DK171802B1 - Fremgangsmåde og anordning til omformning af et elektrisk signal til en proportional frekvens samt anvendelse af anordningen i en elektricitetstæller. - Google Patents

Description

i DK 171802 B1

Fremgangsmåde og anordning til omformning af et elektrisk signal til en proportional frekvens samt anvendelse af anordningen i en elektricitetstæller 5

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde og en anordning til omformning af et elektrisk signal til en proportional frekvens i henhold til krav l’s henholdsvis krav 7's indledning.

10 Sådanne anordninger tjener til måleformål og bliver f.eks. anvendt i elektricitetsmålere til nøjagtig omformning af et signal, som er proportionalt med den elektriske effekt, dvs. et strøm/spændingsprodukt, til en proportional impulsfrekvens.

15 Opbygningen og virkemåden af en anordning af den nævnte art er kendt fra US-PS 41 24 821. Princippet med den periodiske polaritetsomskiftning bliver der anvendt til eliminering af en nulspænding ("offset"-spænding), der i reglen som ikke kompenserbar tids- eller tempera-20 turafhængig andel af et indgangssignal indvirker direkte som linearitetsfejl på målingens nøjagtighed. Såvel signalet, der skal omformes, som anordningens overføringsretning bliver her ompolet periodisk og samtidigt, så at de to fortegnsændringer af signalet, der skal omformes, 25 indbyrdes ophæver hinanden. Indflydelsen af nulspændingen derimod, som kun er underkastet en fortegnsændring af overføringen, bliver skiftevis under hver en halvperiode af et omskiftningssignal adderet til signalet eller subtraheret fra signalet, så at integrationen af nulspændin-30 gen over et heltalligt antal perioder af omskiftningssignalet giver værdien nul, under den betingelse at begge halvperioder af omskiftningssignalet varer nøjagtigt lige længe. Da der i øjeblikket for polaritetsomskiftningen i en integrationskondensator i reglen 35 stadig findes en fra nul forskellig restladning, bliver denne virksom efter polaritetsomskiftningen med forkert 2 DK 171802 B1 polaritet og fører til en forfalskning af måleresultatet. Betragtet over en længere måletid behøver denne forfalskning ikke at have nogen negativ indflydelse på middelværdien af impulsfrekvensen, men den fører i hvert fald til 5 momentane variationer, dvs. til en modulation af impulsfrekvensen. For at undgå dette bliver øjeblikket for polaritetsomskiftningen ved den kendte teknik synkroniseret med udgangssignalet fra en komparator, som overvåger kondensatorspændingen, så at polaritetsomskiftningen altid 10 sker i kondensatorspændingens nulgennemgang, dvs. i det øjeblik, hvor kondensatorrestladningen er nul. Denne løsning fører imidlertid til, at de to halvperioder af omskiftningssignalet ikke altid er nøjagtigt ens, men kun i den statistiske middelværdi varer lige længe og således 15 igen fører til en uregelmæssig modulation af udgangsfrekvensen fra anordningen, hvilket vanskeliggør dennes justering og først muliggør den efter en uacceptabelt lang tid.

Formålet med opfindelsen er at forbedre fremgangsmå-20 den og anordningen, som er beskrevet i den kendte teknik, således at såvel modulationen af udgangsfrekvensen fra anordningen undgås som dens modulation ved hjælp af kon-densatorrestladninger, der endnu findes på tidspunktet for polaritetsomskiftningen, og at en hurtig og præcis 25 justering af anordningen følgelig er mulig uden lange ventetider.

Det nævnte formål opnås ifølge opfindelsen ved hjælp af de i den kendetegnende del af krav 1 henholdsvis af krav 7 angivne foranstaltninger. Ligeledes er der i krav 30 20 angivet en anvendelse af anordningen i en elektrici tetstæller .

Opfindelsen skal herefter ved hjælp af udførelseseksempler forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor 35 fig.1 viser et blokdiagram over en første variant af anordningen, 3 DK 171802 B1 fig. 2 et blokdiagram over en anden variant af anordningen, fig.3 et blokdiagram over en tredje variant af anordningen, 5 fig.4 tidsdiagrammer hørende til den første vari ant, fig. 5 et blokdiagram over en udgangsfrekvensdeler, fig. 6 et blokdiagram over en elektricitetsmåler, fig. 7 et diagram over indgangsdelen af et kredsløb 10 og fig. 8 et blokdiagram over en fjerde variant af anordningen .

Ens henvisningstal betegner i alle figurer på tegningen ens dele.

15 Alle komponenter i de beskrevne anordninger er f.eks. opbygget i CMOS-teknologi og bliver da fødet af en positiv fødejævnspænding VDD og en negativ fødejævnspæn- ding - |vss I , der begge har jord som referencepotential. Fødejævnspændingerne Vj->D og - |vss ^ bliver 20 f.eks. afledet fra en netvekselspænding uN ved hjælp af en netensretter på i og for sig kendt måde. På tegningen er netensretteren og fødejævnspændingerne VDD og - I Vss I , selv om de altid findes, ikke vist af hensyn til den bedre overskuelighed.

25 På tegningen er alle fakultativt tilstedeværende forbindelser og komponenter vist punkteret. Alle taktindgange, som styres med positivgående flanker, er på tegningen karakteriseret symbolsk med en hvid trekant, medens alle taktindgange, som styres med negativgående 30 flanker, symbolsk er forsynet med en sort trekant.

Signalet uH, som skal omformes, er enten et målesignal, f.eks. en elektrisk spænding, eller et fra målesignaler afledet signal, som f.eks. en elektrisk effekt, der 4 DK 171802 B1 som bekendt svarer til produktet af en strøm og en spænding.

De tre i fig. 1 til 3 viste varianter af anordningen er opbygget på lignende måde og adskiller sig kun i deres 5 indgangsdel. De tre varianter består hver af en kaskadekobling af en første polomskifter 1 og et dertil koblet kredsløb 2. Kredsløbet 2 indeholder i alle tilfælde en kaskadekobling af en spændings/strøm-omformer 3 og et dertil koblet kredsløb 4, hvor indgangen på spæn-10 dings/strøm-omformeren 3 danner en signalindgang for kredsløbet 2. Kredsløbet 4 består i alle tilfælde (se fig. 1) af en anden polomskifter 5, en kondensator C, en komparator 6, en D-flip-flop 7, en udgangsfrekvensdeler 8, en omskifter 9, en konstantstrømskilde 10, en taktge-15 nerator 11, en taktfrekvensdeler 12, en fakultativt tilstedeværende Schmitt-trigger 13 og en fakultativt tilstedeværende omskiftningsfrekvensdeler 14.

I den første variant (se fig. 1) indeholder kredsløbet 2 desuden en yderligere konstantstrømskilde 15 som 20 signalkilde, hvis første pol er forbundet med en ikke til jord sluttet udgangspol på spændings/ strøm-omformeren 3, medens dens anden pol er forbundet med den positive føde-jævnspænding VDD.

I den anden variant (se fig. 2) indeholder kredslø-25 bet 2 yderligere en konstantspændingskilde 16 som signalkilde, hvis første pol er forbundet med en første indgang på et additionsled 17, medens dens anden pol er sluttet til jord. En anden indgang på additionsleddet 17 danner en ikke til jord sluttet indgangspol på kredsløbet 2, me-30 dens udgangen på additionsleddet 17 er ført til en ikke til jord sluttet indgangspol på spændings/strøm omformeren 3.

I den tredje variant (se fig. 3) er der mellem den første polomskifter 1 og kredsløbet 2 yderligere indkob-35 let en højpasforstærker 18 i kaskade, som f.eks. består 5 DK 171802 B1 af en forstærker 19 og et kaskade tilkoblet højpasfilter 20.

