JPH08507609A

JPH08507609A - 電力メータ

Info

Publication number: JPH08507609A
Application number: JP6520759A
Authority: JP
Inventors: ペイン，ケネス; ワトソン，デイビッド・アレクサンダー; キング，ロジャー・ヘンリー
Original assignee: アンピィ・オートメイション−ディジログ・リミテッド
Priority date: 1993-03-13
Filing date: 1994-03-11
Publication date: 1996-08-13
Also published as: FI954297A0; GB2276011B; EP0688434A1; GB9506331D0; AU6212894A; GB2285693A; FI954297A7; ES2081786T1; AU679729B2; GB9305230D0; GB2285693B; GB9506330D0; GB2276011A; NO953609D0; GR960300002T1; NO953609L; WO1994022024A1; GB2285692A

Abstract

(57)【要約】電力を測定するための装置が説明され、この装置は、電源電圧と、そこに接続された負荷を介して流れる電流との積に比例する出力信号を生成するように適合されている。電源電圧に比例する第１の信号と、負荷電流に比例する第２の信号とが、２つの定周波数搬送波信号の周期を変調するのに用いられる。変調された信号のうち少なくとも１つが信号処理手段によって平均され、装置のための基準値を提供する。マイクロプロセッサによる、変調された信号の乗算は電力積出力信号を生成する。周期変調電圧関連信号の継続的な値が累積される。累積された値は周期的にラッチされ、比較器に与えられる。パルスカウンタおよびタイマが設けられることができ、電圧関連周期変化信号を受信および測定する。

Description

【発明の詳細な説明】電力メータ発明の分野この発明は電力の測定のための計測装置、ならびに、このような装置内でゼロ電流またはゼロ電圧に対応して基準値を連続的に発生しかつ更新するための方法および装置に関する。発明の背景典型的には交流電源である電源からの電力消費を確かめるために、電圧に対応する信号と電流に対応する信号とを発生し、２つの信号の積を生成し、ある期間にわたってその結果を積分することで電圧および電流を測定することが知られている。近年、計算のいくらかを行なうための固体装置を組入れたメータが専ら開発されてきた。おそらく、このような装置はメータの古い電気機械設計よりも正確な測定をもたらし、また、より容易に遠隔読出をこのようなメータに組入れることを可能にするであろう。この発明の目的は、このようなメータによって必要とされる１つまたは２つ以上のゼロ電流基準値またはゼロ電圧基準値が発生できる方法および装置を提供することである。発明の概要交流電源電圧と、そこに接続された負荷を介して流れる交流電流との積に比例する出力信号を生成するようにされた電力測定装置であって、第１の信号が前記電源電圧に比例して引出され、第２の信号が前記負荷の電流に比例して引出されて、積信号が電力に対応してマイクロプロセッサにより生成でき、ここで、それぞれ前記第１および第２の信号を用いて２つの定周波数搬送波信号の周期を変調することで第３および第４の信号が生成され、前記第３および第４の信号が、乗算のためにマイクロプロセッサへ供給されて電力積出力信号を生成する電力測定装置におけるこの発明のある局面によると、前記第３および第４の信号のうち少なくとも１つは信号処理手段によって平均され、ゼロ電圧またはゼロ電流または両方に対応して装置のために少なくとも１つの基準値を提供する。電圧の値および電流の値が乗算されるべきであり、どちらか一方がゼロであるならば積がゼロになるであろうから、必要なのは、電力が引出されていないときに計算された値のうち１つを確かにゼロに戻すことだけである。（半波整流回路のような）ある負荷が存在すると電流波形は非常に非対称になり得るので、好ましくは、平均化は前記第３の信号（すなわち電圧に関連する信号）のみに適用される。この発明の利点は、時間と温度の変化とについての優れた正確性および安定性である。都合の良いことに、平均値は電圧関連周期が変化する信号のパルスと電流関連周期が変化する信号のパルスとを比較的長い期間にわたって累積し、累積された値を平均電圧（または電流）周期値に対応する基準値を制御するために用いることで獲得される。正弦波形の場合、シヌソイドの正方向への偏位の各々によって引き起こされる平均周期値からの周期変動が、負方向への偏位の各々によって引き起こされる平均周期値からの周期変動と一致すべきであるので、変調シヌソイド（この各々の間、シヌソイドを説明するパルスの周期はＰから（Ｐ＋Ｐ）へ変化し、Ｐへ戻り、（Ｐ−Ｐ）へ下降してＰへ戻る）のＮ個の周期の後で、累積されたパルスの全体の数はＮＰであろう。したがって、この値を同様の数の周期にわたって繰り返して累積することでＮの値は一定であるとみなすことができ、累積された値は各々の場合にＰに比例し、このＰはゼロ電圧（または電流）に対応する周期である。都合の良いことに、この発明は周期変調された電圧に関連する信号の平均をゼロに維持し、乗算ステップに用いられる信号を提供するために、平均値から電圧に関連する信号の瞬間値を演算することで実行される。