DE2230189A1

DE2230189A1 - Elektronisches Wattstundenmeter

Info

Publication number: DE2230189A1
Application number: DE19722230189
Authority: DE
Inventors: Wilford Benson Pacific Palisades; Carlsen II George David Playa del Rey; Calif. Burkett (V.StA.)
Original assignee: Mcculloch Corp
Current assignee: Mcculloch Corp
Priority date: 1971-06-24
Filing date: 1972-06-21
Publication date: 1972-12-28
Also published as: CA968413A; FR2143282A1; US3760273A

Description

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UNS. ZEICHEN: H 220

Anmelder /iNH: MCCULLOCH CORPORATION Aktenzeichen: Neuanmeldung

: 19. Juni 1972

McCulloch Corporation, eine Gesellschaft nach den i

Gesetzen des Staates Wisconsin, Vereinigte Staaten ! von Amerika, 6101 West Century Boulevard, Los Angeles. \

Elektronisches Wattstundenmeter.

Die Erfindung befaßt sich mit Meßgeräten sur Messung und Aufzeichnung von Leistung bzw. Energie₅ die von einer Quelle geliefert oder von einer Last verbraucht wird,und befaßt sich insbesondere mit Wattmetern, Am perestundenmetern und Wattstundenmetern.

Meßgeräte zur Messung von Energie, beispielsweise die üblichen elektrodynamischen Wattmeter, sind seit vielen Jahren in Benutzung. Besonders Induktionszähler mit umlaufender Scheibe werden in vielen Privathaushalten zur Feststellung der verbrauchten Energie in Wattstunden angetroffen. Diese Art von Energiemessern haben bewegliche Teile und Permanentmagnete, die die Vorrichtung relativ schwer und unförmig groß machen. Weiterhin können diese Meßqeräte nur über einen relativ engen Bereich genau arbeiten und sind allgemein nur für eine spezielle Spannung ausgelegt.

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Zur Überwindung dieser Nachteile schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Messung der einer Quelle entnommenen Energie vor, bei der durch eine Last fließende Strom sowie die Spannung über der Last gemessen werden, eine erste Reihe von periodischen Impulsen mit einer vco dem gemessenen Strom abhängigen Impulsbreite und einer von der gemessenen Spannung abhängigen Amplitude erzeugt wird, die erste Impulsreihe intigriert und eine zweite Impulsreihe erzeugt wird, deren Zahl von dem Integral abhängt, in dem jeweils ein Impuls erzeugt wird, wenn ein Kondensator von dem integrierten Signal auf einen vorbestimmten Wert aufgeladen ist.

Das erfindungsgemäße,nach diesem Verfahren arbeitende elektronische Wattstundenmeter weist einen Stromabschnitt, einen Spannungsabschnitt sowie einen Vervielfacherabschnitt zur Verknüpfung des Stromes und der Spannung und einen Meßabschnitt, auf. Der Stromabschnitt umfaßt eine Einrichtung zur Prüfung des Stromes mehrere Male pro Sekunde sowie eine Einrichtung sur Erzeugung einer Reihe von Impulsen, deren Breite von dem gemessenen Strom abhängt.

Der Vervielfacherabschnitt enthält eine Schaltung.zur Kombination der Impulsreihen, deren Breite von dem gemessenen Strom und der gemessenen Spannung abhängt, sowie zur Erzeugung einer Reihe von Impulsen, deren Impulsbreite zu dem gemessenen Strom und deren Amplitude zu der gemessenen Spannung in Beziehung steht. Der Ausgang des Vervielfacherabschnittes kann gemittelt werden, um die von einer Last verbrauchte Leistung zu bestimmen oder die von einer Quelle entnommene Leistung zu ermitteln; er kann auch über die Zeit integriert werden, um die von einer Last verbrauchte Energie oder die von einer Quelle zugeführte Energie zu bestimmen.

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Das erfindungsgemäße Energiemeter besitzt demzufolge keine bewegten Teile in dem Meßabschnitt und arbeitet nicht mechanisch. Das sich ergebende Energiemeter ist gewichtsmäßig leicht und kompakt in Bezug auf den beanspruchten Raum und kann in einer bevorzugten Ausführungsform für einen größeren Arbeitsbereich ausgelegt werden, so daß es universell verwendbar ist.

