DE3711978A1 - Elektrizitaetszaehler mit einem hall-sensor und einem spannungs-frequenz-wandler fuer sehr niedrige spannungen - Google Patents
Elektrizitaetszaehler mit einem hall-sensor und einem spannungs-frequenz-wandler fuer sehr niedrige spannungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Elektrizitätszähler mit einem
Hall-Sensor und einem Spannungs-Frequenz-Wandler für sehr
niedrige Spannungen, wie eine Ausgangsspannung des Hall-
Sensors.
Bei den analog-digitalen Elektrizitätszählern wird eine
strenge Linearität der Umwandlung der Ausgangsspannung der
Sensorschaltung in die Frequenz gefordert, was bei sehr
niedrigen Ausgangsspannungen des Hall-Sensors und dazu
noch auf einem breiten Messbereich besonders dringend
erscheint.
Es sind Spannungs-Frequenz-Wandler aus der Patentanmeldung
YU P-757/75 und der daraus hervorgegangenen DE 26 12 764
sowie aus DE 26 42 397 bekannt. Der Einfluss der Eingangsspannungswanderung
des Intergrieroperationsverstärkers
wird darin durch eine Umpolung der Eingangsspannung des
Integrators herabgesetzt, der Einfluß des Integrierkondensators
wird jedoch durch die Anwendung eines genau
festgelegten Kompensationsstromimpulses beseitigt.
Da die Dauer der Anschlußzeiten der Spannungen verschiedener
Vorzeichen nicht gleich ist, wird eine von der Eingangsspannungswanderung
des Integrieroperationsverstärkers
stammende Ungenauigkeit der Umwandlung nicht behoben. Ein
derartiger Wandler ist demnach für niedrige Eingangsspannungen,
besonders noch für niedrige Eingangsspannungen in einem
breiten Messbereich ungeeignet. Seine weitere Unzulänglichkeit
besteht im grossen Einfluss des Verlustwinkels bei einer
begrenzten Verstärkung des Operationsverstärkers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einfluss der
Eingangsspannungswanderung des Integrierverstärkers und
den Einfluss der mangelhaften Beständigkeit des Integrierkondensators
restlos zu beseitigen sowie für den Hall-Sensor
eine Sensorschaltung mit der grösstmöglichen, das Vorzeichen
ändernden Ausgangsspannung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den im Kennzeichen
des Patentanspruchs festgelegten Merkmalen gelöst. Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Schaltung des erfindungsgemässen Elektrizitätszählers
in Grundausführung,
Fig. 2 einen Zeitverlauf der integrierten Spannung U i
und der Steuersignale für die Schaltung in Fig. 1,
Fig. 3,4 eine weitere Ausführung der erfindungsgemässen
Zählerschaltung, einen analogen Teil der Schaltung
bzw. eine Steuerschaltung,
Fig. 5 einen (K, F; Z) Frequenzkomparator,
Fig. 6 einen Zeitverlauf der integrierten Spannung U i ,
der Ausgangsspannung U H einer Sensorschaltung und
der Steuersignale sowie die Schwellenpegel für
drei verschiedene Spannungsamplituden U H , alles
für die Schaltung in Fig. 3,4, und
Fig. 7,8 Ausführungen der Sensorschaltung.
Der erfindungsgemässe Elektrizitätszähler in Grundausführung
umfasst eine Sensorschaltung S H , einen Integrator B 1, eine
Steuerschaltung CO und eine Kompensationsschaltung B 3 (Fig. 1).
Zwischen der Eingangsklemme der Schaltung S H und dem
Ausgang eines Operationsverstärkers 1 sind ein Widerstand 5,
ein Schalter 6, ein Hall-Sensor 4 mittels seiner Stromklemmen
und ein Schalter 8 reihengeschaltet. Der Schalter 6 und
der Sensor 4 sind durch einen Schalter 9, der Sensor 4 und
der Schalter 8 durch einen Schalter 7 überbrückt. Die
Schalter 6,8 werden mit einem Umpolungssignal P, die Schalter
7,9 mit einem Umpolungssignal gesteuert. Der nichtinvertierende
Eingang des Verstärkers 1 ist an die Masse und der invertierende
Eingang an die erste Spannungsklemme des Sensors 4 angeschlossen,
dessen andere Spannungsklemme an die Ausgangsklemme
der Schaltung S H angeschlossen ist.