この目的のために、好ましい配置において、周期変調された電圧に関連する信号の継続的な値が累積され、累積された値は周期的に、たとえば２０ミリ秒ごとにラッチされて比較器に与えられ、比較器は継続的にラッチされた値を比較し、出力を演算装置に供給し、この演算装置は、前記出力を第２のラッチに記憶されている値に加算し、または、この値から減算し、後者の値は演算装置から獲得される先行する出力で決定される。この過程は連続的であり、第２のラッチは２０ミリ秒の時間軸の周期に従って更新されることが認識されるであろう。電圧に関連する第３の信号のための基準値として用いられるのは、第２のラッチによって提供される、絶えず更新される平均電圧に関連する周期である。代わりにまたは付加的に、変更された回路が用いられ、基準となる第４の信号の平均値をゼロに維持してもよい。それゆえ、この発明の別の局面に従って、前述のような計測装置は、（ａ）測定シーケンスの間、電圧関連周期が変化する信号パルスを受信および累積するようにされた付加的なパルスカウンタ手段と、（ｂ）測定シーケンスの各々の初めで、付加的なパルスカウンタをプリセット値にリセットするための手段と、（ｃ）測定シーケンスの各々の持続期間を決定する（これによって、その間パルスが累積されるべきである交流電圧波形の周期Ｎの数を決定する）ためのタイマ手段と、（ｄ）測定シーケンスの各々の終わりで、前記付加的なパルスカウンタから、累積されたパルスカウントをラッチするためのラッチ手段とを含み得る。この発明の別の局面に従って、前述のような計測装置は、（ａ）測定シーケンスの間、電流関連周期が変化する信号パルスを受信および累積するようにされた、さらなるパルスカウンタ手段と、（ｂ）測定シーケンスの各々の初めで、前記さらなるパルスカウンタをプリセット値にリセットするための手段と、（ｃ）測定シーケンスの各々の持続期間を決定する（これによって、その間パルスが累積されるべきである交流波形の周期Ｎの数を決定する）ためのさらなるタイマ手段と、（ｄ）測定シーケンスの各々の終わりで、前記さらなるパルスカウンタから、累積されたパルスカウントをラッチするためのさらなるラッチ手段とを含み得る。この発明の好ましい特徴によると、メータが動作している間、前記付加的なパルスカウンタは連続的に動作するようにでき、平均電源電圧に対応する連続的に更新される周期値を提供する。この発明の別の好ましい特徴によると、前記さらなるカウンタは、メータが電源電圧と、そこから負荷へ送られる、電流波形が本質的に正弦であるように選択された電流とを測定するよう設定されるときに、製造中または製造後に一度だけ動作することができ、一度限りの測定シーケンスの終わりで、ラッチされた電流値はゼロ電流に対応する基準周期値として使われるためにメータ内に永続的に記憶される。この発明による計測装置は、前記付加的なカウンタおよび前記さらなるカウンタ、ならびに関係のあるタイマおよびラッチを含んでもよい。電圧関連周期が変化する信号と電流関連周期が変化する信号との両方に同じ測定周期が適応されるべきである場合、共通のタイマが用いられてもよい。典型的なタイミング周期は２０ミリ秒である。信号は２値の形をとるので、電気分離装置を介して送信可能であり、ユーザアクセス可能なポートを計測装置に組合せ可能にする。典型的にはオプトアイソレータが用いられる。前述のような電力測定装置において、前記第３および第４の信号はオプトアイソレータのような電気分離装置を介してマイクロプロセッサに送信できる。しかしながら、第３および第４の信号からのマイクロプロセッサのこのような分離はあらゆる場合において任意であり、必須でないことが理解されるべきである。第１および第２の信号は好ましくはアナログ電圧の形をとっており、既知の方法で電位分割器およびシャントを用いて引出され得る。信号は電源線からの電気的な分離なしで獲得できるが、所望であれば、１つ以上の変圧器を用いて分離することもできる。第１および第２の信号のうち１つまたは両方が電流である場合、第１および第２の信号の両方が電圧の形をとるように、電流は好ましくは何らかの都合のよい方法で電圧に変換される。信号から周期への変換は、各パルス発生器からのパルスの間の瞬間的な周期がそれぞれ第１および第２の信号電圧のうちひとつの瞬間的な値によって制御される、電圧制御パルス発生器を用いて最も簡単に行なわれる。電力信号を獲得するための、第３および第４の周期が変化する信号の処理は、１．前記第３および第４の信号の平均周期より何倍も小さい周期を有する定周波数クロック信号を発生するステップと、２．前記クロックのパルスを２つのカウンタに連続的に入れるステップと、３．前記第３の信号を構成するパルスの各々の初めに一方のカウンタの値を獲得し、同様に、前記第４の信号を構成するパルスの各々の初めに他方のカウンタの値を獲得するステップと、４．各カウンタから引出された、新しく獲得された値から先に獲得された値を減算し、第３および第４の差信号を形成するステップと、５．第３および第４の差信号から、それぞれ前記第３および第４の信号の各々の平均周期に等しい周期を減算し、第５および第６の信号を形成するステップと、６．第５および第６の信号をカドラチュア（quadratu re）乗算装置に供給し、その出力を電力信号として供給するステップとを含み得る。電圧および電流信号の、信号から周期への変換が誤りなく動作するならば、第３および第４の差信号から減算されるべき周期値は、電源が一般に正弦波形を有する交流電源である場合、ゼロ電圧およびゼロ電流に対応する周期の値に等しい固定された周期である。