Bei einem Amperestundenmeter oder einem Wattstundenmeter weist der Meßabschnitt eine Integriereinrichtung für den Ausgang des Vervielfacherabschnittes sowie eine Einrichtung zur Erzeugung einer Reihe von Impulsen auf, deren Zahl dadurch zu dem gebildeten Integral in Beziehung steht, daß jedesmal dann ein Impuls erzeugt wird, wenn ein Kondensator in dem Meßabschnitt auf eine vorbestimmte Spannung aufgeladen ist. Der Arbeitsbereich des erfindungsgemäßen Energiemeters kann dadurch vergrößert werden, daß eine Konstantstromquelle zwischen dem Meßabschnitt und dem Vervielfacherabschnitt eingefügt wird, die einen Ladestrom für den Kondensator.in dem Meßabschnitt liefert» wobei die Amplitude des Ladestromes mit der gemessenen Spannung und die Dauer des Ladestromes mit dem gemessenen Strom im Zusammenhang steht.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung hervor, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines mit den Merkmalen der Erfindung ausgestatteten Energiemeters;

Fig. 2 ein Diagramm der Signalformen an verschiedenen Punkten des Energiemessers gemäß Fig. 1; und

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Fig. 3 eine alternative Ausführungsform für einen Teil des Energiemeters nach Fig. 1.

Das Energiemeter nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus vier Abschnitten, die in Fig. 1 durch gestrichelte Linien abgedeutet sind. Der linke Abschnitt ist ein Stromabschnitt; der rechte Abschnitt ist die Meßstation und der Teil in der oberen Hälfte der Figur zwischen den beiden gestrichelten Vertikallinien ist die Spannungsstation, während der untere Abschnitt zwischen den beiden gestrichelten Linien die Vervielfacherstation ist.

Der Betrag der einer Last zugeführten elektrischen Energie wird dadurch bestimmt, daß die Leistung pro Zeiteinheit während eines gegebenen Zeitintervalls gemessen wird. Die Leistung wird üblicherweise in Einheiten von Watt angegeben, während die elektrische Energie in irgendeiner gewünschten Einheit,beispielsweise Wattsekunden oder Wattstunden, angegeben wird. Das Energiemeter nach Fig. 1 mißt den einer Last zugeführten Strom und die Spannung über der Last und verknüpft diese beiden zu einer Anzeige der der Last zugeführten Leistung. Das Energiemeter enthält fernerhin eine Einrichtung, die diese Leistung mit der Zeit in Beziehung setzt und einer Anzeige für die der Last zugeführte Energie liefert. Das Energiemeter nach Fig. 1 umfaßt eine Schaltung 1 zur Messung des der Last zugeführten Stromes. Die Strommeßschaltung 1 kann in einem nicht beschränkenden Beispiel eine Abzweigung zur Umwandlung des Stromes in eine Spannung enthalten, wobei die Spannung direkt mit der Größe des Stromes in Beziehung steht. Der Ausgang der Strommeßschaltung 1 ist über zwei in Reihe geschaltete Widerstände 2,3 an einen Eingangsanschluß 4 einer Komparatorschaltung 5 angeschlossen. Die Komparatorschaltung 5 kann vorteilhafterweise eine integrierte Schaltung sein. Ein Siebkondensator 6 ist zwischen die Widerstände 2 und 3 und Masse eingeschaltet.

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Die Komparatorschaltung 5 besitzt einen zweiten Eingangsanschluß 7, dem aus einer Quelle 8 eine Bezugsspannung zugeführt wird. Die Quelle 8 liefert eine Bezugsspannung, deren zeitlicher Verlauf der Sägezahnkurve A (Fig.2) entspricht. Die Bezugsspannung gemäß der Kurve A besitzt einen vorgewählten Spitzenwert und eine vorgewählte Frequenz. Die Sägezahnkurve der Spannung aus der Quelle 8 prüft den gemessenen Strom während eines gegebenen Zeitintervalls eine vorbestimmte Anzahl von Malen. Beispielsweise besitzt die Sägezahnspannung eine Frequenz von einem kHz, so daß der gemessene Strom mindestens einmal pro Millisekunde abgetastet wird.

Die Quelle 8 weist einen Kipposzillator 9 mit einem Zeitkondensator 10 auf, der zwischen den Emitter eines Unijunktionstransistor und Masse geschaltet ist. Die untere B asis des Unijunktionstransistors 11 ist über einen Widerstand 13 an eine Spannungsquelle V₃ gelegt. Vorzugsweise kann, wie in Fig. 1 dargestellt, auch die untere Basis des Unijunktionstransistors 11 über einen Widerstand 12 mit Masse und die obere Basis über den Widerstand 13 mit der Spannungsquelle V- verbunden sein. Die Zeitschaltung des Oszillators 9 umfaßt ferner einen pnp-Transistor 14, dessen Kollektor mit dem Emitter des Unijunktionstransistors 11 und dessen Emitter über einen Widerstand 15 mit der Spannungsquelle V, verbunden sind. Die Basis des Transistors 14 ist an einen Spannungsteiler angeschlossen,, der aus der Reihenschaltung einer Zenerdiode 16 und einem Widerstand 17 gebildet wird und zwischen der Spannungsquelle V» und Masse liegt. Der Ausgang des Oszillators 9 ist über einen Transistor 18 an den zweiten Eingangsanschluß 7 der Komparatorschaltung 5 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 18 ist direkt mit der Spannungsquelle V₃ verbunden, während der Emitter des Transistors

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über einen Widerstand 19 in Reihe mit einem Potentiometer 20 an Masse angeschlossen ist. Die Basis des
Transistors 18 ist mit dem Emitter des Unijunktionstransistors Il verbunden.

