FI90595B

FI90595B - Procedure and arrangement for measuring electrical power and / or electrical energy

Info

Publication number: FI90595B
Application number: FI896216A
Authority: FI
Inventors: Heikki Seppae
Original assignee: Valtion Teknillinen
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1993-11-15
Also published as: FI896216A; WO1991010146A1; FI90595C; EP0506728A1; FI896216A0; AU6917791A

Description

1 905951 90595

MENETELMÄ JA MITTAUSJÄRJESTELY SÄHKÖTEHON JA/TAI -ENERGIAN MITTAAMISEKSIMETHOD AND MEASUREMENT ARRANGEMENT FOR MEASUREMENT OF ELECTRICAL POWER AND / OR ENERGY

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 5 johdanto-osassa määritelty menetelmä sähkötehon ja/tai -energian mittaamiseksi.The invention relates to a method for measuring electrical power and / or energy as defined in the preamble of claim 1.

Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 7 johdanto-osassa määritelty mittausjärjestely sähkötehon ja/tai -energian mittaamiseksi.The invention also relates to a measuring arrangement as defined in the preamble of claim 7 for measuring electrical power and / or energy.

10 Ennestään tunnetaan elektronisia sähkösuurei den mittalaitteita, kuten jännite- ja virtamittareita, joissa mitattava sähkösuure muunnetaan analogia-digi-taali eli A/D-muuntimen avulla analogiamuodosta digitaaliseen ja ilmaistaan näytössä. Tällaisissa mitta-15 laitteissa A/D-muuntimelta edellytetään nopeutta ja tarkkuutta. Tästä seuraa, että A/D-muuntimen tulee olla korkealaatuinen ja se on kallis. Tämä nostaa huomattavasti mittalaitteen hintaa. Ongelmana on lisäksi se, että mittarin tarkkuus saattaa ajan myötä vaihdella. 20 Myöskään mittarin kuntoa ei automaattisesti valvota millään tavalla.10 Electronic measuring devices for electrical quantities, such as voltage and current meters, are already known, in which the measured electrical quantity is converted from analog to digital by means of an analog-to-digital or A / D converter and expressed on a display. In such measuring devices, speed and accuracy are required from the A / D converter. As a result, the A / D converter must be of high quality and expensive. This significantly increases the price of the measuring device. Another problem is that the accuracy of the meter may vary over time. 20 Also, the condition of the meter is not automatically monitored in any way.

Edelleen ennestään tunnetaan elektronisia sähkötehon mittauslaitteita, joissa mittausjännitteen avulla muutetaan pulssijonon korkeutta, kun taas mit-25 tausvirran avulla moduloidaan pulssien pituutta. Pulssijonon aikakeskiarvosta saadaan pätötehoon verrannollinen signaali.Furthermore, electronic electrical power measuring devices are already known, in which the height of the pulse train is changed by means of the measuring voltage, while the length of the pulses is modulated by means of the measuring current. The time average of the pulse train gives a signal proportional to the actual power.

- ' ' Edellä esitetty tehon mittausmenettely ei mahdollista loistehon, virtojen tai jännitteiden tehol-30 lisarvojen samanaikaista mittaamista. Loisteho mitataan yleensä erillisellä wattimittarilla käyttämällä keino-kytkentää.- '' The above power measurement procedure does not allow the simultaneous measurement of reactive power, currents or voltage power values. Reactive power is usually measured with a separate wattmeter using artificial switching.

. . Laboratorioissa on kehitetty tarkkoja digitaa- lisiä sähkötehon mittauslaitteita, joissa käytetään 35 A/D-muuntimia. Epäkohtana näissä mittauslaitteissa on, että esim. kolmivaiheisen sähkövirran mittauksessa tarvitaan kuitenkin 6 kappaletta nopeita ja tarkkoja 2 90595 A/D-muuntimia, jolloin laitteesta tulee erittäin kallis. Lisäksi nopean A/D-muuntimen käyttö edellyttää myös tehokasta mikroprosessoria mittaustiedon käsittelyä varten. On todettava, että sarjatuotannossakin täl-5 laisten mittalaitteiden tuotantokustannukset nousevat erittäin korkeiksi.. . Accurate digital electrical power measuring devices using 35 A / D converters have been developed in the laboratories. The disadvantage of these measuring devices is that, for example, in the measurement of three-phase electric current, however, 6 fast and accurate 2 90595 A / D converters are required, which makes the device very expensive. In addition, the use of a high-speed A / D converter also requires an efficient microprocessor for processing the measurement data. It should be noted that even in series production, the production costs of such measuring devices become very high.

Perinteisesti pätöteho ja energia mitataan sähkömekaanisilla wattimittareilla. Nykyisten wattimit-tareiden suurena heikkoutena on kalibroinnin kalleus; 10 ne sisältävät useita mekaanisia säätövastuksia tai säädettäviä jarrumagneetteja. Lisäksi ajan myötä näiden mittarien mittaustarkkuus heikkenee.Traditionally, actual power and energy are measured with electromechanical wattmeters. A major weakness of current wattimit tare is the high cost of calibration; 10 they include several mechanical adjusting resistors or adjustable brake magnets. In addition, the measurement accuracy of these meters decreases over time.

Keksinnön tarkoituksena on mm poistaa edellä mainitut epäkohdat. Keksinnön tarkoituksena on myös 15 tuoda julki uusi parannettu menetelmä ja mittausjärjestely sähkösuureen mittaamiseksi.The object of the invention is, among other things, to eliminate the above-mentioned drawbacks. It is also an object of the invention to provide a new improved method and measurement arrangement for measuring electrical quantity.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.The method according to the invention is characterized by what is stated in claim 1.

Keksinnön mukaiselle mittausjärjestelylle on 20 tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 7 .The measuring arrangement according to the invention is characterized by what is stated in claim 7.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä sähkötehon ja/tai -energian mittaamiseksi, jännite- ja virtasig-naalit mitataan ja niiden perusteella lasketaan vastaa-25 va sähköteho ja/tai -energia, virtasignaali muutetaan siihen verrannolliseksi toiseksi jännitesignaaliksi; mitattavaan ensimmäiseen jännitesignaaliin ja virtasig-naaliin verrannolliseen toiseen jännitesignaaliin summataan tasajännitesignaali, jonka arvoa muutetaan jak-30 soittaisesti, ja johon ensimmäiseen jännitesignaaliin tasajännitesignaali suoraan summataan, kun taas toiseen jännitesignaaliin se summataan vaimennettuna? toisen jännitesignaalin ja vaimennetun tasajännitesignaalin summasignaali vahvistetaan siten, että vahvistuksen ja 35 edellä mainitun tasajännitesignaalin vaimennuksen tulo on vakio, edullisesti likipitäen yksi; ensimmäinen jännitesignaali ja toinen edellä esitetyllä tavalla 3 90595 käsitelty jännitesignaali muunnetaan analogiamuodosta digitaaliseen muotoon siten, että yhden jännitesignaa-lin muuntamisen aikana toisen jännitesignaalin arvo pidetään muuttumattomana, jonka jälkeen tämä jännite-5 signaali muunnetaan; ja digitaaliset jännitesignaalit syötetään tietojenkäsittely-yksikköön, jossa teho-ja/tai energia-arvot lasketaan sinänsä tunnetulla tavalla ja ilmaistaan ja/tai tallennetaan muistiin jatkokäsittelyä varten.In the method according to the invention for measuring electrical power and / or energy, the voltage and current signals are measured and on the basis of them the corresponding electrical power and / or energy is calculated, the current signal is converted into a second voltage signal proportional thereto; to a second voltage signal proportional to the first voltage signal to be measured and a second voltage signal proportional to the current signal, a DC voltage signal is added, the value of which is changed periodically, and to which first DC signal is the DC voltage signal directly summed, and to the second voltage signal it is attenuated? the sum signal of the second voltage signal and the attenuated DC signal is amplified so that the product of the gain and the attenuation of the above-mentioned DC signal is constant, preferably approximately one; the first voltage signal and the second voltage signal processed as described above 3 90595 are converted from analog to digital so that during the conversion of one voltage signal, the value of the second voltage signal is kept unchanged, after which this voltage-5 signal is converted; and the digital voltage signals are fed to a data processing unit, where the power and / or energy values are calculated in a manner known per se and expressed and / or stored in a memory for further processing.

10 Menetelmän eräässä sovellutuksessa vaimennuk sen ja vahvistuksen tulo (ab) määritetään ennen varsinaisia mittauksia erilaisilla virtasignaalin voimakkuuksilla ja tallennetaan muistiin; ja vaimennuksen ja vahvistuksen tulo säädetään mitattavan virtasignaalin 15 suuruuden mukaan siten, että se on vakio, edullisesti likipitäen yksi.10 In one embodiment of the method, the attenuation and gain input (ab) is determined before the actual measurements at different current signal strengths and stored in memory; and the attenuation and gain input are adjusted according to the magnitude of the current signal 15 to be measured so as to be constant, preferably approximately one.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa tasajänni-tesignaali, jonka arvoa muutetaan jaksoittaisesti kahden tasajännitteen välillä, summataan mitattavaan en-20 simmäiseen ja toiseen jännitesignaaliin.In one embodiment of the method, the DC voltage signal, the value of which is periodically changed between two DC voltages, is summed into the first and second voltage signals to be measured.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa tasajänni-tesignaalin, jonka arvoa muutetaan jaksoittaisesti, todelliset jännitearvot ja/tai niiden erotus tallennetaan muistiin ennen varsinaista mittausta, mainittujen 25 todellisten jännitearvojen erotus mitataan, ja mitattua tasa jännite-erotusta ja todellista tallennettua jännite-erotusta verrataan ja tämän perusteella päätellään mittausmenettelyn luotettavuus.In one embodiment of the method, the actual voltage values and / or their difference of the DC voltage signal whose value is periodically changed are stored in a memory before the actual measurement, the difference of said actual voltage values is measured, and the measured DC voltage difference and the actual stored voltage difference are compared and determined. reliability.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa sähkösuu-30 reen näytteenotto tahdistetaan mitattavan vaihtosäh-kösuureen taajuuteen ja siihen summattavan tasajännitesignaalin tasajännitteiden vaihtelutaajuuteen; tasa-jännitesignaalin vaihtelutaajuuden puolijakson aikana otettujen sähkösuurenäytteiden keskiarvo lasketaan; ja 35 keskiarvo edustaa mittausarvoa, joka ilmaistaan ja/tai tallennetaan jatkokäsittelyä varten.In one embodiment of the method, the sampling of the electric heater is synchronized to the frequency of the AC variable to be measured and to the frequency fluctuation of the DC voltages of the DC voltage signal summed therein; calculating the average of the electrical samples taken during the half-cycle of the DC voltage signal; and the mean represents a measurement value that is expressed and / or stored for further processing.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa sellainen 4 90595 kohinasignaali, jonka tehollinen arvo on asetettu suuruusluokaltaan A/D-muuntimen erotuskyvyn mukaiseksi, summataan kuhunkin mitattavaan jännitesignaaliin.In one embodiment of the method, a noise signal of 4,90595, the rms value of which is set in order of magnitude according to the resolution of the A / D converter, is summed for each voltage signal to be measured.

