Elektronische Analog-Multiplizierstufe zur Messung der elektrischen
Leistung und Energie Leistung und Energie Die Messung der elektrischen Leistung
erfolgt im allgemeinen durch eine Multi plikation der von der Meßspannung und vom
Meßstrom abgeleiteten elektrischen Größen in einer analogen Multiplizierstufe. Für
die Erfassung der elektrischen Energie ist es notwendig, die so gemessene Leistung
über die Zeit zu integrieren.Electronic analog multiplier for measuring the electrical
Power and Energy Power and Energy The measurement of electrical power
generally takes place through a multiplication of the measurement voltage and the
Measurement current derived electrical quantities in an analog multiplier stage. For
the acquisition of electrical energy it is necessary to measure the power
integrate over time.
Zu diesem Zweck wird der analoge Produktwert häufig mit Hilfe eines
Analog-Frequenz-Wandlers in eine ihm proportionale Frequenz umgeformt. Danach besteht
eine Einrichtung zur Messung der elektrischen Energie im wesentlichen aus einer
Analog-Multiplizierstufe und einem Analog-Frequenz-Wandler. Diese sind dank der
heutigen Technik zwar mit elektronischen Mitteln zu realisieren, allerdings ist
der technische Aufwand bisher immer noch größer als der bei klassischen tfeßprinzipien.
Daher konnten sich die Elektrizitätszähler mit elektronischen Meßwerken gegenüber
den Elektrizitätszählern mit Ferrarismeßwerk als Haushaltszähler aus wirtschaftlichen
Gründen bisher nicht durchsetzen. Dem steht in erster Linie die Tatsache entgegen,
daß bei den derzeit bekannten elektronischen Meßprinzipien die Analog-Multiplizierstufe
und der Analog-Frequenz-Wandler zwei voneinander unabhängige Komponenten bilden
und daß jedes der beiden Systeme unabhängig voneinander den Meßfehler beeinflußt.For this purpose, the analog product value is often expressed with the help of a
Analog-frequency converter converted into a frequency proportional to it. After that there is
a device for measuring the electrical energy essentially from a
Analog multiplier and an analog-frequency converter. These are thanks to the
Today's technology can be implemented electronically, but it is
the technical effort so far is still greater than that of the classic measuring principles.
Therefore, the electricity meters could face each other with electronic measuring mechanisms
the electricity meters with Ferrarismeßwerk as household meters from economic
Reasons so far not enforce. This is primarily opposed by the fact
that with the currently known electronic measuring principles the analog multiplier stage
and the analog-frequency converter form two independent components
and that each of the two systems influences the measurement error independently of one another.
Die im folgenden beschriebene Erfindung ermöglicht den Aufbau eines
Elektrizitätszählers mit elektronischem Meßwerk, bei dem die beiden Komponenten
Analog-Muliplizierstufe und Analog-Frequenz-Wandler durch eine einzige im Aufbau
sehr einfache Komponente ersetzt sind. Das neue Meßwerk kann bei praktisch unverminderter
Genauigkeit gegenüber den bekannten aufwendigeren Verfahren auch bei Haushaltszählern
wirtschaftlich eingesetzt werden und ist gegenüber den klassischen Zählerprinzipien
konkurrenzfähig. Es wird hier ausschließlich vom Standpunkt der Messung elektrischer
Energie aus betrachtet, obwohl der Grundidee dieser Erfindung eine wesentlich größere
Bedeutung zukommt.The invention described below enables the construction of a
Electricity meter with electronic measuring mechanism, in which the two components
Analog multiplier and analog-frequency converter by a single one under construction
very simple component are replaced. The new measuring mechanism can with practically undiminished
Accuracy compared to the known, more complex methods, even with household meters
can be used economically and is compared to the classic meter principles
competitive. It is electrical here solely from the standpoint of measurement
Energy from considered, although the basic idea of this invention is a much larger one
Importance.
