同じ 電流がすべてのメータの電流測定回路を確実に通るようにするために、副標準メ ータのＬＯＡＤ端子５Ｇは第１の被テストメータ５８のＬＩＶＥ端子６０に接続 され、そのメータのＬＯＡＤ端子６２は次の被テストメータ６６のＬＩＶＥ端子 ６４に接続されるという具合に、ＬＯＡＤ端子か負荷の端子６８に接続される、 チェーンの最後のメータまで続く。

図５には、被テストメータは２つしか図示されておらず、したかって負荷端子６ ８に接続されるのは第２のメータ６６のＬＯＡＤ端子７２である。

副標準メータ５０からテスト下の幾つかのメータ５８および６６等に単位電力パ ルスを伝えるために、インタフェースユニット７４のパルスは、ＬＥＤ７６．７ ８等のチェーンを駆動して後者をそれと同期して光らせるように働く。

各ＬＥＤ７６．７８等を被テストメータのオプト通信ボートそれぞれ８０．８２ に対向して位置づけることによって、副標準メータ５０からの単位電力パルスか ら導出されたパルスは、チェーンのすべてのメータを較正するために用いられ得 る。

図１および２の組み立てられたメータは、図６において本体１３２および前カバ ー１３４を含む２部分ハウジング内に図示される。後者はパネルまたは壁に装着 されるように適合され、前カバーはそこを通してディスプレイ１０６か見える覗 き窓１３６を含むパネルを含む。カードリーダ１０６のスロットは１３８に示さ れ、指で操作できる制御ボタン１４０および１４２によって、ＬＥＤ　１４６お よび感光トランジスタ１４８を含むオプト通信ボート１４４を介して、適切な命 令か入れられた後メータがプログラムされることが可能になる。

単位電力パルスか発生されると光るＬＥＤ３７ちまた窓１５０を通して見える。

前カバーおよびカートリーダを除去すると、図７に示されるメータの内側が見え る。ここでディスプレイ１０６は、オプト通信ボート１４４の受信器および送信 器ユニット１４６．１４８、図６のプレスパッド１４０および１４２によって操 作可能なスイッチ１５２および１５４、ならびに（図２の）ＬＥＤ３７を支持す る小さなｐｃｂ１５６上に装着されて図示される。小さなｐｃｂ１５６は、主ｐ ｃｂ１６２からのスタンドオフ１５８および１６０によって設けられ、主ｐｃｂ には中央プロセッサチップ１６４ならびに関連する電源およびバッファ回路素子 と、オプトアイソレータと、５５５タイマ装置８８．９６と、差動増幅器８６お よび関連するデカップリングおよび信号カップリング経路および装置とが装着さ れる。カードリーダの内側端が適合され、位置され得るスロット１６６が設けら れる。

活性、中性イン、中性アウトおよび負荷（すなわちたとえば家庭用電源の活性バ スバー）を接続するために１６８．１７０．１７２および１７４でケーブル接続 が設けられる。

図８および９は、−万端でスロット１３８を規定し、一方面上で噛み合い駆動装 置１８０を介してカードを引込み、放出するように適合されるＤＣモータ１７８ を、他方面上で消去装置を有する浅い箱状の部材１７６を含むカードリーダを示 し、消去装置は、カード（図示せず）の逆動作の間モータドライブの作用の下で カード上の磁気ストライブと接触してそこに記憶された磁気データを消去する永 久磁石１８４を軸受する旋回する腕部１８２を含む。

箱１７６の一方面上にまた装着される続出／書込ヘッド（図示せず）から信号を 受け取り、それに信号を与えるための続出および書込制御回路もまた、後者によ って支持される。

図１Ｏに図示されるように、主ｐｃｂ１６２の下に接触器１８６が位置され、好 都合に接触器の一方の端子１６７と図７のケーブル接触器１６８等の１つとの間 に接続され国際調査報告 国際調査報告 ＰＣＴ／ＧＢ　９２１０１６６４ フロントページの続き （７２）発明者　キング、ロジャー・ヘンリーイギリス、ビイ・イー・１０　０ ・エイチ・ティ　リンコールンシャー、ニア−・ボーン、サービイ、ノーソルプ 、ウッドサイド・イースト、２０ （７２）発明者　ワトソン、ディピッド・アレクサンダーイギリス、シイ・ビイ ・６　トキュウ・エフ、ケンブリッジシャー、エリ−、リトルポート、ステイシ ョン・ロード、３９・エイ

Claims (33)