Keksinnön mukaiseen mittausjärjestelyyn sähkö-5 tehon ja/tai -energian mittaamiseksi kuuluu välineet näytteiden peräkkäiseksi ottamiseksi mitattavasta säh-kösignaalista; A/D-muunnin näytteiden muuntamiseksi analogisesta muodosta digitaaliseen; ja välineet mittauksen suorittamisen ohjaamiseksi, tulosten laskemi-10 seksi ja ilmaisemiseksi. Keksinnön mukaisesti mittausjärjestelyyn kuuluu sovitin mitattavan virtasignaalin muuttamiseksi toiseksi jännitesignaaliksi, tasajännitelähde, josta saadaan ainakin kaksi tasajännitesignaa-lia, kytkentäelin, kaksi summauselintä, joiden avulla 15 mitattavat ensimmäinen ja toinen jännitesignaali summataan kytkentäelimen kautta tasajännitelähteen jännitesignaaliin, vaimennin, jonka kautta tasajännitelähteen jännitesignaali siirretään toisen jännitesignaalin summausyksikölle, vahvistin, johon summatut toinen 20 jännitesignaali ja tasajännitelähteen jännitesignaali syötetään ja josta ne edelleen syötetään valitsimeen, A/D-muuntimeen ja tehon/energian laskentavälineisiin, jossa järjestelyssä vaimentimen ja vahvistimen vaimennuksen ja vahvistuksen tulo on vakio, edullisesti liki-25 pitäen 1.The measuring arrangement according to the invention for measuring electrical power and / or energy comprises means for sequentially taking samples of the electrical signal to be measured; An A / D converter for converting samples from analog to digital; and means for controlling the performance of the measurement, calculating and expressing the results. According to the invention, the measuring arrangement comprises an adapter for converting the current signal to be measured into a second voltage signal, a DC source providing at least two DC signals, a switching means, two summing means for summing the first and second voltage signals to be measured , an amplifier into which the summed second voltage signal 20 and the voltage signal of the DC voltage source are input and further input to a selector, A / D converter and power / energy calculating means, wherein the attenuation and gain input of the attenuator and amplifier are constant, preferably close to 25.

Mittausjärjestelyyn kuuluu eräässä sovellutuksessa ainakin yksi tasajännitelähde, josta saadaan joukko vertailujännitteitä, muistiyksikkö, johon vertailu jännitteiden todelliset jännitearvot on tallennet-30 tu, valitsin, johon vertailujännitteet on yhdistetty ja johon myös mitattava jännitesignaali on yhdistetty, vertailuvälineet, joilla A/D-muuntimesta valitsimen kautta saatavia vertailujännitelähteiden mittausarvoja verrataan todellisiin muistiyksikköön tallennettuihin 35 vertailujännitteen arvoihin, jotka vertailuvälineet sisältävät edullisimmin muunnostaulukon, jonka perusteella mitattuja jännitesignaalien arvoja korjataan, 5 90595 muistiyksikkö, johon tallennetaan vertailuvälineiltä saatavat vertailujännitteiden todellisten arvojen ja mitattujen arvojen poikkeamat, sekä välineet mitattavan jännitesignaalin arvon korjaamiseksi, jossa jännitteen 5 A/D-muuntimelta saatua mittausarvoa korjataan ottaen huomioon A/D-muuntimen muunnospoikkeamat.In one embodiment, the measuring arrangement comprises at least one DC voltage source from which a plurality of reference voltages are obtained, a memory unit in which the actual voltage values of the reference voltages are stored, a selector to which the reference voltages are connected and the voltage signal to be measured are connected by means of an A / D converter via a selector the measured values of the reference voltage sources obtained are compared with the actual values of the 35 reference voltages stored in the memory unit, the reference means most preferably including a conversion table on the basis of which the measured voltage signal values are corrected; The measured value obtained from the A / D converter is corrected to take into account the conversion deviations of the A / D converter.

Mittausjärjestelyyn kuuluu eräässä sovellutuksessa tasajännitesignaalien muistiyksikkö, johon tasa-jännitelähteen todelliset arvot on tallennettu, ja 10 valvontayksikkö, jossa järjestelyssä summauselimen avulla mitattavaan jännitesuureeseen summataan tasajän-nitesignaali, jonka jännitearvo muutetaan kytkentäeli-mellä jaksoittaisesti tasajännitelähteen jännitteiden välillä ja joiden jännitteiden erotusta verrataan val-15 vontayksikössä muistiyksikköön tallennettuihin todellisiin arvoihin ja poikkeamat tallennetusta todellisesta arvosta ilmoitetaan.In one embodiment, the measuring arrangement comprises a DC signal memory unit in which the actual values of the DC voltage source are stored and a monitoring unit in which a DC voltage signal is added to a voltage variable the actual values stored in the memory unit and deviations from the actual value stored are reported.

Mittausjärjestelyn eräässä sovellutuksessa tasa jännitelähde on muodostettu jännitteen jakajasta, 20 jossa on joukko sarjaan kytkettyjä, edullisemmin identtisiä vastuksia ja näiden rinnalle on sovitettu tasa-jännitelähde. Identtisten vastusten etuna on, että tällöin vastukset tunnetaan eikä niitä tarvitse erikseen kalibroida.In one embodiment of the measuring arrangement, the DC voltage source is formed by a voltage divider with a series of resistors connected in series, more preferably identical, and a DC voltage source is arranged in parallel with these. The advantage of identical resistors is that in this case the resistors are known and do not need to be calibrated separately.

25 Mittausjärjestelyn eräässä sovellutuksessa toinen tasa jännitelähde on muodostettu mittausjärjestelyyn liittyvästä ensimmäisestä tasajännitelähteestä.25 In one embodiment of the measurement arrangement, the second DC voltage source is formed of a first DC voltage source associated with the measurement arrangement.

Mittausjärjestelyn eräässä sovellutuksessa mittausjärjestelyyn kuuluu kohinalähde, jonka kohina-30 signaalin tehollinen arvo on asetettu suuruusluokaltaan A/D-muuntimen erotuskyvyn mukaiseksi, ja summauselin kohinasignaalin summaamiseksi kuhunkin mitattavaan jännitesignaaliin.In one embodiment of the measuring arrangement, the measuring arrangement comprises a noise source having an effective value of the noise-30 signal set in order of magnitude according to the resolution of the A / D converter, and an summing means for summing the noise signal for each voltage signal to be measured.

Keksinnön ansiosta sähkösuureiden mittauksissa 35 voidaan käyttää suhteellisen epätarkkaa ja halpaa A/D-muunninta.Thanks to the invention, a relatively inaccurate and inexpensive A / D converter can be used for measuring electrical quantities 35.

Edelleen keksinnön ansiosta sähkösuureiden 6 90595 mittausjärjestelyissä voidaan käyttää yksinkertaisia mikroprosessoripalapiirejä, johon on integroitu A/D-muunnin.Furthermore, thanks to the invention, simple microprocessor chip circuits with an integrated A / D converter can be used in measuring arrangements for electrical quantities 6,90595.

Edelleen keksinnön ansiosta sähkösuureiden 5 mittauksessa järjestelyn toimintaa ja tulosten tarkkuutta voidaan valvoa.Furthermore, thanks to the invention, in the measurement of electrical quantities 5, the operation of the arrangement and the accuracy of the results can be monitored.

Lisäksi keksintö mahdollistaa monipuoliset sähkösuureiden mittausmahdollisuudet.In addition, the invention enables versatile possibilities for measuring electrical quantities.

Edelleen keksinnön ansiosta digitaalista mit-10 taustekniikkaa voidaan taloudellisesti soveltaa sähkö-suureiden mittaukseen.Furthermore, thanks to the invention, digital mit-10 background technology can be economically applied to the measurement of electrical quantities.

Lisäksi keksinnön ansiosta kotitalouksien ja muiden kulutuskohteiden sähkön kulutuksen mittauksessa voidaan siirtyä yksinkertaiseen, toimintavarmaan ja 15 taloudellisesti edulliseen digitaalitekniikkaan.In addition, the invention makes it possible to switch to simple, reliable and economically advantageous digital technology for measuring the electricity consumption of households and other consumption objects.

Edelleen keksinnön etuna on, että mittausjärjestelyt voidaan helposti kytkeä ulkopuolisiin laitteisiin.A further advantage of the invention is that the measuring arrangements can be easily connected to external devices.

Lisäksi keksinnön etuna on, että se mahdollis-20 taa taloudellisesti edulliset automaattiset kaukomit-taukset sähkön kulutuksessa.In addition, the invention has the advantage that it enables economically advantageous automatic remote measurements of electricity consumption.

Edelleen keksinnön etuna on, että sähkön kulutustietojen lisäksi voidaan järjestelmällä kerätä myöskin muita tarvittavia tietoja kulutuskohteista.A further advantage of the invention is that in addition to electricity consumption data, the system can also collect other necessary information about consumption targets.

25 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskoh taisesti viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaista mittausmenetelmää, jossa mitattavaan sähkösuureeseen summataan kohinaa; 30 kuva 2 esittää kaaviomaisesti toista keksinnön mukaista mittausmenetelmää, jossa käytetään hyväksi vertailujännitteitä; kuva 3 esittää havainnollisesti erästä A/D-muuntimen muunnosvastetta; 35 kuva 4 esittää kaaviomaisesti kolmatta keksinnön mukaista mittausmenetelmää, jossa mitattavaan sähkösuureeseen summataan tasajännitesignaali; 7 90595 kuva 5 esittää havainnollisesti jännitesignaalia, johon on summattu kahden tason välillä vaihteleva tasajänni-te; kuva 6 esittää kaaviomaisesti erästä keksinnön mukaista 5 mittausjärjestelyä sähkötehon mittaamiseksi; kuva 7 esittää lohko- ja piirikaaviona erästä keksinnön mukaista mittausjärjestelyä tehon mittaamiseksi kolmivaiheisessa sähköverkossa; ja kuva 8 esittää havainnollisesti näytteiden ottoa jänni-10 te- ja virtasignaaleista.In the following, the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 schematically shows a measurement method according to the invention, in which noise is summed to an electrical quantity to be measured; Fig. 2 schematically shows another measuring method according to the invention, in which reference voltages are utilized; Figure 3 illustrates a conversion response of an A / D converter; Fig. 4 schematically shows a third measurement method according to the invention, in which a direct voltage signal is summed to the electric quantity to be measured; 7 90595 Figure 5 illustrates a voltage signal summed with a DC voltage varying between two levels; Fig. 6 schematically shows a measuring arrangement 5 according to the invention for measuring electrical power; Figure 7 is a block and circuit diagram of a measuring arrangement according to the invention for measuring power in a three-phase electrical network; and Figure 8 illustrates sampling of voltage-10 te and current signals.

Kuvassa 1 on esitetty lohkokaavion muodossa mittausjärjestely vaihtovirtasuureen, kuten vaihtojännitteen V tai vaihtovirran I, mittaamiseksi. Mittausjärjestelyyn kuuluu näyttöönotto- ja pitopiiri 1, sum-15 main 2 ja A/D-muunnin 3. Vaihtosähkösuure V; I syötetään tulonavan A kautta sisään ja siitä otetaan sopivin välein näytteitä, joiden arvo pidetään vakiona piirillä 1, jonka jälkeen tähän signaaliin summataan kohinasig-naali Vn kohinalähteestä 3. Summasignaali syötetään 20 edelleen A/D-muuntimeen 4, jossa analoginen summasignaali muunnetaan digitaaliseksi. A/D-muuntimelta 4 signaali syötetään tietojenkäsittely-yksikköön 5, jonka yhteydessä olevaan muistiyksikköön 5a mittaustulokset voidaan tallentaa ja tarpeen vaatiessa jatkokäsitellä 25 ja/tai ilmaista järjestelyn ulkopuolella. Tulonavan A kautta syötetystä sähkösuureesta suoritetaan useita mittauksia, joiden keskiarvo lasketaan tietojenkäsittely-yksikössä 5 ja ilmaistaan mittaustuloksena.Figure 1 shows, in the form of a block diagram, a measuring arrangement for measuring an alternating current variable, such as alternating voltage V or alternating current I. The measurement arrangement includes a display and hold circuit 1, a sum-15 main 2 and an A / D converter 3. AC variable V; I is fed through the input terminal A and samples are taken at suitable intervals, the value of which is kept constant by the circuit 1, after which the noise signal Vn from the noise source 3 is summed to this signal. The sum signal is further fed to an A / D converter 4 where the analog sum signal is converted to digital. From the A / D converter 4, the signal is fed to a data processing unit 5, to which an associated memory unit 5a, the measurement results can be stored and, if necessary, further processed 25 and / or expressed outside the arrangement. Several measurements are made of the electrical quantity supplied via the input terminal A, the average of which is calculated in the data processing unit 5 and expressed as a measurement result.