Der Ausgang der Quelle 8, der über dem Potentiometer entsteht, wird über ein Widerstand 21 auf den zweiten Eingangsanschluß 7 der Komparatorschaltung 5 gegeben. Der Ausgang der Komparatorschaltung 5 ist über einen
Widerstand 25 an die Basis des Transistors 26 in der
Vervielfacherstufe des Energiemeters gelegt. Der Emitter des Transistors 26 ist mit Masse verbunden, während der Kollektor des Transistors 26 über einen Widerstand 27 an den Ausgang einer Spannungsmeßschaltung 28 gelegt
ist. Der Ausgang der Spannungsmeßschaltung 28 ist als ein Pegel in Kurve C der Fig. 2 dargestellt. Der Eingang der Spannungsmeßschaltung 28 liegt parallel zur
Last 50, um die Spannung über der Last 50 zu messen.

Der Ausgang der Vervielfacherstation 28, der an dem
Kollektor des Transistors 26 erscheint, ist in Fig. 2 repräsentativ als Kurve D dargestellt. Dieses Signal
wird der Meßstation des Energiemeters über eine Diode 29 zugeführt. Die Anode der Diode 29 ist mit dem Kollektor des Transistors 26 verbunden, während die Kathode der Diode 29 über einen Stellwiderstand 30 in Reihe mit einem Festwiderstand 31 an einen Integrierkondensator 32 angeschlossen ist. Eine Seite des Integrierkondensators 32 liegt auf Masse. Das Signal über dem Integrierkondensator 32 ist repräsentativ in Kurve E in Fig. 2 dargestellt. Die Spannung über dem Integrierkondensator 32 ist über eine Diode 33 dem Emitter eines Unijunktionstransistors 34 in der Meßstation des Energiemeters zugeführt. Die untere Basis des Unijunktionstransistors 34 ist mit einem Widerstand 35 verbunden, dessen andere Seite auf

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Masse liegt, während die obere Basis über einen Widerstand 36 mit der Spannungsquelle V₃ verbunden ist. Eine Vorspannung für den Unijunktionstransistor 34 wird durch Kombination eines Widerstandes 38 und eines Potentiometers 39 erzeugt. Das Potntiometer 39 liegt zwischen einer Spannungsquelle V_ und.Masse, während der Widerstand 38 zwischen- dem Abgriff des Potentiometers 39 und dem Emitter des Unijunktionstransistors 34 eingeschaltet ist. Der Ausgang des Unijunktionstransistors 34 tritt über dem Widerstand 35 an der unteren Basis des Unijunktionstransistors auf und steuert den Betrieb einer Vierschichtschaltdiode 40. Der Steueranschluß der Vierschichtschaltdiode 40 ist über eineri Widerstand 41 mit der unteren Basis .des Unijunktionstransistors 34 verbunden. Die Kathode der Vierschichtschaltdiode 40 ist mit Masse verbunden und die Anode ist über eine Relaiswicklung 43 und einen Widerstand 44 in Reihe an eine Spannungsquelle V, angeschlossen. Eine Diode 45 liegt parallel zur Relaiswicklung 43, um die Energie in der Wicklung 43 bei Beendigung des Stromflusses durch die Wicklung 43 am Ende der Leitung durch die Vierschichtschaltdiode 40 aufzunehmen. Das Relais 43 steuert die Bewegung eines Kontaktes 46 bezüglich eines Festkontaktes 47, wobei die beiden Kontakte mit den Eingängen eines Zählers 48 verbunden sind.

Im Betrieb erzeugt die Strommeßsc haltung 1 eine Spannung, deren Amplitude mit der Größe des durch einen Verbraucher 50 aus der Quelle 51 fließenden Stromes in Beziehung steht. Beispielsweise besitzt die Spannung am Ausgang der Strommeßschaltung 1 einen Wert zwischen Null und 50 Millivolt. Diese Spannung wird in der Komparatorschaltung 5 mit dem Ausgang der Bezugsspannungsquelle 8 verglichen, die einen Spitzenwert von 50 Millivolt und einen Spannungsverlauf von einem Sägezahn in einer Millisekunde liefert. Bei höherem Anforderungen an die Genauigkeit kann die Frequenz des Ausgangssignal aus der Quelle 8 erhöht werden, so

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daß der gemessene Strom häufiger geprüft werden kann.