【特許請求の範囲】
1. １．電源の電圧およびそれに接続される負荷を流れる電流に正比例する信号の積 を生成するための方法であって、前記電源電圧に正比例する第１の信号を導出す るステップと、前記負荷電流に正比例する第２の信号を導出するステップと、前 記第１および第２の信号によって２つの定周波数搬送波信号を周波数変調してそ れぞれ第３および第４の信号を発生するステップと、ゼロ電圧およびゼロ電流に 対応する周波数に関して第３および第４の信号を正規化するステップと、２つの 正規化された第３および第４の信号を乗じて電源に接続される負荷によって吸収 されている電力に正比例する積信号を形成するステップとを含む、方法。
2. ２．第３および第４の周波数変化信号の処理が、ａ）前記第３および第４の信号 の平均周波数の何倍もの周波数を有する定周波数クロック信号を発生するステッ プと、 ｂ）前記クロックパルスを２つのカウンタに連続して入れるステップと、 ｃ）前記第３の信号を形成するパルスの各々の始めに２つのカウンタのうちの一 方の値を捕捉し、同様に前記第４の信号を形成するパルスの各々の始めに２つの カウンタの他方の値を捕捉するステップと、 ｄ）各カウンタから導出された、現在捕捉した値から前に捕捉した値を減じて第 ３および第４の差信号を形成するステップと、 ｅ）前記第３および第４の差信号の各々の算術逆数を形成するステップと、 ｆ）前記逆数の各々から前記第３および第４の信号の平均周波数に等しい周波数 値を減じて第５および第６の信号を形成するステップと、 ｇ）第５および第６の信号を直角位相乗算装置に与えて、その出力を電力信号と して与えるステップとを含む、請求項１に記載の電力測定方法。
3. ３．前記第３および第４の信号の少なくとも１つが、ある時間期間にわたって平 均され、装置の自動零電力較正を与える、請求項１または２に記載の方法。
4. ４．平均化が前記第３の電圧関連信号に適用される、請求項３に記載の方法。
5. ５．第３および第４の信号が定周波数信号の位相変調によって発生される、請求 項１ないし４のいずれかに記載の方法。
6. ６．請求項１ないし５のいずれかに記載の方法を実行するための装置。
7. ７．電源電圧およびそれに接続される負荷を通って流れる電流の積に正比例する 出力信号を発生するように適合される電力測定装置であって、第１のアナログ信 号は前記電源電圧に正比例するように導出され、第２のアナログ信号は前記負荷 電流に正比例するように導出され、そのため電力に対応する積信号がマイクロプ ロセッサによって発生され得る装置であって、第３および第４の信号は前記第１ および第２の信号を用いて２つの定周波数搬送波信号を周波数変調することによ って発生され、第１および第２のアナログ信号の代わりに、前記第３および第４ の信号はマイクロプロセッサに与えられて乗算され、電力積信号を発生すること を特徴とする、電力測定装置。
8. ８．前記第３および第４の信号が２進信号である、請求項７に記載の電力測定装 置。
9. ９．前記第３および第４の信号がそれによってマイクロプロセッサに伝送される オプトアイソレータをさらに含む、請求項８に記載の電力測定装置。
10. １０．第１および第２の信号が分圧器および分流器を用いて、電源ラインからの 電気的分離なしに導出される、請求項９に記載の電力測定装置。
11. １１．第１および第２の信号のうち少なくとも一方が電流であり、第１および第 ２の信号の両方が電圧であるようにそれを電圧に変換する手段が含まれる、請求 項７ないし１０のいずれかに記載の電力測定装置。
12. １２．信号を周波数変換するための手段が２つの電圧制御されるパルスジェネレ ータを含み、一方からのパルスの瞬時周波数は第１の信号電圧の瞬時値によって 制御され、他方からのパルスの瞬時周波数は第２の信号電圧の瞬時値によって制 御される、請求項７ないし１１のいずれかに記載の電力測定装置。
13. １３．ａ）第３および第４の信号の平均周波数の何倍もの周波数を有するクロッ クパルス信号を発生するためのクロックパルスジェネレータと、 ｂ）クロックパルスが与えられる２つのカウンタと、ｃ）カウンタの各々の値を 捕捉するための回路手段と、ｄ）前記第３および第４の信号に応答して、それぞ れ前記第３および第４の信号において現われる各パルスの始めにカウンタ値を捕 捉するように捕捉回路手段を制御するための回路手段と、 ｅ）捕捉された各値を記憶するための手段と、ｆ）現在捕捉されている値が記憶 手段に挿入される前に、現在捕捉されている値から記憶されている捕捉された値 を減じて第３および第４の差信号を形成するための手段と、 ｇ）前記第３および第４の差信号の各々の算術逆数を形成するように適合される 回路手段と、ｈ）前記第３および第４の信号の平均周波数を導出するための手段 と、 ｉ）２つの差信号の逆数から前記平均値を減じて第５および第６の信号を形成す るための回路手段と、ｊ）前記第５および第６の信号を受け取り、２つの信号を 乗じて、それによって負荷に吸収されている電力に対応する出力信号を与える直 角位相乗算手段とを含む、請求項７ないし１２に記載の第３および第４の信号を 処理するための装置。