I de tre varianter er ind- og udgangene på polomskifterne 1 og 5 samt på spændings/strøm-omformeren 3 al-5 le topolede, idet den ene indgangspol på spændings/strøm-omformeren 3 og på polomskifteren 5 er forbundet med jord. Den topolede indgang på polomskifteren 5 danner en topolet indgang på kredsløbet 4.

Dens topolede udgang er ført til kondensatoren c, 10 hvis første pol yderligere er forbundet med en ikke inverterende indgang på komparatoren 6 og over en arbejds-kontakt i omskifteren 9 er forbundet med en første pol på konstantstrømskilden 10, medens dens anden pol desuden er ført til en inverterende indgang på komparatoren 6 og 15 over en hvilekontakt i omskifteren 9 er ført til en første pol på konstantstrømskilden 10, hvis anden pol er forbundet med den negative fødejævnspænding - I Vss I .

Udgangen på komparatoren 6 er forbundet med en D-indgang på D-flip-flop'en 7, hvis Q-udgang på den ene si- 20 de er ført til en styreindgang på omskifteren 9 og på den anden side til en første signalindgang på udgangsfre-kvensdeleren 8.

Udgangen på taktgeneratoren 11 er forbundet med en indgang på taktfrekvensdeleren 12, der f.eks. har seks 25 udgange. Dens første udgang, på hvilken der ligger et taktsignal P med frekvensen fR/2, er ført til en anden signalindgang på udgangsfrekvensdeleren 8, dens anden udgang, på hvilken der ligger et taktsignal L med frekvensen fR, er forbundet med en taktindgang på D-flip-flop'en 30 7 og med en første taktindgang på udgangsfrekvensdeleren 8, medens den tredje udgang, på hvilken der ligger et taktsignal T med frekvensen fR/128, er ført til en anden taktindgang på udgangsfrekvensdeleren 8. Den fjerde udgang, på hvilken der ligger et taktsignal Y med frekven- 6 DK 171802 B1 sen 2fR, er forbundet med en tredje taktindgang på udgangsf rekvensdeleren 8. Den femte udgang på taktfrekvens-deleren 12, på hvilken der ligger et taktsignal E med frekvensen fR/32, er fakultativt tilstede og bliver 5 f.eks. anvendt i den i fig. 6 viste elektricitetsmåler.

Den er forbundet med en fakultativt tilstedeværende taktudgang 21 på kredsløbet 2.

En vekselstyrespænding N, f.eks. en 50 Hz- eller 60 Hz netvekselspænding, føder fakultativt topolet indgangen 10 på Schmitt-triggeren 13, hvis udgang er forbundet med indgangen på omskiftningsfrekvensdeleren 14. De med hinanden forbundne styreindgange på de to polomskiftere 1 og 5 bliver enten fødet fra udgangen på om skiftningsf rekvensdeleren 14 med et omskiftningssignal A 15 eller fra den sjette udgang på taktfrekvensdeleren 12 med et omskiftningssignal B over en trådforbindelse. Såfremt omskiftningssignalet B anvendes, kan Schmitt-triggeren 13 og omskiftningsfrekvensdeleren 14 naturligvis udelades.

To af de fire udgange på udgangsfrekvensdeleren 8 er sam-20 tidig de to signaludgange 22a og 22b på kredsløbet 2. På den ene af disse to signaludgange, nemlig på udgangen 22a, ligger der et signal M, som svarer til en positiv værdi af signalet uR, medens der på den anden signaludgang 22b ligger et signal M2, som svarer til en negativ 25 værdi af signalet uR.

De to polomskiftere 1 og 5 er ens opbygget og består hver af en topolet omskifter, der f.eks. er opbygget ved hjælp af kendte halvlederanalogomskiftere i CMOS-teknologi. Her er (se fig. 1, symboler i blokkene 1 og 5) 30 en første indgangspol på polomskiftererne 1 og 5 såvel over en første af deres hvilekontakter forbundet med en første af deres udgangspoler som over en første af deres arbejdskontakter forbundet med en anden af deres udgangspoler, medens deres anden indgangspol såvel over en 35 anden af deres hvilekontakter forbundet med den anden af 7 DK 171802 B1 deres udgangspoler som over en anden af deres arbejdskon-takter forbundet med den første af deres udgangspoler. Omskifteren 9 er enpolet og f.eks. også opbygget ved hjælp af kendte halvleder-analogomskiftere i CMOS-5 teknologi.

Taktfrekvensdeleren 12 og omskifterfrekvensdeleren 14 er f. eks. ved hjælp af kendte binære tællere opbygget i CMOS-teknologi og muliggør en synkron frekvensdeling med et tal 2X, hvor x er et helt tal.

10 Taktgeneratoren 11 er f.eks. kvartsstabiliseret og frembringer firkantformede taktimpulser, f.eks. med frekvensen 2-*-^ hz = 32.7 68 kHz. Denne frekvens bliver i den tilsluttede taktfrekvensdeler 12 delt f.eks. med m, hvor

m har værdier 2^, 2-1, 26, 22^ og 2^ til frembrin-15 gelse af frekvenserne 2fR = 2^ Hz af taktsignalet Y, fR

= 2^ hz af taktsignalet L, fR/2 = 29 Hz af taktsignalet P, fR/32 = 2^ Hz af taktsignalet E, fR/64 = 2^ Hz = 16 Hz af omskiftersignalet B og fR/128 = 2^ Hz af taktsignalet T.

20 Styrevekselspændingen N bliver i Schmitt-triggeren 13 omformet til et periodisk firkantformet impulssignal med den samme frekvens. De to skiftetærskler for Schmitt-triggeren 13 er fortrinsvis valgt således, at omskiftningen i den tilsluttede omskiftefrekvensdeler 14 sker nøj-25 agtigt ved nulgennemgangene af styrevekselspændingen N. I den efterfølgende omskiftefrekvensdeler 14 bliver f.eks.

50 Hz - henholdsvis 60 Hz-frekvensen af dette firkantformede impulssignal delt med n, hvor n f.eks. har værdien 2^, til frembringelse af en frekvens på 12,5 Hz henholds-30 vis 15 Hz af omskiftesignalet A. De to polomskiftere 1 og 5 bliver følgelig styret og omskiftet synkront og periodisk med frekvensen 12,5 Hz eller 15 Hz (omskiftesignal A) henholdsvis med frekvensen 16 Hz (omskiftesignal B) af 8 DK 171802 B1 det samme omskiftesignal A henholdsvis B. Schmitt-triggeren 13 og omskifterfrekvensdeleren 14 henholdsvis taktgeneratoren 11 og delvis taktfrekvensdeleren 12 danner følgelig tilsammen et styrekredsløb til frembringelse 5 af det periodiske omskiftesignal A henholdsvis B for de to polomskiftere 1 og 5.

Spændings/strøm-omformeren 3 har i praksis i uundgåelig nulspænding ("offset"-spænding) UD, som er vist symbolsk i fig. 1 og 2 ved en spændingskilde 3a, der er kob-10 let i serie med en indgangspol på en ideal nulspændingsløs spændings/strøm-omformer 3b. Spændingskilden 3a og den ideale spændings/strøm-omformer 3b danner tilsammen den ikke ideale spændings/strøm-omformer 3.

D-flip-flop'en 7 bliver f.eks. styret med negativgå-15 ende flanker.

I alle tre varianter bliver et signal uH i form af en elektrisk spænding, der skal omformes, ført til indgangen på polomskifteren 1, som er styret af omskiftesignalet A eller B. Polomskifteren 1 ompoler periodisk sig-20 nalet uH. Under f.eks. alle uligetallige halvperioder af omskiftesignalet A henholdsvis B optræder signalet +uH på udgangen af polomskifteren 1 og under alle ligetallige halvperioder signalet -uH.