この発明はまた、電源の電圧と、そこに接続された負荷を介して流れる電流とに比例する信号の積を生成すべき電力測定方法において使われるためのゼロ電圧およびゼロ電流に対応する基準周期値を発生する方法であって、電力測定方法は、前記電源電圧に比例する第１の信号を引出すステップと、前記負荷の電流に比例する第２の信号を引出すステップと、前記第１および第２の信号で２つの定周波数搬送波信号の周期を変調し、それぞれ第３および第４の信号を生成するステップと、第３および第４の信号をゼロ電圧およびゼロ電流に対応する基準周期に対して正規化するステップと、２つの正規化された第３および第４の信号を乗算し、電源に接続された負荷によって吸収される電力に比例する積信号を形成するステップとを含み、ここで、前記第３および第４の信号のうち少なくとも１つの周期は各々平均され、平均値は前述のように、基準周期値のゼロ電圧基準信号およびゼロ電流基準信号として用いられる、方法に関する。この発明はまた、前述の第３および第４の信号を処理するための装置であって、１．第３および第４の信号の平均周期の何倍もの周期を有するクロックパルス信号を生成するためのクロックパルス発生器と、２．クロックパルスが連続的に供給される２つのカウンタと、３．各カウンタの値を獲得するための回路手段と、４．前記第３および第４の信号に応答して、前記第３および第４の信号にそれぞれ現れるパルスの各々の初めにカウンタの値を獲得するよう獲得手段を制御するための回路手段と、５．獲得された値の各々を記憶するための手段と、６．新しく獲得された値が記憶手段に挿入される前に、新しく獲得された値から記憶されている獲得された値を減算して第３および第４の差信号を形成するための手段と、７．前記第３および第４の信号の平均周期を引出すための手段と、８．２つの差信号から前記平均の値を減算し、第５および第６の信号を形成するための回路手段と、９．前記第５および第６の信号を受け、前記電源に接続された負荷によって吸収される電力に対応する出力信号を生成するカドラチュア乗算手段と、１０．第３および第４の信号をある期間にわたって平均し、装置のための自動的なゼロ電力校正を提供するための回路手段とを含む、装置に関する。好ましくは、マイクロプロセッサは第５および第６の信号の乗算を行なうために用いられ、プロセッサはそこから、皮相電力だけでなく、皮相瞬時電力、実エネルギ、実電力、ならびに、負荷に供給される無効エネルギおよび無効電力をも計算するようプログラムされる。この発明を実施する電力測定装置は単相または多相の電源測定に等しく適用可能である。単相測定に必要なのは１つのラインにおいて電流を測定することだけであるが、多相電源には各位相において少なくとも電流を、そしてもし適切であれば、各位相に関連する電圧を測定することが、多相電源のための全電力信号を生成するために合計しなければならない３つの電力信号を生成するためにもちろん必要である。前述のような装置はいずれも、コイン不要の機構またはカードリーダと組合されて、電気料の前納に用いることができる。同様に、前述のような装置はいずれも、何らかの遠隔技術の方法または電源線信号変調技術によって、メータの遠隔読出および遠隔制御のための手段に組合せ可能であり、メータはしたがって、メータに送信されるデータをデコードするため、また、たとえばメータによって測定された累積した電力に関連して、メータに含まれたレジスタからのデータの送信のために搬送波を適切に変調するための受信機および／または送信機手段を含んでもよい。前述のような装置のいずれもがメータから負荷への電流の供給を遮断するためのスイッチ手段を含んでもよい。スイッチ手段は遠隔測定（たとえば電源線信号送信）によって遠隔的に制御可能である。受信機手段が前記遠隔制御に含まれる場合、受信機は適切なコマンド信号の受信およびデコードに応答して、スイッチ手段をオンまたはオフに動作するための制御信号を発生するようにされるであろう。スイッチ手段の局部動作のための方策が取られてもよい。前述のような装置のいずれもか、メータによって測定された、累積された電力をアルファベット数字式の文字で表示するためのＬＣＤ表示装置などのような表示手段を含んでもよい。電圧から周期への変換は、周期Ｐ（Ｐは発振電流電源の周波数より著しく小さい）のパルスを生成するよう設定された自走発振器の周期を制御することで達成され、こうして、電源の瞬間的な電圧が１サイクルの間に、ゼロから正のピークまで増加し、次にゼロを経て負のピークまで減少し、再びゼロに戻ると、パルス間のパルス周期がゼロ電圧の周期から負の最大値まで減少し、次に増加して正の最大値に届くまで減少し続け、その後、各サイクルの最後にゼロ電圧のパルス周期へ再び減少する。電源電圧の極性（または、発振器のパルス周期制御端子に与えられる電源電圧の割合）を逆転することで、周期は各サイクルの間、逆の向きに変更可能であり、まず（電源電圧が増加すると）増加し、次に（電源電圧が衰えて極性を逆転すると）減少し、最後に、電源電圧がもう一度ゼロに向かって増加すると再び増加してサイクルを完了する。その弛緩周期が２本のピンの間の電位差によって少なくとも一部分制御される集積回路タイミング装置が用いられてもよい。このような装置はタイプ５５０タイマを含む。このような装置のパルス間の平均周期（すなわち、ゼロ電圧が前記２本のピンの間に現れるとき）は外部のコンポーネントによって決定され、電源周期が５０Ｈｚであれば０．５ミリ秒の典型的な平均周期が用いられる。この発明は次に添付の図面を参照して例によって説明されるであろう。図１は、電力測定メータの単純化された回路ブロック図である。