Kuhunkin mittausarvoon on näin summattu ko-30 hinasignaali, joka kunkin mittausarvon kohdalla eroaa ajallisesti toisen mittausarvon kohinasignaalista eikä näin ollen korreloi sen kanssa. Samasta kohinalähteestä saadaan siis toisistaan riippumattomat kohinasignaalit, jotka summataan mittaussignaaliin. Kohinasignaali ei 35 keskimäärin muuta mittaustulosta, vaan sen keskiarvo on nolla. Mittaussignaalin tehollisarvoon kohinasignaali tuo vakiotekijän, joka voidaan laskennallisesti ottaa 8 90595 huomioon lopputuloksessa.A noise signal is thus summed for each measured value, which for each measured value differs in time from the noise signal of the other measured value and thus does not correlate with it. Thus, independent noise signals are obtained from the same noise source, which are summed to the measurement signal. The noise signal does not change the measurement result on average, but averages zero. In the rms value of the measurement signal, the noise signal introduces a constant factor which can be computationally taken into account in the final result.

Mittausjärjestelyn ensimmäisenä vaiheena voidaan käyttää edullisesti sovitinta 6. Tämän avulla mitattava sähkösuure sovitetaan suuruusluokaltaan sopi-5 vaksi mittausjärjestelyyn. Mikäli mitattava sähkösuure on virtasignaali, se muunnetaan edullisesti jännitesig-naaliksi V , jossa tapauksessa kohinasignaali on jänni-tesignaali.As the first step of the measuring arrangement, an adapter 6 can advantageously be used. By means of this, the electrical quantity to be measured is adapted to the measuring arrangement in order of magnitude. If the electrical quantity to be measured is a current signal, it is preferably converted into a voltage signal V, in which case the noise signal is a voltage signal.

Kohinasignaalin Vn tehollinen arvo asetetaan 10 edullisesti suuruusluokaltaan A/D-muuntimen 4 erotuskyvyn mukaiseksi. Tämä merkitsee sitä, että kohinaa lisätään summaelimen 2 kautta signaaliin siten, että sen tehollinen arvo on n. 1 bittiä A/D-muuntimesta katsottuna. Tämän menettelyn ansiosta A/D-muuntimelle 15 asetettuja vaatimuksia voidaan lieventää. Tällöin voidaan käyttää suhteellisen epätarkkaa muunninta, joka edullisimmin on vielä integroitu tietojenkäsittely-yksikköön, kuten mikroprosessoriin, yhdeksi yhteiseksi yksiköksi.The rms value of the noise signal Vn is preferably set in order of magnitude according to the resolution of the A / D converter 4. This means that noise is added to the signal via the summing element 2 so that its effective value is about 1 bit as seen from the A / D converter. Thanks to this procedure, the requirements for the A / D converter 15 can be relaxed. In this case, a relatively inaccurate converter can be used, which is most preferably still integrated in a data processing unit, such as a microprocessor, as one common unit.

20 Kuvassa 2 esitetään toinen keksinnön mukainen mittausjärjestely. Tässä tapauksessa mitattava sähkösuure V, I syötetään tulonavan A kautta sovittimeen 6 ja tästä edelleen jännitesignaalina V1 valitsimeen 7. Mittausjärjestelyyn kuuluu tasajännitelähde 8, josta 25 saadaan ulos joukko vertailu jännitteitä V : vrefll/ vren2' Vrefi3> ’ ’ ’' vrem (k= 1/2,3...). Vertailujännitteet V , joita tässä tapauksessa on viisi kappaletta, on yhdistetty valitsimen 7 tulonapoihin mitattavan jänni-tesignaalin νχ rinnalle. Valitsimen 7 lähtönäpä on 30 yhdistetty summaimeen 2, johon kohinajännitelähde 3 on myös yhdistetty. Summaimesta 2 summasignaali syötetään A/D-muuntimelle 4 ja edelleen tietojenkäsittely-yksikköön 5. Mittausjärjestelyn jälkiosa siis vastaa kuvan 1 mittausjärjestelyä.Figure 2 shows another measuring arrangement according to the invention. In this case, the measured electrical quantity V, I is fed via the input terminal A to the adapter 6 and then as a voltage signal V1 to the selector 7. The measuring arrangement includes a DC voltage source 8, from which a set of reference voltages V is output: vrefll / vren2 'Vrefi3>' '' vrem (k = 1 / 2.3 ...). The reference voltages V, which in this case are five, are connected to the input terminals of the selector 7 in parallel with the voltage-voltage signal νχ to be measured. The output terminal of the selector 7 is connected to an adder 2, to which the noise voltage source 3 is also connected. From the adder 2, the sum signal is fed to the A / D converter 4 and further to the data processing unit 5. The back part of the measurement arrangement thus corresponds to the measurement arrangement of Fig. 1.

35 Tasa jännitelähteen 8 vertailu jännitteiden Vreflk (k= 1, 2, 3...) todelliset arvot VtR (k= 1, 2, 3) on tallennettu tietojenkäsittely-yksikön 5 muistiin 5a.35 Comparison of equal voltage source 8 The actual values VtR (k = 1, 2, 3) of the voltages Vreflk (k = 1, 2, 3 ...) are stored in the memory 5a of the data processing unit 5.

9 90595 Tämä voidaan tehdä esim. mittausjärjestelyä kalibroitaessa. Valitsimen 7 avulla sen tulonapoihin yhdistettyjä vertailujännitteitä V luetaan sopivin aikavälein yhdessä varsinaisen mitattavan sähkösignaalin V kanssa.9 90595 This can be done, for example, when calibrating a measuring arrangement. By means of the selector 7, the reference voltages V connected to its input terminals are read at suitable intervals together with the actual electrical signal V to be measured.

5 Vertailu jännitteet V_eflk mitataan tällä tavalla aikavälein ja muunnetaan digitaaliseen muotoon A/D-muuntimel-la 4.5 The reference voltages V_eflk are measured in this way at time intervals and converted to digital form by the A / D converter la 4.

Vertailujännitteiden todellisia arvoja Vtk (k = 1, 2, 3,...) ja mitattuja arvoja Vreflk (k = 1, 2, 3,...) 10 verrataan keskenään. Mitattujen sähkösuureiden digitaalista arvoa korjataan ottaen huomioon vertailujännitteiden mitattujen arvojen ja todellisten arvojen väliset poikkeamat.The actual values of the reference voltages Vtk (k = 1, 2, 3, ...) and the measured values Vreflk (k = 1, 2, 3, ...) 10 are compared. The digital value of the measured electrical quantities is corrected to take into account the deviations between the measured values of the reference voltages and the actual values.

Mitattujen sähkösuureiden arvon korjaaminen 15 voidaan toteuttaa siten, että vertailujännitteiden todellisten arvojen Vtk (k = 1, 2, 3,...) ja mitattujen arvojen Vreflk (k = 1, 2, 3,...) perusteella muodostetaan A/D-muuntimelle muunnosvaste ja korjaamalla mitattuja sähkösuureita muunnosvasteen avulla. Tätä menettelyä on 20 havainnollistettu kuvan 3 avulla. Tässä kuvassa on esitetty Vt, Vrefl-koordinaatistossa vertailu jännitteiden * todellisten arvojen ja mitattujen arvojen vastaavuus.The correction of the value of the measured electrical quantities 15 can be implemented by forming an A / D- to the converter and correcting the measured electrical quantities using the conversion response. This procedure is illustrated by Figure 3. This figure shows the correspondence between the actual values of the reference voltages * and the measured values in the Vt, Vrefl coordinate system.

Mikäli nämä arvot vastaavat täysin toisiaan, on kysymys ideaalisesta tilanteesta. Tätä vastaa katkoviivalla 25 piirretty suora a. Todellisessa tilanteessa mitatut arvot Vre£lk poikkeavat ideaaliselta suoralta ja vastinpisteitä ai, a2, a3,..., ak (k= 1, 2, 3,...) voidaan yhdistää interpoloidulla käyrällä a’. Tätä käyrää voidaan pitää A/D-muuntimen muunnosvasteena. Muunnosvaste 30 voidaan taulukoida ja tallentaa tietojenkäsittely-yksikön 5 muistiin 5a. Muunnosvaste voidaan tarkistaa säännöllisesti ja siihen voidaan tehdä muutoksia, jos em mittausten perusteella siihen on aihetta.If these values correspond exactly to each other, it is an ideal situation. This corresponds to the line a drawn on the dashed line 25. The values Vre £ lk measured in the actual situation deviate from the ideal line and the points ai, a2, a3, ..., ak (k = 1, 2, 3, ...) can be connected by an interpolated curve a ' . This curve can be considered as the conversion response of the A / D converter. The conversion response 30 can be tabulated and stored in the memory 5a of the data processing unit 5. The conversion response may be reviewed regularly and changes may be made if justified by these measurements.

Mitatun sähkösuureen V, kuvassa 2 arvon kor-35 jääminen muunnosvasteen a' avulla tapahtuu periaatteessa siten, että mitatun arvon perusteella etsitään käyrältä tai taulukosta ideaaliseen vasteeseen a nähden 10 90595 korjattu arvo Vt, jota pidetään lopullisena mitattuna arvona mittausarvojen jatkokäsittelyssä. Kuvan 2 mukaisessa mittausjärjestelyssä A/D-muuntimen tarkkuutta on parannettu lukemalla säännöllisesti joukkoa ennalta 5 määrättyjä vertailujännitteitä V , (k = 1, 2, 3, ...).The value kor-35 of the measured electrical quantity V, in Fig. 2, is in principle determined by the transformation response a 'by looking for a corrected value Vt 90,90595 in the curve or table with respect to the ideal response a, which is considered the final measured value in further processing. In the measurement arrangement according to Figure 2, the accuracy of the A / D converter has been improved by regularly reading a set of 5 predetermined reference voltages V, (k = 1, 2, 3, ...).

Tasajännitelähde 8 voidaan toteuttaa esim. joukosta identtisiä vastuksia, jotka on kytketty sarjaan. Tasajännitelähde 8 on vuorostaan kytketty vastusten sarjakytkennän yli. Koska vastukset ovat samanlai-10 siä, niiden avulla saadaan rakennettua erittäin luotettava jännitteen jakaja, josta saadaan halutut vertailu-jännitteet Vrem (k = 1, 2, 3,...), jotka ovat yhtä suurien jännitevälien päässä toisistaan.The DC voltage source 8 can be implemented, for example, from a number of identical resistors connected in series. The DC voltage source 8 is in turn connected across the series connection of the resistors. Since the resistors are similar, they can be used to construct a very reliable voltage divider, from which the desired reference voltages Vrem (k = 1, 2, 3, ...) are obtained, which are equidistant from each other.

