ES2229442T3 - Metodo de calibracion para un contador de electricidad electronico. - Google Patents

Abstract

EL METODO DE CALIBRACION DE UN MEDIDOR ELECTRONICO DE LINEAS ELECTRICAS INCLUYE UN CONVERTIDOR (1) ADAPTADO PARA RECIBIR AL MENOS UNA SEÑAL DE ENTRADA ANALOGICA (V) Y PARA PROPORCIONAR UNA SEÑAL DE SALIDA DIGITAL (FOUT) QUE DEPENDE AL MENOS DEL VALOR DE LA SEÑAL DE ENTRADA; SE CARACTERIZA EN QUE LA SEÑAL DE ENTRADA ANALOGICA SE INTRODUCE AL CONVERTIDOR (1) A TRAVES DE UN COMPONENTE RESISTIVO CON PUERTA (6), QUE SE ACTIVA Y DESACTIVA DE ACUERDO A UNA SEÑAL DE SERVICIO; LA RELACION DE LOS PERIODOS DE ACTIVIDAD E INACTIVIDAD SE ELIGE EN BASE A UNA COMPARACION EXTERNA DE LOS VALORES DE ENTRADA Y SALIDA (V, FOUT), PARA REALIZAR LA CALIBRACION DEL VALOR DE SALIDA DIGITAL EN RELACION A LA ENTRADA ANALOGICA.

Description

Método de calibración para un contador de electricidad electrónico.

La presente invención se refiere a un método de calibración de un contador de electricidad electrónico que incluye un convertidor adaptado para recibir al menos una señal de entrada analógica y para proporcionar una señal de salida digital dependiente de al menos el valor de la señal de entrada.

Los convertidores de este tipo tal como se emplean en la medición incluyen, por ejemplo, un convertidor de transconductancia adaptado para recibir señales de entrada de tensión y de corriente y para dar salida a una señal de impulso que representa la potencia instantánea. En este caso, la frecuencia de la señal de impulso depende de los valores multiplicados de corriente y de tensión. Un convertidor similar es el conocido como convertidor de amplitud de trabajo y reposo, o MSA (mark space amplitude). Más recientemente, se han propuesto contadores electrónicos de electricidad que utilizan convertidores sigma-delta para proporcionar una salida digital representativa de la tensión y la corriente medidas, bien como valores aislados individuales, bien, tal como con los dispositivos de transconductancia y MSA, como un valor representativo de la tensión y la corriente multiplicadas entre sí.

En las patentes europeas EP 0296968, EP 0296966, se muestra un ejemplo de un contador de electricidad que utiliza un convertidor MSA. Igualmente, en los documentos EP 0607711, EP 06907712 y la patente francesa FR 2570854, se describen ejemplos de un doble convertidor sigma-delta que proporciona una salida de tensión y corriente multiplicadas.

Convencionalmente, la calibración de tales convertidores en el contador se ha realizado de una serie de formas. En el procedimiento de calibración más sencillo y común, el valor analógico de entrada de la tensión en línea se pasa por un divisor de tensión, fijándose el valor de una de las resistencias en el divisor durante la etapa de calibración, por ejemplo, ajustando la resistencia por láser. Otros métodos incluyen el uso de potenciómetros electrónicos (esencialmente, un potenciómetro electrónico) y de escalas R-2R, bien controlados desde un microprocesador, bien fijados perforando pistas. De entre estos métodos, el ajuste por láser es relativamente barato y el más común, pero padece una falta de precisión, mientras que el uso de componentes electrónicos específicos en los otros métodos aumenta mucho el coste del dispositivo.

Métodos alternativos de calibración se centran en el procesamiento de la salida de impulsos recibida en un microprocesador en el contador. En caso de tal procesamiento posterior, el retraso introducido debido al tiempo requerido para acumular la salida de impulsos puede dar lugar a problemas de precisión durante cortos periodos de tiempo, particularmente si la frecuencia de la salida de impulsos del convertidor no es muy alta, tal como ocurre frecuentemente.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un método de calibración que supere las desventajas de los métodos de la técnica anterior y que proporcione una manera sencilla de bajo coste de ejecutar una calibración de la señal de entrada.

La presente invención se caracteriza porque la señal de entrada analógica se suministra al convertidor a través de un componente resistivo de compuerta, activándose y desactivándose el componente resistivo según una señal de servicio, escogiéndose la razón de los periodos de activación y de desactivación en función de una comparación externa de los valores de entrada y de salida para calibrar el valor de salida digital relativo a la entrada analógica.

La comparación externa de la entrada y la salida y el ajuste posterior del ciclo de servicio pueden realizarse por un técnico o por un aparato dedicado automático. Tal como se apreciará, el ciclo de servicio troceado conmuta el valor de entrada entre un valor base y un segundo valor cuando se pasa por el componente resistivo, y la tensión percibida en un periodo de tiempo por el convertidor será una media de estos dos valores. La generación de una señal de servicio semejante es relativamente sencilla y puede ser llevada a cabo incluso por los microprocesadores más simples.