図２は、図１で用いられたプロセッサを構成する素子の回路ブロック図であり、この発明によって必要とされる付加的なカウンタおよびラッチを示す。図３は、図１の電圧−周期変換器および電流−周期変換器の回路ブロック図を含む。図４は、電圧から周期への回路、および電流から周期への回路からプロセッサのオプトアイソレーションが必要とされない、図１に基づいたメータの単純化された形状を例示する。図５は、２つ以上のメータが同時校正のためにいわゆる準標準的なメータにどのように接続され得るかを例示する。図６は、保護ハウジング内にある、カードで制御されたメータを例示する。図７は、フロントハウジングカバーおよびカードリーダが取外されたメータの内部の斜視図である。図８は、一方の側面からのカードリーダの斜視図である。図９は、他方の側面からのカードリーダの同様の図である。図１０は、コンタクタおよび電流シャントを示すためにｐｃｂおよびカードリーダが取外された、メータハウジングの後部の斜視図である。図１を参照すると、幹線電源の瞬間電位は家庭電源の活線３および中性線１１の間で測定される。電圧は、電位変動の極性および振幅に依存して周期が上またはＦに変調される、おおよそ０．５ミリ秒の自走周期を有する、電圧−周期変換器５によってパルス列に変換される。典型的には、基本周期は電源電圧波形信号によって変調され、プラスまたはマイナス０．０５ミリ秒の偏移を有する、周期変調された信号を生成する。偏移は波形の瞬間電位に比例する。電圧−周期変換器５によって生成されたパルス列は、オプトアイソレータ７を介してプロセッサ８の入力１に結合される。流れる瞬間電流は、消費者への供給源である活線３と直列に接続されたシャント抵抗器２で生じる電位を測定することによって測定される。この電圧は、これもまた、おおよそ０．５ミリ秒の周期で動作する自走発振器を有する、電圧−周期変換器４によってパルス列に変換される。この基本周期は電源電流波形信号によって変調され、フルスケールでプラスまたはマイナス０．０５ミリ秒の偏移を有する周波数変調された信号を生成する。偏移は消費者へ流れる瞬間電流に比例し、パルス列はオプトアイソレータ６を介してプロセッサ８の第２の入力に結合される。プロセッサ８は表示装置１０６（典型的に液晶表示装置）を駆動するための信号を提供し、通常動作では、（図２を参照してより詳細に説明されるように）メータによって測定される電力単位の累積された数値を示す。同様に、コンタクタ１０８はプロセッサからの出力信号によって制御され得る。コンタクタは好ましくは、はねまたは永久磁石またはその両方によって、その最後に切換えられた状態に保持される、パルスで動作される装置である。コンタクタが必要とされるのは、コインまたはカードで制御されるメータ、または電源線変調によって電力供給機関から遠隔的に制御されるメータ等で、消費者／負荷への電源のオン／オフ制御が必要な場合のみである。受信機または送信機／受信機１１２に信号を出す電源線が設けられている場合には、これはプロセッサのための制御信号を提供し、また、たとえば、メータまたはリレイにおける故障状態を機関に示すためには、測定された電力の累積された値を供給機関へ送信するためにプロセッサからのデータを受信する。カードリーダ１１４は同様にプロセッサからの信号によって制御可能であり、これはプロセッサへの信号入力となる電気信号を生成する。こうして、プロセッサはカードリーダが、読出された後でカード上のデータを取消し、挿入された前納式カードから読出されたデータを受信してカードを確認し、次のカードの挿入を求める前にあといくつの単位が許容されるかをプロセッサに示すことを可能にする信号を生成する。電圧／電流−周期変換器回路４および５と、オプトアイソレータの駆動素子とのためのＤＣ電力は、ダイオード１１６および蓄積／平滑コンデンサ１１８からなる半波整流回路から引出される。典型的には、ＤＣ電圧要求は数ボルト、たとえば５−１５ボルトのオーダであり、ａｃ電源電圧が通常は２４０ボルトＲＭＳなどであろうことから、変圧器１２４の１次巻線１２２のタップ１２０は、整流回路１１６／１１８への入力として必要とされる低いａｃ電圧を提供可能である。（ユーザアクセス可能なポートがメートに備えられている場合には必須であるように）プロセッサの分離が必要である場合、プロセッサ（さらに当てはまる場合には、表示装置、カードリーダ、電源線通信受信機／送信機、コンタクタなど）のためのｄｃ電力は、変圧器１２４の２次巻線１２６から供給されてダイオード１２８および平滑／蓄積コンデンサ１３０を含む第２の整流回路から引出される。プロセッサは図２のあらゆる機能を行なうことが可能である集積回路、または集合的に前記機能を行なうことが可能である一連の装置であってもよい。電圧および電流の値を獲得するために、プロセッサはパルス間の時間を測定しなければならない。図示されている例では、これは電流および電圧の両方について同じ方法によって達成されており、図２を参照して説明されるであろう。簡略化するため、プロセッサは単一の集積回路、すなわち特注のマイクロプロセッサチップであると仮定する。これもまた簡略化のため、図２の特注の装置の制御（中央処理）素子は図示されず、それと個々の処理素子との間の信号経路が図２には示されない。１６ビットカウンタ４０は、５ＭＨｚで動く、水晶制御発振器１２によって連続的にクロックされる。カウンタの出力は２つの１６ビットのラッチ１４および１５の入力に並列に接続される。ラッチ１４は電圧に関連し、ラッチ１５は電流に関連する。それぞれのラッチのクロック入力にはそれぞれライン９および１０のパルス列が与えられる。ライン１０のパルスの正の端縁で、カウンタ４０の値はラッチ１４に記憶される。