I den første variant (se fig. 1) bliver det perio-25 disk ompolede signal ±uH i den tilsluttede spændings/strøm-omformer 3 omformet til en proportional signalstrøm ±i . Efter denne spænding/strøm-omformning og før en efterfølgende integration bliver en jævnstrøm Ir/2 som konstant referencesignal på udgangen af spæn-30 ding/strøm-omformeren 3 adderet til det af spændings/strøm-omformeren 3 frembragte strømsignal ±iH til 9 DK 171802 B1 danne af et sumsignal ±ijj+IR/2. Konstantstrømskilden 15 frembringer her jævnstrømmen IR/2.

I den anden variant (se fig. 2) bliver der derimod først til det periodisk ompolede signal ±uR på indgangen 5 af spændings/strøm-omformeren 3 adderet en jævnspænding UR/2 som konstant referencesignal ved hjælp af additionsleddet 17. Et således frembragt sumsignal ±uR+UR/2 bliver i den efterfølgende spændings/strøm-omformer 3 omformet til et proportionalt strømsignal ±iR+lR/2. Her svarer 10 strømsignalet %iH igen til signalet ±uH og jævnstrømmen IR/2 til jævnspændingen UR/2. Jævnspændingen UR/2 bliver frembragt af konstantspændingskilden 16.

I den første og den anden variant er indgangsstrømmen for polomskifteren 5 følgelig et med det således 15 frembragte sumsignal ±uR+ UR/2 henholdsvis ±iR+IR/2 proportionalt signal ±iR+IR/2. Polomskifteren 5, der er anbragt mellem spændings/strøm-omformeren 3 og kondensatoren C ompoler efterfølgende ligeledes periodisk dette signal synkront med den periodiske ompoling af sig-20 nalet uR, så at kondensatoren C fra polomskifteren 5 permanent får leveret en strøm iR± IR/2. Det to gange periodisk ompolede med uR proportionale signal iH bliver endelig integreret i kondensatoren C.

Da spændings/strøm-omformeren 3 som allerede nævnt 25 på sin indgang i reglen har en nulspænding UQ, hvortil der på udgangen af spændings/strøm-omformeren 3 svarer en proportional strøm IQ, er indgangsstrømmen til polomskifteren 5 i virkeligheden ikke idealt lig med ±iR+IR/2, men i begge varianter lig med ±iH+IR/2+I0.

10 DK 171802 B1 Værdien af referencesignalet UR/2 henholdsvis IR/2 svarer til den halve værdi af den af konstantstrømskilden 10 leverede referencestrøm IR og skal samtidigt opfylde betingelsen UR/2> I ±Utø+U0 I henholdsvis IR/2> I ±iR+IQ I .

5 Udtrykt på anden måde skal værdien af det konstante referencesignal Ur/2 henholdsvis IR/2 vælges større end den

med indflydelsen UQ henholdsvis IQ af nulspændingen UQ forøgede på additionsstedet værende værdi af amplituden Utø henholdsvis iH af det periodisk ompolede signal ±uH

10 henholdsvis ±ijj.

Værdien af nulspændingen UQ i sammenligning med værdien af signalet uH henholdsvis værdien af strømmen IQ i sammenligning med værdien af strømmen iH er i reglen meget lille, så at kun en meget lille del af udstyringsom-15 rådet for anordningen bliver optaget af strømmen IQ. I

kritiske anvendelser, hvor den maksimale værdi af signalet uH er meget lille i sammenligning med nulspændingen UQ, kan det for signalet uH forblivende udstyringsområde i forhold til det maksimalt mulige udstyringsområde UR/2 20 henholdsvis IR/2 blive utilladeligt lille. Det er derfor

fordelagtigt til forbedring af dynamikken i henhold til den tredje variant (se fig. 3) vekselspændingsmæssigt at forstærke det periodsk ompolede signal ±uH i højpasforstærkeren 18, før det tilføres kredsløbet 2 til videre 25 bearbejdning, hvorved forholdet mellem signalstrømmen iH

og strømmen IQ henholdsvis mellem signalet uH og nulspændingen U0 bliver forbedret. Højpasforstærkeren 18 har ingen eller kun en meget lille jævnspændingsforstærkning, hvilket f.eks. tilvejebringes ved tilstedeværelsen af 30 højpasfiltret 20 i højpasforstærkeren 18. Tidskonstanten for højpasforstærkeren 18 skal vælges tilstrækkeligt lil- 11 DK 171802 B1

le til, at det forstærkede firkantformede signal ±uH

overføres med tilstrækkelig lille forvrængning. I den tredje variant har kredsløbet 2 enten den i fig. 1 eller den i fig. 2 viste opbygning.

5 Spændings/strøm-omformeren 3 og den tilsluttede kon densator C danner tilsammen i alle tre varianter en integrator 3, C, hvor signalkilden 15 henholdsvis 16 i alle tilfælde er anbragt i dennes indgangsdel. Den efter inte-gratoren 3,C indskolede komparator 6 overvåger dennes ud-10 gangsspænding, nemlig kondensatorspændingen uc til styring af til- og frakoblingen af den af konstantstrømskilden 10 leverede konstante referencestrøm IR ved over- henholdsvis underskridelse af en tærskelværdi under samtidig frembringelse af firkantformede udgangsimpulser.

15 Det tidsmæssige forløb af kondensatorspændingen uc er for det tilfælde, hvor signalet uH er konstant og positivt, og nulspændingen UQ er nul, vist i anden linie i fig. 4.

I dette tilfælde har kondensatorspændingen uc et savtak- formet forløb, hvis flanker alle har konstante hældnin-20 ger, og hvis positiv- og negativgående flanker alle hver for sig forløber parallelt med hinanden.

Den af D-flip-flop'en 7 styrede omskifter 9 tjener til til- og frakobling af referencestrømmen 1^. Som allerede nævnt bliver der til kondensatoren C af polomskifte-25 ren 5 leveret en strøm iH±IR/2±lQ, hvor plustegnet vedrører de uligetallige og minustegnet de ligetallige halvperioder af omskiftningssignalet A henholdsvis B. Når udgangssignalet F fra D-flip-flop1 en 7 til at begynde med har en logikværdi "O", indtager omskifteren 9 i begyndel-30 sen den i fig. 1 viste stilling. Da er konstantstrømskilden 10 under de ulige halvperioder af omskiftningssignalet A henholdsvis B, under hvilke polomskifteren 5 ligeledes indtager den i fig. 1 viste stilling, al- 12 DK 171802 B1 tid kun forbundet med dennes momentant til jord sluttede tilslutning. Referencestrømmen IR fra konstantstrømskilden 10 løber til jord og kan ikke oplade kondensatoren C. Under enhver uligetallig halvbølge af omskiftningssigna-5 let A henholdsvis B bliver kondensatoren C følgelig kun opladet fra polomskifteren 5 med strømmen iH+IR/2+I0.

Derved stiger den af komparatoren 6 overvågede spænding uc på kondensatoren C. Komparatoren 6 har f.eks. en indgangstærskelværdi på 0 volt. Hvis spændingen uc overskri- 10 der indgangstærskelværdien for komparatoren 6, ændrer dennes udgangssignal K sin værdi fra logikværdien "0" til en logikværdi "1". Det tidsmæssige forløb af udgangssignalet K fra komparatoren 6 er vist i den tredje linie i fig. 4. Tilstandsændringen af udgangssignalet K bliver 15 med den næste negativgående flanke af det højfrekvente taktsignal L overtaget i den efter komparatoren 6 indkoblede D-flip-flop 7. D-flip-flop'en 7 tjener til at synkronisere det firkantformede udgangssignal K fra komparatoren 6 med det firkantformede taktsignal L, hvis fre- 20 kvens som allerede nævnt er f.eks. 21^ Hz. Det tidsmæssige forløb af taktsignalet L er vist i den første linie, og det tidsmæssige forløb af det firkantformede udgangssignal F fra D-flip-flop'en 7 er vist i den fjerde linie i fig. 4. Den af D-flip-flop'en 7 overtagne værdiændring 25 styrer ved hjælp af udgangssignalet F omskifteren 9 og omkobler denne, som nu indtager den modsatte af den i fig. 1 viste stilling. Derved vil referencestrømmen !r fra konstantstrømskilden 10 nu yderligere løbe gennem kondensatoren C.