An den Ausgang eines Integrieroperationsverstärkers 2,
an dessen nichtinvertierenden Eingang der Ausgang der
Schaltung S H angeschlossen ist, sind ein Schalter 13, ein
Integrierkondensator 22, ein Schalter 11 und ein Widerstand
20 reihengeschaltet. Der Schalter 13 und der Kondensator 22
sind durch einen Schalter 10, der Kondensator 22 und der
Schalter 11 durch einen Schalter 12 überbrückt. Die Schalter
11,13 werden mit dem Signal P, die Schalter 10,12 mit dem
Signal gesteuert. Die gemeinsame Klemme der Schalter
11,12 und des Widerstandes 20 ist an den invertierenden
Eingang des Verstärkers 2 angeschlossen.
Die Eingänge des Komparators B 2 sind an die Klemmen des
Kondensators 22 angeschlossen. Vom Ausgang des Komparators B 2
wird ein Komparatorsignal C an den D-Eingang eines D-Flipflops
21 in der Steuerschaltung CO geleitet. An den Takteingang
des Flipflops 21 wird von einer Schaltung 24 ein z. B. in
einem Quarzoszillator erzeugtes Taktsignal CL zugeführt.
Von der Schaltung 24 werden auch die Umpolungssteuersignale
P, , deren Periode eine Mehrfachperiode des Signals CL
ist, und ein kurzzeitiges Signal S, das zwischen den aufeinanderfolgenden
Signalen P, den logischen Zustand 1 annimmt,
gebildet. Ein Kompensationssignal Q erscheint am Q-Ausgang
des Flipflops 21.
In der Schaltung B 3 sind Klemmen für Referenzspannungen U, U
über Schalter 14 bzw. 15 an die gemeinsame Klemme des Widerstandes
20 und eines Schalters 16, der an die Masse angeschlossen
ist, angeschlossen. An je einen Eingang der UND-Tore
17, 18 werden die Signale P, und an den gemeinsamen
Eingang das Signal Q zugeführt. Die Ausgangssignale der
Tore 17, 18 steuern die Schalter 14, 15. Der Schalter 16
wird mit dem Ausgangssignal eines NOR-Tores 19, an dessen
Eingänge die Signale Q, S zugeleitet werden, gesteuert.
An die Eingangsklemme der Sensorschaltung S H ist eine an
der elektrischen Schaltung, deren Verbrauch oder Erzeugung
der elektrischen Energie vom Elektrizitätszähler gemessen
wird, herrschende Spannung angeschlossen. Dem Strom in der
genannten Schaltung ist die Magnetfelddichte an der Stelle
des Hall-Sensors 4 proportional. Die Ausgangsspannung U H
der Schaltung S H ist daher der elektrischen Leistung dieser
Schaltung proportional.
Die Arbeitsweise des beschriebenen Elektrizitätszählers
wird anhand Fig. 2 erläutert. Die Umpolung der Ausgangsspannung
U H der Schaltung S H fällt mit der Umpolung der Klemmen des
Kondensators 22 zusammen. Die integrierte Spannung U i am
Kondensator 22 fällt deswegen gleichmässig bis zu einem
Schwellenpegel U o des Komparators B 2 ab, wonach am Komparatorausgang
das Signal C erscheint. Die Schaltung 24 erzeugt
gleichdauernde Signale P, , d. h. t 2 - t 1 = t 3 - t 2. Gerade
deswegen werden die Beiträge der Spannungswanderung am
Eingang des Verstärkers 2 und der Unbeständigkeit des
Kondensators 22 zur integrierten Spannung U i jeder einzelne
in sich kompensiert. Der erste Impuls CL nach dem Erscheinen
des Signals C löst einen Impuls des Signals Q aus. Mittels
Steuerung der Schalter 14, 15 wird die Ladungskompensation
aus zwei Referenzquellen ein Einklang mit der Umpolung des
Kondensators 22 gebracht. Der Widerstand 20 hat den Masseanschluss
über den Schalter 16, ausgenommen während des
Impulses Q und während des Impulses S, wodurch bei der
Umpolung des Kondensators 22 jeder Strom zum Verstärker 2
vermieden wird.
Eine weitere Ausführung des erfindungsgemässen Elektrizitätszählers
umfasst eine Sensorschaltung S H , die an die Eingangsklemme
eines Integrators B 1 angeschlossen ist, einen Komparator
B 2, eine Kompensationsschaltung B 3 und einen Detektor B 5
der Energieflussrichtung (Fig. 3) und eine Steuerschaltung CO
(Fig. 4).
