JPS5920862A - 電子式電力量計 - Google Patents

電子式電力量計

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JPS5920862A
JPS5920862A JP57130399A JP13039982A JPS5920862A JP S5920862 A JPS5920862 A JP S5920862A JP 57130399 A JP57130399 A JP 57130399A JP 13039982 A JP13039982 A JP 13039982A JP S5920862 A JPS5920862 A JP S5920862A
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Koichi Shimizu
宏一 清水
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OSAKI DENKI KOGYO KK
Osaki Electric Co Ltd
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
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OSAKI DENKI KOGYO KK
Osaki Electric Co Ltd
Tokyo Electric Power Co Inc
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00Arrangements for measuring electric power or power factor

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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】 本発明は機械的回転部分を有しない電子式電力量計の改
良に関するものである。
第1図は従来の電子式電力量計の一例を示す。
電力供給線の負荷電圧は計器用変圧器P4によりそれに
比例した電圧evに低減され、負荷電流は変流器CTに
よりそれに比例し、絶対値が等しくて極性が異なる電圧
子〇Iに低減される。パルス幅変調回路1は電圧evに
よってパルス幅を変調し、そのパルス出力を排他的オア
ゲート2に対して出力する。パルス出力のデユーティ比
り、は下式の通りに定められる。
但しErは基準電圧である。
排他的オアゲート2の出力はスイッチドライバ3に与え
られて、切換スイッチ40オンオフを制御すると共に、
インバータ5を経てスイッチドライバ6に力えられて、
切換スイッチ70オンオフを制御する。排他的オアゲー
ト2の一方の入力であるRSフリップフロップ8のセッ
ト出力端子Qの出力がローレベルであれば、排他的オア
ゲート2の出力のデユーティ比r)2は、■)2 = 
1)、、D2=1−D、であるから、積分回路90人力
の平均値Vanはパルス幅変調回路lの出力の1周期の
平均として求まる。
Van == el HD1e4 (I  Dl )=
e1(2D、−1) 上式に(+)式を代入すれば、(2)式となる。
Van −−−2・−ei El(2) また、RSフリップフロップ8の出力がハイレベルであ
れば、排他的オアゲート2の出力のデユーティ比D2は
、D2= 1.− D、、 1)2= 1)、であるの
で、積分回路90入力の平均値曾は(3)式%式% ) (3) このように、パルス幅変調回路1及び切換スイッチ4.
7は電圧evと電圧e1の積e7・町に比例した信号を
出力する乗算回路10を形成し、その出力、即ち積分回
路90入力は第2図に示されるようにRSフリップフロ
ップ8の出力のロジックレベルに応じて極性が反転する
積分回路9は抵抗RとコンデンサCと演算増幅器11と
から成り、乗算回路10の出力又は反転出力が負であれ
ば、正の方向に積分し、乗算回路10の出力又は反転出
力が正であれば、負の方向に積分する。コンパレータ1
2.13は積分回路9の出力電圧が基準電圧子ESより
大きい時又は基準電圧−ESより小さい時にハイレベル
の信号を出力し、バッファ14.15を経てRSフリッ
プフロップ80セット入力端子S又はリセ7)入力端子
Rに与える。
積分回路9の出力電圧は第2図に示されるように正負の
基準電圧@l’、s、 −Es間を上下するものとなり
、その周期Tは(4)式となり、RSクリップ70ンプ
8の出力周波数Fへは(5)式となる。
(5)式から1(Sフリップフロップ8の出力周波数F
、は電圧evと電圧e4の積に比例することが分かる。
この出力周波数F3を分周し、)1ウンタにより積算す
ることによって電力量が計測される。
第1図において、積分回路9からRSフリノプフ0ノブ
8−1:でが周波数変換回路16を形成する。■(I、
は変流器CTの2次負担抵抗である。切換スイッチ4.