30 Ladestrømmen for kondensatoren C er dermed lig med iH+lR/2+ IQ - Ir = Ir - Ir/2+I0, dvs. udtrykket Ir/2 har ændret sit fortegn. Da der imidlertid som allerede nævnt gælder betingelsen Ir/2> I iR+I0 I, er den resulterende ladestrøm negativ.

13 DK 171802 B1

Spændingen Uq på kondensatoren C falder, og når den overskrider indgangstærskelværdien for komparatoren 6, antager dennes udgangssignal K igen sin oprindelige logikværdi "0". Også denne værdiændring bliver igen af den 5 næste negativgående flanke af taktsignalet L overtaget i D-flip-flop'en 7, hvilket fører til, at omskifteren 9 igen indtager sin oprindelige stilling, så at en ny cyklus kan begynde. Dette gentager sig, indtil den ulige-tallige halvperiode af omskiftningssignalet A henholdsvis 10 B er afsluttet. Til hver impuls af udgangssignalet F svarer en enkelt ved hjælp af referencestrømmen 1^ gennemført afladning af kondensatoren C.

Ved enden af hver uligetallige halvperiode af omskiftningssignalet A henholdsvis B bliver de to polom-15 skiftere 1 og 5 omskiftet synkront af omskiftningssignalet A henholdsvis B, så at de begge indtager den modsatte af den i fig. 1 viste stilling. Ved omskiftningen af polomskifteren 5 bliver såvel kondensatoren C som indflydelsen af konstantstrømskilden 10 ompolet. Denne gang er 20 konstantstrømskilden 10 ved den i fig. 1 viste stilling af omskifteren 9 forbundet med begge poler på kondensatoren C og følgelig i drift. Under den antagelse at omskifteren 9 ved begyndelsen af den nu begyndende ligetallige halvperiode af omskiftningssignalet A henholdsvis B igen 25 indtager den i fig. 1 viste stilling, bliver kondensatoren C opladet såvel af polomskifteren 5 med strømmen iH-

Ip/2-Ig som af konstantstrømskilden 10 med referencestrømmen IR.

Den samlede ladestrøm er følgelig: 30 iH_IR/2“I0+IR=iH+IR/2_I0·

Kondensatorspændingen uc stiger, og når den overskrider indgangstærskelværdien for komparatoren 6, ændrer dens udgangsignal K sin værdi fra logikværdien "O" til logikværdien "1". Denne værdiændring fører på den allere- 14 DK 171802 B1 de beskrevne måde til, at omskifteren 9 omskiftes, og dermed bliver konstantstrømskilden 10 forbundet med den til jord forbundne tilslutning på kondensatoren C. Kondensatoren C bliver nu kun af polomskifteren 5 opladet 5 med strømmen Ih-Ir/2-Iq, som er negativ, da betingelsen iR/2> I ±Ijj+Iq i gælder. Kondensatorspændingen Uq aftager, og når den kommer under indgangstærskelværdien for komparatoren 6, ændrer dennes udgangssignal sin værdi tilbage til logikværdien "0", hvorved omskifteren 9 bli-10 ver koblet tilbage til sin udgangsstilling, så at en ny cyklus kan begynde. Dette gentager sig, indtil den ulige-tallige halvperiode af omskiftningssignalet A henholdsvis B er afsluttet.

Sammenfatningsvis gælder følgende: 15 Under en uligetallig halvperiode af omskiftningssignalet A henholdsvis B bliver kondensatoren C afvekslende opladet med en strøm iH+IR/2+ Iq og afladet med en strøm iR-

Ir/2+Iq. Under en ligetallig halvperiode af omskiftningssignalet A henholdsvis B bliver kondensatoren C derimod 20 afvekslende opladet med en strøm ih+Ir/2-Iq og afladet med en strøm iH-IR/2-I0. De to arter af halvperioder adskiller sig følgelig kun ved fortegnet af strømmen Iq. Da omskiftningssignalerne A og B på grund af arten af deres frembringelse har nøjagtigt lige lange halvperioder, og 25 da fortegnet af strømmen Iq er forskellig i to på hinanden følgende halvperioder, elimineres Iq og dermed også indflydelsen af nulspændingen U0 ved en integration over et helttalligt antal perioder af omskiftningssignalet A henholdsvis B eller ved en integration over en tilstræk-30 keligt lang tid.

Den ladning, som vedvarende løber til kondensatoren C under enhver uligetallig halvperiode ved hjælp af strømmen ir+Ir/2+Iq fra polomskifteren 5, bliver udtaget 15 DK 171802 B1 fra den fortløbende i små konstante nøjagtigt definerede ladningsmængder QR = IR/fR ved tilkoblingen af konstantstrømskilden 10 under samtidig afgivelse af en firkantformet impuls pr. kvantum på Q-udgangen på D-flip-flop'en 5 7. Den ladning, som vedvarende udtages fra kondensatoren C under enhver ligetallig halvperiode ved hjælp af strømmen iH-IR/2-I0 fra polomskifteren 5, bliver igen tilført til den fortløbende i små konstante nøjagtigt definerede ladningsmængder QR ved tilkoblingen af konstantstrømskil- 10 den 10, så at den totale ladestrøm for kondensatoren C svarer til sumstrømmem (iH-IR/2-I0)+IR “ iH+IR/2-I0' hvor der også denne gang igen samtidigt afgives en firkantformet impuls pr. kvantum på Q-udgangen af D-flip-flop'en 7. Hver af disse impulser er følgelig et mål for det lille 15 nøjagtigt definerede ladningskvantum, som aftages fra henholdsvis føres til kondensatoren C ved hjælp af referencestrømmen IR. Betinget af ompolingen af kondensatoren C er polariteten af ladestrømmen iR+IR/2±Io uændret, og følgelig bliver den til tidspunktet for den periodiske 20 ompoling i kondensatoren C endnu liggende restladning taget i betragtning i den efterfølgende halvperiode med den rigtige polaritet, så at der ikke kan opstå nogen af restladningen betinget modulation af udgangsfrekvensen.

Det ved hjælp af integrationen og af komparatoren 6 25 frembragte udgangssignal F fra D-flip-flop'en 7 består af firkantformede impulser. Middelfrekvensen fF af disse impulser er proportional med sumstrømmen iR+IR/2 og dermed en konstant frekvens fR/2 for stor, når frekvensen fR/2 danner den frekvens, som svarer til værdien af reference-30 signalet UR/2 henholdsvis IR/2. Frekvensen fR/2 er også frekvensen af de firkantformede impulser i taktsignalet P. For at få udgangsfrekvens af anordningen, som kun er proportional med signalstrømmen iH og dermed også kun 16 DK 171802 B1 proportional med signalet u^, skal der følgelig yderligere fra frekvensen fF af udgangssignalet F subtraheres den konstante referencefrekvens fR/2 af taktsignalet P. Dette sker ved hjælp af en i form af udgangsfrekvensdeleren 8 5 på udgangen på anordningen værende frem-tilbage-tæller, idet impulserne i udgangssignalet F fra D-flip-flop'en 7 deri tælles frem, og impulserne i taktsignalet P tælles tilbage. Samtidig deler udgangsfrekvensdeleren 8 yderligere frekvensdifferensen fF-fR/2 med et tal k. Opbygnin- 10 gen af udgangsfrekvensdeleren 8 fremgår af fig. 5.