Der Komparator B 2 ist mit einem Folgeverstärker versehen,
bei dem der nichtinvertierende Eingang eines Operationsverstärkers
130 an eine Klemme eines Integrierkondensators 122
im Integrator B 1 angeschlossen ist, während die andere
Klemme des Kondensators 122 an einen Kondensator 127,
dessen andere Klemme an die Masse angeschlossen ist, und an
den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 132
angeschlossen ist. Der Verstärker 132 mit Rückkopplungswiderständen
133, 134, 137 und einem Widerstand 131, der
an den Ausgang des Verstärkers 130 und an seinen nichtinvertierenden
Eingang angeschlossen ist, bildet einen
Schmitt-Trigger. Durch die Ueberbrückung einzelner Widerstände
mit Schaltern 135, 136, die mit Signalen Z 1, Z 2 gesteuert
sind, werden unterschiedliche obere und untere Schwellenpegel
U Hn , U Ln gebildet.
Die Schaltung B 3 ist mit einer einzigen Referenzspannungsklemme
U ausgeführt, an die ein Schalter 114, der durch
ein Signal Q gesteuert ist, angeschlossen ist. Die andere
Klemme des Schalters 114 ist an einen Schalter 116, der an
die Masse angeschlossen und durch das invertierte Signal Q
gesteuert ist, und an den Eingang eines Folgeverstärkers
B 3′ angeschlossen, dessen Ausgang an einen Integrierwiderstand
120 angeschlossen ist.
Der Detektor B 5 ist mit einem Operationsverstärker 141
ausgeführt. An seinen nichtinvertierenden Eingang sind ein
Rückkopplungswiderstand 142 und ein Widerstand 140 angeschlossen,
dessen andere Klemme an einen Ausgang eines Verstärkers 102
angeschlossen ist. An den invertierenden Eingang des
Verstärkers 141 ist eine Kette aus Widerständen 143-146
angeschlossen, die an einer Seite an eine Spannungsklemme U⁺
und an der anderen Seite an die Masse angeschlossen ist
und in welcher einzelne Widerstände durch Schalter 147, 148
überbrückbar sind. Diese Schalter sind durch Signale Z 1, Z 2
gesteuert und mit ihrer Hilfe wird jeweils ein einziger
Schwellenpegel des Detektors B 5 festgelegt. Ein invertiertes
Ausgangssignal des Verstärkers 141 wird an die Steuerklemme
eines Schalters 117, der den Kondensator 122 überbrückt,
und an den Takteingang eines Flipflops 150 geführt. Der
D-Eingang des Flipflops 150 und sein -Ausgang sind miteinander
verbunden. Am Q-Ausgang des Flipflops 150 wird ein
invertiertes Signal S′ gebildet.
Das invertierte Komparatorsignal C wird an ein UND-Tor 152
in der Steuerschaltung CO geleitet. Das Ausgangssignal
eines Multiplexers C 4 wird an den anderen Eingang des
Tores 152 geleitet. Der Ausgang des Tores 152 ist an den
D-Eingang eines D-Flipflops 154 angeschlossen, an dessen
Takteingang ein Taktsignal CL vom Ausgang einer phasengesteuerten
Schaltung 153 geleitet wird. An den Eingang
der Schaltung 153 wird ein Signal N geführt, das ein
invertiertes Ausgangssignal eines an die Netzspannung
angeschlossenen Nulldetektors 165 ist. Am Q-Ausgang des
Flipflops 154 wird ein Signal Q gebildet, das an eine
Signalklemme X der Schaltung B 3, an den Eingang eines Multiplexers
C 3 und an den Takteingang eines D-Flipflops 156
geleitet wird. Der -Ausgang des Flipflops 156 ist an
seinen D-Eingang angeschlossen. An seinem -Ausgang wird
ein Signal Q′ gebildet, das an den Eingang eines Frequenzteilers
157 geführt wird, dessen Ausgangssignal Q″ und das
Signal Q′ an den Eingang eines Frequenzkomparators C 1
geleitet werden.
Der Frequenzkomparator C 1 ist mit zwei (K,F;Z) Frequenzkomparatoren
191, 192 hergestellt. Die Schaltung des (K,F;Z)
Komparators ist in Fig. 5 dargestellt. Sie mit mit zwei
Frequenzteilern a, b mit einem Teilungsverhältnis J bzw. L
ausgeführt, wobei der Rückstelleingang des Teilers a an
den Zähleingang des Teilers b angeschlossen ist und den
K-Eingang des (K,F;Z) Komparators darstellt und der Rückstelleingang
des Teilers b and den Zähleingang des Teilers a
angeschlossen ist und den F-Eingang des (K,F;Z) Komparators
darstellt und die Ausgänge der Teiler a, b an den R-Eingang
und an den S-Eingang eines RS-Flipflops c angeschlossen sind,
dessen Ausgang den Z-Ausgang des (K,F;Z) Komparators darstellt.
An die K-Eingänge der Komparatoren 191, 192 ist ein Signal N
und an die F-Eingänge sind die Signale Q′, Q″ zugeführt.