7としては電界効果トランジスタなどが用(・られる。
次に、電圧evと電圧e1の位相差を考慮してみる。
e、 = Ey sin ωt el = El sin (cot −1−cp )但
しEyは電圧evの最大値、Elは電圧e、の最大値、
ψは電圧evと電圧e1の位相差。
(6) (6)式で時間tとともに変化するのは第2項であ4−
sinψcos2ωt )       (力となり、
(7)式から積分回路9の出力の振幅はベ小であれば、
積分回路9の出力は第2図に示されるようにA貴公回路
90人力の周期よりはるかに大きい周期で反転し、電圧
e7と電圧e1の位相差があっても高精度の測定を行う
ことができる。
しかし、第1図に示されるものは、当然の結果として出
力周波数F1が低(なる。したがって、高い分解能を必
要とする用途にし゛1不向きであるっ同時に、積分回路
9のCR時定数を太き(しなくてはならないため、L 
S I化には不向きである。これらの問題を解決するた
めの一番簡単な方法は、CR時短数を小さく−すること
である。
ところが、CIL時定数を小さくすると、r「L圧ev
と電圧elの位相差があることによって、第3図に示さ
れろようにfjtev・e己て負電力成分17がある場
合には、積分回路9の出力1じ圧が基準電圧=ヒ■・〕
sの範囲を越えて上下し、積分回路9の出力が飽和して
、誤差が生じる。更に詳細に説明すれば、CR時定数を
小さくすると、積ev−elの周1t11に比べて積分
回路9の出力の反転周期が小さくなる結果、積ev−e
lの負電力成分17によって積分回路9の出力電圧が、
基準電圧子ES又は−ESで反転した後、再び同じ基準
電圧に達しても、RSSフリラグフロップの出力が反転
しないために、切換スイッチ4.7は切り換わらず、積
分回路9の出力電圧は基準電圧を越えて上昇又は下降し
、積分回路9が飽和する。そのため、積分回路9の出力
電圧は第4図に点線で示されるようになるべきところ、
実線で示されるようになり、誤差が生じる。
本発明の目的は、上述した問題点を解決し、誤差を生じ
ることなしに、積分回路OCR時定数を小さくすること
ができ、LSI化に適したものにすることができる電子
式電力量計を提供することである。
この目的を達成するために、本発明は、負荷電圧と負荷
電流の積に比例したレベルの信号を周波数に変換する周
波数変換回路を、CR回路から成り、乗算回路の出力を
その極性に応じて積分する積分回路と、積分回路の積分
値が正又は負の基準値を越える毎にパルス信号を出力す
る比較回路と、比較回路のパルス信号によって積分回路
をリセットするリセット回路と、負荷電圧と負荷電流の
積の極性を判別する極性判別回路とから形成したことを
特徴とする。
以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する
第5図は本発明の一実施例の回路図を示す。
第1図と同様の部分は同一符号にて示す。積分ID回路
9に対して、リセットスイッチ18及びリセットスイッ
チドライバ19から成るリセット回路が設けられる。バ
ッファ14.15はオアゲー)20と極性判別回路21
とに接続される。
オアゲート20の出力側にはりセットスイッチドライバ
19と単一パルス発生回路22とが接続され、単一パル
ス発生回路22の出力側にはTフリップフロップ23が
接続される。Tフリップフロップ23の出力端子Qは排
他的オアゲート2の一方の入力端子と極性判別回路21
とに接続される。アップダウンカウンタ24のクロック
入力端子Cは単一パルス発生回路22に接続され、アッ
プダウン入力端子U//Dは極性判別回路21に接続さ
れる。アップダウンカウンタ24の出力側には定数乗算
回路25が接続される。
次に、動作を第6図のタイムチャートを参照しつつ説明
する。Tフリップフロップ23の出力がローレベルであ
れば、積分回路9には平均とは、第1図の回路と同様で
ある。積ev−elが正である限り、まずTフリップフ
ロップ23の出力がローレベルであるとすれば、積分回
路9は入力電圧を正の方向に積分し、積分値が正の基準
電圧+Esを越えた時にコンパレータ12はハイレベル
の信号を出力する。この信号はバッファ14及びオアゲ
ート20を経てリセットスイッチドライバ19を動作さ
せ、リセットスイノチ18をオンにする。これによって
、コンデンサCの充電電荷は放電し、積分回路9はリセ
ットされて、その出力電圧は零電位に戻る。同時に、コ