A/D-muuntimen 4 muunnosvaste tehdään edulli-15 simmin siten, että tasajännitelähteestä 8 saadut vertailu jännitteiden Vreilk (k = 1, 2, 3,...) arvot tallennetaan muistiin 5a käyttämällä rekursiivista keskiarvois-tamista. Uusi muunnosvaste muodostetaan näistä jänni-tearvoista säännöllisin välein. Näin toimimalla eli-20 minoidaan A/D-muuntimen 4 lämpötilan muutokset ja vanhenemisen vaikutus mittaustuloksiin. Jos muunnosvasteen kertoimet poikkeavat merkittävästi alkuperäisistä kertoimista, jotka mittausjärjestelyllä on saatu välittömästi sen kokoamisen jälkeen, voidaan olettaa A/D-muun-25 timen 4 tai joidenkin muiden mittausjärjestelmän osien olevan vikaantumassa ja voidaan suorittaa hälytys.The conversion response of the A / D converter 4 is preferably done so that the values of the reference voltages Vreilk (k = 1, 2, 3, ...) obtained from the DC voltage source 8 are stored in the memory 5a using recursive averaging. A new transform response is generated from these voltage values at regular intervals. By doing so, i.e.-20, the temperature changes of the A / D converter 4 and the effect of aging on the measurement results are minimized. If the conversion response coefficients differ significantly from the original coefficients obtained by the measuring arrangement immediately after its assembly, it may be assumed that the A / D converter 4 or some other parts of the measuring system are failing and an alarm may be issued.

Kuva 4 esittää kaaviomaisesti kolmatta keksinnön mukaista mittausjärjestelyä. Tähän järjestelyyn kuuluu toinen tasajännitelähde 9, kytkentäelin 10, 30 summauselin 11 ja valvontayksikkö, jona toimii yleensä tietojenkäsittely-yksikkö 5.Figure 4 schematically shows a third measuring arrangement according to the invention. This arrangement comprises a second DC voltage source 9, a switching element 10, 30 a summing element 11 and a monitoring unit, which is generally operated by a data processing unit 5.

Lisäksi tähän mittausjärjestelyyn kuuluu olennaisena osana kuvan 2 mukainen mittausjärjestely. Kuvan 4 mittausjärjestelyn vastaavista osista on käytetty 35 samoja viitenumerolta kuin kuvassa 2.In addition, an integral part of this measuring arrangement is the measuring arrangement according to Fig. 2. Of the corresponding parts of the measuring arrangement of Figure 4, 35 of the same reference numerals as in Figure 2 have been used.

Mitattava sähkösuure V syötetään sisään tulo-navan A kautta. Sähkösuureeseen V summataan summaelimen n 90595 11 kautta vertailujännite V2. Vertailujännite V2 saadaan toisesta tasajännitelähteestä 9, jossa on kaksi tasa-jännitelähtöä 9a, 9b, kytkentäelimen 10 kautta. Kytken-täelimellä 10 kytketään ennalta määrätyin aikavälein 5 tasajännitelähteen 9 tasajännitelähdöt 9a, 9b vuorotel len summaelimeen 11. Tällöin vertailujännitteen V2 arvoa muutetaan jännitetasojen Vref2: Vref21, Vref22 välillä. Kuvassa 5 on esitetty havainnollisesti summasignaali V1 V2. jossa mitattava sähkösuure νχ on vaihtojännite tai 10 -virtasignaali.The measured electrical quantity V is fed in via input terminal A. The reference voltage V2 is summed to the electrical quantity V via the summing element n 90595 11. The reference voltage V2 is obtained from a second DC voltage source 9 with two DC voltage outputs 9a, 9b via a switching element 10. With the switching element 10, the DC outputs 9a, 9b of the DC voltage source 9 are alternately connected to the summing element 11 at predetermined intervals. In this case, the value of the reference voltage V2 is changed between the voltage levels Vref2: Vref21, Vref22. Figure 5 illustrates the sum signal V1 V2. where the measured electrical quantity νχ is the AC voltage or 10 current signal.

Toisen tasajännitelähteen 9 jännitetasojen V , V todelliset arvot on tallennettu tietojen-The actual values of the voltage levels V, V of the second DC power supply 9 are stored in the data

reC21 ref22 JreC21 ref22 J

käsittely-yksikön 5 muistiin 5a. Tämä tehdään esim. mittausjärjestelyä testattaessa tai kalibroitaessa. 15 Vertailu jännitteen V2 tasa jännitetaso jen erotusta Vret2, -Vref2i tarkkaillaan tietojenkäsittely-yksiköllä 5 ja poikkeamat tallennetusta todellisesta jännitetasojen arvosta ilmoitetaan. Mahdolliset poikkeamat heijastavat järjestelmän osien, kuten valitsimien, vahvistimien ja 20 muuntimien kuntoa sekä tarkkuutta.to the memory 5a of the processing unit 5. This is done, for example, when testing or calibrating the measuring arrangement. 15 Comparison The difference between the voltage levels V2 of the voltage V2 Vret2, -Vref2i is monitored by the data processing unit 5 and deviations from the stored actual value of the voltage levels are reported. Any deviations reflect the condition and accuracy of system components such as selectors, amplifiers, and 20 converters.

Tasajännitelähteet 8 ja 9 voidaan yhdistää yhdeksi tasajännitelähteeksi 90, kuten katkoviivoin kuvassa 4 on havainnollisesti esitetty. Tämä tasajän-nitelähde voidaan muodostaa identtisistä vastuksista, 25 kuten edellä jo esitettiin, joiden napojen välille yhdistetään sopiva tasajännite Vref Vastukset muodostavat jännitteen jakajan, jonka eri väleistä saadaan joukko vertailujännitteitä. Näistä valitaan kaksi, jotka yhdistetään kytkentäelimeen 10 ja jotka edustavat 30 jännitteitä V ja V .The DC voltage sources 8 and 9 can be combined into a single DC voltage source 90, as illustrated by the dashed lines in Figure 4. This DC voltage source can be formed from identical resistors, as already described above, between the terminals of which a suitable DC voltage Vref is connected. The resistors form a voltage divider, from which different sets of reference voltages are obtained. Two of these are selected, which are connected to the switching element 10 and which represent 30 voltages V and V.

J re£21 J ref22J re £ 21 J ref22

Kuvassa 6 on esitetty keksinnön mukainen mittausjärjestely erityisesti sähkötehon ja/tai energian mittaamiseksi. Tähän mittausjärjestelyyn syötetään tulonapojen A ja B kautta jännitesignaali V ja virta-35 signaali I. Jännite- ja virtasignaali V, I johdetaan sovittimien 6a ja 6b kautta edelleen summauselimiin 11a, 11b vastaavasti. Virtasignaali I muutetaan sovit- 12 90595 timessa 6b jännitesignaaliksi V . Jännitesignaali V sovitetaan mittausjärjestelyyn sopivaksi jännitesignaaliksi V10 sovittimella 6a.Figure 6 shows a measuring arrangement according to the invention, in particular for measuring electrical power and / or energy. A voltage signal V and a current I signal 35 are fed to this measuring arrangement via the input terminals A and B. The voltage and current signal V, I are passed via the adapters 6a and 6b to the summing elements 11a, 11b, respectively. The current signal I is converted in the adapter 6b into a voltage signal V in the adapter 6b. The voltage signal V is adapted to a voltage signal V10 suitable for the measuring arrangement by the adapter 6a.

Mittausjärjestelyyn kuuluu edelleen tasajän-5 nitelähde 9 ja kytkentäelin 10 aivan kuten kuvan 4 mukaisessa mittausjärjestelyssä. Tasajännitelähteen 9 tasajännitelähdöt 9a, 9b on yhdistetty kytkentäelimen 10 tulonapoihin. Vertailujännite V2 saadaan tasajännitelähteestä 9 kytkentäelimen 10 kautta. Tasajänniteläh-10 teen 9 jännitelähdöt 9a, 9b, joiden kautta syötetään ulos jännitteet Vref21 ja Vra£22, kytketään vuorotellen ennalta määrätyin aikavälein kytkentäelimen 10 avulla tämän lähtönapaan. Vertailujännitteen V2 arvoa muutetaan tällöin jännitteiden V ,,,, V välillä.The measuring arrangement further comprises a DC voltage 5 connection source 9 and a switching member 10 just as in the measuring arrangement according to Fig. 4. The DC outputs 9a, 9b of the DC voltage source 9 are connected to the input terminals of the switching member 10. The reference voltage V2 is obtained from the DC voltage source 9 via the switching element 10. The voltage outputs 9a, 9b of the DC voltage transmitter 10, through which the voltages Vref21 and Vra £ 22 are output, are alternately connected at a predetermined time interval by the switching member 10 to its output terminal. The value of the reference voltage V2 is then changed between the voltages V ,,,, V.

15 Kytkentäelimen 10 lähtönäpä on kytketty ensim mäiseen summauselimeen 11a ja vaimentimen 13 kautta toiseen summaelimeen 11 b. Ensimmäiseltä summauselimel-tä 11a jännitesignaali V + V2 syötetään valitsimen 7 yhteen tulonapaan. Vaimentimesta 13 saadaan jännitesig-20 naali aV2, jossa a on vaimentimen vaimennuskerroin, joka on suuruudeltaan pienempi kuin 1. Toiselta summaelimel-tä 11b syötetään signaali V + aV2 vahvistimeen 14. Vahvistimen 14 vahvistuskerroin b on verrannollinen vaimentimen 13 vaimennuskertoimeen siten, että em ker-25 toimien tulo ab on ainakin likipitäen 1. Vahvistimelta 14 signaali bvu + V, syötetään näytteenotto- ja pito-piiriin 1 ja siitä edelleen valitsimen 7 yhteen tulonapaan .The output terminal of the switching member 10 is connected to the first summing member 11a and via the attenuator 13 to the second summing member 11b. From the first summing member 11a, the voltage signal V + V2 is applied to one input terminal of the selector 7. A voltage signal aV2 is obtained from the attenuator 13, where a is an attenuation factor of the attenuator of less than 1. A signal V + aV2 is fed from the second summing element 11b to the amplifier 14. The gain factor b of the amplifier 14 is proportional to the attenuation factor of the attenuator 13 such that The input ab of the 25 operations is at least approximately 1. From the amplifier 14, the signal bvu + V is applied to the sampling and holding circuit 1 and from there on to one of the input terminals of the selector 7.

Tasajännitelähde 8 on yhdistetty valitsimen 7 30 tulonapoihin aivan kuten kuvan 4 toteutusesimerkissä. Valitsimen 7 lähtönäpä on yhdistetty summaelimen 2 kautta edelleen näytteenotto- ja pitopiiriin 12. Summaelimeen 2 on yhdistetty kohinajännitelähde 3. Näyt-- teenotto- ja pitopiiriltä 12 valitsimen 7 kautta tule- 35 vat signaalit, joihin on summattu kohinajännitettä syötetään A/D-muuntimelle 4 ja sieltä edelleen tietojenkäsittely-yksikköön 5. Kuvan 6 mittausjärjestelyn 13 90 595 jälkimmäinen osa vastaa siis kuvan 2 mittausjärjestelyä .The DC voltage source 8 is connected to the input terminals of the selector 7 30 just as in the embodiment of Fig. 4. The output terminal of the selector 7 is further connected via the summing element 2 to the sampling and holding circuit 12. A noise voltage source 3 is connected to the summing element 2. The signals from the sampling and holding circuit 12 through the selector 7 to which the summed noise voltage is fed to the A / D converter 4 and from there on to the data processing unit 5. The latter part of the measuring arrangement 13 90 595 of Fig. 6 thus corresponds to the measuring arrangement of Fig. 2.

On huomattava, että kohinajännite summataan eriaikaisesti sekä virta- että jännitesignaaliin. Täl-5 löin kohinajännitteet eivät korreloi keskenään eivätkä vaikuta mitattavaan tehoon tai vastaavaan suureeseen.It should be noted that the noise voltage is summed at different times for both the current and voltage signals. In this case, the noise voltages do not correlate with each other and do not affect the measured power or the corresponding quantity.