Die Komparatorschaltung besitzt normalerweise einen Ausgang aufeinem tiefen Pegel} der in Fig. 2 repräsentativ als Kurve B dargestellt ist und dort eine kleine negative Spannung zeigt. Wenn die Bezugsspannung aus der Quelle 8 bis zu dem· Punkt ansteigt, an dem sie gleich der Spannung an dem Eingangsanschluß 4 ist (wobei diese Spannung den gemessenen Strom repräsentiert), ändert die Komparatorschaltung 5 ihren Zustand und ihr Ausgang geht auf einen hohen Pegel, oder eine positive Spannung. Die Dauer des Tiefpegel-Ausgangs aus der Komparatorschaltung 5 steht in direkter Beziehung zur Größe des gemessenen Stromes und ist daher repräsentativ für die Größe des gemessenen Stromes. Der Ausgang der Komparatorschaltung 5 bleibt auf dem hohen Pegel, bis das Ende des Sägezahns aus der Quelle 8 vorhanden ist, und kehrt dann auf den niedrigen Pegel oder eine geringfügige negative Spannung zurück. Die gemessene Spannung über dem Verbraucher 50 erscheint als ein Ausgangssignal aus der Spannungsmeßschaltung 28 am Punkt C. Dies ist eine positive Spannung, die auf den Kollektor des Transistors 26 über den Widerstand 27 gegeben wird. Der Transistor 26 wird während derjenigen Zeitspanne, bei der der Ausgang der Komparatorschaltung 5 auf einem hohen Pegel steht, aufgesteuert. Die Spannung von hohem Pegel am Ausgang der Komparatorschaltung 5 reicht aus, den Transistor 26 in die Sättigung zu steuern, so daß an dem Kollektor des Transistors 26 und damit am Punkt D in der Schaltung gemäß Fig. 1 im wesentlichen Massepotential auftritt. Somit wird während derjenigen Zeit, in der der Transistor 26 sperrt, die Ausgangsspannung der Spannungsmeßschaltung 28 auf den Integrierkondensator 32 durch die Diode 29 und die Widerstände 30 und 31 gegeben. Der Integrierkondensator 32 wird sich somit auf die Spannung am Punkt C aufzuladen versuchen, welche Spannung für die gemessene Spannung repräsentativ ist. Die Spannung wird

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jedoch eine Zeitspanne lang weggenommen, wobei dieses Zeitintervall von dem Augenblick, an dem die Sägezahnspannung aus der Quelle 8 den Wert der den gemessenen Strom repräsentierenden Spannung annimmt, bis zum Ende des Sägezahns reicht. Mit anderen Worten: die die gemessene Spannung repräsentierende Spannung wird auf den Integrierkondensator ein solches Zeitintervall lang gegeben, das direkt mit der Größe des gemessenen Stromes in Beziehung steht. Der Transistors 26 und die ihm zugeordneten Schaltungskomponenten wirken somit als eine Vervielfacherschaltung bzw. als eine Multiplizierschaltung und arbeitet wie ein Schalter, der die gemessene Spannung auf die Integrierschaltung ein Zeitintervall lang gibt, das durch die Größe des gemessenen Stromes bestimmt ist.

Das Signal am Punkt D, das eine Reihe von periodischen Impulsen darstellt, deren Breite dem Effektivwert des gemessenen Stromes und deren Amplitude dem Effektivwert der gemessenen Spannung entspricht, kann gemittelt werden, um-eine Anzeige für durch die Last verbrauchte Leistung zu erhalten, womit sich ein Wattmeter ergibt. Alternativ kann das Signal über die Zeit integriert werden^ um ein Maß für die Wattstunden oder die gesamte von der Last verbrauchte Energie zu erhalten. Wenn der Spannungspegel an dem Integrierkondensator 32 einen eingestellten Pegel, der eine Wattstunde repräsentiert, erreicht, entlädt sich der Kondensator über den Unijunktionstransistor 34, so daß die Vierschichtschaltdiode 40 geöffnet wird, die ihrerseits das Relais 43 aktiviert, so daß der Zähler 48 einen Zählschritt weiter zählt. Jedesmal, wenn danach der Integrierkondensator 32 den eingestellten Pegel erreicht und damit den Verbrauch einer Wattstunde anzeigt, wird das Relais 43 über die Vierschichtschaltdiode 40 und den Unijunktionstransistor. 34 aktiviert und eine weitere Wattstunde wird gezählt. Somit zeigt der Ausgang des Zählers 48 den gesamten Energieverbrauch durch die Last 50.

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Das Energiemeter nach Fig. 1 kann vorteilhafteerweise so abgewandelt werden, daß sich ein Amperestundenmeter ergibt, das zur Feststellung der in einer Batterie gespeicherten Ladungsmenge während eines Aufladungszyklus oder zur Feststellung des aus einer Batterie entnommenen Energiebetrages während eines Entladungszyklus¹, dienen kann. In Abwandlung des Meßgerätes gemäß Fig. 1 zu einem Amperestundenmeter wird eine Bezugsspannung konstanter Größe auf Punkt C anstelle der die gemessene Spannung repräsentierenden Spannung gegeben.