ンパレータ12の信号は単一ノくルス発生回路22によ
って所定ノくルス幅のノくルス信号に整形され、Tフリ
ップフロッグ23の入力端子Tに入力し、その出力端子
Qの出力レベルをハイレベルにする。そのため切換スイ
ッチ4.7が切り換わり、積分回路9の平均入力電圧(
まコンパレータ12の出力はローレベルとなるので、リ
セットスイッチ18はオフに戻り、今度は積分回路9は
負の方向に入力端子を積分する。
積分値が負の基準電圧−FJSを下まわった時にコンパ
レータ13は)・イレベルの信号を出力し、バッファ1
5及びオアゲート20を経てリセットスイッチドライノ
(19を動作させ、リセットスイッチ18をオンにして
、積分回路9を1ノセツトする。同時に、単一)くルス
発生回路22を動作させて、Tフリップフロップ23を
リセットし、切換スイッチ4.7を切り換える。このよ
うな動作が繰り返されて、積ev−elが正である限り
、積分回路9の出力電圧は鋸歯状波を交互に折り返した
波形となる。極性判別回路21はバッファ14.15及
びTフリップフロップ23の出力によって積ev−el
の極性を判別するので、積e7・elの極性を正である
と判別した時は、ローレベルの信号をアップダウンカウ
ンタ24のアップダウン入力端子ツ。に力え、加算モー
ドに切り換える。これによって、アップダウンカウンタ
24は単一パルス発生回路22のパルス信号を計数する
。単一パルス発生回路22のパルス信号の周波数は積e
v−elに比例したものであるから、アップダウンカウ
ンタ24の計数値は電力量に比例したものとなり、この
計数値は定数乗算回路25によって電力量を示す数値に
変換され、表示され、或いは遠方へ伝送される。
積ev−eHに負電力成分17が生じる場合には、負電
力成分17が積分回路9に人力すると、積分回路9の積
分方向が正から負、又は負から正へ反転する。しかし、
積分値が基準電圧±ESを越えた時に積分回路9は必・
すりセットされるので、積分回路9は飽和することはな
く、誤差(′!。
生じない。極性判別回路21は積C7・eIの極性を負
であると判別して、アンプダウンカウンタ24のアップ
ダウン入力端子%に・・イレベルの信号を与え、減算モ
ードに切り換えるので、アップダウンカウンタ24は計
数値力・ら単一)くルス発生回路22からのノ<ルス信
号の人力毎に1カウント減算する。したがって、買電ノ
J成分17に比例するパルス数がアップダウンカウンタ
24の計数値から減算され、正確な電フッ量力1計測さ
れる。
極性判別回路21はノ(ツファ14.15のIBカ及び
Tフリップフロップ23の出力に応じて積ev ’ C
Iの極性を判別するもので、その−f11を第7図に示
す。26は遅延回路、27.28を1インバータ、29
〜32はアンドゲート、33.34はオアゲート、35
はRSフリップ70ツブである。この極性判別回路21
は、)(ツファ14が)・イレベルの出力を出す直前の
′rフリップ70ツブ23の出力がローレベルであれば
、極性を正と判別し、ノ・イレベルであれば、極性を負
と判別し、バッファ15がノ・イレベルの出力を出す直
前のTフリップフロップ23の出力がローレベルであれ
ば、極性を負と判別し、ノ・イレベルであれば、極性を
正と判別する。即ち、バッファ14が7・イレベルの出
力を出す直前は積分回路9は正の方向に積分しているか
ら、積分回路9に入力している平均入力端子の極性は負
であり、その時Tフリップフロップ23の出力がローレ
ベルということは、平均入力端子がうことになるのであ
る。
第7図において、ノクノファ14のノ入イレベルの出力
がアンドゲート29.32に人力した時、その直前のT
フリップフロップ23の出力は遅延回路26によって第
8図に示されるように遅延されて、アンドゲート29に
直接、そしてアンドゲート32にインバータ28を経て
、それぞれ入力されているので、遅延回路26の出力が
ローレベルであれば、アンドゲート32がハイレベルの
出力をオアゲート34を経てRSフリップフロップ35
のリセット入力端子I(に送り、これをリセットして、
極性判別信号UDをローレベルとし、極性を正であると
判別する。
:II!延回路26の出力がハイ1ノベルであれば、ア
ンドゲート29がハイレベルの出力をオアゲート33を
経てRSフリップフロッグ35のセット入力端子Sに送
り、とれをセットして、極性判別信号し11)をハイレ
ベルと1〜、極性を負であると判別する。   ′ バッファ15のハイレベルの出力がアンドゲート30.