Das Signal Z 1 am Ausgang des Komparators 192 wechselt von
logisch 0 auf logisch 1 über, wenn die Frequenz des Signals
Q′ die Frequenz des Signals N überschreitet. Ebenso wechselt
das Signal Z 2 in logisch 1, wenn die Frequenz des Signals Q″
die Frequenz des Signals N überschreitet.
An je einen Eingang der ODER-Tore 176, 177 im Multiplexer C 3
wird das Signal Q geleitet, an den anderen Eingang des
Tores 176 wird das Signal N und an den anderen Eingang des
Tores 177 ein Signal N′ vom Frequenzteiler 166 geleitet,
an dessen Eingang das Signal N geleitet wird. Der Ausgang
des Tores 177 ist an den Eingang eines UND-Tores 180 und
an den Takteingang eines D-Flipflops 167 angeschlossen, an
dessen D-Eingang das Signal Z 2 geleitet wird. Der Q-Ausgang
des Flipflops 167 ist an einen Eingang eines UND-Tores 179,
an dessen anderen Eingang der Ausgang des Tores 176 angeschlossen
ist, und über einen Inverter 181 an den anderen
Eingang des Tores 180 angeschlossen. Die Ausgänge der Tore
179, 180 sind an die Eingänge eines ODER-Tores 178 angeschlossen,
an dessen Ausgang ein Ausgangssignal des Multiplexers C 3
gebildet wird, dessen Frequenz je nach dem Zustand des
Signals Z 2 der Frequenz des Signals N oder des Signals N′
gleich ist und aus dem die Umpolungssignale P, abgeleitet
werden.
Eine Schaltung C 5 zur Bildung der Signale P, ist mit
einer Kette, die mit einem NOR-Tor 184 ausgeführt ist, an
dessen Ausgang Inverter 187, 188 reihengeschaltet sind,
und mit einer zweiten Kette, die mit einem NOR-Tor 183
ausgeführt ist, an dessen Ausgang Inverter 185, 186 reihengeschlatet
sind, errichtet. Ein Eingang des Tores 184 ist
an einen Eingang eines Inverters 182, der an einen Eingang
des Tores 183 angeschlossen ist, und an den Ausgang des
Multiplexers C 3 angeschlossen, während die zwei anderen
Eingänge der Tore 183, 184 an die Ausgänge der Inverter
188, 186 angeschlossen sind, denen die Signale P, entnommen
werden.
Eine Schaltung C 6 zur Bildung der Signale R, ist mit
einem exklusiven ODER-Tor 189 errichtet, an dessen ersten
Eingang der Ausgang des Multiplexers C 3 angeschlossen ist
und an dessen anderen Eingang das Signal S′ geleitet wird.
Am Ausgang des Tores 189 werden das Signal R und das invertierte
Signal erzeugt.
Das Signal Q wird vom Ausgangssignal des Multiplexers C 4
mitgestaltet, dessen Schaltung und Signalbesorgung im folgenden
beschrieben sind. Das invertierte Ausgangssignal des Tores
177 und das Signal N werden einem ODER-Tor 168 zugeführt,
dessen Ausgang an den Eingang eines Monoflops 169 angeschlossen
ist. Der Ausgang des
Monoflops 169 ist an den Eingang des UND-Tores 173 und an
den K-Eingang eines (K,F;Z) Frequenzkomparators 170, an
dessen F-Eingang das Signal Q geleitet und an dessen Ausgang
ein Signal Z 3 erzeugt wird, und an einen Frequenzteiler 159
angeschlossen, an dessen Ausgang eine Schaltung zur Formung
eines Ausgangsimpulses F des Elektrizitätszählers angeschlossen
ist. Das Signal Z 3 wird an den D-Eingang eines D-Flipflops
193 geleitet, dessen Takteingang an den Ausgang des Tores
177 angeschlossen ist und das Signal von seinem Q-Ausgang
an einen Eingang eines UND-Tores 171 geleitet wird, an
dessen anderen Eingang der Ausgang des Tores 178 angeschlossen
ist, während das invertierte Signal an einen Eingang eines
UND-Tores 172 geleitet wird, an dessen anderen Eingang der
Ausgang des Tores 177 angeschlossen ist und dessen Ausgang
an den anderen Eingang des Tores 173 angeschlossen ist.
Die Ausgänge der Tore 171, 173 sind an den Eingang eines
ODER-Tores 175 angeschlossen, an dessen Ausgang das Ausgangssignal
des Multiplexers C 4 erzeugt wird, dessen Signalpegel
vom Signal Z 3 am Ausgang des Komparators 170 abhängig ist.