Kuvan 6 mukainen mittausjärjestely toimii periaatteessa seuraavasti. Järjestely kalibroidaan asettamalla vaimentimen 13 ja vahvistimen 14 vaimennus-10 ja vahvistuskertoimien tulo ab vakioarvoksi, joka on esim. likipitäen yhtä suuri kuin 1 halutulla mittausalueella. Mikäli mitattava virtasignaali vaihtelee voimakkaasti, mittausalueita saattaa olla useita, jolloin kullekin alueelle säädetään vaimennus- ja vahvis-15 tuskertoimien tulo ab sopivaan vakioarvoon. Tämän menettelyn tarkoituksena on, että mittausarvot osuvat sopivasti A/D-muuntimen muunnosalueelle.The measuring arrangement according to Figure 6 works in principle as follows. The arrangement is calibrated by setting the product of the attenuation-10 of the attenuator 13 and the amplifier 14 and the gain coefficients ab to a constant value which is e.g. approximately equal to 1 in the desired measuring range. If the current signal to be measured varies greatly, there may be several measuring ranges, in which case the input ab of the attenuation and gain coefficients ab is adjusted to a suitable constant value for each range. The purpose of this procedure is to ensure that the measured values fit within the conversion range of the A / D converter.

Ensimmäisen tulonavan A kautta mitataan jänni-tesignaalia V, joka sovitetaan mittausjärjestelylle 20 sopivaksi sovittimessa 6a ja johon summaelimessä 11a summataan vertailujännite V2, jonka arvoa muutetaan kytkentäelimen 10 avulla tasajännitelähteen 9 jännitetasojen V , vref22 välillä. Summasignaali syötetään edelleen valitsimeen 7,Through the first input terminal A, a voltage signal V is measured, which is adapted to the measuring arrangement 20 in the adapter 6a and to which the reference voltage V2 is summed in the summing element 11a, the value of which is changed by the switching element 10 between the voltage levels V, v22. The sum signal is further input to selector 7,

25 Samanaikaisesti mitataan toisen tulonavan B25 Simultaneously, measure the second input terminal B

kautta virtasignaalia I, joka sovitetaan ja muunnetaan mittausjärjestelylle sopivaksi sovittimessa 6b, josta saadaan ulos mitattavaan virtaan I verrannollinen jän-nitesignaali Vn. Toisessa summaelimessä 11b jännitesig-30 naaliin V summataan vaimentimen 13 kautta saatu vertailu jännite aV2, jonka arvoa muutetaan kytkentäelimen 10 avulla samalla tavalla ja samassa tahdissa kuin ensimmäiselle summaelimelle 11a syötettävän vertailu-jännitteen V2 arvoa. Summasignaali V + aV2 vahvistetaan 35 vahvistimella 14 sopivalle tasolle ja vahvistimesta saatava jännitesignaali bVn + V. syötetään näytteenottoja pitopiiriin 1, jossa mitattavaan virtasignaaliin Ivia a current signal I, which is adapted and converted to suit the measuring arrangement in an adapter 6b, from which a voltage signal Vn proportional to the current I to be measured is output. In the second summing element 11b, the reference voltage aV2 obtained through the attenuator 13 is summed to the voltage signal 30, the value of which is changed by the switching element 10 in the same manner and at the same rate as the reference voltage V2 supplied to the first summing element 11a. The sum signal V + aV2 is amplified by a amplifier 14 to a suitable level and the voltage signal bVn + V obtained from the amplifier is applied to the sampling circuit 1, where the current signal I to be measured is

14 90 595 verrannollista vahvistettua jännitesignaalia ja siihen lisättyä tasajännitekomponenttia pidetään yllä niin kauan, että valitsimella 7 ehditään sen arvo lukea ja siirtää mittausjärjestelyssä eteenpäin. Näytteenotto-5 ja pitopiirin 1 tarkoituksena on varmistaa, että sekä jännitesignaali V että virtasignaali I luetaan samanaikaisesti, jotta näytteenottohetken teho ja/tai energia voidaan laskea oikein.The 14 90 595 proportional amplified voltage signal and the DC voltage component added to it are maintained until the selector 7 has time to read and pass its value in the measuring arrangement. The purpose of the sampling-5 and the holding circuit 1 is to ensure that both the voltage signal V and the current signal I are read simultaneously so that the power and / or energy at the time of sampling can be calculated correctly.

Valitsimen 7 avulla luetaan vuorotellen tasa-10 jännitelähteen 8 vertailu jännitteiden Vrefk (k = 1, 2, 3, . . . ) arvoja sekä mitattavaan jännitteeseen V verrannollista jännitettä V + V2 ja mitattavaan virtaan I verrannollista jännitettä bVu + V2. Valitsimen 7 lähdön kautta saataviin signaaleihin summataan summaelimessä 2 15 kohinajännitesignaali Vn kohinajännitelähteestä 3. Tämä summasignaali syötetään toiseen näytteenotto- ja pito-piiriin 12, jota luetaan edelleen A/D-muuntimen 4 avulla. Tästä muuntimesta 4 saatua signaalia käsitellään edelleen tietojenkäsittely-yksiköllä 5.The selector 7 alternately reads the values of the comparison voltages Vrefk (k = 1, 2, 3,...) Of the DC-10 voltage source 8 and the voltage V + V2 proportional to the measured voltage V and the voltage bVu + V2 proportional to the measured current I. The signals obtained via the output of the selector 7 are summed in the summing element 2 15 by the noise voltage signal Vn from the noise voltage source 3. This sum signal is fed to the second sampling and holding circuit 12, which is further read by the A / D converter 4. The signal received from this converter 4 is further processed by the data processing unit 5.

20 Tietojenkäsittely-yksikön 5 muistiin 5a voi daan tallentaa sopivaan taulukkoon mitattujen jännitteiden V ja virtojen I arvot. Mittaustuloksista lasketaan pätöteho ja energia sinänsä tunnetulla tavalla. Tarpeen vaatiessa mahdolliset jännitteen ja virran 25 vaihe-erot voidaan ottaa huomioon ja laskea esim. lois-tehon arvo. Mitatut suureet ja lasketut arvot voidaan tallentaa muistiin 5a esim. mahdollista mittausjärjestelyn ulkopuolista käsittelyä varten.The values 5 of the measured voltages V and currents I can be stored in the memory 5a of the data processing unit 5 in a suitable table. The actual power and energy are calculated from the measurement results in a manner known per se. If necessary, possible phase differences between the voltage and the current 25 can be taken into account and, for example, the value of the parasitic power can be calculated. The measured quantities and the calculated values can be stored in the memory 5a, e.g. for possible processing outside the measuring arrangement.

Kuvassa 7 on esitetty osittain piiri- ja osit-30 tain lohkokaaviomuodossa verraten yksityiskohtaisesti eräs edullinen toteutusesimerkki tehonmittausjärjestelystä kolmivaiheisessa sähköverkossa. Tämä mittausjärjestely vastaa monelta osiltaan kuvan 6 mukaista mittausjärjestelyä ja siinä käytetään samoista osista 35 samoja viitenumerolta.Figure 7 shows, in part in circuit and part block diagram form, a comparatively detailed example of a preferred embodiment of a power measurement arrangement in a three-phase electrical network. This measuring arrangement corresponds in many respects to the measuring arrangement shown in Fig. 6 and uses the same of the same parts 35 by reference numeral.

Kunkin vaiheen jännitteet tuodaan tulonapojen AI, A2, A3 kautta ja kunkin vaiheen virrat tulonapojen is 90595The voltages of each phase are applied through input terminals A1, A2, A3 and the currents of each phase at input terminals is 90595

Bl, B2, B3 kautta mittausjärjestelyyn. Navan C kautta mittausjärjestely on maadoitettu. Kunkin mitattavan vaihejännitteen tulonavat AI, A2, A3 on yhdistetty omaan sovittimeensa 6a, jotka on muodostettu vastuksis-5 ta 6al ja 6a2. Sovittimen 6a avulla mitattavat jännitteet pudotetaan noin yhden voltin tasolle. Kukin sovitin 6a on yhdistetty edelleen valitsimen 15 tulonapoi-hin.Bl, B2, B3 through the measuring arrangement. Through terminal C, the measuring arrangement is earthed. The input terminals A1, A2, A3 of each phase voltage to be measured are connected to their own adapter 6a formed by resistors 5a1 and 6a2. The voltages to be measured by means of the adapter 6a are dropped to a level of about one volt. Each adapter 6a is further connected to the input terminals of the selector 15.

Kunkin vaiheen virtatulonavat Bl, B2, B3 on 10 yhdistetty sovittimen 6b kautta muuhun mittausjärjestelyyn. Kukin sovitin 6b sisältää virtamuuntajän 6bl ja vastuksen 6b2. Sovittimen 6b avulla mitattavat virrat pienennetään muulle mittausjärjestelylle sopiviksi. Kunkin vaiheen muuntimet 6b on yhdistetty valitsimen 16 15 tulonapoihin.The current input terminals B1, B2, B3 of each phase are connected via an adapter 6b to another measuring arrangement. Each adapter 6b includes a current transformer 6bl and a resistor 6b2. The currents to be measured by means of the adapter 6b are reduced to suit another measuring arrangement. The converters 6b of each phase are connected to the input terminals of the selector 16.

Valitsimien 15, 16 avulla valitaan yksi vaihe kerrallaan mitattavaksi. Valitsimien 15, 16 lähtönavat on yhdistetty edelleen muuhun mittausjärjestelmään periaatteessa samalla tavalla kuin kuvan 6 mittausjär-20 jestelyssä.The selectors 15, 16 are used to select one phase at a time to be measured. The output terminals of the selectors 15, 16 are further connected to the rest of the measuring system in essentially the same way as in the measuring system-20 of Fig. 6.

Kuvan 7 mittausjärjestelyyn kuuluu mikroprosessori, erityisesti palaprosessori 17. Tämä pala-prosessori 17 sisältää valitsimen 7, näytteenotto- ja pitopiirin 12, A/D-muuntimen 4, keskusyksikön eli tie-25 tojenkäsittely-yksikön 5, tulo- ja lähtöpiirin 18 ja liitäntäpiirin 19. Palaprosessorin 17 sisäiset yksiköt on yhdistetty toisiinsa tiedonsiirtoväylällä 20 ja vastaavasti tulo- ja lähtöyksikkö 18 on yhdistetty ulkoisella tiedonsiirtoväylällä 21 valitsimiin 15, 16, 30 vaimentimeen 13, vahvistimeen 14, kytkentäelimeen 10 ja näytteenotto- ja pitopiiriin 1.The measuring arrangement of Figure 7 comprises a microprocessor, in particular a chip processor 17. This piece processor 17 includes a selector 7, a sampling and holding circuit 12, an A / D converter 4, a central processing unit 5, an input and output circuit 18 and an interface circuit 19 The internal units of the chip processor 17 are connected to each other by a communication bus 20 and the input and output unit 18, respectively, are connected by an external communication bus 21 to selectors 15, 16, 30 for an attenuator 13, an amplifier 14, a switching element 10 and a sampling and holding circuit 1.

Kohinalähde 3 on tässä tapauksessa muodostettu Zener-diodin avulla. Kohinalähde 3 on yhdistetty pala-prosessorin 17 valitsimen 7 yhteen tulonapaan, joka on 35 yhdistetty suoraan valitsimen 7 lähtönapaan. Ensimmäinen tasajännitelähde 8 on toteutettu identtisten vastusten 8a avulla, jotka on järjestetty sarjaan ja joi- 16 90595 den yli on kytketty vakiotasajännite V sopivasta vakiojännitelähteestä, joka tässä tapauksessa on muodostettu toisen Zener-diodin 8b avulla. Ensimmäisestä tasajännitelähteestä 8 saadaan viisi vertailujännitettä 5 Vre£K (k= 1, 2, ...5), jotka on yhdistetty palaprosesso-rin 17 valitsimen 7 tulonapoihin.The noise source 3 is in this case formed by a Zener diode. The noise source 3 is connected to one input terminal of the selector 7 of the piece processor 17, which is directly connected to the output terminal of the selector 7. The first DC voltage source 8 is implemented by means of identical resistors 8a arranged in series and across which a constant DC voltage V is connected from a suitable constant voltage source, which in this case is formed by a second Zener diode 8b. From the first DC voltage source 8, five reference voltages 5 Vre £ K (k = 1, 2, ... 5) are obtained, which are connected to the input terminals of the selector 7 of the chip processor 17.

Ensimmäisen tasajännitelähteen 8 avulla on muodostettu myös toinen tasajännitelähde 9 (vert. kuva 6) eli ne muodostavat yhdessä tasajännitelähteen 90. 10 Tässä tapauksessa tasajännitelähteestä 8 otetaan kaksi eritasoista jännitettä Vref21 ja Vref22, jotka on yhdistetty kytkentäelimen 10 tulonapoihin.The first DC voltage source 8 also forms a second DC voltage source 9 (cf. Fig. 6), i.e. together they form a DC voltage source 90. In this case, two different levels of voltage Vref21 and Vref22 are taken from the DC voltage source 8 and connected to the input terminals of the switching member 10.

Ensimmäisen tasajännitelähteen 8 yli vaikuttava jännite Vref, joka saadaan Zener-diodista 8b, syöte-15 tään myös palaprosessorin 17 A/D-muuntimelle 4.The voltage Vref acting over the first DC voltage source 8, which is obtained from the Zener diode 8b, is also fed to the A / D converter 4 of the chip processor 17.

Palaprosessorin 17 avulla ohjataan valitsimia 15, 16 siten, että järjestelyn tulonapojen AI, A2, A3; Bl, B2, B3 kautta mitataan kolmivaihevirran samaa vaihetta yhtäaikaisesti. Palaprosessorin 17 keskusyksikön 20 5 ja tiedonsiirtoväylien 20, 21 kautta ohjataan sekä sisäistä näytteenotto- ja pitopiiriä 12 että ulkoista näytteenotto- ja pitopiiriä 1 samanaikaisesti. Toisesta näytteenotto- ja pitopiiristä 12 luetaan A/D-muuntimen 4 kautta yhden vaiheen jännitearvo, jonka jälkeen näyt-25 teenotto- ja pitopiiristä 1 luetaan vastaavan vaiheen virta-arvo, joka on muutettu jännitemuotoon, valitsimen 7 kautta A/D-muuntimeen 4. Saadut digitaaliset jännite-ja virta-arvot on tällöin luettu samalla hetkellä tl, t2, t3,... yhtäaikaisesti vastaavista mittausvaiheista 30 AI, A2, A3; Bl, B2, B3, kuten kuvassa 8 on havainnollisesti esitetty. Saadut mittausarvot käsitellään keskusyksikössä 5 ja/tai tallennetaan muistiin 5a.By means of the piece processor 17, the selectors 15, 16 are controlled so that the input terminals A1, A2, A3 of the arrangement; Through B1, B2, B3, the same phase of the three-phase current is measured simultaneously. Both the internal sampling and holding circuit 12 and the external sampling and holding circuit 1 are controlled simultaneously via the central processing unit 20 5 of the fire processor 17 and the communication busses 20, 21. From the second sampling and holding circuit 12, the voltage value of one phase is read via the A / D converter 4, after which the current value of the corresponding phase converted to the voltage form is read from the sampling and holding circuit 1 via the selector 7 to the A / D converter 4. The obtained digital voltage and current values are then read at the same time t1, t2, t3, ... simultaneously from the respective measurement steps 30 A1, A2, A3; B1, B2, B3, as illustrated in Fig. 8. The obtained measured values are processed in the central processing unit 5 and / or stored in the memory 5a.

Tässä mittausjärjestelyssä napojen AI, A2, A3 kautta tulevat vaihejännitteet eivät vaihtele merkit-35 tävästi, kun taas napojen Bl, B2, B3 kautta mitattavat eri vaiheiden virrat saattavat vaihdella suuresti. Tästä johtuen vahvistimen 14 vahvistusta b säädetään 17 90595 palaprosessorin 17 ohjauksen avulla siten, että näytteenotto- ja pitopiirin 1 kautta edelleen palaprosessorin 17 A/D-muuntimelle syötettävä jännitesignaali on mahdollisimman suuri. Vastaavasti vaimentimen 13 vai-5 mennusta a säädetään päinvastaiseen suuntaan siten, että vaimentimen 13 ja vahvistimen 14 vaimennus- ja vahvistuskertoimien a, b tulo ab on likimain 1 kaikissa tilanteissa.In this measuring arrangement, the phase voltages coming through the terminals A1, A2, A3 do not vary significantly, while the currents of the different phases measured via the terminals B1, B2, B3 may vary greatly. As a result, the gain b of the amplifier 14 is adjusted 17 90595 by the control of the burn processor 17 so that the voltage signal further fed to the A / D converter of the burn processor 17 via the sampling and holding circuit 1 is as large as possible. Correspondingly, the attenuation a of the attenuator 13 or 5 is adjusted in the opposite direction so that the product of the attenuation and gain coefficients a, b of the attenuator 13 and the amplifier 14 is approximately 1 in all situations.

Eri vaiheiden mitattaviin jännite- ja vir-10 tasignaaleihin summataan kytkentäelimen 10 kautta jännite V2, jonka arvoa muutetaan tässä tapauksessa noin sekunnin välein. Jännite V2 vaihtelee tällöin kahden arvon V „ , V „„„ välillä aivan kuten edellä kuvan 4 mit-taus järjestelyn yhteydessä selostettiin. Tämän kahden 15 jännitearvon välissä heilahtelevan suorakaidesignaalin V, avulla valvotaan valitsimen 7, vaimentimen 13, vah-vistimen 14 ja A/D-muuntimen 3 kuntoa sekä tarkkuutta mittaamalla mainittujen jännitetasojen Vref21, Vref22 erotusta (vert. kuva 5).The voltage V2 is summed to the voltage and current level signals of the different phases via the switching element 10, the value of which in this case is changed every about a second. The voltage V2 then varies between the two values V „, V„ „„, just as described above in connection with the measurement arrangement of Fig. 4. The rectangular signal V 1 oscillating between these two voltage values 15 monitors the condition and accuracy of the selector 7, the attenuator 13, the amplifier 14 and the A / D converter 3 by measuring the difference between said voltage levels Vref21, Vref22 (cf. Fig. 5).

20 Jännite V, summataan vaimentimen 13 kautta tulonapojen Bl, B2, B3 eri vaiheiden kautta tuleviin mitattaviin virtasignaaleihin. Vaimentimen 13 ja vahvistimen 14 vahvistuksien tulo on likimain 1 kaikissa tilanteissa, jolloin palaprosessoriin 17 syötettävä 25 virtasignaali sisältää aina yhtä suuren erojännitteen kuin jännitesignaalikin. Palaprosessorin 17 yhteydessä olevaan muistiyksikköön on tallennettu jännitteen V2 jännitearvojen V , Vref22 erotus. Mitattavista jännite- ja virtasignaaleista erotetaan signaali V2 ja sen arvoa 30 verrataan palaprosessorin 17 muistiin tallennettuun arvoon. Tämän perusteella tehdään johtopäätöksiä mittausjärjestelyn kunnosta.The voltage V, is summed through the attenuator 13 to the current signals to be measured coming through the different phases of the input terminals B1, B2, B3. The input of the gains of the attenuator 13 and the amplifier 14 is approximately 1 in all situations where the current signal 25 supplied to the chip processor 17 always contains the same differential voltage as the voltage signal. The difference between the voltage values V, Vref22 of the voltage V2 is stored in the memory unit connected to the fire processor 17. The signal V2 is separated from the voltage and current signals to be measured, and its value 30 is compared with the value stored in the memory of the chip processor 17. Based on this, conclusions are made about the condition of the measurement arrangement.

Kohinalähde 3 on yhdistetty palaprosessorin 17 valitsimen 7 tulonavan kautta pysyvästi lähtönapaan. 35 Näin valitsimen 7 jokaiseen kanavaan saadaan summattua kohinaa, kuten edellä kuvan 1 yhteydessä esitettiin. Kohinalähteenä 3 käytetään edullisesti Zener-diodia 3a.The noise source 3 is permanently connected to the output terminal via the input terminal of the selector 7 of the chip processor 17. 35 In this way, summed noise is obtained for each channel of the selector 7, as shown above in connection with Fig. 1. The Zener diode 3a is preferably used as the noise source 3.

is 90595is 90595

Zener-diodeille on tyypillistä erittäin suuri kohina, jota voidaan edelleen tarvittaessa vahvistaa. Valitsimeen 7 syötettävän kohinajännitteen tehollinen arvo on noin 1 bittiä, joka vastaa A/D-muuntimen 4 resoluu-5 tiota. Tämä menettely edellyttää usean mittauksen kes-kiarvoistamista.Zener diodes are characterized by very high noise, which can be further amplified if necessary. The rms value of the noise voltage supplied to the selector 7 is about 1 bit, which corresponds to the resolution of the A / D converter 4. This procedure requires the averaging of several measurements.

Palaprosessoreissa on nykyisin enintään 10 bitin A/D-muunnin. Tällaisen muuntimen resoluutio ja tarkkuus eivät sellaisenaan ole riittäviä virran tai 10 jännitteen tai niiden perusteella laskettavien suureiden mittaamiseen. Tällöin muuntimen resoluutiota parannetaan syöttämällä sopivaa kohinajännitettä mitattavan jännitteen ohella A/D-muuntimeen, kuten edellä kuvan 1 yhteydessä on esitetty. Vastaavasti A/D-muuntimen tark-15 kuutta voidaan parantaa lukemalla säännöllisesti sopivia vertailujännitteitä, kuten edellä kuvan 2 yhteydessä on selostettu.Pulp processors currently have up to a 10-bit A / D converter. As such, the resolution and accuracy of such a converter are not sufficient to measure the current or voltage or the quantities calculated from them. In this case, the resolution of the converter is improved by supplying a suitable noise voltage in addition to the voltage to be measured to the A / D converter, as shown above in connection with Figure 1. Correspondingly, the accuracy of the A / D converter can be improved by regularly reading the appropriate reference voltages, as described above in connection with Figure 2.

Kuvan 7 mittausjärjestelyssä ensimmäinen tasa-jännitelähde 8 on toteutettu jännitteenjakajana, jossa 20 on identtisiä vastuksia 8a. Identtisten vastusten 8a sarjakytkennästä saadaan sopivasti vertailujännitteet Vre£k, joita on viisi kappaletta, jotka syötetään pala-prosessorin 17 valitsimen 7 tulonapoihin ja edelleen A/D-muuntimeen 4. Vertailujännitteiden V (k = 1, 2, 25 3, 4, 5) avulla muodostetaan A/D-muuntimen 4 vaste, joka virta- ja jännitesignaaleja mitattaessa otetaan korjauksena huomioon.In the measuring arrangement of Fig. 7, the first DC voltage source 8 is implemented as a voltage divider, in which 20 there are identical resistors 8a. From the series connection of the identical resistors 8a, reference voltages Vre £ k are suitably obtained, which are five pieces, which are fed to the input terminals of the selector 7 of the piece processor 17 and further to the A / D converter 4. The reference voltages V (k = 1, 2, 25 3, 4, 5) is used to generate the response of the A / D converter 4, which is taken into account as a correction when measuring the current and voltage signals.