31に人力した時に、その直前のTフIJ ノブフロッ
プ23の出力は遅延回路26によって遅延されて、アン
ドゲート30にインバータ27を経て、そしてアントゲ
−)31に直接、それぞれ入力されているので、遅延回
路26の出力がローレベルであれば、アンドゲート30
がハイレベルの出力を出して、RSフリップフロップ3
5をセットし、極性判別信号UDをハイレベルとし、遅
延回路26の出力がハイレベルであれば、アンドグー)
31がハイレベルの信号を出力して、RSフリップフロ
ップ35をリセットし、極性判別信号UDをローレベル
とする。
第5図に示される回路は電力量計としての機能を満たし
ているが、電力量計の校正を行ったり、計器用変圧器P
Tや変流器CTの変成比に応じて周波数変換回路16の
出力パルス信号を分周するためには、平均電力に比例し
たシリアルパルス、言い換えれば、極性表示の付がない
シリアルパルスを得ることが望ましい。そのために、第
9図に示されるように平均化回路36が、周波数変換回
路16と単にパルスを加算するカウンタから成る積算回
路37との間に設けられる。平均化回路36は、周波数
変換回路16の出力パルス信号P G、即ち単一パルス
発生回路22の出力パルス信号を極性判別回路21の出
力反転の時期からずらすタイミング制御回路38と、負
゛眠力成分17に相当する負極性判別時の出力パルス信
号PGを計数し、この計数値だけ正極性判別時の出力パ
ルス信号PGを減算する減算回路39と、負極性判別時
の出力パルス信号PGを開数しはじめてからこの計数値
の減算が完了するまでの間、出力パルス信号PGをしゃ
断する出力制御回路40とから形成される。
平均化回路36の一例を第10図に示す。4】、49.
53.56はクロックパルスCLKで同期するワンショ
ットタイマー、42.51は2ビツトのシフトレジスタ
、43.45.48.52はアンドゲート、44.46
はI)フリップフロップ、47.50はRSフリップフ
ロング、54はnビットのアップダウンカウンタ。
55はノアゲートである。クロックパルスCLKは単一
パルス発生回路22の出力パルス信号PGよりパルス幅
が相当小さく、且つ周波数の高いものである。
第10図の回路の動作を第11図及び第12図のタイム
チャートを参照して説明する。第12図は第11図の一
点鎖線の間の部分を詳細に示したものである。出力パル
ス信号PGはワンショットタイマー41により3クロッ
クパルス分のパルス幅に整形され、シフトレジスタ42
によって2クロックパルス分遅延され、アンドゲート4
3によって立上りが2クロックパルス分遅れたパルスに
変換される。そしてDフリップフロップ44により更に
1クロックパルス分遅延される。一方、極性判別信号U
DはDフリップフロップ46のデータ入力端子りに入力
する。極性判別信号UDがローレベルであるとすれば、
シフトレジスタ42の出力の立上りに同期して、Dフリ
ップフロップ46の出力端子Qの出力はローレベルに保
持される。RSSフリップフロッグ47予めリセットさ
れているとすれば、アンドゲート48は開通しているの
で、■)フリップフロップ44の出力パルス信号はその
ままパルス信号PAとして出力される。
次に極性判別信号U I)がハイレベルになると、Dフ
リップフロップ46の出力端子Qの出方はハイレベルと
なり、RSフリップフロップ47はセットされるので、
アンドゲート48は閉止し、Dフリップフロップ44の
出力パルス信号はしゃ断される。同時にアンドゲート4
5は開通するので、■)フリップフロップ440出カパ
ルス信号はアンドゲート45を通り、シフトレジスタ5
1によって2クロックパルス分遅延され、アンドゲート
52を通って、アップダウンカウンタ54のクロック入
力端子Cに入力する。
この時、アンプダウンカウンタ54のアップダウン入力
端子[J/DにはDフリップフロッグ46のハイレベル
の出力が人力し、加算モードに切り換えられているので
、負極性判別時のDフリップフロッグ44の出力パルス
信号がアップダウンカウンタ54によって計数される。
第11図及び第12図では、負極性判別時の出力パルス
信号PGは1個であるので、計数値は1である。極性判