Die Signale Q erscheinen nur in der Wirkungsperiode der
Signale P; folglich verläuft keine Kompensation während
der Wirkungsperiode der Signale . Durch diesen zweckbestimmten
Vorgang wird ein einziger Referenzspannungsanschluss ermöglicht.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Ausführung des erfindungsgemässen
Elektrizitätszählers wird anhand Fig. 6 näher
erläutert. Im ersten Drittel der Zeitachse ist der Ablauf
bei einer geringen Ausgangsspannung U H der Sensorschaltung
S H dargestellt. Die beiden Signale Z 1, Z 2 werden vom Frequenzkomparator
C 1 im Zustand logisch 0 gelassen, was niedrige
Schwellenpegel U HO , U LO des Schmitt-Triggers im Komparator
B 2 bestimmt. Dadurch wird trotz der niedrigen Spannung U H
eine angemessene Umpolungsfrequenz und dadurch die Eliminierung
des Einflusses sowohl der Eingangsspannungswanderung als
auch der mangelhaften Beständigkeit des Kondensators 122
erzielt. Bei grösseren Ausgangsspannungen U H werden höhere
Schwellenpegel U Hn , U Ln eingestellt. Die Umpolungsfrequenz
f 0 bleibt im gesamten Messbereich des Elektrizitätszählers
etwa konstant und legt zusammen mit dem Verlustwiderstand
R L des Integrators die Kapazität (1/f 0 R L ) des Kompensationskondensators
127 fest, mit dem der Verlustwinkel des Integrators
B 1 zusätzlich kompensiert wird.
Wenn der Energiefluss an den Verbraucherklemmen derweise
gerichtet ist, dass die Spannung U i in positiver Richtung
zu steigen beginnt, wird das vom Detektor B 5 aufgespürt,
sobald die Spannung U i ′ am Ausgang des Verstärkers 102 zum
erstenmal den Schwellenpegel des Detektors B 5 überschreitet.
Dabei reicht ein einziger Detektorpegel aus, denn die Spannung
U i ′ wird im Rhythmus des Signals P umgepolt. Dabei wird der
Kondensator 122 durch den Schalter 117 überbrückt und
durch das Signal S′ bedingt wird in der Schaltung C 6 die
Umformung der Signale P, in die Signale R, für die
Steuerung der Schalter in der Sensorschaltung S H durchgeführt.
Eine Ausführung einer Sensorschaltung S H ′ für einen Dreiphasenelektrizitätszähler
-ist in Fig. 7 dargestellt. Die Schaltung
S H ′ ist aus Schaltungen S HS , S HR , S HT , die der Schaltung S H
entsprechen, zusammengebaut, wobei an die Eingangsklemmen
U S , U R , U T entsprechende Phasenspannungen angeschlossen
sind und der nichtinvertierende Eingang eines Verstärkers
1 S and die Masse, der Ausgang der Schaltung S HS an den
nichtinvertierenden Eingang eines Verstärkers 1 R in der
Schaltung S HR und der Ausgang dieser Schaltung an den
nichtinvertierenden Eingang eines Verstärkers 1 T angeschlossen
ist, und der Ausgang der Schaltung S HT zugleich der Ausgang
der Schaltung S H ′ ist.
Die Ausführung einer Sensorschaltung S H ″ (Fig. 8) wird
angewendet, wenn man eine gesteigerte Ausgangsspannung U H
gegenüber der Ausgangsspannung der Schaltung S H erreichen
will. Sensorschaltungen S H1,S H2 . . . S Hn sind wie bei der
Schaltung S H ′ kaskadengeschaltet, jedoch mit einem gemeinsamen
Widerstand 5.
Ein Vorteil des erfindungsgemässen Elektrizitätszählers
besteht vor allem darin, dass bei dem Spannungs-Frequenz-
Wandler die Nichtlinearität der Umwandlung, die von der
Spannungswanderung des Integrieroperationsverstärkers und
von der Unbeständigkeit des Integrierkondensators herrührte,
vollkommen beseitigt ist. Weitere Vorteile bestehen darin,
dass der erfindungsgemässe Zähler in einem breiten Messbereich
anwendbar ist und dass die Schaltung so beschaffen
ist, dass man sie in monolithischer Technologie ausführen
kann und dass sie eine Kaskadenschaltung mehrerer, in
monolithischer Technologie ausgeführten Sensorschaltungen
mit einem Hall-Sensor ermöglicht.