14. １４．少なくとも第５および第６の信号の乗算を行なうためにマイクロプロセッ サが用いられる、請求項１３に記載の装置。
15. １５．プロセッサが、それから負荷に供給される皮相電力のみならず皮相瞬時電 力、真のエネルギ、真の電力、ならびに無効エネルギおよび無効電力をも計算す るようにプログラムされる、請求項１４に記載の装置。
16. １６．コイン開放される機構またはカードリーダと組合わされると、電気の前払 いに備える、請求項７ないし１５のいずれかに記載の装置。
17. １７．電力線信号伝送等の遠隔測定による、メータ内に記憶されたデータの遠隔 読取のための手段と組合わされると、メータが、メータに伝送されたデータをデ コードするための受信器手段および／またはメータ内に含まれるデータの伝送の ための搬送波を変調するための送信器手段を含む、請求項７ないし１６のいずれ かに記載の装置。
18. １８．メータから負荷への電流の供給を遮断するためのスイッチ手段をさらに含 む、請求項７ないし１７のいずれかに記載の装置。
19. １９．スイッチ手段が、遠隔測定または電力線信号伝送等によって遠隔で制御可 能である、請求項１８に記載の装置。
20. ２０．前記遠隔制御のための信号を受け取り、かつ適切なコマンド信号の受け取 りおよびデコードに応答してスイッチ手段をオンまたはオフに動作させるための 制御信号を発生するように適合される受信器手段をさらに含む、請求項１９に記 載の装置。
21. ２１．負荷への電流の供給を遮断するために、そのスイッチを局部的に動作させ るための手段、または別個の局部的に動作可能なスイッチ手段をさらに含む、請 求項２０に記載の装置。
22. ２２．メータによって測定された累積された電力を読取可能な形式で表示するた めの表示手段をさらに含む、請求項７ないし２１のいずれかに記載の装置。
23. ２３．表示手段がＬＣＤディスプレイである、請求項２２に記載の装置。
24. ２４．電源に接続されるように適合されて、電源の活性線と中性線との間の電位 差に正比例する出力信号と電源の活性線を流れる電流に正比例する別の出力信号 とを発生するための回路手段を含む装置であって、活性線を流れる電流の瞬時の 大きさに関連する信号を発生するために電流感知手段が設けられ、その周波数が 電流を表わすパルス列にこの信号を変換するために第１の周波数変調回路手段が 設けられ、電源の活線と中性線との間の電位差の瞬時の大きさに正比例する信号 を発生するために電圧感知手段が設けられ、その周波数が電位差を表わすパルス 列にこの信号を変換するために第２の周波数変調回路手段が設けられる、請求項 １の方法を実行するための装置。
25. ２５．２つのパルス列が２進信号の形であり、それぞれ一方の周波数は電圧で変 化し、他方の周波数は電流で変化し、オプトアイソレータを用いる電気的分離が 、マイクロプロセッサベースの回路に周波数情報を転送するために設けられ、そ れによって変圧器のない電源が、電圧および電流周波数変調回路に電力を与える ために用いられて２つのパルス列を発生する、請求項２４に記載の装置。
26. ２６．交流電源の電圧をその周波数が電源電圧の変化に正比例して変化する信号 に変換するための方法であって、周波数Ｆ（ここでＦは交流電源の周波数よりも かなり大きい）のパルスを発生するように設定される自励発振器の周波数を、１ サイクルの間に、電源の瞬時電圧がゼロから正のピー久に増し、次にゼロを越え て負のピークに減じ、再びゼロに戻り、したがってパルス発生率が、ゼロ電圧で の第１の率から正の最大値である第２のより高い率に増加し、次に第１のパルス 率を越えて減じ、負の最大値に達するように第３のより低い率にまで減少し続け 、その後各サイクルの終結時に再び前記第１のパルス串にまで増加するように制 御するステップを含む、方法。
27. ２７．電源電圧の極性（または発振器のパルス繰返率制御端子に送られるその割 合）を逆にするステップをさらに含み、そのため周波数は各サイクルの間に逆に 変化し、電源電圧の各サイクルの間にまず減少し（電源電圧は増加する）、次に 増加し（電源電圧は減少して極性を逆転する）、最後に電源電圧が再びゼロに向 かって増加するにつれて再び減少する、請求項２３に記載の方法。
28. ２８．自励発振器が、その緩和期間が少なくとも部分的にそのピンの２つの間の 電位差によって制御される集積回路タイミング装置を含む、請求項２６または２ ７に記載の方法。
29. ２９．装置がタイプ５５５タイマを含み、平均パルス繰返率（すなわちゼロ電圧 が前記２つのピンの間に現われるとき）が外部ＲＣ回路によって定められる、請 求項２８に記載の方法。
30. ３０．ＲＣ回路時定数が、電源周波数が５０Ｈｚであれば平均繰返率は２０００ Ｈｚであるように選択される、請求項２９に記載の方法。
31. ３１．請求項２６ないし３０のいずれかに記載の方法を雲行するための装置。
32. ３２．添付の図面に関連してここで説明したような、電力を測定するための方法 。
33. ３３．添付の図面に関連して実質的にここで説明したような、電力を測定するた めの方法。