De igual modo, los componentes de hardware necesarios para implementar la invención son bastante simples. En una realización, la señal de entrada puede introducirse a través de un divisor de resistencias que comprende unas primera y segunda resistencias en serie junto con una tercera resistencia de compuerta en paralelo con la segunda resistencia, introduciéndose la tensión a través de las segunda y tercera resistencias en el convertidor.

Preferiblemente, la señal de servicio puede estar suministrada por un microprocesador adaptado para almacenar uno o más patrones de señales de servicio. Normalmente, se almacena una serie de patrones de señales de servicio en un PC dedicado, seleccionándose uno de estos patrones como la señal de servicio y programándose en el microprocesador durante la calibración del contador.

Preferiblemente, la señal de entrada analógica corresponde a la tensión medida por el contador. La tensión es el valor más práctico con fines de calibración puesto que es relativamente constante. Sin embargo, la presente invención es igualmente aplicable a la calibración de la corriente medida por el contador.

En una realización, la frecuencia de conmutación de la señal de compuerta (es decir, la frecuencia correspondiente a un ciclo completo de ACTIVACIÓN y DESACTIVACIÓN de la señal) puede corresponder a y sincronizarse con la frecuencia de la tensión en línea de manera que, por ejemplo, al menos se efectúa una transición de conmutación en el punto de cruce cero de la tensión en línea. La sincronización de esta manera proporciona ciertas ventajas en relación con los transitorios, los armónicos inducidos, etc. Sin embargo, en muchos casos, la sincronización puede obviarse sin incurrir en ningún problema.

En la mayoría de los sistemas de calibración de la técnica anterior, el contador se calibra sólo una vez, normalmente en relación con el consumo para una carga normal o estándar. Del mismo modo, en la presente invención puede aplicarse en todo momento una única señal de servicio. Sin embargo, en algunas circunstancias, por ejemplo, cuando se conecta una carga muy pequeña aguas abajo del contador, esto puede dar lugar a imprecisiones, y en estos casos puede resultar ventajoso recalcular la calibración.

Según una realización particularmente preferida de la presente invención, se almacena una pluralidad de ciclos de servicio en un microprocesador en el contador, estando adaptado el microprocesador para aplicar uno o más ciclos de servicio dependiendo de la magnitud de la señal de salida del convertidor.

A diferencia de métodos tales como el ajuste por láser de una resistencia, en los que se fija un solo valor de calibración para siempre, la presente invención permite una calibración del contador dependiente de la cantidad de electricidad consumida según representa la señal de salida del convertidor. Esto permite al contador compensar las no linealidades en el circuito de medición que puedan resultar evidentes, por ejemplo, en condiciones de carga pequeña.

En una realización preferida, el microprocesador puede estar adaptado para aplicar dos ciclos de servicio que representen dos posiciones de calibración, empleándose la salida del convertidor para determinar la proporción de tiempo durante el que se aplica cada ciclo de servicio.

Mediante lo que equivale a un segundo procedimiento de control de servicio, esta realización proporciona una manera particularmente sencilla y elegante de ocuparse de dos condiciones de carga (por ejemplo, pequeña y normal), así como de condiciones entre las dos. Por ejemplo, con cargas muy pequeñas, se aplica un ciclo de servicio, para cargas normales se aplica un segundo ciclo de servicio, y para cargas intermedias se aplica una mezcla de los dos ciclos de servicio.

Preferiblemente, la señal de ciclo de servicio viene definida por un patrón binario de bits. En una realización de la realización de dos ciclos de servicio anteriormente descrita, el microprocesador puede adaptarse para proporcionar una primera señal de servicio de patrón binario (por ejemplo, carga normal) salvo que sea interrumpido por un impulso procedente del convertidor, en cuyo caso se aplica la segunda señal de patrón binario (por ejemplo, carga normal).

De esta manera, la longitud de la propia señal de patrón binario se emplea para medir las condiciones de carga relativas, y el ciclo de servicio de carga normal se aplicará a no ser que la frecuencia de repetición de impulsos del convertidor caiga por debajo de un umbral definido por la longitud de paquete de la señal binaria.

A lo largo de esta solicitud, es la intención que el término "convertidor" cubra tanto los convertidores analógicos como los digitales que producen un valor directamente proporcional a un único a valor de entrada y los dispositivos que producen una salida representativa de una combinación de valores de entrada, por ejemplo, tal como ocurre con un convertidor MSA o de transconductancia. La salida puede ser una salida digital o una señal de impulsos.