パルス間の周期を示す数を獲得するために、先のカウントの値が新しくカウントされた値から減算器２０において減算される。これは項目２１において値ＰＥＲｖを生成する。長期的な誤差の影響に対処するために、項目１３、１６、１７、１８、１９、２２、および３４は信号３８の平均値をゼロに維持するよう機能する。信号３８の継続的な値は１３に累積される。累積された値は２０ミリ秒の時間軸３４によってラッチ１６へラッチされる。次に、このラッチされた値は１３に新しく累積された値と１７で比較され、この比較の結果は加算／減算素子１８へ与えられる。１８はこの値をラッチ１９に記憶された値に（から）加算する（減算する）。１８の結果はラッチ１９へ送られる。この過程は連続的であるが、ラッチ１９に保持された値が２０ミリ秒の時間軸３４によって更新されるにすぎない。次に、この平均電圧に関連する周期は２２によって瞬間電圧に関連する周期から減算され、瞬間電圧に比例する出力数値３８で与える。第２のチャネルはライン９に沿う電流を示す信号を受け、信号３８が電圧に対応して生成されたのと全く同じ方法で、瞬間電流に比例する値３９を生成する。電流値チャネルは電圧チャネルと同様の配置を有し、電流に関連する周期の平均値を生成するが、典型的には、これは、製造中に一度校正の間に行なわれるにすぎない。関係のある項目は３５内に含まれる。平均またはベース電流に関連した周期値は、使用中に起こる瞬間電流周波数の値から減算され、信号３９として供給される瞬間電流に比例する周期値を与える。２つの信号３８および３９は４カドラント乗算器２６への入力である。これら２つの信号は非同期であるので、乗算は、たとえば５００マイクロ秒だけずれた規則正しい時間間隔で生じるようにされる。適当なタイミングまたは割込回路２７は乗算器のために必要な制御信号を生成する。後者は各瞬間に３８および３９に存在する入力信号を用い、次に、結果の各々は、消費された電力の総計を保持する累算器２８にわたされる。累算器における運転合計は比較器２９で、１キロワット時の１／１０００と均等な、レジスタ３０からの数と比較される。この値を達成するか、または、それを超えると、電流パルスが発生されてキロワット時レジスタ３３を１だけ増分し、所望であれば、フロントパネルの発光ダイオード（ＬＥＤ）３７が光るようにトリガされ得る。３０における値はまた、カウントパルスの発生に応答してレジスタ（累算器）２８から減算される。レジスタ２８の値が３０からの値より大きければ、超過量はレジスタ２８に残り、レジスタにおいて新しく累積する値に向かってカウントされることに注意されたい。これは、測定技術の正確さを著しく改良する。なぜなら、乗算器２６によって計算された電力信号のいずれの部分もこのように失われず、また、累算器レジスタ２８に残されたオーバフロー量が（実際に）無視されたとすれば、長い間にはキロワット時レジスタ３３における不足は相当な量になるからである。１キロワット時の１／１０００を示すために用いられる数は、標準に対してのメータの校正を可能にするよう少なくとも最初は調整可能である。これは、製造中に、また必要であれば、その後に起こるいずれの改修の後でも、メータの校正のための方法を提供する。プロセッサ８は、１つ以上のプログラムまたは命令を記憶可能であり、適切な割込および／または入力信号に応答して、再生のためにプロセッサに図２を参照して説明された機能を行なわせるメモリ手段（図示せず）を含んでもよい。図３は、図１の電源電圧および負荷電流の瞬間値に対応する、２つの周期変調された信号を提供するための好ましい回路を例示する。いくつかのコンポーネントおよび接続は図１の素子と共通であり、この目的のために、同じ参照番号が用いられている。シャントは可能な最小の電位差ｖ₁を生じさせるべきである。この目的のために、タイプ５５５タイマ８８のピン５への供給のための大きい信号Ｖ₁を発生するために差動増幅器８６が用いられる。平均周期制御回路素子９０および９４はピン２および６に電位を供給し、充電／放電コンデンサ９４は（これもまたピン６に接続される）ピン２および活線の間に接続される。ピン３は、Ｐ₁出力信号を提供し、これは（図４に示されるように）プロセッサ８に直接的に、または、図１に示されるようにオプトアイソレータ６を介して供給される。第２の５５０タイマ９６は電源電圧−周期変換器５のベースを形成する。（LI VE線３およびNEUTRAL線１１の間の）電源電圧の小さい部分は、抵抗器８４および９８からなる電位分割器によって生成される。所望される小さい部分は抵抗器９８に現れる。この電位差は９６のピン１および３の間に現れる。上述のとおり、９６の動作の平均周波数は回路素子１００および１０４によって制御されており、典型的に、これらは５の周期が４の周期と同じにできるように調整可能にされてもよい（代わりに、またはさらに、素子９０または９４またはその両方が調整可能にされてもよい）。上述のとおり、Ｐ_v信号は５５５装置のピン３から引出され、（図４に示されるように）直接的に、または、図１に示されるようにオプトアイソレータ７を介してプロセッサ８の第２の入力へ供給される。図４は図表によって、表示装置と、電源の局部または遠隔ＯＮ／ＯＦＦ制御のためのコンタクタとを備えただけの、またはコンタクタも備えていない、（コイン不要の機構またはカードリーダのようなユーザアクセス可能なポートのない）簡単なメータにおいて、いかにオプトアイソレータの必要性が取除かれるかということを示すにすぎない。この目的のために、プロセッサ８はＬＩＶＥレール極性にあり、備えられるのであれば、表示装置１０６とコンタクタ１０８のアクチュエータコイルとも結果としてその極性にある。