Das Meßwerk besteht im wesentlichen aus einem Strom-Frequenz-Wandler,
der sich gemäß Fig. 1 aus einem Integrator (6), einer monostabilen Kippstufe (8)
und einer Referenzspannungsquelle (1) zusammengesetzt. Die aus einer der beiden
zu multiplizierenden Meßgrößen abgeleitete Eingangsspannung X (2) wird dem Strom-Frequenz-Wandler
zugeführt und lädt den Integrationskondensator C (7)
solange auf,
bis die Ansprechschwelle der monostabilen Kippstufe erreicht wird.The measuring mechanism essentially consists of a current-frequency converter,
which, according to FIG. 1, consists of an integrator (6), a monostable flip-flop (8)
and a reference voltage source (1). The one from one of the two
The input voltage X (2) derived from the measured variables to be multiplied is fed to the current-frequency converter
and charges the integration capacitor C (7)
as long as
until the response threshold of the monostable multivibrator is reached.
In diesem Moment wird für eine von der Kippstufe vorgegebene Zeit
T1 ein von der Referenzspannungsquelle abgeleiteter Strom dem aus der Eingangsgröße
x abgeleiteten Strom derart überlagert, daß er diesem entgegen gerichtet ist und
zu einer Entladung des Integrationskondensators führt. Dieser Vorgang wiederholt
sich mit einer Folgefrequenz F, die dem Eingangssignal x direkt und der Referenzspannung
z sowie der Schaltzeit der monostabilen Kippstufe umgekehrt proportional ist
K ist eine Wandlerkonstante, die sich aus den Schaltungsparametern ergibt.At this moment, a current derived from the reference voltage source is superimposed on the current derived from the input variable x for a time T1 predetermined by the multivibrator in such a way that it is directed in the opposite direction and leads to a discharge of the integration capacitor. This process is repeated with a repetition frequency F which is directly proportional to the input signal x and inversely proportional to the reference voltage z and the switching time of the monostable multivibrator K is a converter constant resulting from the circuit parameters.
Wird die Schaltzeit T1 der monostabilen Kippstufe von einer aus der
zweiten Meßgröße abgeleiteten Eingangsgröße y (10) in der Weise bestimmt, daR T1
umgekehrt proportional zu y ist,
so ergibt sich eine Ausgangsfrequenz F (9), die dem Produkt der beiden Meßgrößen
nronortional ist.
If the switching time T1 of the monostable multivibrator is determined by an input variable y (10) derived from the second measured variable in such a way that T1 is inversely proportional to y, this results in an output frequency F (9) which is nronortional to the product of the two measured variables.
Werden die Eingangsgrößen x und y vom Meßstrom durch bzw. der Meßspannung
an einem Verbraucher abgeleitet, so ist die Anzahl der Ausgangsimpulse der Meßschaltung
direkt der verbrauchten elektrischen Energie proportional.Are the input variables x and y from the measuring current through or the measuring voltage
derived at a consumer, then the number of output pulses of the measuring circuit
directly proportional to the electrical energy consumed.
Als Hauptvorteil der vorgeschlagenen Schaltung zur Messung der elektrischen
Energie ist der im Vergleich zu den bestehenden Lösungen geringere Bedarf an elektronischen
Bauelementen anzusehen, der vor allen Dingen deshalb zu erreichen ist, weil die
Leistungs-Frequenz-Umwandlung in einem Schritt durchgeführt wird.As the main advantage of the proposed circuit for measuring the electrical
Compared to the existing solutions, energy is the lower demand for electronic devices
View components, which is to be achieved above all because the
Power to frequency conversion is done in one step.
Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Messung
der elektrischen Energie in einphasigen Netzen. Die Eingangsgröße x wird in diesem
Falle aus dem Meßstrom abgeleitet. Sie wird gemäß Fig. 2 durch den Spannungsabfall
des Meßstromes an Shunt Rs (17) gebildet. Eine Lösung mit Stromwandler, dessen Sekundarstrom
an einem Bürdenwiderstand einen entsprechenden Spannungsabfall hervorruft, ist ebenfalls
möglich. Die zweite Eingangsgröße y wird direkt von der Meßspannung abgeleitet.
Sie erscheint als geglättete Gleichspannung am Ausgang der aus der Diode D (12)
und dem Glättungskondensator C(13) bestehendenFig. 2 shows an embodiment of the invention for measurement
of electrical energy in single-phase networks. The input variable x is in this
Trap derived from the measuring current. It is shown in FIG. 2 by the voltage drop
of the measuring current at shunt Rs (17). A solution with a current transformer, its secondary current
causes a corresponding voltage drop at a load resistor is also
possible. The second input variable y is derived directly from the measurement voltage.
It appears as a smoothed DC voltage at the output of the diode D (12)
and the smoothing capacitor C (13) existing