Claims (16)
1. Elektrizitätszähler mit einem Hall-Sensor und einem Spannungs-
Frequenz-Wandler für sehr niedrige Spannungen, in dem an
den nichtinvertierenden Eingang eines Integrieroperationsverstärkers
2; 102 in einem Integrator B 1 eine Ausgangsspannung
U H einer Sensorschaltung S H mit einem Hall-Sensor 4
geleitet wird und über einen Widerstand 20; 120 dem Integrator
B 1 von einer Kompensationsschaltung B 3 eine Kompensationsladung
zugeführt wird und an Klemmen eines Integrierkondensators
22; 122 ein Komparator B 2 angeschlossen ist, dessen Ausgang
an eine Steuerschaltung CO angeschlossen ist, dadurch
gekennzeichnet, dass in der Schaltung (S H ) Stromanschlussklemmen
des Hall-Sensors (4) an gemeinsame Klemmen
von je zwei gesteuerten Schaltern (6, 7) und (8, 9) angeschlossen
sind und die gemeinsame Klemme der Schalter (6, 9) an
einen Widerstand (5), der an die Eingangsklemme der Schaltung
(S H ) angeschlossen ist, und die gemeinsame Klemme der
Schalter (7, 8) an den Ausgang eines Operationsverstärkers (1)
angeschlossen ist und die erste Spannungsklemme des Sensors
(4) zugleich die Ausgangsklemme der Schaltung (S H ) ist und
die andere Spannungsklemme des Sensors (4) an den invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers (1) angeschlossen ist,
dessen nichtinvertierender Eingang an die Masse angeschlossen ist,
dass Anschlussklemmen des Kondensators (22; 122) an gemeinsame Klemmen von je zwei Schaltern (10, 11; 110, 111) und (12, 13; 112; 113) angeschlossen sind und die gemeinsame Klemme der Schalter (10, 13; 110 113) an den Ausgang des Verstärkers (2; 102) und die gemeinsame Klemme der Schalter (11, 12; 111, 112) an den invertierenden Eingang des Verstärkers (2; 102) und an den Widerstand (20; 120) angeschlossen ist,
dass sämtliche jeweiligen in der Schaltung (CO) erzeugten Umpolungssignale (P, , R, ) eine Periode von derselben Dauer besitzen
und dass die Schalter (6, 8) durch das Signal (P; R), die Schalter (7, 9) durch das Signal (; ), die Schalter (11, 13; 111, 113) durch das Signal (P) und die Schalter (10, 12; 110, 112) durch das Signal ( ) gesteuert werden.
dass Anschlussklemmen des Kondensators (22; 122) an gemeinsame Klemmen von je zwei Schaltern (10, 11; 110, 111) und (12, 13; 112; 113) angeschlossen sind und die gemeinsame Klemme der Schalter (10, 13; 110 113) an den Ausgang des Verstärkers (2; 102) und die gemeinsame Klemme der Schalter (11, 12; 111, 112) an den invertierenden Eingang des Verstärkers (2; 102) und an den Widerstand (20; 120) angeschlossen ist,
dass sämtliche jeweiligen in der Schaltung (CO) erzeugten Umpolungssignale (P, , R, ) eine Periode von derselben Dauer besitzen
und dass die Schalter (6, 8) durch das Signal (P; R), die Schalter (7, 9) durch das Signal (; ), die Schalter (11, 13; 111, 113) durch das Signal (P) und die Schalter (10, 12; 110, 112) durch das Signal ( ) gesteuert werden.
2. Elektrizitätszähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Signal (C) am Ausgang des Komparators (B 2) in
logisch 1 übergeht, wenn die Spannung (U i ) am Kondensator (22)
im Verlauf des Integrierens bis zum Schwellenpegel des
Komparators (B 2) herabgesunken ist, wonach ein Signal (Q)
am Q-Ausgang eines Flipsflops (21), an dessen D-Eingang
das Signal (C) geleitet wird, erzeugt wird, sobald ein
Impuls (CL) einläuft.
3. Elektrizitätszähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den aufeinanderfolgenden Signalen (P, ) in
der Schaltung (CO) ein kurzzeitiges Signal (S) gebildet
wird.
4. Elektrizitätszähler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass in der Schaltung (B 3) an Referenzspannungsanschlüsse
(U, U) Schalter (14, 15) angeschlossen sind, die mit
einem Ausgangssignal der UND-Tore (17, 18) gesteuert sind,
an deren gemeinsamen Eingangsanschluss das Signal (Q) und an
die anderen zwei Eingänge die Signale (P, ) geleitet
werden, und die gemeinsame Klemme der Schalter (14, 15) an
den Widerstand (20) und an einen Schalter (16) angeschlossen
ist, der an die Masse angeschlossen ist und mit dem Ausgangssignal
eines NOR-Tores (19) gesteuert wird, an dessen
Eingänge die Signale (Q, S) geleitet werden.
5. Elektrizitätszähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Folgeverstärker (130) im Komparator (B 2) an einen
Schmitt-Trigger angeschlossen ist, der mit einem Operationsverstärker
(132) ausgeführt ist und dessen Schwellenpegel
(U Hn , U Ln ) durch die Ueberbrückung der Widerstände (134,
137) in der Rückkopplungsschleife eines Verstärkers (132)
mittels Schalter (135, 136), die durch Signale (Z 1, Z 2)
gesteuert sind, eingestellt werden.
6. Elektrizitätszähler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass das invertierte Signal (C) an einen Eingang eines UND-
Tores (152) in der Schaltung (CO) geleitet wird und an den
anderen Eingang des Tores (152) das Ausgangssignal eines
Multiplexers (C 4) geleitet wird und der Ausgang des Tores
(152) an den D-Eingang eines Flipflops (154) angeschlossen
ist, an dessen Takteingang ein Zeitbasissignal (CL) geleitet
wird und an dessen Q-Ausgang das Signal (Q) gebildet wird.
7. Elektrizitätszähler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Schaltung (B 3) einen einzigen Referenzspannungsanschluss
(U) besitzt, der an einen Schalter (114) angeschlossen
ist, der mit dem Signal (Q) gesteuert ist und an
einen Schalter (116), der an die Masse angeschlossen ist
und mit dem invertierten Signal (Q) gesteuert ist und an
den Eingang eines Folgeverstärkers (B 3′) angeschlossen
ist, dessen Ausgang an den Widerstand (120) angeschlossen
ist.
8. Elektrizitätszähler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Frequenzkomparator (C 1) in der Schaltung (CO) mit
zwei (K, F; Z) Frequenzkomparatoren (191, 192) hergestellt
wird, an deren K-Eingang ein Signal (N), das ein invertiertes
Ausgangssignal eines an die Netzspannung (U) angeschlossenen
Null-Detektors (165) ist, und an deren F-Eingang ein Ausgangssignal
(Q′) eines Flipflops (156) bzw. ein Ausgangssignal (Q″)
eines Frequenzteilers (157) geleitet werden, und am Ausgang
des Komparators (191) ein Signal (Z 1) und am Ausgang des
Komparators (192) ein Signal (Z 2) erscheint, wobei beide
Signale (Z 1, Z 2) im Zustand logisch 0 sind, wenn die Frequenz
des Signals (Q′) unter der Frequenz des Signals (N) liegt,
und das Signal (Z 1) logisch 1 wird, wenn die Frequenz des
Signals (Q′) die Frequenz des Signals (N) übersteigt, und
auch das Signal (Z 2) logisch 1 wird, wenn die Frequenz des
Signals (Q″) die Frequenz des Signals (N) übersteigt.
9. Elektrizitätszähler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Multiplexer (C 3) in der Schaltung (CO) mit ODER-
Toren (176, 177) ausgeführt ist, an deren erste Eingänge
das Signal (N) bzw. ein Signal (N′) von einem Frequenzteiler
(166), an dessen Eingang des Signal (N) geleitet wird, und
an deren andere Eingänge das Signal (Q) geleitet wird, und
der Ausgang des Tores (177) an einen Eingang eines UND-Tores
(180) and an den Takteingang eines D-Flipflops (167) angeschlossen
ist, an dessen D-Eingang das Signal (Z 2) geleitet
wird und ein Signal von seinem Q-Ausgang an einen Eingang
eines UND-Tores (179) und der invertierte Wert dieses
Signals an den anderen Eingang des Tores (180) geleitet
wird, und der Ausgang des Tores (176) an den anderen Eingang
des Tores (179) angeschlossen ist und die Ausgänge der
Tore (179, 180) an die Eingänge eines ODER-Tores (178)
angeschlossen sind, an dessen Ausgang ein Ausgangssignal
des Multiplexers (C 3) mit der Frequenz der Signale (P, ,
R, ) erscheint, die der Frequenz des Signals (N′) gleich
ist, wenn das Signal (Z 2) logisch 0 ist, und der Frequenz
des Signals (N) gleich ist, wenn das Signal (Z 2) logisch 1
ist.
10. Elektrizitätszähler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Schaltung (C 5) zur Bildung der Signale (P, )
aus zwei parallelen Ketten besteht, die aus je einem NOR-Tor
(183; 184) und aus je zwei reihen-geschalteten Invertern
(185, 186; 187, 188) bestehen, deren Ausgänge, die zugleich
Ausgänge der Schaltung (C 5) darstellen, an die ersten
Eingänge der Tore (183, 184) angeschlossen sind, an deren
andere Eingänge das invertierte bzw. das direkte Ausgangssignal
des Multiplexers (C 3) geleitet wird.