Den i fig. 5 viste udgangsfrekvensdeler 8 består af en eksklusiv-ELLER-port 23, en første OG-port 24, en første tæller 25, en første flip-flop 26, en anden flip-flop 27, en tredje flip-flop 28, en anden OG-port 29, en tred-15 je OG-port 30a, en fjerde OG-port 30b, en femte OG-port 30c, en første inverter 30d, en anden inverter 31, en tredje inverter 32, en sjette OG-port 33 og en anden tæller 34. Den første tæller 25 er en binær frem-tilbage-tæller, der f.eks. tæller frem, når der på dens U/D-20 indgang ligger en logikværdi "1", og som tæller tilbage, når der på dens U/D-indgang ligger en logikværdi "O". Alle flip-flop 26-28 er f.eks. D-flip-flop. OG-porten 33 og tælleren 34 danner tilsammen en monostabil multivibrator 35. Taktindgangene på tælleren 25, flip-flop'en 26 og 25 flip-flop'en 27 bliver f.eks. styret med positivgående flanker og taktindgangene på flip-flop'en 28 og tælleren 34 f.eks. med negativgående flanker. Flip-flop'en 28, OG-porten 30a og den monostabile multivibrator 35 danner et tomgangsforhindringskredsløb 28,30a,35, som navnlig er af 30 betydning ved anvendelse af anordningen i en elektricitetsmåler .

Den første signalindgang på udgangsfrekvensdeleren 8 er forbundet med en første indgang på eksklusiv-ELLER-porten 23 og bliver styret af udgangssignalet F på D-35 flip-flop'en 7. Dens anden signal indgang er ført til en 17 DK 171802 B1 anden indgang på eksklusiv-ELLER-porten 23 til U/D-indgangen på tælleren 25 og til en D-indgang på flip-flop'en 27. Den bliver styret af taktsignalet P med en frekvens fR/2. Den første taktindgang på udgangsfrekvens- 5 deleren 8 er forbundet med en første indgang på OG-porten 24 og over inverteren 32 med en første indgang på OG-porten 29. Den bliver fødet af taktsignalet L med frekvensen fR. Dens anden taktindgang er ført til en første indgang på OG-porten 33 og bliver fødet af taktsignalet T 10 med frekvensen fR/ 128. Dens tredje taktindgang er forbundet med taktindgangen på flip-flop'en 26 og bliver fødet af taktsignalet Y med frekvensen 2fR.

Med hinanden er forbundet:

Udgangen på eksklusiv-ELLER-porten 23 med en anden 15 indgang på OG-porten 24, hvis udgang er ført til en taktindgang på tælleren 25, "Carry Out"-udgangen CO på tælleren 25 med en D indgang på flip-flop'en 26, hvis Q-udgang er ført til en anden indgang på OG-porten 29 til en taktindgang på flip-20 flop'en 27 og til en taktindgang på flip-flop'en 28, udgangen på OG-porten 29 med en første indgang på OG-porten 30a med ladeindgangen PE på tælleren 25 og med tilbagestilleindgangen RE på tælleren 34, Q-udgangen på flip-flop'en 27 med parallelindgangene 25 PI til P4 på tælleren 25 og den første indgang på OG-porten 30b samt over inverteren 31 med parallelindgangen P5 på tælleren 25 og over inverteren 30d med den første indgang på OG-porten 30c, Q-udgangen på flip-flop'en 28 med en anden indgang 30 på OG-porten 30a, hvis udgang er ført til en anden indgang på OG-portene 30b og 30c, og udgangen på OG-porten 33 med en taktindgang på tælleren 34, hvis Qi2~udgang er ført til en anden indgang på OG-porten 33 og til en inverterende tilbagestillingsind-35 gang på flip-flop'en 28.

18 DK 171802 B1 På D-indgangen på flip-flop'en 28 ligger der en logikværdi "1". Udgangene på OG-portene 30b og 30c danner de to udgange på udgangsfrekvensdeleren 8, på hvilke signalerne M og ligger.

5 Da tælleren 25 ikke samtidig kan tælle frem og til bage, skal alle impulser i udgangssignalet F og taktsignalet P, som fremkommer samtidigt på de to signalindgange på udgangsfrekvensdeleren 8, elimineres ved hjælp af eks-klusiv-ELLER-porten 23. Dette har ingen negativ indfly-10 delse på tælleværdien i tælleren 25, da en fremad- og en tilbagetalt impuls alligevel ville give en tælleværdi nul.

På udgangen af eksklusiv-ELLER-porten 23 optræder kun en logikværdi "1", når de to signaler F og P er for-15 skellige. OG-porten 24 tjener som impulsformer, der reducerer impulsvarigheden af udgangsimpulserne fra eksklusiv-ELLER-porten 23 til impulsvarigheden af taktsignalet L. I fig. 4 er vist det tidsmæssige forløb af taktsignalet P i den femte linie, forløbet af udgangssignalet S 20 fra eksklusiv-ELLER-porten 23 i den sjette linie og forløbet af udgangssignalet W fra OG-porten 24 i den syvende linie. Taktsignalet P og udgangssignalet W er ført til hver sin yderligere udgang på udgangsfrekvensdeleren 8. Tælleren 25 tæller udgangsimpulserne fra OG-porten 24 25 fremad, når taktsignalet P, som ligger på dens U/D- indgang, har en logikværdi "1", og baglæns, når taktsignalet P har en logikværdi "O". De negativgående impulser på udgangen CO på tælleren 25 bliver med den næste positivgående flanke af taktsignalet Y overtaget i flip-30 flop’en 26 og optræder følgelig i reglen let forsinket som positive impulser på Q-udgangen på flip-flop'en 26. Deres impulsvarighed bliver i den efterfølgende OG-port 29 ved hjælp af det inverterede taktsignal L begrænset til varigheden af dettes impulser, dvs. OG-porten 29 ar-35 bejder ligeledes som impulsformer. Da tælleretningen for- 19 DK 171802 B1 bigående kan ændres på grund af støj eller den tidsmæssigt vekslende polaritet af signalet uH, bliver begyndelsestælleværdien af tælleren 25 ikke som sædvanligt valgt lig med 0 = 00000 ved fremadtælling henholdsvis i det 5 foreliggende eksempel lig med maksimalværdien 31 = 11111 ved baglænstælling, men tilnærmelsesvis bliver lagt i midten af tælleområdet, nemlig f.eks. ved en værdi 16 = 10000, når der forud blev opnået tilstand 00000 ved tilbagetælling (P = "0"), eller ved en værdi 15 = 01111, når 10 tilstand 11111 forud blev opnået ved fremadtælling (P = "1"). Dette sker, idet den netop optrædende logikværdi af taktsignalet P bliver overtaget i flip-flop'en 27 med hver positivgående flanke af udgangsimpulserne fra flip-flop’en 26, hvorved Q-udgangen på flip-flop'en 27 til 15 forberedelse af en parallel-ladeproces, hvor tælleren 25 ved P = "O" lægger et binært tal 10000 = 16 eller ved P = "1" lægger et binært tal 01111 = 15 på de parallelle indgange P5, P4, P3, P2, PI på tælleren 25. Hver udgangsimpuls fra OG-porten 29 lader ved hjælp af ladeindgangen PE 20 denne begyndelsesværdi i tælleren 25 og tilbagestiller samtidig ved hjælp af tilbagestillingsindgangen RE tælleren 34 til nul. Ladeforløbet for tælleren 25 lader på ny en logikværdi "1" optræde på dens udgang CO, som igen i reglen let forsinket overtages i flip-flop'en 26 og der-25 ved afslutter den positive impuls på dennes Q-udgang. Derved ender også udgangsimpulsen fra OG-porten 29. Såfremt flip-flop'en 28 endnu ikke var ladet med en logikværdi "1", sker dette nu ved den negativgående flanke af udgangsimpulsen på Q-udgangen på flip-flop'en 26, hvorved 30 Q-udgangen på flip-flop'en 28 nu frigiver OG-porten 30a.