後者が備えられる場合、ＬＯＡＤ端子はコンタクト１１０を介して図４の端子Ａに接続される。コンタクト１１０は、ばねおよび／または永久磁石で支えられたコンタクタを利するものであって、それを開閉する動作のために必要なのは正および負のパルスのみである。コンタクタが必要とされない場合、負荷は端子Ａに直接接続される。校正は大抵、被検査メータによって測定された電力を、同じ期間にわたって同じ電圧および電流のパラメータを測定するよう設定された“標準メータ”によって測定された電力と比較することで行なわれる。いわゆる標準品質メータが理想的には用いられるが、実際には、標準品質を完全には満たさないメータが基準として用いられることもあり、このようなメータは通常、準標準的なメータと称される。このようなメータはＬａｎｄｉｓおよびＧｙｒによってコードＴＶＥ１０２／１のもとで生産されている。これらのメータは、メータが１キロワット時の１／５００，０００を測定するごとに電気パルスを送る。このようなパルスの各々は単位出力パルスと呼ばれる。図２を参照して説明されるように、（１キロワット時の１／１０００がいつメータによって記録されたかを決定すために）２８で記録されている累積された値と比較すべき数値は校正の目的のために調整され得る。この数値はレジスタ３０に保持される。被検査メータによって累積されるべきパルスは１／１０００キロワット時に対応するはずなので、分割器装置（図示せず）、典型的には５００：１の割合を提供するよう接続されたＣＭＯＳタイプＣＤ４５１０Ｂを含むインタフェース７４が備えられ、“標準”メータ５０から５００パルスが受取られるたびに１つの値がインタフェースによって送られる。レジスタ３０のための永続的な値は、光ポート３２を経てパルスをインタフェース７４からカウンタ４１へ与えることで達成される。カウンタ４１の値はライン４４のリセットパルスによって最初はゼロに設定される。このリセットパルスは、準標準的なメートまたは特別に発生されたリセットパルスからの連続したパルスのうち最初に届くものであろう。レジスタ累算器２８における増分する値もまた、ライン４４の同じリセットパルスによってゼロにリセットされる。（配置されているように）両メータが同じ電圧および電流を測定するよう設定されているならば、インタフェース７４およびポート３２を経て準標準的なメータから届くパルスはカウンタ４１を増分し、同様の方法で、図２を参照して説明されるように、レジスタ累算器２８の数値は被検査メータの電力測定回路の作用によって増分される。カウンタ４１は、Ｎ個のパルスがインタフェース７４から受取られると出力パルスを発生するように設定され、このトリガは分割器４２へ供給され、累算器レジスタ２８に累積された数値を値Ｎで分割し、レジスタ３０にラッチするための数値を生成する。分割ステップを簡略化し、準標準的なメータの出力を１つまたはそれ以上の被検査メータと比較するのに比較的長い時間を確保するために、Ｎの値は２５６であってもよい。この目的のために、２５７番目のパルスの到着は、ライン４５に沿って分割器命令パルスを発生するためのトリガとして働くように用いられ得る。しかしながら、数値Ｎは完全に任意であること、またレジスタ３０に挿入するためにＮによって分割した後にも正確な値を確保できるよう十分な単位出力パルスを確実に受取るのに十分大きければ、どのような値も選択され得るということが理解されるべきである。比較器レジスタ３０がラッチされた後、この比較器レジスタは好ましくは、メータの認められない再校正を防ぐためにいずれかの既知の方法で書込が禁止される。図５に示されるように、準標準的なメータ５０は電源５２のＬおよびＮ端子の間に接続可能であり、電流変圧器５４の２次側の端子６８、７０から電流を受取る。電流変圧器の２次側の１つの端子７０は準標準的なメータ５０のＬ端子に接続されており、あらゆるメータの電流測定回路を同じ電流が通過することを確かにするために、準標準的なメータのＬＯＡＤ端子５６は第１の被検査メータ５８のＬＩＶＥ端子６０に接続され、そのメータのＬＯＡＤ端子６２は次の被検査メータ６６のＬＩＶＥ端子６４に接続され、ＬＯＡＤ端子が負荷の端子６８に接続され、連鎖中の最後のメータまでこの接続は続く。図５において、検査中として示されているのはメータ２つのみなので、負荷端子６８に接続されるのは、第２のメータ６６のＬＯＡＤ端子７２である。単位出力パルスを準標準的なメータ５０から多数の被検査メータ５８および６６などに運ぶために、インタフェース装置７４のパルスは一連のＬＥＤ７６、７８などを駆動し、ＬＥＤがそれに同期して光るようにさせる。ＬＥＤ７６、７８などの各々を被検査メータの光通信ポート８０、８２のそれぞれと対向して位置決めすることにより、準標準的なメータ５０からの単位出力パルスから引出されたパルスは連鎖するあらゆるメータを校正するのに使用可能である。図１および２の組立てられたメータは図６において、ベースユニット１３２およびフロントカバー１３４を含む２部分のハウジング内に示される。フロントカバーはパネルまたは壁に装着されるように適合され、表示装置１０６が可視である観察窓１３６を有するパネルを含む。カードリーダ１０６のスロットは１３８で図示されており、ＬＥＤ１４６および感光性トランジスタ１４８を含む光通信ポート１４４によって適切な命令が入力された後に、指で操作可能な制御ボタン１４０および１４２によりメータをプログラムすることができる。単位出力パルスが発生すると発光するＬＥＤ３７も窓１５０を通して可視である。