Vasteen mallin valinta riippuu A/D-muuntimen 4 ominaisuuksista; mitä yksinkertaisempi malli sitä vä-30 hemmän tarvitaan laskentaa. Malli tehdään edullisimmin siten, että vastusten 8a sarjakytkennästä saatavat vertailujännitemittausarvot tallennetaan muistiin käyttämällä rekursiivista keskiarvoistamista ja uusi malli muodostetaan näistä lukemista säännöllisin välein. Näin 35 toimimalla eliminoidaan A/D-muuntimen 4 lämpötilan muutoksen ja vanhenemisen vaikutus tuloksiin. Jos mallin kertoimet poikkeavat merkittävästi tehtaalla saa- 19 90595 duista tuloksista, voidaan olettaa muuntimen tai joidenkin muiden piirien olevan vikaantumassa ja voidaan suorittaa hälytys.The choice of response model depends on the characteristics of the A / D converter 4; the simpler the model the less 30 calculations are needed. The model is most preferably made by storing the reference voltage measurement values obtained from the series connection of the resistors 8a in memory using recursive averaging, and a new model is formed from these readings at regular intervals. By doing so, the effect of the temperature change and aging of the A / D converter 4 on the results is eliminated. If the coefficients of the model deviate significantly from the factory results, it can be assumed that the converter or some other circuits are failing and an alarm can be issued.

Kohinalähdettä 3 erityisesti Zener-diodia 3a 5 käytetään hyväksi myös toisella tavalla. Zener-diodin 3a yli vaikuttava jännite luetaan palaprosessorin 17 avulla säännöllisin välein ja sen avulla valvotaan tasa jännitelähteen 8 yli vaikuttavaa jännitettä Vref eli tässä tapauksessa toisen Zener-diodin 8b tarkkuutta. 10 Jos Zener-diodin 3a arvo muuttuu jännitteeseen Vref verrattuna enemmän kuin mittausjärjestelyn epätarkkuus, suoritetaan hälytys. Mitattua Zener-diodin 3a yli vaikuttavaa jännitettä verrataan säännöllisesti pala-prosessorin 17 muistissa olevaan lukemaan, joka on 15 tallennettu muistiin esim. tehtaalla suoritetussa mittausjärjestelyn kalibroinnissa.The noise source 3, in particular the Zener diode 3a 5, is also used in another way. The voltage across the Zener diode 3a is read by the chip processor 17 at regular intervals and is used to monitor the voltage Vref acting across the voltage source 8, i.e. in this case the accuracy of the second Zener diode 8b. 10 If the value of the Zener diode 3a changes compared to the voltage Vref more than the inaccuracy of the measuring arrangement, an alarm is issued. The measured voltage across the Zener diode 3a is regularly compared with the reading in the memory of the piece processor 17, which is stored in the memory, e.g. in the calibration of the measurement arrangement performed at the factory.

Palaprosessorin 17 A/D-muuntimen 4 tarkkuus perustuu tässä tapauksessa olennaisesti ensimmäiseen tasajännitelähteeseen 8 eli vastusjakajaan. Vastusjaka-20 jassa tapahtuvat muutokset voidaan myös havaita seuraa-valla menettelyllä; valitaan kohinalähteen 3 Zener-diodin 3a kynnysarvo puolet pienemmäksi kuin ensimmäisen tasa jännitelähteen 8 yli järjestetyn jännitteen Vref eli toisen Zener-diodin 8b kynnysarvo. Näiden kynnysarvojen 25 vertailu tehdään ensimmäisen tasajännitelähteen 8 puo-liarvopisteen kautta. Jos tämän tasajännitelähteen 8 yksikin vertailu jännitteen Vrefk (k= 1, 2, 3, 4, 5) arvo muuttuu esim. 0,1 - 0,2 %, se havaitaan välittömästi. Havaittu muutosprosentti riippuu laitteesta, ja sen 30 tarkkuudesta yleensä.The accuracy of the A / D converter 4 of the chip processor 17 in this case is essentially based on the first DC voltage source 8, i.e. the resistor divider. Changes in the resistance divider-20 can also be detected by the following procedure; the threshold value of the Zener diode 3a of the noise source 3 is selected to be half smaller than the threshold value Vref of the first DC voltage source 8, i.e. the threshold value of the second Zener diode 8b. A comparison of these thresholds 25 is made through the half-point of the first DC voltage source 8. If the value of any reference voltage Vrefk (k = 1, 2, 3, 4, 5) of this DC voltage source 8 changes, for example, 0.1 to 0.2%, it is detected immediately. The percentage of change observed depends on the device, and its accuracy in general.

Mitattavat kolmivaihevirrat on kytketty sovittamien 6b virtamuuntajien 6bl kautta muuhun mittausjärjestelyyn. Tällöin niiden keskiarvojen on oltava 0. Toisaalta taas eri vaiheiden jännitteet on kytketty 35 ilman muuntajia mittausjärjestelyyn ja ne saattavat sisältää jännitetasakomponentteja. Kuitenkaan jännitteiden tasakomponenteilla ei ole merkitystä mitattavan 20 90595 tehon ja/tai energian kannalta. Tämä siksi, että teho muodostetaan mitattavan virran ja jännitteen tulosta ja virrassa ei voi olla tasakomponenttia muuta kuin mahdollisesti mittausjärjestelystä aiheutunutta. Toisin 5 sanoen ennen tehon tai energian laskentaa voidaan kol-mivaihevirtojen ja jännitteiden lukemista vähentää mittaussignaaleista niiden tasakomponentit. Näin voidaan kokonaan eliminoida mittausjärjestelyn aiheuttamien tasajännitekomponenttien vaikutukset varsinaiseen 10 mittaukseen.The three-phase currents to be measured are connected via other current transformers 6bl to another measuring arrangement. In this case, their averages must be 0. On the other hand, the voltages of the different phases are connected 35 without transformers to the measuring arrangement and may contain voltage level components. However, the DC components of the voltages are not relevant to the measured power and / or energy. This is because the power is formed as a result of the current and voltage being measured and there can be no DC component in the current other than that possibly caused by the measurement arrangement. In other words, before calculating the power or energy, the DC components of the three-phase currents and voltages can be subtracted from the measurement signals. In this way, the effects of the DC voltage components caused by the measuring arrangement on the actual measurement can be completely eliminated.

Synkronoimalla näytteenotto sekä kolmivaihe-verkon taajuuteen että kytkentäelimen 10 toistotaajuu-teen voidaan mittausjännitteen keskiarvo tarkasti mitata ottamalla keskiarvo kaikista jännitteen V2 puolijak-15 son aikana kertyneistä näytteistä. Laskennan nopeuttamiseksi mittaussignaaleista voidaan vähentää keskiarvo, joka on saatu edellisellä laskentakierroksella. Tällä tavoin vältytään tallentamasta yksittäisten mittauspis-teitten arvoja erikseen.By synchronizing the sampling to both the frequency of the three-phase network and the repetition frequency of the switching element 10, the average of the measurement voltage can be accurately measured by taking the average of all the samples accumulated during the half-cycle of voltage V2. To speed up the calculation, the average obtained from the previous calculation round can be subtracted from the measurement signals. In this way, the values of the individual measuring points are avoided separately.

20 Periaatteessa edellä mainittua synkronointia on kuvattu kuvassa 5; näytteenottoa (pisteet e) liuotetaan siten, että testausjännitteen V2 puoli jaksojen c ja d aikana mittaussignaaliin kohdistuu tasainen näytteenotto. Toisin sanoen periodisen signaalin jokainen 25 kohta tulee mitattua samalla painolla. Jos jokaisesta jaksosta mitataan 2-4 näytettä ja testaus jännitteen V2 puolijakso on noin 500 ms saadaan kutakin mittaus jaksoa kohti efektiivisesti 50 - 100 näytettä, joka on täysin riittävä säröytyneenkin kolmivaihejännitteen ja -virran 30 mittaamiseen. Jännitteestä V2 johtuen mittausvirtaan ja -jännitteeseen liittyy kaksi tasajännitekomponenttia V , V . Päivittämällä molemmat keskiarvot jokaiselle mittaussignaalille saadaan mittaussignaaleista poistettua tasakomponentit sekä keskiarvon erotuksena saadaan 35 jännite mittausjärjestelyn valvontaan. Koska piirien aiheuttamat erojännitteet eivät haittaa mittauksia ja koska vahvistimen ja vaimentimen 13, 14 vahvistus ja 2i 90595 vaimennus voidaan kalibroida esim. valmistuksen yhteydessä ja vastaavat kertoimet a, b asetetaan muistiin, yhtään säädettävää vastusta tai vastaavaa ei tarvita. Säädettävien komponenttien eliminointi alentaa 5 mittausjärjestelyn komponenttikustannuksia sekä pienentää mittausjärjestelyn kalibroinnista aiheutuvia kustannuksia .In principle, the above synchronization is illustrated in Figure 5; the sampling (points e) is dissolved so that half of the test voltage V2 during cycles c and d is subjected to a uniform sampling of the measurement signal. That is, each 25 points of the periodic signal must be measured with the same weight. If 2-4 samples are measured from each cycle and the half-cycle of the test voltage V2 is about 500 ms, an effective 50-100 samples are obtained for each measurement cycle, which is completely sufficient to measure even the distorted three-phase voltage and current 30. Due to the voltage V2, two direct voltage components V, V are associated with the measuring current and voltage. By updating both averages for each measurement signal, the direct components can be removed from the measurement signals and, as a difference between the average, 35 voltages can be obtained for monitoring the measurement arrangement. Since the differential voltages caused by the circuits do not interfere with the measurements and since the gain of the amplifier and attenuator 13, 14 and 2i 90595 attenuation can be calibrated e.g. during manufacture and the corresponding coefficients a, b are stored, no adjustable resistor or the like is required. Elimination of adjustable components reduces the component costs of 5 measurement arrangements and reduces the costs of calibrating the measurement arrangement.

Kuvan 7 mittausjärjestelyä kalibroitaessa asetetaan vahvistimen 14 ja vaimentimen 13 vastaavat 10 vahvistus- ja vaimennuskertoimet a, b periaatteessa kaikkiin mahdollisiin arvoihin. Jokaista arvoa kohti tallennetaan muistiin luku, joka kuvaa siirtokerrointa mittausjärjestelyn tulonavoista A, B A/D-muuntimelle 4 asti. Lisäksi kalibroitaessa muistiin tallennetaan 15 kytkentäelimen 10 kautta mittausjännitteeseen ja -virtaan summattavan testausjännitteen V2 amplitudi eli vertailu jännitteiden ero Vref21 - Vref22 vahvistimen 14 eri vahvistuskerrointen a arvoilla myöhempää mittausjärjestelyn valvontaa silmällä pitäen. Edelleen kalibroin-20 timenettelyn yhteydessä mitataan kohinalähteen 3 arvo, jota arvoa voidaan myöhemmin käyttää ensimmäisen tasa-jännitelähteen 8 yli vaikuttavan kokonais jännitteen Vref ____ tarkkuuden valvontaan. On huomattava, että mittausjärjestelyssä eri valvontamenettelyiden tehtävänä ei ole 25 niinkään saada selville, mikä mittausjärjestelyn osa tai komponentti on vikaantunut tai arvo muuttunut, vaan varmistaa se, että mitattavan kolmivaihevirran teho-tai vastaavat lukemat ovat tarkkoja.When calibrating the measuring arrangement of Fig. 7, the respective gain and attenuation coefficients a, b of the amplifier 14 and the attenuator 13 are set to basically all possible values. For each value, a number describing the transfer coefficient from the input terminals A, B to the A / D converter 4 of the measuring arrangement is stored in the memory. In addition, during calibration, the amplitude of the test voltage V2 to be summed to the measurement voltage and current via the switching element 10 is stored in the memory, i.e. the difference of the reference voltages Vref21 to Vref22 with the values of the different gain coefficients a Furthermore, in connection with the calibration procedure, the value of the noise source 3 is measured, which value can later be used to monitor the accuracy of the total voltage Vref ____ acting over the first DC voltage source 8. It should be noted that in a measurement arrangement, the task of the various control procedures is not so much to determine which part or component of the measurement arrangement has failed or the value has changed, but to ensure that the power or equivalent readings of the three-phase current being measured are accurate.