In dem Meßgerät gemäß Fig. 1 versucht sich der Integrierkondensator 32 auf die am Punkt C stehende Spannung aufzuladen und diese Spannung kann zwischen Null Volt und einer oberen Grenze beliebig schwanken. Wenn die gemessene Spannung noch relativ niedrig ist, beispielsweise nahe Null Volt, lädt sich der Integrierkondensator 32 entsprechend einem nicht linearen Teil seiner Ladekurve auf. In ähnlicher Weise wird der Integrierkondensator 32 sich bei relativ hohen Spannungen längs eines nicht linearen Abschnittes seiner Ladekurve aufladen, das zu einem Fehler in der Enecgiemessung im Meßgerät führen kann. Folglich kann das Meßgerät gemäß Fig. 1 dadurch abgewandelt werden, daß die Schaltung nach Fig. 3 benutzt wird, die zwischen die Punkte B und C in der Schaltung nach Fig. 1 eingeschaltet wird. Die entsprechende Punkte B und C in der alternativen Ausführungsform sind in Fig. 3 eingetragen. Die gemessene Spannung wird dem Punkt C zugeführt¹und das Ausgangssignal aus der Komparatorschaltung 5, das am Punkt B steht, wird dem Punkt B in der Schaltung nach Fig. 3, zugeführt. Der Widerstand 25 ist wiederum mit der Basis des Transistors 26 verbunden, dessen Emitter auf Masse liegt. Jedoch ist die Kollektorschaltung des Transistors 26 gemäß Fig. 3 anders ausgelegt, als die entsprechende Schaltungsteile in Fig. 1.

Die gemessene Spannung wird auf einen Spannungsteiler ge-

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geben, der aus. einem Widerstand 60 und einem dazu in Reihe liegenden Widerstand 61 besteht, wobei das untere Ende des Widerstandes 61 dadurch auf einem vorgewählten Spannungspegel gehalten wird, daß er mit dem Abgriff eines Potentiometers 62 verbunden ist. Das Potentiometer 62 liegt zwischen einer Spannungsquelle V, deren Spannung vorzugsweise gleich der Spannung der Spannungsquelle V- sein kann, und Masse. Der Verknüpfungspunkt des Widerstandes 60 mit dem Widerstand 61 ist einerseits mit dem Kollektor des Transistors 26 und andererseits mit der Basis eines Transistors 63 verbunden. Der Transistor.

63 ist das aktive Element eines Verstärkers vom Verstärkungsfaktor 1. Zwischen dem Kollektor des Transistors 63 und einer Spannungsquelle V, ist ein Widerstand

64 eingeschaltet und zwischen dem Emitter des Transistor 63 und Masse ist ein Widerstand 65 eingeschaltet, der den gleichen Wert wie der Widerstand 64 hat. Der Ausgang der Transistorschaltung 63 wird von dem Kollektor abgenommen und gelangt auf die Basis eines pnp-Transistors 66. Der Emitter des Transistors 66 ist über einen Stellwiderstand 67 an die Spannungsquelle V, angeschlossen. Eine Beschleunigerdiode 68 ist zwischen die Basis und den Emitter des Transistors 66 geschaltet, wobei die Anode der Diode mit der Basis des Transistors 66 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 66 ist über eine Diode 70 an einen Integrierkondensator 71 angeschlossen. Die Kathode der Diode 70 ist mit einer Seite des Kondensators 71 und die andere Seite des Integrierkondensators 71 ist mit Masse verbunden. Eine Diode 72 ist zwischen den Verknüpfungspunkt von Diode 70 und Integrierkondensator 71 verbunden und führt zu dem Emitter des Unijunktionstransistors 34. Die übrigen Teile der Schaltung gemäß Fig. 3 sind identisch mit den entsprechenden Teilen der Fig. 1 und tragen gleiche Bezugszeichen.

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Im Betrieb werden eine Reihe von Impulsen auf den Punkt B gegeben,deren Kurvenform identisch zur Kurve B aus Fig. 2 ist. Wiederum wird der Transistor 26 während des Zeitintervalls gesättigt, das von dem Zeitpunkt, in dem die Bezugsspannung der den gemessenen Strom repräsentierenden Spannung gleicht^ bis zum Ende der Sägezahnkurve reicht, so daß ein Teil der gemessenen Spannung am Punkt D ein Zeitintervall lang erscheint, das der Größe des gemessenen Stromes entspricht. Die gemessene Spannung am Punkt C wird zwischen den Widerständen 60 und 61 geteilt, wobei die Widerstände 60 und 61 ein vorbestimmtes Widerstandsverhältnis haben. Beispielsweise können die Widerstände 60 und 61 im Verhältnis 1:1 stehen. Wenn der Arbeitsbereich ausgedehnt werden soll, kann der Widerstand 60 auch in einem anderen Verhältnis zum Widerstand 61 stehen. Wenn beispielsweise der Widerstand 60 das zehnfache des Widerstands 61 beträgt, dann ist der Bereich der gemessenen Spannung, über den das Meßgerät arbeiten kann, um den Faktor 10 vergrößert gegenüber dem Fall, wenn das Widerstandsverhältnis 1:1 ist.