フロントカバーおよびカードリーダを取外すと、図７に示されるようにメータの内部が見られる。ここで表示装置１０６は、光通信ポート１４４の受信機および送信機装置１４６、１４８と、図６におけるプレスパッド１４０および１４２によって操作可能なスイッチ１５２および１５４と、（図２の）ＬＥＤ３７とをも支える小さいｐｃｂ１５６上に装着されて示される。小さいｐｃｂ１５６は、中央処理チップ１６４および関連した電源およびバッファ回路素子と、オプトアイソレータと、５５５タイマ装置８８、９６と、差動増幅器８６ならびに関連した減結合および信号結合の経路および装置とが装着された主要なｐｃｂ１６２からの絶縁体１５８および１６０によって装着される。スロット１６６が設けられ、そこにカードリーダのボード側の端が入れられ、位置付けられる。ケーブル接続は、Ｌｉｖｅ、ＮｅｕｔｒａｌＩｎ、ＮｅｕｔｒａｌＯｕｔ、およびＬｏａｄ（すなわち、たとえば家庭電源の活性バスバー）を接続するために１６８、１７０、１７２、および１７４で提供される。図８および９は、一方の端でスロット１３８を規定し、一方の面に噛み合い駆動１８０によってカードを引入れかつ引出すようにされたＤＣモータ１７８を有し、他方の面に、カード（図示せず）の逆の移動の間、モータドライブの作用のもとでカード上の磁気ストライプに接触して、移動してカードに記憶された磁気データを消去する永久磁石１８４を保つ軸支アーム１８２を含む消去装置を有する、浅いボックスのような素子１７６を含むカードリーダを示す。これもまたボックス１７６の一方の面に装着された読出／書込ヘッド（図示せず）から、信号を受信し、かつ、そこへ信号を供給するための読出および書込制御回路も、ボックス１７６によって支えられる。図１０に示されるように、主要なｐｃｂ１６２の下方に、コンタクタの１つの端子１６７と、図７のケーブルコネクタ１６８などのうち１つとの間に接続された（図１の）シャント２自体を便宜上支えるコンタクタ１８６が設置される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ワトソン，デイビッド・アレクサンダーイギリス、シィ・ビィ・６１・キュー・エフケンブリッジシャー、エリィ、リトルポート、ステイション・ロード、39・エイ (72)発明者キング，ロジャー・ヘンリーイギリス、ピィ・イー・10 ０・エイチ・ティーリンカーンシャー、サルビィ・ニアー・ボーン、ノーソープ、ウッドサイド・イースト、70

Claims

【特許請求の範囲】１．交流電源電圧と、そこに接続された負荷を介して流れる交流電流との積に比例する出力信号を生成するようにされた電力測定方法であって、第１の信号が前記電源電圧に比例して引出され、第２の信号が前記負荷の電流に比例して引出されて、積信号が電力に対応してマイクロプロセッサにより生成でき、それぞれ前記第１および第２の信号を用いて２つの定周波数搬送波信号の周期を変調することで第３および第４の信号が生成され、前記第３および第４の信号は、乗算のためにマイクロプロセッサへ供給されて電力積出力信号を生成し、前記第３および第４の信号のうち少なくとも１つが信号処理手段によって平均され、ゼロ電圧またはゼロ電流または両方に対応する、少なくとも１つの基準値を提供する、方法。２．平均化は電圧に関連する信号（第３の信号）のみに適用される、請求項１に記載の電力測定方法。３．平均値は、電圧関連周期が変化する信号または電流関連周期が変化する信号のパルスを比較的長い期間にわたって累積し、累積された値を平均電圧（または電流）周期値に対応する基準値を制御するために用いることで獲得される、請求項１に記載の電力測定方法。４．周期変調された電圧に関連する信号の継続的な値が累積され、累積された値は周期的にラッチされ、ラッチされた値は比較器に与えられる、請求項１または２に記載の電力測定方法。５．第４の信号の平均値は基準となるようゼロに維持される、請求項１に記載の電力測定方法。６．先行する請求項のいずれかの方法を行なうための電力測定装置。７．電力測定装置であって、（ａ）測定シーケンスの間、電圧関連周期が変化する信号パルスを受信および累積するようにされた第１のパルスカウンタ手段と、（ｂ）測定シーケンスの初めで、パルスカウンタをプリセット値にリセットするための手段と、（ｃ）測定シーケンスの各々の持続期間を決定する（これによって、その間パルスが累積されるべきである交流電圧波形の周期Ｎの数を決定する）ためのタイミング手段と、（ｄ）測定シーケンスの終わりで、前記パルスカウンタから、累積されたパルスカウントをラッチするためのラッチング手段と、（ｅ）測定シーケンスの間、電流関連周期が変化する信号パルスを受信および累積するようにされた、さらなるパルスカウンタ手段と、（ｆ）測定シーケンスの初めで、前記さらなるパルスカウンタをプリセット値にリセットするための手段と、（ｇ）測定シーケンスの持続期間を決定する（これによって、その間パルスが累積されるべきである交流波形の周期Ｎの数を決定する）ためのさらなるタイミング手段と、（ｈ）測定シーケンスの終わりで、前記さらなるパルスカウンタから累積されたパルスカウントをラッチするためのさらなるラッチング手段とを含み、これによって、乗算のために、電圧と流れる電流とに比例する信号を獲得し、電力信号を生成する、装置。８．メータが動作している間、前記第１のパルスカウンタは連続的に動作するようにされた、請求項７に記載の電力測定装置。９．前記さらなるカウンタは一度だけ動作され、一度限りの測定シーケンスの終わりの電流値はゼロ電流に対応する基準周期値として使われるためにメータ内に記憶される、請求項７に記載の電力測定装置。