別信号U I)がローレベルに戻ると、Dフリップフロ
ップ46の出力端子Qの出力はローレベルとなり、アン
プダウンカウンタ54は減算モードに切り換えられる。
一方、I(Sフリップ70ツグ47は9セントされない
ので、アンドゲート48は閉止をつづけ、アンドゲート
45は開通をつづける。これによって正極性判別時のD
フリラグフロップ44の出力パルス信号はアンドゲート
45、シフトレジスタ51及びアンドゲート52を経て
アップダウンカウンタ54に入力し、計数値がら減算す
る。計数値が零になった時点で、ノアゲート55はハイ
レベルの信号を出力し、その立上りによってワンショッ
トタイマー56はりセントパルスヲ出力し、R,Sフリ
ップフロップ47をリセットする。そのため、アンドゲ
ート48は開通し、アンドゲート45は閉止する。
積ev−elの平均値が負の場合、或は負電力成分17
が非常に大きい場合には、アンプダウンカウンタ54の
加算モードでの計数値が太き(なり、オーバーフローさ
せ、誤動作させるおそれがある。これを防ぐために、ア
ンプダウンカウンタ54の最上位ビットQnがハイレベ
ルになった時に、ワンショットタイマー53によりRS
フリップフロップ50をリセットし、アンドゲート52
を閉止するようにしている。次に極性判別信号[J I
)がローレベルになると、Dフリップフロップ46の出
力端子Qの出力によりRSフリップフロップ50はセッ
トされ、アンドゲート52は開通して、通常動作に復帰
する。
アップダウンカウンタ54のビット数nを、積ev−e
Iの1周期に出力される出力パルス信号PGO数より大
きく定めれば、積e7・elの1周期内で正確な平均化
処理ができ、平均電力に比例したシリアルパルスを得る
ことができる。またこの平均化処理はすべてデジタル処
理であるため、LSI化に適している。
なお、無人力時K、演算増幅器11にオフセフ)がある
と、積分回路9の出力電圧は第13図のようになり、極
性判別信号UDはハイレベルとローレベルとを繰り返す
。これにより、アップダウンカウンタ54が1カウント
の加算と減算を交互り繰り返すことになり、平均化回路
36からパルス信号PAは出力されない。1〜たがって
、電力量計において問題となる無人力時の誤動作、即ち
クリープを防ぐことができる。
第5図の実施例では、オフセットドリフト誤差を大幅に
低減するために、Tフリップフロップ23の出力反転に
より切換スイッチ4.7を切り換えて、積分回路9の出
力電圧を正負交互に折り返すようにしているが、オフセ
ットドリフト誤差による影響が小さい場合には、排他的
オアゲート2、切換スイッチ7及びTフリップフO−)
プ23を省き、積分回路9に常に前記(2)ev−引 式に示される平均入力電圧■ln−−□が与T えられるようにすることができる。この場合には、積e
v−eIが正であれば、積分回路9は常に正の方向に積
分し、積ev−elが負であれば、負の方向に積分する
また、第5図の実施例では、積分回路9には電圧の形で
人力が鳥えもれているが、電流の形で入力を与えること
ができる。その場合には、積分回路9は演算増幅器11
を省き、抵抗R及びコンデンサCのみから成るものでも
よい。
極性判別回路21は第7図の例に限定されるものではな
く、種々の変更が可能である。
以上説明したように、本発明によれば、周波数変換回路
における積分回路を、その積分値が正又は負の基準値を
越える毎にリセツトするようにしたから、誤差を生じる
ことなしに、積分回路OCR時定数を小さくすることが
でき、LSI化に適したものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電子式電力量計の一例を示す回路図、第
2図はその動作を示すタイムチャート、第3図は第1図
の電子式電力量計における積分回路OCR時定数を小さ
くした場合の動作を示すタイムチャート、第4図は第3
図の点線で囲まれた部分を詳細に示した波形図、第5図
は本発明の一実施例を示す回路図、第6図はその動作を
示すタイムチャート、第7図は本発明の一実施例に係る
極性判別回路の一例を示す回路図、第8図はその動作を
示すタイムチャート、第9図は本発明の一実維例に係る