La presente invención se ha descrito anteriormente en relación con un método de calibración de un contador. La invención se extiende además a un contador que incluye los elementos necesarios para una calibración semejante, tal como se ha descrito anteriormente.

A continuación, se describirá, únicamente a título de ejemplo, una realización preferida de la invención con referencia a las figuras adjuntas, en las que:

La figura 1 muestra un esquema de los elementos de un contador adaptado para realizar una calibración según esta realización de la invención;

la figura 2 muestra la señal de ciclo de servicio empleada en la figura 1 superpuesta a la tensión aplicada a la entrada del convertidor.

La figura 1 muestra de forma esquemática los elementos asociados con las funciones de medición y de calibración de un contador de electricidad, el cual comprende un convertidor 1, por ejemplo un convertidor de transconductancia, MSA o sigma delta de tipo conocido, junto con un microprocesador 2 adaptado para recibir la salida del convertidor 1 y para dar salida a una señal de servicio utilizada para controlar un circuito 3 de calibración de entrada. El microprocesador 2 suministra además una señal P de salida de potencia, representativa de la potencia consumida, que puede enviarse a un registro y/o pantalla para mostrar la potencia consumida.

La presente invención se refiere específicamente a los elementos necesarios para llevar a cabo una calibración según la presente invención. Como tal, no se propone definir ninguno de los otros elementos convencionales (registro, pantalla, sensor de tensión, etc.) presentes normalmente en un contador de electricidad. En las patentes mencionadas en la introducción pueden encontrarse detalles adicionales con respecto a tales dispositivos (si fuese necesario).

Haciendo referencia a la figura 1, se emplean las siguientes abreviaturas:

I = Corriente

V = Tensión no calibrada

V' = Tensión calibrada

F_{reloj} = Señal de reloj al convertidor

F_{salida} = Salida de impulsos representativa de la potencia aportada por el convertidor

P = Medición de potencia de salida proporcionada por el microprocesador

En el circuito 3 de la figura 1, la señal V de tensión no calibrada se aplica a un divisor de resistencias que comprende unas primera y segunda resistencias 4, 5 conectadas en serie, junto con una tercera resistencia 6 de compuerta en paralelo con la segunda resistencia 5. La resistencia 6 de compuerta se ACTIVA y DESACTIVA mediante un interruptor 7 FET que recibe una señal de salida de ciclo de servicio procedente del microprocesador 2.

La señal de ciclo de servicio a la que da salida el microprocesador, adopta la forma de un patrón binario tal como 00000000, 10001000, 10101010, 11111111. En la práctica, pueden utilizarse patrones de cualquier longitud razonable, por ejemplo, hasta 256 bits de longitud, para proporcionar una cierta resolución de calibración. Los bits altos y bajos en los patrones deberían estar distribuidos uniformemente para mejorar el tiempo de convergencia para cada patrón. En el microprocesador puede almacenarse un conjunto de estos patrones, y pueden emplearse uno o más patrones seleccionados una vez que se haya calibrado el contador.

Tal como resultará evidente, la tensión V' a la que da salida el circuito 3 de entrada dependerá del ciclo de servicio aplicado al interruptor FET. Para un patrón de bits 00000000, el interruptor FET estará DESACTIVADO permanentemente, y la tensión V' aplicada al convertidor será determinada únicamente por la resistencia 4, 5, y corresponderá a un valor máximo V_{max}. Similarmente, para un patrón de bits 11111111, el interruptor FET estará ACTIVADO permanentemente, y la tensión V' corresponderá a un valor mínimo V_{min}. Para patrones de bits mezclados, tales como 10101010, la tensión se promediará con el tiempo a un valor entre los dos.

La figura 2 muestra gráficamente el resultado de la aplicación de la señal 10101010 (50% del factor de marcha) para producir la tensión V' enviada a la entrada del convertidor 1. Tal como se observará, la tensión cambia entre los valores mínimo y máximo, lo que da lugar a un valor V' promediado en el tiempo correspondiente a (V_{max} + V_{min}) /2.

En la figura 2, las transiciones de conmutación del ciclo de servicio se muestran sincronizadas con el punto de cruce cero de la señal de c.a. Sin embargo, aunque es ventajoso, esto no es esencial para la implementación eficaz de la invención.

En la realización más sencilla, se realiza una medición de la potencia durante la calibración del contador empleando un valor conocido de corriente y de tensión y un único patrón de ciclo de servicio que proporciona la potencia de salida correcta elegida de entre un número de patrones almacenados en un PC dedicado asociado con el contador y programado en el microprocesador. La calibración se realiza con respecto a un valor integrado de la salida a fin de asimilar los efectos del ciclo de servicio sobre la señal de entrada. En lo sucesivo, este patrón se aplicará en todo momento hasta el instante en el que se decida que es necesario recalibrar el contador.

La elección de qué patrón usar será determinada por el operador que lleve a cabo la calibración o, si está automatizada, por los equipos de calibración apropiados (por ejemplo, un PC adaptado para controlar el microprocesador para que pase por todos los patrones hasta que se encuentre el patrón que aporta el valor de potencia más preciso).

En realizaciones más sofisticadas, el contador puede calibrarse para una gama de cargas a fin de usar dos o más ciclos de servicio dependiendo del valor de la carga tal como está representado por la señal F_{salida} de salida del convertidor

1. En una realización particularmente simple, el microprocesador puede incluir un primer patrón de ciclo de servicio (A) a aplicar en el caso de una carga pequeña y un segundo patrón de ciclo de servicio (B) a aplicar para cargas normales. La longitud del propio patrón de bits puede utilizarse como condición de umbral para determinar qué señal de ciclo de servicio aplicar.

En particular, el siguiente algoritmo puede ser usado por el microprocesador para controlar la aplicación de las dos señales de ciclo de servicio:

IF (SI) la salida de impulsos recibida del convertidor durante el patrón,

THEN (ENTONCES) el siguiente patrón = patrón B

ELSE (DE LO CONTRARIO)

El siguiente patrón = patrón A

En este caso, cuando la salida de impulsos sea constantemente alta (es decir, más de un impulso por patrón), siempre se aplicará el patrón B (carga normal). Cuando la salida de impulsos sea conformemente baja, se aplicará el patrón A (carga pequeña). Para cargas intermedias, la señal de impulsos de salida conmutará automáticamente entre los dos patrones, de manera que se aplicarán los dos en una proporción relativa mayor o menor. Por tanto, la invención permite una aplicación oscilante de los dos patrones, lo que da lugar a una curva de calibración que sigue el cambio de la carga. Este control de servicio de segundo nivel es una manera particularmente sencilla y elegante de obtener un valor de calibración variable.

Aunque la descripción se refiere en todo momento al uso de un microprocesador, evidentemente, un experto en la técnica comprenderá que pueden emplearse otros medios capaces de suministrar una señal de control de servicio apropiada a la resistencia de compuerta, incluyendo elementos de hardware y/o software. Estos pueden incluir una EEPROM capaz de almacenar una entrada de patrón de bits adecuada o incluso, en la realización más simple de la invención, un conjunto de interruptores controlables manualmente adaptados para fijar el factor de marcha a aplicar.

Claims (9)

1. Método de calibración de un contador electrónico de electricidad que incluye un convertidor adaptado para recibir al menos una señal de entrada analógica y para proporcionar una señal de salida digital dependiente de al menos el valor de la señal de entrada, caracterizado porque la señal de entrada analógica se suministra al convertidor a través de un componente resistivo de compuerta, activándose y desactivándose el componente resistivo según una señal de servicio, escogiéndose la relación de los periodos de activación y de desactivación en función de una comparación externa de los valores de entrada y de salida para calibrar el valor de salida digital relativo a la entrada analógica.

2. Método de calibración según la reivindicación 1, en el que la señal de entrada se suministra al convertidor a través de un divisor de resistencias que comprende unas primera y segunda resistencias en serie junto con un componente de resistencia de compuerta en paralelo con la segunda resistencia, introduciéndose la tensión a través de la segunda resistencia en el convertidor.

3. Método de calibración según la reivindicación 1 ó 2, en el que la señal de servicio está proporcionada por un microprocesador adaptado para almacenar uno o más patrones de señales de servicio.

4. Método de calibración según cualquier reivindicación anterior, en el que la señal de entrada analógica corresponde a la tensión medida por el contador.

5. Método de calibración según la reivindicación 4, en el que la frecuencia de conmutación de la señal de compuerta corresponde a y está sincronizada con la frecuencia de la tensión medida por el contador.

6. Método de calibración según cualquier reivindicación anterior, en el que se almacena una pluralidad de ciclos de servicio en un microprocesador en el contador, estando adaptado el microprocesador para aplicar uno o más ciclos de servicio dependiendo de la magnitud de la señal de salida del convertidor.

7. Método de calibración según la reivindicación 6, en el que microprocesador puede estar adaptado para aplicar dos ciclos de servicio que representan dos posiciones de calibración, empleándose la salida del convertidor para determinar la proporción de tiempo durante el que se aplica cada ciclo de servicio.

8. Método de calibración según la reivindicación 6, en el que el ciclo de servicio está definido por un patrón binario de bits y en el que el microprocesador está adaptado para proporcionar una primera señal de servicio del patrón binario salvo que sea interrumpido por un impulso procedente del convertidor, en cuyo caso se aplica una segunda señal de servicio del patrón binario.

9. Contador electrónico de electricidad que incluye, entre otros, un convertidor y un componente resistivo de compuerta y que comprende medios para calibrar según el método de calibración de cualquier reivindicación anterior.