Da udgangsimpulsen fra OG-porten 29 imidlertid samtidig ender som allerede nævnt, når denne udgangsimpuls ikke mere udgangene på udgangsfrekvensdeleren 8, da OG-porten 30a frigives for sent for den. Tilbagestillingen af tæl-35 leren 34 af udgangsimpulsen fra OG-porten 29 betinger, at 20 DK 171802 B1

Ql2-Udgangen på tælleren 34 antager en logikværdi "1", som frigiver OG-porten 33. Så snart udgangsimpulsen fra OG-porten 29 er afsluttet, begynder tælleren 34 at tælle impulserne i det firkantformede taktsignal T. Hvis tælle-5 ren 34 i mellemtiden ikke bliver tilbagestillet til nul af en udgangsimpuls fra OG-porten 29, tæller den, indtil en logikværdi "0" optræder på dens Q12_udgang, som dels tilbagestiller flip-flop'en 28 til nul, og som dels spærrer OG-porten 33 og dermed afslutter tælleforløbet i tæl-10 leren 34. En logikværdi "0" optræder på Q^2“uc^9an9en Pa tælleren 34 efter 2^-1 = perioder med varigheden 128/f^ af taktsignalet T, dvs. efter 2^®/fR sekunder, hvilket med fR = 2^ Hz giver en varighed på 28 = 256 sekunder .

15 Tomgangs-forhindringskredsløbet 28,30a,35 forhin drer, at en efter længere tid t med t > 256 sekunder på udgangen CO på tælleren 25 fremkommende impuls videreføres til udgangene på udgangsfrekvensdeleren 8. Da flip-flop'en 28 efter 256 sekunder bliver tilbagestillet til 20 nul af udgangssignalet på tælleren 34, er OG-porten 30a spærret for hver første impuls. Under normal drift, når der ligger et signal uH på indgangen på anordningen, bliver den første på Q-udgangen på flip-flop'en 26 fremkommende positive impuls følgelig ikke videreført til udgan-25 gene på udgangsfrekvensdeleren 8 (begyndelsesfejl), men dens negativgående flanke lader en logikværdi "1" i flipflop' en 28, hvis Q-udgang dermed frigiver OG-porten 30a og for alle efterfølgende impulser. Det sidstnævnte er betinget af den omstændighed, at hver ny udgangsimpuls 30 fra OG-porten 29 igen tilbagestiller tælleren 34 til nul før forløbet af 256 sekunder. Derved bliver tælleren 34 altid igen tvunget til på ny at begynde sit tælleforløb ved nul, så at der aldrig fremkommer en logikværdi "O" på 21 DK 171802 B1 dens Qi2-Uc*gang, og følgelig bliver flip-flop'en 28 heller aldrig tilbagestillet til nul. Frigivelsen af 0G-porten 30a var følgelig, indtil der ikke mere fremkommer nogen impuls før udløbet af de 256 sekunder. Middelfre-5 kvensen af udgangsimpulserne fra tælleren 25, flip-flop'en 26, OG-porten 29 og OG-porten 30a er i dette tilfælde proportional med signalstrømmen iH og dermed også proportional med signalet uH.

I tomgang derimod, når der ikke ligger noget signal 10 Utø på indgangen af anordningen er det muligt, at integrationen af meget små støj signaler over en meget meget lang tid til slut også frembringer en impuls på udgangen af OG-porten 29. Denne når som alle første impulser ikke udgangene på udgangsfrekvensdeleren 8, da OG-porten 30a er 15 spærret. Imidlertid når ingen yderligere tomgangsimpulser disse udgange, da deres tidsmæssige indbyrdes afstand og afstand til den første impuls altid er større end 256 sekunder, dvs. tælleren 34 har hver gang, før den bliver tilbagestillet til nul af impulsen, tilstrækkelig tid til 20 på sin Qi2-Uc*gang at lade fremkomme en logikværdi "O", som hver gang tilbagestiller flip-flop'en 28 til nul og dermed hver gang i tide før fremkomsten af den næste impuls spærrer OG-porten 30a.

Udgangssignalet fra flip-flop'en 27 viser, hvilken 25 polaritet signalet Utø har. Ved positive værdier af signalet uH frigiver det OG-porten 30b, så at udgangssignalet fra OG-porten 30a som signal M når udgangen på OG-porten 30b. Ved negative værdier af signalet uH frigiver det derimod OG-porten 30c, så at udgangssignalet fra OG-30 porten 30a denne gang som signal når udgangen på OG- porten 30c.

Når der er tale om en elektricitetsmåler, er uH proportional med uN . i^, hvor uN er netspændingen på et 22 DK 171802 B1 energiforsyningsnet, og iL er en belastningsstrøm. Den i fig. 6 viste elektricitetsmåler består af polomskifteren 1, en multiplikator 36, et af de allerede beskrevne kredsløb 2, en fakultativ tilstedeværende yderligere fre-5 kvensdeler 37, et interfacekredsløb 38, en skridtmotor 39, en indikator 40 og et af en lysdiode D]_ symboliseret optisk snitsted. Netspændingen uN når hver gang topolet indgangen på polomskifteren 1 og den indgang på kredsløbet 2, som skal fødes af vekselstyrespændingen N. En 10 med belastningsstrømmen iL proportional spænding når topolet en første indgang på multiplikatoren 36, medens udgangen på polomskifteren 1 er forbundet topolet med dennes anden indgang. Udgangen på multiplikatoren 36 er topolet ført til signalindgangen på kredsløbet 2, idet 15 den ene pol er sluttet til jord.

Med hinanden er forbundet:

Udgangen 22a på kredsløbet 2 med en taktindgang på frekvensdeleren 37 og en tilbagestillingsindgang på interfacekredsløbet 38, 20 udgangen 21 på kredsløbet 2 med en taktindgang på interfacekredsløbet 38, udgangen på frekvensdeleren 37 med en signalindgang på interfacekredsløbet 38, og udgangen på kredsløbet 2, på hvilken omskiftnings-25 signalet A henholdsvis B ligger, med styreindgangen på polomskifteren 1.

En topolet udgang på interfacekredsløbet 38 er forbundet med de elektriske tilslutninger på skridtmotoren 39, som mekanisk driver indikatoren 40. En yderligere ud-30 gang på interfacekredsløbet 38 er enpolet forbundet med katoden på lysdioden D^, hvis anode er forbundet med den positive føde jævnspænding Såfremt elektricitets måleren kun måler positiv energi, skal signaludgangen 22b på kredsløbet 2 ikke tilsluttes. I stedet for som vist i 23 DK 171802 B1 fig. 6 at indkoble polomskifteren 1 før multiplikatoren 36 kan den også være indkoblet efter multiplikatoren 36.

I begge tilfælde er indgangssignalet ±uH for kredsløbet 2 proportionalt med produktet ±uN . iL. Multiplikatoren 36 5 er f.eks. et hallelement. Frekvensdeleren 37 er f.eks. programmerbar.

Polomskifteren 1 omformer i henhold til fig. 6 netspændingen u^ til den periodisk ompolede spænding ±u^, som i multiplikatoren 36 multipliceres med spændingen Ul, 10 så at der på indgangen af kredsløbet 2 opstår en spænding ±uH, der er proportional med produktet ±uN . iL og dermed proportional med den elektriske effekt. Spændingen ±u^ bliver i kredsløbet 2 integreret til dannelse af en udgangsfrekvens, som er proportional med den elektriske ef-15 fekt. Frekvensen af de på udgangen 22a på kredsløbet 2 fremkommende firkantformede impulser bliver fakultativt i frekvensdeleren 37 delt med et tal h, og de således fremkomne firkantformede impulser bliver tids- og spændingsmæssigt i det efterfølgende interfacekredsløb 38 be-20 arbejdet på i og for sig kendt måde, således at de kan styre skridtmotoren 39. Ved begyndelsen af hver impuls skifter skridtmotoren 39 et skridt fremad. Efter et forudgivet antal skridt, f.eks. 300 skridt, bliver den af indikatoren 40 angivne værdi inkrementeret med en. I ste-25 det for en elektromekanisk indikator 40 kan der også anvendes en fuld elektronisk lysdiode- eller væskekrysta-lindikator. I dette tilfælde kan skridtmotoren 39 og dens interfacekredsløb 38 udelades, og stedet for skal der anvendes en yderligere frekvensdeler med et ikke-flygtigt 30 lager. Lysdioden blinker f.eks. i takt med impulserne i signalet M og kan benyttes til optisk at måle disses impulsfrekvens.