平均化回路を示すブロック図、第10図は平均化回路の
一例を示す回路図、第11〜13図はその動作を示すタ
イムチーヤードである。 9・・・積分回路、1o・・・乗算回路、12.13・
・・コンパレータ、16由周波数変換回路、18・・・
リセットスイッチ、21・・・極性判別回路、24・・
・アップダウンカウンタ、25由定数乗算回路、36・
・・平均化回路、37・・・積算回路、38・・・タイ
ミング制御回路、39川減算回路、40・・・出力制御
回路、e7・・・負荷電圧に比例した電圧、el・・・
負荷電流に比例した電圧、R・・・抵抗、C・・・コン
デンサ、十Es用基準電圧。 特許出願人  東京電力株式会社外1名代理人 中 村
 稔 第3図 第4図 7−1 第6図 4k・1生すjgよ] 回4け1土カ 第7図 第8図 79ノア°フU7フ。 35士月

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 負荷電圧と負荷電流の積に比例したレベルの信号を
    出力する乗算回路と、乗算回路の出力を周波数に変換す
    る周波数変換回路と、周波数変換回路の出力から電力量
    を積算する積算回路とを備えた電子式電力量計において
    、前記周波数変換回路を、C1回路から成り、前記乗算
    回路の出力をその極性に応じて積分する積分回路と、積
    分回路の積分値が正又は負の基準値を越える毎にパルス
    信号を゛出力する比較回路と、比較回路のパルス信号に
    よって積分回路をリセットするリセット回路と、負荷電
    圧と負荷電流の積の極性を判別する極性判別回路とから
    形成したことを特徴とする電子式電力量計。 2 周波数変換回路と積算回路との間に平均化回路を設
    け、該平均化回路を、周波数変換回路の極性判別回路が
    負極性を判別した時に周波数変換回路が出力する出力パ
    ルス信号を計数し、その後に極性判別回路が正極性を判
    別した時の周波数変換回路の出力パルス信号を負極性判
    別時の計数値だけ減算する減算回路と、減算回路が負極
    性判別時の出力パルス信号を計数しはじめてから計数値
    の減算が完了するまでの間、周波数変換回路の出力パル
    ス信号をしゃ断する出力制御回路とから形成したことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電子式電力量計
JP57130399A 1982-07-28 1982-07-28 電子式電力量計 Granted JPS5920862A (ja)

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JP57130399A JPS5920862A (ja) 1982-07-28 1982-07-28 電子式電力量計

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JP57130399A JPS5920862A (ja) 1982-07-28 1982-07-28 電子式電力量計

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JPS5920862A true JPS5920862A (ja) 1984-02-02
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014115183A (ja) * 2012-12-10 2014-06-26 Osaki Electric Co Ltd Ac信号レベル/dc信号レベル変換装置及び該装値を用いたac信号レベル/周波数変換装置

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JP2014115183A (ja) * 2012-12-10 2014-06-26 Osaki Electric Co Ltd Ac信号レベル/dc信号レベル変換装置及び該装値を用いたac信号レベル/周波数変換装置

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