Der Strombereich kann ebenfalls dadurch ausgedehnt werden, daß geeichte Shunts mit vorgewählten Verhältniswerten der Strommeßschaltung 1 verwendet werden. Außerdem können Wechselspannungen und Wechselströme in Gleichströme umgewandelt werden,,die die Effektivwerte in den Meßschaltungen 1 und 28 repräsentieren.

Eine Vorspannung für den Transistor 63 wird an dem Potentiometer 62 erzeugt, so daß das Meßgerät auf eine gemessene Spannung bis herab zu Null Volt ansprechen kann. Die die gemessene Spannung repräsentierende Spannung am Punkt D steuert den Transistor 63 vorwärts, so daß er Strom durch die Widerstände 64 und 65 zieht. Der Transi-

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stör 63 und die ihm zugeordneten Widerstände stellen einen Verstärker vom Verstärkungsfaktor 1 dar, so daß sein Ausgang seinen Eingang repräsentiert. Der Transistor 63 steuert den Betrag an Strom, der durch den Widerstand 66 in den Integrierkondensator 71 fließt. Der Transistor 66 und die ihm zugeordnete Schaltung einschließlich Widerstand 67 stellen im wesentlichen eine Konstantstromquelle für den Integrierkondensator 71 dar, so daß der Kondensator sich in jedem Zeitpunkt längs einer linearen Kurve auflädt. Wenn die Spannung über dem Integrierkondensator 71 einen vorgewählten Pegel erreicht, der einen ausgewählten Energiebetrag repräsentiert, beispielsweise eine Wattstunde, dann wird der Unijunktionstransistor getriggert und der Integrierkondensator 71 entlädt sich über den Emitter und die untere Basis des Unujunktionstransistors 34 sowie über den Widerstand 35. Die an dem Widerstand 35 auftretende Spannung öffnet die Vierschichtschaltdiode 40, die ihrerseits das Relais 43 aktiviert, so daß die Kontakte 46 und 47 schließen und der Zähler zum Festhalten der gemessenen Energie um eine Zählstufe weiterzählt.

Das Meßgerät gemäß den Schaltungen aus Fig. 1 und 3 ist leicht an Gewicht, nimmt wenig Raum ein und verbraucht sehr wenig Energie. Darüber hinaus sind die Schaltungskomponenten leicht an integrierte Schaltungen anpaßbar, was zu einer weiteren Verringerung an Größe und Gewicht führt.

Es wurde ein Meßverfahren für eine ausgewählte Energieein heit, beispielsweise eine Wattstunde, beschrieben, wonach der durch eine Last fließende Strom gemessen, die über der Last stehende Spannung gemessen, eine erste Reihe von periodischen Impulsen erzeugt wird, deren Breite zu dem Effektivwert des gemessenen Stromes und deren Amplitude zu dem Effektivwert der gemessenen Spannung in Beziehung

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stehen, die erste Reihe von Impulsen integriert und eine zweite Reihe von Impulsen erzeugt wird, deren Anzahl mit dem Integral in Beziehung steht, in dem jedesmal dann ein Impuls erzeugt wird, wenn ein Kondensator von dem integrierten Signal auf eine vorbestimmte Spannung aufgeladen ist. Der Meßbereich kann durch Abwandlungen des genannten Verfahrens ausgedehnt werden, wonach die erste Reihe von Impulsen nicht direkt integriert, sondern zuerst in eine zweite Reihe von Impulsen aus einer Konstantstromquelle umgewandelt wird, und wobei dann die zweite Reihe von Impulsen integriert wird. Die Erfindung beschäftigt sich weiterhin mit der elektronischen Schaltung eines Wattstundenmeters, das eine Stufe zur Erzeugung einer Reihe von Impulsen, deren Breite direkt mit dem gemessenen Strom in Beziehung steht, eine weitere Stufe zur Multiplikation der Serie von Impulsen, die gemessenen Strom repräsentieren, mit der unbekannten Spannung, weiterhin eine Stufe zur Integration des multiplizierten Signals und schließlich eine Stufe zur Erzeugung einer Reihe von Impulsen aufweist, deren Zahl von dem Integral abhängt, in dem jedesmal dann ein Impuls erzeugt wird, wenn ein Kondensator von dem integrierten Signal auf einen vorbestimmten Wert aufgeladen ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Messung der von einer Last aus einer Quelle entnommenen Energie, bei dem der durch die Last fließende Strom gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von periodischen Impulsen (D) erzeugt wird, die eine vorgewählte Amplitude und solche Breite haben, die den Effektivwert des gemessenen Stromes repräsentiert, und daß der Energiegehalt der Impulsreihe zu einer vorgewählten Zeiteinheit in Bezug gesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Inbezugsetzen ein Integrieren der Impulsreihe (E) umfaßt, und daß eine zweite Impulsreihe erzeugt wird, deren Zahl das Integral repräsentiert, in dem jedesmal dann ein Impuls erzeugt wird, wenn ein Kondensator (32) von der ersten Impulsreihe auf eine vorbestimmte Spannung aufgeladen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der zweiten Impulsreihe gezählt werden.