Mittausjärjestelyn kanssa voidaan kommunikoida 30 palaprosessorin 17 yhteyteen sovitetun liitäntäyksikön 19, erityisesti sar jaliikennepiirin, kautta. Kaikkia palaprosessorissa 17 olevia yksiköitä ohjataan keskusyksikön 5 avulla. Mittausjärjestelyn laskureita ja muunnosten ajastusta ohjataan palaprosessorin tulo/läh-;5 töliitynnän 18 kautta. Tarvittaessa palaprosessorin 17 sisäiseen väylään 20 voidaan liittää muistiyksiköitä tai toinen prosessori erikoismittauksia silmällä pitä- 22 90595 en.The measuring arrangement can be communicated 30 via an interface unit 19, in particular a serial communication circuit, arranged in connection with the chip processor 17. All the units in the chip processor 17 are controlled by the central unit 5. The counters of the measurement arrangement and the timing of the conversions are controlled via the input / output interface 18 of the chip processor. If necessary, memory units or another processor can be connected to the internal bus 20 of the chip processor 17 for special measurements.

Kuvan 7 mittausjärjestelyn epätarkkuus riippuu oleellisesti sovittimista 6a, 6b. Näiden sovittamien toimintaa ei kyetä kuin osittain valvomaan edellä kuva-5 tuilla itsekalibrointi- ja valvontamenettelyillä. Jos jokin sovittimista 6a tai yleensä tulojohtimista katkeaa esim. salaman seurauksena, jännitteen V2 kulku keskeytyy, eikä se enää siirry sellaisenaan A/D-muuntimel-le 4, joten tällainen vika havaitaan. Pieniä prosentin 10 luokkaa olevia muutoksia ei kuitenkaan havaita. Muut mittausjärjestelyn kytkennät ja yksiköt ovat kuitenkin valvonnassa mukana. Koska suurin osa yksiköistä, esim. vahvistin 14, kalibroidaan ja tarkistetaan säännöllisesti, ei yksiköiltä vaadita suurta absoluuttista tark-15 kuutta.The inaccuracy of the measuring arrangement of Figure 7 depends essentially on the adapters 6a, 6b. The operation of these adapters can only be partially monitored by the self-calibration and monitoring procedures described in Figure 5 above. If one of the adapters 6a or in general the input conductors is interrupted, for example as a result of a lightning, the flow of voltage V2 is interrupted and it no longer passes as such to the A / D converter 4, so that such a fault is detected. However, small changes in the order of 10% are not observed. However, other connections and units of the measuring arrangement are included in the monitoring. Since most units, e.g., amplifier 14, are calibrated and checked regularly, the units are not required to have a high absolute accuracy of 15.

Edellä esitetyistä seikoista johtuen keksinnön mukainen mittausjärjestely voidaan toteuttaa suhteellisen edullisesti. Vaikka esim. kuvan 7 mukaisella mittausjärjestelyllä voidaan mitata samanaikaisesti 20 kolmivaihevirtaa kutakin erikseen, ja loistehoja, virtojen tehollisarvoja ja edelleen jännitteiden tehol-lisarvoja varsinaisen tehomittauksen lisäksi, mittausjärjestelyn perusteella valmistetun laitteen tuotantokustannukset eivät nouse merkittävästi nykyisten 25 yksivaiheisten kilovattituntimittareiden tuotantokustannuksia suuremmaksi. Lisäksi keksinnön mukaisella mittausjärjestelyllä päästään helposti alle 0,2 % mit-tausepätarkkuuteen.Due to the above, the measurement arrangement according to the invention can be implemented relatively advantageously. Although, for example, the measurement arrangement of Figure 7 can simultaneously measure 20 three-phase currents each separately, and reactive powers, current rms, and further voltage rms in addition to the actual power measurement, the production cost of the device In addition, the measurement arrangement according to the invention easily achieves a measurement inaccuracy of less than 0.2%.

Keksinnön mukaisessa mittausjärjestelyssä 30 A/D-muunnin 4 voidaan korvata yhdellä tai kahdella prosessorin 17 ulkopuolisella muuntimella, jonka erotuskyky on luokkaa 16 - 20 bittiä. Tällöin kuvan 6 tai 7 mukaisen mittausjärjestelyn periaatteita noudattaen voidaan rakentaa erittäin tarkka, mutta tuotantokustan-35 nukeiltaan edullinen kilowattituntimittari, joka soveltuu kalibrointitarkoituksiin. On selvää, että tässä tapauksessa muut kriittiset komponentit, kuten sovit- 23 90595 timet 6a, 6b jne on valittava mittausjärjestelyn tarkkuuden mukaan.In the measuring arrangement 30 according to the invention, the A / D converter 4 can be replaced by one or two converters outside the processor 17 with a resolution of the order of 16 to 20 bits. In this case, following the principles of the measuring arrangement according to Fig. 6 or 7, a very accurate, but inexpensive kilowatt-hour meter with production cost-35 dummies can be built, which is suitable for calibration purposes. It is clear that in this case other critical components, such as adapters 6a, 6b, etc., have to be selected according to the accuracy of the measuring arrangement.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyjä sovellutusesimerkkejä koskevaksi, vaan monet muun-5 nokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.The invention is not limited solely to the application examples presented above, but many modifications are possible while remaining within the scope of the inventive idea defined by the claims.

Claims

24 90 595

A method for measuring electrical power and / or energy, wherein the voltage (V) and current signals (I) are measured and the corresponding electrical power and / or energy is calculated from them, characterized in that - the current signal (I) ) is converted to a proportional second voltage signal (V); 10. a DC voltage signal (V2) is added to the first voltage signal (V10) to be measured and a second voltage signal (V) proportional to the current signal, the value of which is periodically changed, and to which the first voltage signal (V10) is directly summed, and the second voltage signal (V2) is directly summed. it is summed attenuated (aVn; a <l); - the sum signal (Vn + aV2) of the second voltage signal and the attenuated DC voltage signal is amplified so that the product of the gain (b) and the attenuation (a) of the above-mentioned DC voltage signal (V2) is constant, preferably approximately one; - the first voltage signal (V10) and the second voltage signal [b (Vn + aV2)] treated as described above are converted from the analog form to the digital form so that during the conversion of one voltage signal the value of the second voltage signal is kept unchanged, after which this voltage signal is converted; - the digital voltage signals are fed to a data processing unit (5), where the power and / or energy values are calculated in a manner known per se and expressed and / or stored in a memory for further processing.

A method according to claim 1, characterized in that - the attenuation and gain input (ab) is determined before the actual measurements at different current signal strengths and stored in a memory; - the input of attenuation and gain is set constant, preferably approximately one, according to the magnitude of the current signal to be measured.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the DC voltage signal (V2), the value of which is changed periodically between two DC voltages (V, Vraf22), is summed to the first (V1Q) and second (Vu) voltage signals to be measured. .

Method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that - the actual voltage-15 values (Vt1, V) of the DC voltage signal (V1; V, V), the values of which 2 re £ 21 Γ6Ι24 are changed periodically, and / or their difference is stored in memory before the actual measurement; - measuring the difference of equal voltages (V 21, Vre £ 2z) during the measurement; and - the measured DC voltage difference and the actual stored voltage difference are compared and on this basis the reliability of the measurement procedure is deduced.

Method according to Claim 3 or 4, characterized in that - the sampling of the voltage signals (V, Vn) to be measured is synchronized with the frequency of the alternating current to be measured and with the frequency of the DC voltages (Vref21, VreC22) of the DC signal to be summed; - the average of the voltage samples taken during the half-cycle (c, d) of the AC signal frequency: 30 is calculated; - “” ”· - the mean value represents the measured value of the voltages, which is expressed and / or stored for further processing.

Method according to one of the preceding claims 35, characterized in that such noise signal (V) is summed for each voltage signal (V13, V) to be measured, the effective value of which is set to 26 90595 according to the resolution of the A / D converter (4).

A measuring arrangement for measuring electrical power and / or energy, to which both a voltage and a current signal are supplied, the measuring arrangement comprising - means for sequentially taking samples of the electrical signal to be measured (1); - an A / D converter (4) for converting samples from analog to digital format 10; and - means for controlling the measurement, calculating and expressing the results (5); characterized in that the measuring arrangement comprises - an adapter (6b) for converting the current signal to be measured into a second voltage signal (Vu); - a DC voltage source (9) from which at least two DC voltage sinks are obtained (Vref21, Vref22); - a coupling member (10); - two summing means (11a, 11b) by means of which the first and second voltage signals (V1Q, Vu) to be measured are summed via the switching element (10) by the voltage signal in (Vref21, Vref22) of the DC voltage source (9); - an attenuator (13) through which the voltage signal of the DC voltage source (9) is transmitted to the summing unit (11b) of the second voltage signal 25; - an amplifier (14) to which the summed second voltage signal (Vn) and the voltage signal of the DC voltage source are input; and from which they are further fed to a selector (7), an A / D converter (4) and power / energy calculation means 30 (5); and - in which arrangement the input (ab) of the attenuation (a) and the gain (b) of the attenuator (13) and the amplifier (14) is constant, preferably approximately one.

Measuring arrangement according to Claim 7, characterized in that the measuring arrangement comprises - at least one DC voltage source (8), from which a set of 27 90595 reference voltages is obtained: [Vre £ k (k = 1, 2, 3, ...)] ; - a memory unit (5a) in which the actual voltage values of the reference voltages [V (k = 1, 2, 3,...)] are stored; 5. a selector (7) to which the reference voltages are connected and to which the voltage signal to be measured is also connected; - reference means (5) for comparing the measured values of the reference voltage sources obtained from the A / D converter (4) via the selector (7) with the actual reference voltage values stored in the memory unit, the reference means (5) most preferably containing a conversion table on the basis of which the measured voltage signals values are corrected; 15. a memory unit (5a) in which the deviations of the actual values and measured values of the reference voltages obtained from the reference means (5) are stored; - means (5) for correcting the value of the voltage signal to be measured, wherein the measured value obtained from the voltage A / D converter (4) 20 is corrected taking into account the conversion deviations of the A / D converter.

Measuring arrangement according to Claim 7 or 8, characterized in that the arrangement comprises a memory unit (5a) for 25 DC signals (V, V), in which the actual values (VJ) of the DC voltage source (9) are stored; and - a monitoring unit (5); in which the DC voltage signal (V,) is summed to the voltage variable 30 measured by the summing element (11; 11a, 11b), the voltage value of which is periodically changed by the switching element (11) between the voltages (V,. V) of the DC voltage source (9) the actual values stored in the memory unit (5a) and deviations from the actual value stored are reported.

Measuring arrangement according to Claim 8, characterized in that the DC voltage source (8) is formed by a voltage divider with a plurality of series-connected, preferably identical resistors (8a) and a DC voltage source (8b) arranged in parallel. .

Measuring arrangement according to Claim 8, 9 or 10, characterized in that the second DC voltage source (9) is formed by a first DC voltage source (8) associated with the measuring arrangement.

Measuring arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring arrangement comprises - a noise source (3) whose effective value of the noise signal (Vn) is set in order of magnitude according to the resolution of the A / D converter (4); and - summing means (2) for summing the noise signal (VJ) for each voltage signal to be measured. 29 90595