DK 171802 Bl 24

Indgangsdelen af det i fig. 1 viste kredsløb 2 bliver opbygget i en foretrukken monolitisk integreret udførelse som vist i fig. 7. Specielt er opbygningen af spæn-dings/strøm-omformeren 3 og konstantstrømskilderne 10 og 5 15 vist detaljeret, medens resten af indgangsdelen af kredsløbet 2 kun er antydet. De to konstantstrømskilder 10 og 15 samt i spændings/strøm-omsætteren 3 indeholdte strømkilder består hver af en operationsforstærker, en felteffekttransistor og mindst én modstand, hvor værdien 10 af modstanden hver gang bestemmer værdien af strømkildens udgangsstrøm. Opbygningen af sådanne præcisionsstrømkilder er i og for sig kendt fra bogen Advanced Electronic Circuits, Tietze og Schenk, Springer Verlag, 1978, side 57 til 63. Tre af de i fig. 7 anvendte konstantstrømskil- 15 der kræver en fælles konstant spændingskilde 41 på f.eks.

1,235 volt, hvis positive pol er forbundet med den positive fødejævnspænding og hvis negative pol er for bundet med en ikke-inverterende indgang på hver af de tre operationsforstærkere 42,43 og 44. Konstantstrømskilden 20 10 består af operationsforstærkeren 42, hvis udgang er ført til gate-tilslutning på en felteffekttransistor 45, medens en anden tilslutning på felteffekttransistoren 45 direkte er forbundet med en inverterende indgang på operationsforstærkeren 42 og over en modstand 46 med den po-25 sitive fødejævnspænding VDD. En tredje tilslutning på felteffekttransistoren 45 danner udgangen på konstantstrømskilden 10 og leverer referencestrømmen IR. Udgangen på konstantstrømskilden 10 er over omskifteren 9 ført til en udgangspol på polomskifteren 5 samt til en pol på kon-30 densatoren C. Konstantstrømskilden 15 består af operationsforstærkeren 43, en felteffekttransistor 47 og en modstand 48. Spændings/strøm-omformeren 3 indeholder en konstantstrømskilde 49 og to strømkilder 50 og 51. Konstantstrømskilden 49 består af operationsforstærkeren 44, en 35 felteffekttransistor 52 og en modstand 53. Strømkilden 50 25 DK 171802 B1 er sammensat af en operationsforstærker 54, en felt-effekttransistor 55 og en modstand 56, medens strømkilden 51 består af en operationsforstærker 57, en felteffekt-transistor 58 og en modstand 59. Opbygningen af alle 5 strømkilder 15,40,50 og 51 er identisk med opbygningen af konstantstrømskilden 10, dog er den anden tilslutning på felteffekttransistoren 55 over modstanden 56 ikke forbundet med den positive føde jævnspænding VDD, men med jord og tilslutningen på felteffekttransistoren 58 over mod-10 standen 59 med den negative føde jævnspænding - I Vss I i stedet for med den positive fødejævnspænding VDD. Den ikke til jord forbundne indgangspol på kredsløbet 2 og udgangen på konstantstrømskilden 49 er hver ført til en ikke-inverterende indgang på operationsforstærkeren 54 15 henholdsvis 57. Den ikke-inverterende indgang på operationsforstærkeren 57 er desuden over en modstand 60 forbundet med den negative fødejævnspænding - I VSg I . Udgangen på konstantstrømskilden 15 leverer den halve referencestrøm IR/2 og er forbundet med den inverterende indgang 20 på operationsforstærkeren 54, medens udgangen på strømkilden 50 er ført til den inverterende indgang på operationsforstærkeren 57. Strømkilden 50 arbejder som spæn-dings/strøm-omformer, der omformer det som spænding liggende signal ±uR til en proportional strøm ±ijj, der løber 25 i modstanden 56 og i felteffekttransistoren 55 subtraheres fra den halve referencestrøm IR/2, der leveres af konstantstrømskilden 15. Denne differencestrøm IR/2±iH på udgangen af strømkilden 50, som i modstanden 59 frembringer referencestrømmen IR, subtraherer fra denne referen- 30 cestrøm IR, så at der på udgangen af strømkilden 51 og dermed også på udgangen af spændings/ strøm-omformeren 3 opstår den krævede strøm ±iH + IR/2. Udgangen på strøm 26 DK 171802 B1 kilden 50 og jord danner tilsammen den topolede udgang på spændings/strøm-omformeren 3 og er forbundet med den topolede indgang på polomskifteren 5.

Den i fig. 8 viste fjerde variant af anordningen er 5 tilnærmelsesvis ens opbygget som den i fig. 2 viste anden variant, kun er konstantspændingskilden 16 erstattet af en reguleringsenhed 61,62,63,64 som spændingskilde. Udgangsspændingen U^/2-U0 fra reguleringsenheden 61,62,63,64 erstatter her referencesignalet UR/2 fra kon- 10 stantspændingskilden 16 og er lig med den med nulspændingen UQ på spændings/strøm-omformeren 3 reducerede referencespænding Ur/2. Reguleringsenheden 61,62,63,64 består af en eksklusiv-ELLER-port 61, en fremad/baglænstæller 62, et mellemlager 63 og en digital/analogomsætter 64, 15 der er koblet i kaskade i den angivne rækkefølge, og mellem fremad/baglænstælleren 62 og mellemlageret 63 på den ene side og mellem mellemlageret 63 og digital/analog-omsætteren 64 på den anden side findes der i begge tilfælde en databusforbindelse. Udgangen på kredsløbet 4, på 20 hvilken omskiftesignalet A henholdsvis B ligger, er forbundet med en første indgang på eksklusiv-ELLER-porten 61 og med en taktindgang på mellemlageret 63. De i kredsløbet 4 optrædende signaler W og P (se fig. 1) er ved denne fjerde variant yderligere ført til en taktindgang på 25 fremad/baglænstælleren 62 henholdsvis til en anden indgang på eksklusiv-ELLER-porten 61 (se fig. 8) . Udgangen på eksklusiv-ELLER-porten 61 er forbundet med en "Up/Down"-indgang U/D på fremad/baglænstælleren 62.