11. Elektrizitätszähler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
dass an einen Ausgang des Integrierverstärkers (102) ein
Detektor (B 5) der Energieflussrichtung angeschlossen ist,
der mit einem Operationsverstärker (141) ausgeführt ist,
an dessen invertierenden Eingang eine an eine Spannungsklemme
(U⁺) angeschlossene Kette von Widerständen angeschlossen ist,
die mit Schaltern (147, 148) überbrückbar sind, die durch
die Signale (Z 1, Z 2) gesteuert sind und durch welche jeweils
ein einziger Schwellenpegel des Detektors (B 5) festgelegt
wird, und ein invertiertes Ausgangssignal des Verstärkers
(141) an den Takteingang eines D-Flipflops (150) geleitet
wird, dessen -Ausgang an seinen D-Eingang angeschlossen
ist und an dessen Q-Ausgang ein invertiertes Signal (S′)
gebildet wird, das logisch 1 wird, sobald eine gleichzeitig
mit den Signalen (P, ) umgepolte Spannung (U i′) am Ausgang
des Verstärkers (102) den genannten Schwellenpegel übersteigt,
und gleichzitig der den Kondensator (122) überbrückende
Schalter (117) geschlossen wird.
12. Elektrizitätszähler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
dass das Ausgangssignal des Multiplexers (C 3) an einen
Eingang eines exklusiven ODER-Tores (189) in einer Schaltung
(C 6) zur Bildung der Signale (R, ) und das Signal (S′) an
den anderen Eingang des Tores (189) geleitet werden und am
Ausgang des Tores (189) das Signal (R) und durch das Invertieren
des Signals (R) das Signal ( ) gebildet werden.
13. Elektrizitätszähler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die Schaltung (CO) den Multiplexer (C 4) umfasst, an
dessen erstes UND-Tor (173) ein Eingangssignal eines
Monoflops (168), das auch an den K-Eingang eines Frequenzkomparators
(170), an dessen F-Eingang das Signal (Q)
zugeleitet wird und an dessen Ausgang ein Signal (Z 3)
gebildet wird, und ein Ausgangssignal eines UND-Tores (172)
geleitet werden, an dessen ersten Eingang das Ausgangssignal
des Tores (177) und an den anderen Eingang ein invertiertes
Signal vom Q-Ausgang eines D-Flipflops (193) geleitet
werden, an dessen D-Eingang das Signal (Z 3) geleitet wird,
während das direkte Ausgangssignal des Flipflops (193) an
einen Eingang eines UND-Tores (171) und an seinen anderen
Eingang das Ausgangssignal des Multiplexers (C 3) geleitet
werden, und Ausgänge der Tore (171, 173) an ein ODER-Tor
(175) angeschlossen sind, dessen Ausgang der Ausgang des
Multiplexers (C 4) ist.
14. Elektrizitätszähler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
dass eine mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers (132)
gemeinsame Klemme des Kondensators (122) an einen Kompensationskondensator
(127) angeschlossen ist, der an die Masse angeschlossen
ist.
15. Elektrizitätszähler nach Anspruch 4 oder 14, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Schaltung (S H ′) mit Schaltungen (S HS ,
S HR , S HT ) ausgeführt ist, an deren Eingangsklemmen (U S ,
U R , U T ) die Phasenspannungen angeschlossen sind, und der
nichtinvertierende Eingang eines Operationsverstärkers
(1 S) an die Masse angeschlossen ist und der Ausgang der
Schaltung (S HS ) an den nichtinvertierenden Eingang eines
Operationsverstärkers (1 R) in der Schaltung (S HR ) und der
Ausgang der Schaltung (S HR ) an den nichtinvertierenden
Eingang eines Operationsverstärkers (1 T) angeschlossen
sind und der Ausgang der Schaltung (S HT ) der Ausgang der
Schaltung (S H ′) ist.
16. Elektrizitätszähler nach Anspruch 4 oder 14, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Schaltung (S H ″) aus Schaltungen (S H1,
S H2, . . . S Hn ) mit einem gemeinsamen Eingangswiderstand (5)
ausgeführt ist und der nichtinvertierende Eingang eines
Operationsverstärkers (1′) an die Masse angeschlossen ist
und der Ausgang der Schaltung (S H1) an den nichtinvertierenden
Eingang eines nächstgeschalteten Operationsverstärkers
angeschlossen ist und der Ausgang der letztgeschalteten
Schaltung (S Hn ) zugleich der Ausgang der Schaltung (S H ″)
ist.
Applications Claiming Priority (2)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8368 | Opposition refused due to inadmissibility | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |