JPH0575269B2 - - Google Patents
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- JPH0575269B2 JPH0575269B2 JP61002411A JP241186A JPH0575269B2 JP H0575269 B2 JPH0575269 B2 JP H0575269B2 JP 61002411 A JP61002411 A JP 61002411A JP 241186 A JP241186 A JP 241186A JP H0575269 B2 JPH0575269 B2 JP H0575269B2
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- Japan
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- voltage
- terminal
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- current
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は電力の測定方法に関するものである。
従来の技術
電流、電圧、電力などの電気量を測定するのに
古くからアナログ計器がある。電圧、電流用には
可動コイル型、可動鉄片型、整流型、電流力計
型、といろいろあるが、いずれも磁界中にコイル
をおき、それに電流を流すことにより、コイルに
トルクが生じることを利用しているものである。
このトルクがコイルに流れる電流がその2乗に比
例することにより、このコイルのふれを目盛れば
電気量が測定できる原理になる。又、電流力計型
は固定コイルと可動コイルの両方に電流を流し、
その積にトルクが比例することを利用したもの
で、一般的にはこれがアナログ電力計として用い
られている。
古くからアナログ計器がある。電圧、電流用には
可動コイル型、可動鉄片型、整流型、電流力計
型、といろいろあるが、いずれも磁界中にコイル
をおき、それに電流を流すことにより、コイルに
トルクが生じることを利用しているものである。
このトルクがコイルに流れる電流がその2乗に比
例することにより、このコイルのふれを目盛れば
電気量が測定できる原理になる。又、電流力計型
は固定コイルと可動コイルの両方に電流を流し、
その積にトルクが比例することを利用したもの
で、一般的にはこれがアナログ電力計として用い
られている。
一方最近では、電子化が進み、電気測定器もデ
ジタル化されてきている。デジタル計器としては
電圧計が最も有名であるが、基本原理は直流電圧
をA/D変換し表示することにある。交流の場合
は、まず全波整流した後、積分してその平均値を
A/D変換する。電流の場合は、抵抗などに流し
たときに生じる電圧を利用すれば同様に測定でき
る。しかし、電力の場合は良い方法はなく、一部
にトランジスタのベース−コレクタ特性曲線の
内、二乗比例する部分を利用して測定しているも
のがある。
ジタル化されてきている。デジタル計器としては
電圧計が最も有名であるが、基本原理は直流電圧
をA/D変換し表示することにある。交流の場合
は、まず全波整流した後、積分してその平均値を
A/D変換する。電流の場合は、抵抗などに流し
たときに生じる電圧を利用すれば同様に測定でき
る。しかし、電力の場合は良い方法はなく、一部
にトランジスタのベース−コレクタ特性曲線の
内、二乗比例する部分を利用して測定しているも
のがある。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら従来の方法では、例えばアナログ
式の場合ほとんどが直流用を原理としており、交
流はその平均値を指示するものとなつている。交
流の場合は電気計測上実効値が広く用いられてお
り、この目的で真に使えるのは可動鉄片型しかな
い。しかし、この方式も原理上正弦波の商用周波
数の交流を目的としているため、高周波成分を含
んだ歪波には向いていない。これらは精度上、正
弦波交流の商用周波数において初めて意味をもつ
ものである。
式の場合ほとんどが直流用を原理としており、交
流はその平均値を指示するものとなつている。交
流の場合は電気計測上実効値が広く用いられてお
り、この目的で真に使えるのは可動鉄片型しかな
い。しかし、この方式も原理上正弦波の商用周波
数の交流を目的としているため、高周波成分を含
んだ歪波には向いていない。これらは精度上、正
弦波交流の商用周波数において初めて意味をもつ
ものである。
一方、デジタル式の場合も従来は平均値型であ
るため、実効値表示にするためある係数を乗じて
いた。これも又、周波数は商用周波数を想定して
いるため、歪波や高周波の測定は誤差を生じる。
最近は、実効値指示型の電圧、電流計、又高周波
用の電力計などもでまわつている。しかし、これ
らは周波数的には2KHz程度が限界であり、価格
も60万円から100万円と非常に高い。基本周波数
は商用周波数であつても、測定対象によつてはそ
の波形が大きく歪むことがあり、計測器としては
高い周波数特性が要求される。しかもデジタル方
式とは言つてもそれは表示部分であり、電力に比
例した直流電圧を得る部分はアナログ式であるた
め、オフセツト、温度特性など精度が良い程やつ
かいな問題が生じる。
るため、実効値表示にするためある係数を乗じて
いた。これも又、周波数は商用周波数を想定して
いるため、歪波や高周波の測定は誤差を生じる。
最近は、実効値指示型の電圧、電流計、又高周波
用の電力計などもでまわつている。しかし、これ
らは周波数的には2KHz程度が限界であり、価格
も60万円から100万円と非常に高い。基本周波数
は商用周波数であつても、測定対象によつてはそ
の波形が大きく歪むことがあり、計測器としては
高い周波数特性が要求される。しかもデジタル方
式とは言つてもそれは表示部分であり、電力に比
例した直流電圧を得る部分はアナログ式であるた
め、オフセツト、温度特性など精度が良い程やつ
かいな問題が生じる。
以上のような計測上の問題点の他に、上記のデ
ータをコンピユータ等で処理するときのインタフ
エースの問題がある。このような目的のとき、計
測器からはデジタル値を直接出力するか又はGP
−IB等の汎用インタフエースを利用するか、あ
るいは比例したアナログ直流電圧を出力するか、
いずれかの方法がとられている。これらとコンピ
ユータを接続するには、GP−IB、パラレルイン
タフエース、アナログインタフエース等が利用さ
れる。基本的なそれも静的なデータであればこの
方法でも大きな問題がないが、多数のそれも動的
なデータ計測のときは、GP−IB、パラレル方式
は応答性、配線上の問題で使用は難しい。この場
合はアナログ出力方式が採用されることが多い
が、このインタフエースの場合、コンピユータ側
にアナログ−デジタル変換が必要であり、原理的
にはアナログの直流電圧を測定していることにな
る。もしA/D変換器で交流が直接測定できれば
これらの問題は解決されることになる。
ータをコンピユータ等で処理するときのインタフ
エースの問題がある。このような目的のとき、計
測器からはデジタル値を直接出力するか又はGP
−IB等の汎用インタフエースを利用するか、あ
るいは比例したアナログ直流電圧を出力するか、
いずれかの方法がとられている。これらとコンピ
ユータを接続するには、GP−IB、パラレルイン
タフエース、アナログインタフエース等が利用さ
れる。基本的なそれも静的なデータであればこの
方法でも大きな問題がないが、多数のそれも動的
なデータ計測のときは、GP−IB、パラレル方式
は応答性、配線上の問題で使用は難しい。この場
合はアナログ出力方式が採用されることが多い
が、このインタフエースの場合、コンピユータ側
にアナログ−デジタル変換が必要であり、原理的
にはアナログの直流電圧を測定していることにな
る。もしA/D変換器で交流が直接測定できれば
これらの問題は解決されることになる。
本発明はこの点に鑑みてなされたもので、コン
ピユータ上で直接利用できる低価格、高周波数特
性、高精度のデジタル演算方式の電力測定方法を
提供することをその目的としている。
ピユータ上で直接利用できる低価格、高周波数特
性、高精度のデジタル演算方式の電力測定方法を
提供することをその目的としている。
問題点を解決するための手段
上記問題点を解決するために、本発明は電圧に
比例した入力電圧と電流に比例した入力電圧を
A/D変換器にて交互にサンプリングし、それら
を一度メモリに記憶した後、電圧入力を正弦波と
見なして数値積分により最大値を計算することに
より式を産出した後、位相角より電流入力サンプ
リング点における電圧入力の値を計算し、この値
と電流入力の値を乗算した結果を数値積分し、平
均したものを電力値とするものである。
比例した入力電圧と電流に比例した入力電圧を
A/D変換器にて交互にサンプリングし、それら
を一度メモリに記憶した後、電圧入力を正弦波と
見なして数値積分により最大値を計算することに
より式を産出した後、位相角より電流入力サンプ
リング点における電圧入力の値を計算し、この値
と電流入力の値を乗算した結果を数値積分し、平
均したものを電力値とするものである。
作 用
シヤノンの標本化定理よれば、アナログ信号が
foより高い周波数成分をもたない時、1/2foより小 さい間隔Δtにてサンプリングすれば、このサン
プリングを用いて原信号を復元することができ
る。つまり、Δtにてデジタルサンプリングした
場合、1/2Δtの周波数までの信号が処理できるこ とを意味する。このことより、A/D変換器のサ
ンプリング間隔を10MSとすれば、電流及び電圧信
号の周波数特性は25KHzとなる。又、交互にサン
プリグしているため、そのまま乗算すれば、サン
プリング間隔分だけ位相誤差を生じるが、計算に
より一方の信号の他方の信号のサンプリング点に
おける値を求めているため、その問題も生じな
い。そして、A/D変換された後は全てデジタル
演算によつているため、オフセツト、温度特性の
問題も生じない。測定値はコンピユータの中の演
算結果であるので、データ処理の目的で新たにと
りこむ必要もない。又、ハードウエアは処理上
A/D変換器以外は特別なものは必要なく、価格
も安くできる。
foより高い周波数成分をもたない時、1/2foより小 さい間隔Δtにてサンプリングすれば、このサン
プリングを用いて原信号を復元することができ
る。つまり、Δtにてデジタルサンプリングした
場合、1/2Δtの周波数までの信号が処理できるこ とを意味する。このことより、A/D変換器のサ
ンプリング間隔を10MSとすれば、電流及び電圧信
号の周波数特性は25KHzとなる。又、交互にサン
プリグしているため、そのまま乗算すれば、サン
プリング間隔分だけ位相誤差を生じるが、計算に
より一方の信号の他方の信号のサンプリング点に
おける値を求めているため、その問題も生じな
い。そして、A/D変換された後は全てデジタル
演算によつているため、オフセツト、温度特性の
問題も生じない。測定値はコンピユータの中の演
算結果であるので、データ処理の目的で新たにと
りこむ必要もない。又、ハードウエアは処理上
A/D変換器以外は特別なものは必要なく、価格
も安くできる。
以上のように、本発明によれば、高精度、高周
波数特性のコンピユータ処理に適した低価格な電
力測定が可能となる。
波数特性のコンピユータ処理に適した低価格な電
力測定が可能となる。
実施例
以下本発明の実施例について図面を用いて詳し
く説明をする。第1図は本発明の実施例の主要構
成図である。第1図において、1は電流に比例し
た交流信号入力端子、2は電圧に比例した交流信
号入力端子、3は前記端子1と端子2とをアナロ
グ的に切換えるマルチプレクサ、4は前記アナロ
グマルチプレクサの出力をデジタルに変換する
A/D変換器、5はCPU、6はメモリ、7は高
速演算器である。具体的な応用としてはパーソナ
ルコンピユータにA/D変換ボードを増設した構
成が考えられ、高速演算器としてはインテルの
8087等がある。
く説明をする。第1図は本発明の実施例の主要構
成図である。第1図において、1は電流に比例し
た交流信号入力端子、2は電圧に比例した交流信
号入力端子、3は前記端子1と端子2とをアナロ
グ的に切換えるマルチプレクサ、4は前記アナロ
グマルチプレクサの出力をデジタルに変換する
A/D変換器、5はCPU、6はメモリ、7は高
速演算器である。具体的な応用としてはパーソナ
ルコンピユータにA/D変換ボードを増設した構
成が考えられ、高速演算器としてはインテルの
8087等がある。
以上のように構成された本発明の電力測定方法
について、以下第1図、第2図を用いてその動作
を説明する。まず第2図は第1図のCPU5の処
理を示すものであり、第3図に示す波形10は、
第1図の端子1に入力される電流比例信号であ
り、波形11は第1図の端子2に入力される電圧
比例信号である。この2つの信号はアナログマル
チプレクサ3にてある一定時間隔Δt毎に切換え
られ、A/D変換器4にてデジタル値に変換され
る。この変換されたデータはメモリ6に格納され
るが、第2図の8は電流比例信号のデータ領域で
あり、9は電圧比例信号のデータ領域である。こ
のデータ領域には、サンプリングスタート時点で
まず電流入力信号のある点、例えば第2図の12
のポイントのデータが81に格納され、次にマルチ
プレクサ3にて入力を第1図の端子2に切換え、
Δt時間後に電圧入力信号のポイント、例えば1
3のデータが91に格納され、以後、14の点が82
に、15の点が92と言う具合に、各々の波形信号
がデータサンプリング間隔Δtの2倍の時間毎の
ポイントのデータが時系列的に格納されている。
交流の電力は、1サイクルにおいて2信号の積の
平均を求めればよいから、データも1サイクル分
あれば充分である。サンプリングしたデータは数
値積分の手法を用いて演算を行うので、サンプリ
ング間隔は等間隔であることが望ましいし、この
時間精度が最終的な誤差に影響する。このため、
水晶発振器による基準クロツクを使用し、これに
同期させてA/D変換を行う。又、サンプリング
時間Δtは、50Hzの基本周波数の場合、2KHzまで
の応答を考えるとシヤノンの定理より Δt=1/25=1/2×2000=1/4000=250MS となる。本発明の場合、2つの信号を切換えてサ
ンプリングするため、サンプリング間隔はこの半
分の125MSとなる。つまりアナログマルチプレク
サ3の切換時間とA/D変換器4の変換時間の合
計がこれ以下であればよいことになる。このよう
にΔtの等間隔で交互にサンプリングしたデータ
を演算処理する訳だが、交流電力は電流と電圧の
瞬時値をかけあわせたものを1サイクルの間で平
均したものである。このためには電圧と電流の同
時刻のデータをかける必要があり、マルチプレク
サで切換えてサンプリングを行つた場合、サンプ
リングデータは第3図の波形に示すようにΔtだ
けずれる。つまり、第2図の8と9のメモリに格
納されたデータ81と91,82と92は時間的
にΔtだけずれた値となる。このままの状態でか
けあわせると、Δtの位相誤差を生じることにな
り、精度に影響する。このような理由から、サン
プリングデータのどちらかをもう一方と同じタイ
ミングのデータに変換する必要がある。サンプリ
ングは等間隔に行つているため、タイミング的に
は連続した2つのデータの中間の値が求める値と
なる。つまり第3図において13,15から17
を求めることになる。この方法には、直線補間、
17の値=(13の値+15の値)/2が最も簡単であ
るが、最大値近辺や波形が急峻であれば誤差が大
きくなる。このため本発明では電圧を正弦波とみ
なして補間することにより、解決している。一般
に電圧波形は乱れることが少ないが、場合によつ
ては歪みの少ない方に適用すれば問題ない。この
方法についてもう少し詳しく説明する。まずサン
プリングデータより最大値を求める。この方法は
サンプリングデータの2乗をシンプソン則により
数値積分し、その平均の平方根を求め実効値と
し、この√2値が最大値Vmとなる。電圧入力を
この最大値をもつ正弦波曲線とみなし、v=VMS
inθとする。一方サンプリング間隔Δtよりこの時
間に相当する角度を算出する。つまり、50Hzであ
ればΔθ=2π×Δt/20×10-3となり、Δtを100msと すればΔθ=π/100となる。
について、以下第1図、第2図を用いてその動作
を説明する。まず第2図は第1図のCPU5の処
理を示すものであり、第3図に示す波形10は、
第1図の端子1に入力される電流比例信号であ
り、波形11は第1図の端子2に入力される電圧
比例信号である。この2つの信号はアナログマル
チプレクサ3にてある一定時間隔Δt毎に切換え
られ、A/D変換器4にてデジタル値に変換され
る。この変換されたデータはメモリ6に格納され
るが、第2図の8は電流比例信号のデータ領域で
あり、9は電圧比例信号のデータ領域である。こ
のデータ領域には、サンプリングスタート時点で
まず電流入力信号のある点、例えば第2図の12
のポイントのデータが81に格納され、次にマルチ
プレクサ3にて入力を第1図の端子2に切換え、
Δt時間後に電圧入力信号のポイント、例えば1
3のデータが91に格納され、以後、14の点が82
に、15の点が92と言う具合に、各々の波形信号
がデータサンプリング間隔Δtの2倍の時間毎の
ポイントのデータが時系列的に格納されている。
交流の電力は、1サイクルにおいて2信号の積の
平均を求めればよいから、データも1サイクル分
あれば充分である。サンプリングしたデータは数
値積分の手法を用いて演算を行うので、サンプリ
ング間隔は等間隔であることが望ましいし、この
時間精度が最終的な誤差に影響する。このため、
水晶発振器による基準クロツクを使用し、これに
同期させてA/D変換を行う。又、サンプリング
時間Δtは、50Hzの基本周波数の場合、2KHzまで
の応答を考えるとシヤノンの定理より Δt=1/25=1/2×2000=1/4000=250MS となる。本発明の場合、2つの信号を切換えてサ
ンプリングするため、サンプリング間隔はこの半
分の125MSとなる。つまりアナログマルチプレク
サ3の切換時間とA/D変換器4の変換時間の合
計がこれ以下であればよいことになる。このよう
にΔtの等間隔で交互にサンプリングしたデータ
を演算処理する訳だが、交流電力は電流と電圧の
瞬時値をかけあわせたものを1サイクルの間で平
均したものである。このためには電圧と電流の同
時刻のデータをかける必要があり、マルチプレク
サで切換えてサンプリングを行つた場合、サンプ
リングデータは第3図の波形に示すようにΔtだ
けずれる。つまり、第2図の8と9のメモリに格
納されたデータ81と91,82と92は時間的
にΔtだけずれた値となる。このままの状態でか
けあわせると、Δtの位相誤差を生じることにな
り、精度に影響する。このような理由から、サン
プリングデータのどちらかをもう一方と同じタイ
ミングのデータに変換する必要がある。サンプリ
ングは等間隔に行つているため、タイミング的に
は連続した2つのデータの中間の値が求める値と
なる。つまり第3図において13,15から17
を求めることになる。この方法には、直線補間、
17の値=(13の値+15の値)/2が最も簡単であ
るが、最大値近辺や波形が急峻であれば誤差が大
きくなる。このため本発明では電圧を正弦波とみ
なして補間することにより、解決している。一般
に電圧波形は乱れることが少ないが、場合によつ
ては歪みの少ない方に適用すれば問題ない。この
方法についてもう少し詳しく説明する。まずサン
プリングデータより最大値を求める。この方法は
サンプリングデータの2乗をシンプソン則により
数値積分し、その平均の平方根を求め実効値と
し、この√2値が最大値Vmとなる。電圧入力を
この最大値をもつ正弦波曲線とみなし、v=VMS
inθとする。一方サンプリング間隔Δtよりこの時
間に相当する角度を算出する。つまり、50Hzであ
ればΔθ=2π×Δt/20×10-3となり、Δtを100msと すればΔθ=π/100となる。
次に上記求めた式より、電圧入力信号の値に対す
る角度を逆正弦により計算する。
る角度を逆正弦により計算する。
つまり、θi=sin-1vi/Vmとなる。
このθiをサンプリングの一番最初の値について求
め、最初の点360゜のどの角度にあるか決定する。
最初のポイントの角度が決まれば、その角度より
Δθだけ前の角度が第3図における12の点の角
度となる。残りはこの角度に2Δθだけ加えたもの
になる。この角度より先に求めた式で計算すれ
ば、第3図における16,17つまり電流入力信
号の測定点における電圧の値が求まる。この結果
より、12と16,14と17のように同じタイ
ミングのデータ同志をかけあわせることにより瞬
時電力が求まり、この結果を再びシンプソン則に
より数値積分したものを平均すれば、平均電力と
なる。
め、最初の点360゜のどの角度にあるか決定する。
最初のポイントの角度が決まれば、その角度より
Δθだけ前の角度が第3図における12の点の角
度となる。残りはこの角度に2Δθだけ加えたもの
になる。この角度より先に求めた式で計算すれ
ば、第3図における16,17つまり電流入力信
号の測定点における電圧の値が求まる。この結果
より、12と16,14と17のように同じタイ
ミングのデータ同志をかけあわせることにより瞬
時電力が求まり、この結果を再びシンプソン則に
より数値積分したものを平均すれば、平均電力と
なる。
発明の効果
以上述べてきたように、本発明によれば、特別
な回路を設けることなく、高精度、高周波数の電
力が測定できるだけでなく、デジタル演算方式で
あるためオフセツト等の影響が少なく安定性のよ
い測定が可能となる。又、ハードウエア的にはパ
ソコンにA/D変換ボードと言つた簡単な構成で
も可能なために、測定したデータを再びコンピユ
ータで処理をしようという時には非常に便利であ
る。
な回路を設けることなく、高精度、高周波数の電
力が測定できるだけでなく、デジタル演算方式で
あるためオフセツト等の影響が少なく安定性のよ
い測定が可能となる。又、ハードウエア的にはパ
ソコンにA/D変換ボードと言つた簡単な構成で
も可能なために、測定したデータを再びコンピユ
ータで処理をしようという時には非常に便利であ
る。
第1図は本発明の実施例における主要構成図、
第2図はサンプリングデータメモリを示す図、第
3図は入力波形を示す図である。 1……電流比例信号入力端子、2……電圧比例
信号入力端子、3……アナログマルチプレクサ、
4……A/D変換器、5……CPU、6……デー
タメモリ、7……高速演算器、8……電流信号デ
ータメモリ、9……電圧信号データメモリ。
第2図はサンプリングデータメモリを示す図、第
3図は入力波形を示す図である。 1……電流比例信号入力端子、2……電圧比例
信号入力端子、3……アナログマルチプレクサ、
4……A/D変換器、5……CPU、6……デー
タメモリ、7……高速演算器、8……電流信号デ
ータメモリ、9……電圧信号データメモリ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 電流に比例した信号を入力する端子と、電圧
に比例した信号を入力する端子と、前記端子を切
換えるアナログマルチプレクサと、前記アナログ
マルチプレクサの出力をデジタル値に変換する
A/Dコンバータと、前記A/Dコンバータのデ
ータをとりこみ演算処理するCPUと、前記とり
こんだデータを記憶するメモリと、データ処理の
ための高速演算器とを備え、前記端子と電圧比例
信号の入力を一定時間毎交互にサンプリングし、
前記CPUを介しメモリに記憶した後、前記端子
よりとりこんだ電圧入力信号を正弦波と見なして
数値積分してその最大値を求め、これより前記端
子より入力した電流入力信号の測定点における電
圧を前記数値積分により求めた正弦波曲線から補
間することにより計算し、この2つを乗算した結
果を再び数値積分することにより電力を測定する
電力測定方法。 2 電圧入力信号の連続した3点を通る二次曲線
を求め、これより電流入力信号測定点における値
を補間により求める特許請求の範囲第1項記載の
電力測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61002411A JPS62161061A (ja) | 1986-01-09 | 1986-01-09 | 電力測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61002411A JPS62161061A (ja) | 1986-01-09 | 1986-01-09 | 電力測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62161061A JPS62161061A (ja) | 1987-07-17 |
| JPH0575269B2 true JPH0575269B2 (ja) | 1993-10-20 |
Family
ID=11528504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61002411A Granted JPS62161061A (ja) | 1986-01-09 | 1986-01-09 | 電力測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62161061A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7146462B2 (ja) * | 2018-06-07 | 2022-10-04 | 日置電機株式会社 | 測定装置および測定システム |
-
1986
- 1986-01-09 JP JP61002411A patent/JPS62161061A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62161061A (ja) | 1987-07-17 |
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