I den anden variant blev kun middelværdien af ind-30 flydelsen af nulspændingen Ug på anordningens udgangsfrekvens annulleret. I den fjerde variant bliver derimod yderligere en af nulspændingen Uq forårsaget frekvensmodulation af udgangssignalerne M og fra anordningen elimineret. Fremad/baglænstælleren 62 (se fig. 8) arbej- DK 171802 B1 27 der på lignende måde som tælleren 25 i udgangsfrekvensde-leren 8 (se fig. 5) med den forskel, at tælleretningen af fremad/baglænstælleren 62 takket være tilstedeværelsen af eksklusiv-ELLER-porten 61 under de ligetallige halvperio-5 der er omvendt af tælleretningen, som gælder under de uligetallige halvperioder af omskiftningssignalet A henholdsvis B. Under en uligetallig halvperiode giver tællingen i fremad/baglænstælleren 62 en tælleværdi (fH+fg) . T/2 og under en ligetallig halvperiode en tælleværdi -10 (ftø-fg) JE T/2, så at der under en hel periode T af omskiftningssignalet A henholdsvis B fås en tælleværdi (fH+f0) . T/2 - (fH-f0) · T/2 = 2f0 . T/2 = f0 . T. Her er ftø den andel af frekvensen fp, som svarer til signalet Utø, og fg er den andel af frekvensen fp, som svarer til 15 nulspændingen Uq. Tælleværdien fg . T er følgelig proportional med nulspændingen Ug. Den bliver ved enden af hver periode T med de positivgående flanker af omskiftningssignalet A henholdsvis B ladet i mellemlageret 63 for derefter ved hjælp af digital/analogomsætteren 64 at bli-20 ve omsat til en analog værdi. I den indsvungne tilstand af reguleringskredsen 17,3,4,61,62,63,64 er denne analoge værdi på udgangen af digital/ analogomsætteren 64 lig med Up/2—Ug. Den analoge udgang på digital/analogomsætteren 64 er forbundet med den første indgang på additionsleddet 25 17. Udgangsstrømmen fra spændings/strøm-omformeren 3 er følgelig som krævet proportional med sumspændingen ±Up+Up/2-Ug+Ug = ±uH+UR/2, hvor den anden nulspænding Ug indføres i kredsløbet af spændings/strøm-omformeren 3. I udgangsstrømmen fra spændings/strøm-omformeren 3 findes 30 der følgelig idealt ikke mere nogen andel af nulspændingen Ug.

Claims (20)

1. Fremgangsmåde til omformning af et elektrisk signal (uH) til en proportional frekvens (fF) med en perio- 5 disk ompoling af signalet (uR), en integration af det periodisk ompolede signal (±Ur) i en kondensator (C) f en overvågning af det således opnåede integrerede signal til styring af til- og frakoblingen af en konstant referencestrøm (IR) ved over- henholdsvis underskridelse af en 10 tærskelværdi under samtidig frembringelse af firkantformede udgangsimpulser, hvor referencestrømmen (IR) hver gang udtager eller tilfører en konstant ladningsmængde (Q) fra/til kondensatoren (C), kendetegnet ved, at der før integrationen til et med det periodisk ompole-15 de signal (±uH) proportionalt signal (±uR, +iR) adderes et konstant referencesignal (UR/2, IR/2), hvis værdi svarer til den halve værdi af referencestrømmen (IR), at et med det således fremkomne sumsignal (±uR+UR/2, ±iH + Ir/2) proportionalt strømsignal (±iR+IR/2) derefter lige- 20 ledes periodisk ompoles synkront med den periodiske ompoling af signalet (uR) for derefter at blive integreret, og at der fra frekvensen af de således frembragte firkantformede udgangsimpulser derefter yderligere subtraheres en konstant referencefrekvens (fR/2), som svarer til 25 værdien af referencesignalet (UR/2, Ir/2).

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at referencesignalet (UR/2) er en jævnspænding, der adderes til det periodisk ompolede signal (±uR), og at sumsignalet (±uR + UR/2) ved en ef-30 terfølgende spændings/strømomformning omformes til et proportionalt strømsignal (±iH + IR/2). 29 DK 171802 B1

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at jævnspændingen er en med en nulspænding (U0) på en spændings/ strøm-omformer (3) reduceret spænding (UR/2 - U0).

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at referencesignalet (IR/2) er en jævnstrøm, der efter en spændings/ strømomformning af det periodisk ompolede signal (±uR) adderes til det således frembragte proportionale strømsignal (±iR) til dan- 10 nelse af det med et sumsignal (±uR + UR/2) proportionale strømsignal (%iH + Ir/2).

5. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1-4, kendetegnet ved, at det periodisk ompolede signal (±uR) forstærkes vekselspændingsmæssigt, 15 før det viderebearbejdes.

6. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1-5, kendetegnet ved, at referencefrekvensen (fR/2) er frekvensen af et taktsignal (P) af firkantformede impulser.

7. Anordning til udøvelse af fremgangsmåden ifølge et hvilket som helst af kravene 1-6 med mindst én første polomskifter (1), en derefter indkoblet integrator (3,C), som indeholder kondensatoren (C), en efter integratoren (3,C) til overvågning af det integrerede signal (uc) ind- 25 koblet komparator (6), en efter komparatoren (6) indkoblet flip-flop (7), en af flip-flop'en (7) styret omskifter (9), som tjener til til- og frakoblingen af referencestrømmen (IR), en konstantstrømskilde (10), som leverer referencestrømmen (Ir)/ et styrekredsløb (13,14 30 henholdsvis 11,12) til frembringelse af et periodisk omskiftningssignal (A henholdsvis B) for polomskifteren (1) , og en signalkilde (16,61, 62, 63, 64, 15), 30 DK 171802 B1 kendetegnet ved, at signalkilden (16,61,62,63,64,15) er anbragt i indgangsdelen af inte-gratoren (3,C) og tjener til frembringelse af referencesignalet (UR/2, UR/2 - U0, Ir/2), at en anden polomskif- 5 ter (5) , der er styret af det samme omskiftningssignal (A,B) som den første polomskifter (1), er anbragt mellem en i integratoren (3,C) indeholdt spændings/strøm-omformer (3) og kondensatoren (C), og at der på udgangen af anordningen findes en fremad/baglæns-tæller til sub- 10 traktion af den konstante referencefrekvens (fR/2).

8. Anordning ifølge krav 7, kendetegnet ved, at signalkilden (15,16) er en spændingskilde og sammen med et additionsled (17) findes på indgangen af spæn-dings/strømomformeren (3).

9. Anordning ifølge krav 8, kendetegnet ved, at spændingskilden er en konstantspændingskilde (16) .

10. Anordning ifølge krav 8, kendetegnet ved, at spændingskilden er en reguleringskreds 20 (61,62,63,64), som består af en eksklusiv-ELLER-port (61), en fremad/baglæns-tæller (62), et mellemlager (63) og en digital/analog-omsætter (64).

11. Anordning ifølge krav 7, kendetegnet ved, at signalkilden (15) er en konstantstrømskilde og 25 findes på udgangen af spændings/strømomformeren (3).

12. Anordning ifølge et hvilket som helst af kravene 7-11, kendetegnet ved, at der mellem den første polomskifter (1) og spændings/strømomformeren (3) er indkoblet en højpasforstærker (18).

13. Anordning ifølge krav 12, kendetegnet ved, at højpasforstærkeren (18) består af en forstærker (19) og et derefter indkoblet højpasfilter (20).

14. Anordning ifølge et hvilket som helst af kravene 7-13, ken detegnet ved, at udgangsfrekvensdele- 35 ren (8) indeholder mindst én eksklusiv-ELLER-port (23), 31 DK 171802 B1 en tæller (25), to flip-flop (26,27) og to OG-porte (24,29), hvor tælleren (25) er en fremad/baglæns-tæller.

15. Anordning ifølge krav 14, kendetegnet ved, at udgangsfrekvensdeleren (8) indeholder et tom- 5 gangsforhindringskredsløb (28,30a,35).

16. Anordning ifølge krav 15, kendetegnet ved, at tomgangsforhindringskredsløbet (28,30a,35) består af en monostabil multivibrator (35), en flip-flop (28) og en OG-port (30).

17. Anordning ifølge krav 16, kendetegnet ved, at den monostabile multivibrator (35) består af en OG-port (33) og en tæller (34).

18. Anordning ifølge et hvilket som helst af kravene 7-17, kendetegnet ved, at spæn- 15 dings/strømomformeren (3) indeholder tre strømkilder (49.50.51) .

19. Anordning ifølge et hvilket som helst af kravene 7-18, kendetegnet ved, at hver strømkilde (10.15.49.50.51) består af en operationsforstærker 20 (42,43,44,54,57), en felteffekttransistor (45, 47,52,55, 58) og mindst én modstand (46, 48,53, 56, 59).

20. Anvendelse af anordning ifølge et hvilket som helst af kravene 7-19 i en elektricitetsmåler.