１０．前記付加的なカウンタおよび前記さらなるカウンタ、ならびに関係のあるタイマおよびラッチを含む、請求項６に記載の電力測定装置。１１．前記第３および第４の信号は電気信号分離装置を介してマイクロプロセッサへ送信される、先行する請求項６から１０のいずれか１つに記載の電力測定装置。１２．第３および第４の周期が変化する信号を処理して電力信号を獲得するために、（ｉ）前記第３および第４の信号の平均周期より著しく小さい周期を有する定周波数クロック信号を発生するステップと、（ii）前記クロックのパルスを２つのカウンタに連続的に入れるステップと、（iii）前記第３の信号を構成するパルスの各々の初めに一方のカウンタの値を獲得し、同様に、前記第４の信号を構成するパルスの各々の初めに他方のカウンタの値を獲得するステップと、（iv）各カウンタから引出された、新しく獲得された値から先に獲得された値を減算し、第３および第４の差信号を形成するステップと、（ｖ）第３および第４の差信号から、それぞれ前記第３および第４の信号の各々の平均周期に等しい周期を減算し、第５および第６の信号を形成するステップと、（vi）第５および第６の信号をカドラチュア乗算装置に供給し、その出力を電力信号として供給するステップとを含む、請求項１に記載の電力測定方法。１３．電源の電圧と、そこに接続された負荷を介して流れる電流とに比例する信号の積を生成すべき電力測定方法において使われるためのゼロ電圧およびゼロ電流に対応する基準周期値を発生する方法であって、電力測定方法は、前記電源電圧に比例する第１の信号を引出すステップと、前記負荷の電流に比例する第２の信号を引出すステップと、前記第１および第２の信号で２つの定周波数搬送波信号の周期を変調し、それぞれ第３および第４の信号を生成するステップと、第３および第４の信号をゼロ電圧およびゼロ電流に対応する基準周期に対して正規化するステップと、２つの正規化された第３および第４の信号を乗算し、電源に接続された負荷によって吸収される電力に比例する積信号を形成するステップとを含み、前記第３および第４の信号のうち少なくとも１つの周期は各々平均され、平均値は前述のように、ゼロ電圧基準信号およびゼロ電流基準信号に対応する基準周期値として用いられる、方法。１４．請求項１３に記載の第３および第４の信号を処理するための電力測定装置であって、（ｉ）第３および第４の信号の平均周期より著しく大きい周期を有するクロックパルス信号を生成するためのクロックパルス発生器と、（ii）装置が機能している間、クロックパルスが連続的に供給される２つのカウンタと、（iii）各カウンタの値を獲得するようにされた回路手段と、（iv）前記第３および第４の信号に応答して、前記第３および第４の信号にそれぞれ現れるパルスの各々の初めにカウンタの値を獲得するよう獲得手段を制御するためのさらなる回路手段と、（ｖ）獲得された値の対の各々を記憶するための信号記憶手段と、（vi）新しく獲得された値が記憶手段に挿入される前に、適切な新しく獲得された値から記憶されている獲得された値の各々を減算して第３および第４の差信号を形成するための信号値減算回路手段と、（vi）前記第３および第４の信号の平均周期を引出すための手段と、（viii）２つの差信号から前記平均の値を減算し、第５および第６の信号を形成するためのさらなる減算回路手段と、（ix）前記第５および第６の信号を受け、前記電源に接続された負荷によって吸収される電力に対応する出力信号を生成するカドラチュア乗算手段と、（ｘ）第３および第４の信号をある期間にわたって平均し、装置のための自動的なゼロ電力校正を提供するための平均値形成回路手段とを含む、請求項１３に記載の装置。１５．電流の流れに割込むための機構に組合され、コインまたはトークンの機構内への挿入、または、機構内のカードリーダへ機械が読出可能なカードを挿入することにより読出または引出されたデータに応答して、流れを許すよう操作可能であり、負荷に供給された電力の量が測定された後に割込まれたモードに戻る、請求項６から１２または１４のいずれかに記載の電力測定装置。１６．遠隔測定または電源線信号変調によってメータの遠隔読出および遠隔制御のための手段に組合せられた、請求項６から１２または１４または１５のいずれかに記載の電力測定装置。１７．メータを通過する電流の流れに割込むためのスイッチ手段を含む、請求項１６に記載の電力測定装置。１８．電圧から周期への変換のステップは、周期Ｐ（Ｐは発振電流電源の周波数より著しく小さい）のパルスを生成するよう設定された自走発振器の周期を、電源の瞬間電圧が１サイクルの間に、ゼロから正のピークまで増加し、次にゼロを経て負のピークまで減少し、再びゼロに戻ると、パルス間のパルス周期がゼロ電圧の周期から負の最大値まで減少し、次に増加して正の最大値に届くまで減少し続け、その後、各サイクルの最後にゼロ電圧のパルス周期へ再び減少するように制御することによって達成される、電力測定方法。１９．集積回路タイミング装置は装置の弛緩周期が２本のピンの間の電位差によって少なくとも一部分制御されるように用いられる、請求項１８に記載の方法を行なうための装置。２０．集積回路タイミング装置はタイプ５５５タイマである、請求項１９に記載の装置。２１．添付の図面を参照し、それに例示されるように、この明細書で説明されたとおり実質的に動作するよう組立てられ、配置され、適応された、電力を測定するための装置。２２．添付の図面を参照し、それに例示されるように、この明細書で実質的に説明される通りの、電力を測定するための方法。