4. Verfahren zur Messung der von einer Last aus einer Quelle entnommenen Energie, bei dem der die Last durchfließende Strom und die Spannung über der Last gemessen werden, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Reihe von periodischen Impulsen (D) erzeugt wird, deren Breite dem Effektivwert des gemessenen Stromes und deren Amplitude dem Effektivwert der gemessenen Spannung entspricht, und daß der Energiegehalt der ersten Impulsreihe zu einer vorgewählten Zeiteinheit in Bezug gesetzt wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Inbezugsetzen ein Integrieren der Impulsreihe

(E) umfaßt, und daß eine zweite Impulsreihe erzeugt wird, deren Zahl das Integral repräsentiert, in dem jedesmal dann ein Impuls erzeugt wird, wenn ein Kondensator von der ersten Impulsreihe auf eine vorbestimmte Spannung aufgeladen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der zweiten Impulsreihe gezählt werden.

7.!Verfahren zur Messung der von einer Last einer Quelle entnommenen Energie, bei dem eine erste, zu dem Effektivwert des von der Last aufgenommenen Stromes proportionale Gleichspannung und eine zweite, dem Effektivwert der an der Last liegenden Spannung proportionale Gleichspannung erzeugt werden, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Bezugsspannung (A) mit sägezahnformiger Zeitabhängigkeit von vorgewählter Frequenz erzeugt wird, daß die Bezugsspannung und die erste Gleichspannung verglichen werden, daß eine erste Impulsreihe (B) von vorgewählter Frequenz und einer dem Effektivwert des Stromes proportionalen Breite erzeugt wird, daß. eine zweite Impulsreihe (D) mit einer dem Effektivwert des Stromes proportionalen Breite und einer dem Effektivwert der Spannung proportionalen Amplitude erzeugt wird, daß die zweite Impulsreihe (E) integriert und eine dritte Impulsreihe erzeugt wird, deren Zahl das Integral repräsentiert, in dem jedesmal dann ein Impuls erzeugt wird, wenn ein Kondensator von der zweiten Impulsreihe auf einen vorbestimmten Wert aufgeladen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der dritten Impulsreihe gezählt werden.

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9. Energiemeter zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Strommeßschaltung zur Messung des die Last durchfließenden Stromes, gekennzeichnet, durch eine Komparatorschaltung (5) zur Erzeugung einer Reihe von Impulsen, deren Breite proportional zu dem gemessenen Strom ist; durch eine Multiplizierschaltung (26) zur Multiplikation der ersten Impulsreihe mit einer vorbestimmten Spannung sowie zur Erzeugung einer zweiten Impulsreihe, deren Impulsbreite proportional zu dem gemessenen Strom und deren. Amplitude eine vorgewählte Konstante ist; durch eine Integrierschaltung (32) zur Integration der zweiten Impulsreihe sowie zur Erzeugung eines Spannungspegels, der für eine vorgewählte Energieeinheit repräsentativ ist; und durch eine Schaltung (34,40), die auf den Spannungspegel· anspricht und jedesmal dann einen Ausgangsimpuls erzeugt, wenn der Spannungspegel von der Integrierschaltung erreicht wird.

10. Energiemeter nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Zählschaltung (43,48) zur Zählung der Impulse am Ausgang der Schaltung (34,40).

11. Energiemeter zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 6, mit einer Strommeßschaltung sowie mit einer Spannungsmeßschaltung, in der die Spannung über der Last gemessen wird, gekennzeichnet, durch eine Komparatorschaltung (5) zur Erzeugung einer ersten Impulsreihe, deren Breite proportional zu dem gemessenen Strom ist; durch eine Multiplizierschaltung (26) zur Multiplikation der ersten Impulsreihe mit der gemessenen Spannung sowie zur Erzeugung einer zweiten Impulsreihe, deren Impulsreihe proportional zu dem gemessenen Strom und deren Impulsamplitude proportional zu der gemessenen Spannung ist; durch eine Integrierschaltung (32) zur Integration der zweiten Impulsreihe sowie zur Erzeugung eines Spannungs-

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pegels, der eine vorgewählte Energieeinheit repräsentiert; sowie durch eine Schaltung (34,40), die auf den Spannungspegel anspricht und jedesmal dann einen Ausgangsimpuls abgibt, wenn der Spannungspegel von der Integrierschaltung erreicht ist.

12. Energiemeter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zählschaltung (43,48) die Impulse am Ausgang der Schaltung (34,40) zählt.

13, Energiemeter zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 oder 8, mit einer Strommeßschaltung sowie mit einer Spannungsmeßscharitung, in der die Spannung über der Last gemessen wird, sowie mit einem ersten Gleichspannungsgeber, dessen Gleichspannung proportional dem Effektivwert des gemessenen Stromes ist, sowie mit einem zweiten Gleichspannungsgeber, dessen Gleichspannung proportional zu dem Effektivwert der gemessenen Spannung ist, gekennzeichnet durch eine Bezugsspannungsquelle (8), deren Bezugsspannung eine vorgewählte Frequenz hat und eine sägezahnförmige Zeitabhängigkeit zeigt; durch eine Komparatorschaltung (5) zum Vergleich der Bezugsspannung mit der ersten Gleichspannung sowie zur Erzeugung einer ersten Reihe von periodischen Impulsen mit der vorgewählten Frequenz, deren Impulsbreite proportional zu dem Effektivwert des gemessenen Stromes ist; durch eine Multiplizierschaltung (26) zur Multiplikation der ersten Impulsreihe mit der zweiten Gleichspannung sowie zur Erzeugung einer zweiten Reihe von Gleichspannungsimpulsen, deren Impulsbreite proportional zu dem Effektivwert des gemessenen Stromes und deren Impulsamplitude proportional zu dem Effektivwert der gemessenen Spannung ist; durch eine Integrierschaltung (32) zur Integration der zweiten Impulsreihe sowie zur Erzeugung eines Spannungspegels, der eine vorgewählte Energieeinheit repräsentiert; sowie durch eine

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Schaltung (34,40), die auf den Spannungspegel anspricht und einen Ausgangsimpuls jedesmal dann erzeugt, wenn der Spannungspegel von der Integrierschaltung erreicht ist.

14. Energiemeter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zählschaltung (43,48) die Impulse am Ausgang der Schaltung (34,40) zählt.

15. Energiemeter zur'Ausführung dts· Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Strommeßstufe (1,8,5) zur Erzeugung einer Spannungsimpulsreihe, deren Impulsbreite den gemessenen Strom repräsentiert; durch eine Spannungsmeßstufe (28) zur Erzeugung einer die gemessene Spannung repräsentierenden Spannung; durch einen Verstärker (63) mit Verstärkungsfaktor 1 , der auf die die gemessene Spannung repräsentierende Spannung während eines Zeitintervalls anspricht, das den gemessenen Strom repräsentiert, um die Leistung zu messen; durch einen Integrierkondensator (71), in dem die gemessene Leistung auf die Zeit bezogen wird, durch eine Konstantstromquelle (66)-zum Laden des Integrierkondensators mit einem Strom, der die gemessene Spannung repräsentiert, über solche diskreten Zeitintervalle, die den gemessenen Strom repräsentieren; sowie durch eine Schaltung (34,40,48), die auf eine vorbestimmte Spannung an dem Int egrierkondensator anspricht und vorgewählte Energieeinheiten zählt, die durch die vorbestimmte Spannung über dem Integrierkondensator repräsentiert wird.

16. Energiemter zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einer Strommeßschaltung sowie mit einem Spannungsgeber, dessen Spannungspegel den gemessenen Strom repräsentiert, gekennzeichnet durch eine Bezugsspannungsquelle (8), deren Ausgangsspannung 3&gezahnform hat; durch eine Komparatorschaltung (5) zum Ver-

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gleich der den gemessenen Strom repräsentierenden Spannung mit der Bezugsspannung sowie zur Erzeugung einer Reihe von Spannungsimpulsen, deren Impulsbreite den gemessenen Strom repräsentiert; durch eine Meßeinrichtung zur Messung der Spannung, über der Last sowie zur Abgabe einer Spannung, die die gemessene Spannung repräsentiert; durch einen Verstärker vom·Verstärkungsfaktor 1 und einen Spannungsteiler zur Teilung der die gemessene Spannung repräsentierenden Spannung in zwei Teilspannungen von vorgewähltem Verhältnis; durch das Zuführen einer der Spannungen aus dem Spannungsteiler auf einen Eingang des Verstärkers während eines Zeitintervalls, das den gemessenen Strom repräsentiert; durch eine Konstantstromquelle, die auf den Ausgang des Verstärkers anspricht; durch einen Integrierkondensator, der den Ausgang der Konstantstromquelle aufnimmt; durch eine auf eine vorbestimmte Spannung an dem Integrierkondensator ansprechenden Schalteinrichtung zur Entladung des Kondensators jedesmal dann, wenn eine vorgewählte Energieeinheit der Last zugeführt wurde, repräsentiert durch die vorbestimmte Spannung an dem Kondensator; sowie durch eine Zählschaltung zur Zählung der Energieeinheiten, die auf die Schalteinrichtung anspricht.

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