用于测量电能消耗的装置制造方法及图纸

本发明专利技术给出了一种用于测量电能消耗的装置，其基于可输入到电路输出端（２，３）的电压和电流信号（ｕ，ｉ）来计算当前的功率信号，所述功率信号借助于校准块（１０）与校准因子相乘。所述校准因子被存储在非易失的、可编程的固定值存储器（１２）中，所述存储器包含大量可进行不可逆编程的存储单元（１３）。这样构成所述存储单元，使得不可逆地改编任意一个存储单元（１２）的程序会引起所述校准因子的提高。因此，例如在官方校准之后，可能通过改编所述校准因子的程序来操纵能量计将总是导致对操纵者来说不期望的测量值的增大。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于测量电能消耗的装置。用于电能的测量装置或能量计被用于检测馈入电网的电能或从电网中得到的电能，所述测量装置或能量计在口语中也被称为电表或千瓦小时计(kWh计)。为此，将从电网中、例如从用户处得到的瞬时电功率对时间积分。在此，由电流和电压的乘积得出瞬时电功率。这种电能计被电能供应企业EVU用作为对其顾客、即用户计费的根据。在文献DE 198 42 241 A1中给出了一种电度表。该电度表包括具有模/数转换器的集成输入模块以及乘法工具。此外配备了用于输入电压和电路的输入端。还进一步规定，在生产电度表时存储校正信息。为了降低获得电能的成本，在用户方面尝试这样操纵电能计，使得所显示的电能比事实上得到的电能要少。为了防止这种不期望的、操纵式的破坏，EVU在能量计上安装例如铅封。然而这只有有限的保护作用。尤其是在现代的、数字化方式工作的并且基于半导体而生产的电能计情况下，可以尝试通过改编有关电子元件的程序来操纵能量计数。本专利技术的任务是给出一种测量电能消耗的装置，该装置一方面可以集成在芯片上，并且另一方面对防止不期望的、具有以下目的的操作进行了改进，即相对于事实上得到的能量而降低所计数的能量。根据本专利技术，所述任务通过用于测量电能消耗的装置来解决，所述装置具有以下部分-用于输入电压信号的第一输入端，-用于输入电流信号的第二输入端，-乘法器，其与第一和第二输入端相连接，并且根据电压和电流信号在其输出端上输出中间信号，-校准块，其与乘法器的输出端和非易失的存储器相连接，并且用校准因子来乘乘法器的中间信号，-积分器，其与校准块相连接，并且在其输出端上提供校准后的能量测量值，以及-非易失的存储器，其这样包含大量可进行不可逆编程的存储单元以用于存储校准因子，使得改编任意一个存储单元的程序会引起校准因子的提高。所述测量装置在下文中也被称为计数电路。按照已介绍的原理，将优选地作为计数电路的时间连续和数值连续的模拟信号的电压和电流输入到第一和第二输入端上。借助于乘法器，由电压和电流的相乘计算出瞬时得到的电功率。在后接的校准块中，用校准因子乘上计算出来的电功率，最后由这样获得的、校准后的瞬时功率值经对时间的积分或经有限数量的功率测量值的累积而形成能量测量值。对电能计进行校准是有利的，因为基于生产引起的、产生元件值容差的参数波动，以及基于老化引起的漂移效应和引起标准偏差的其他原因，可能会出现不期望的测量误差。按照本原理，这样实现被规定用于存储校准因子的非易失的存储器，使得以后改编任意一个存储单元的程序都会引起校准因子的提高，所述存储单元由非易失的存储器所包含。在此，可以对单个可编程存储单元进行不可逆编程。已经公开了例如作为熔断器、即所谓的熔丝，以及作为可编程的二极管的这种可进行不可逆编程的存储单元，所述可编程的二极管可以通过阻断方向上的过载而转换为短路、即所谓的齐纳击穿。当然，除了已列举的元件之外也可以使用其他的可编程单元。按照本原理，根据所使用的、可编程存储单元的结构类型，对需存储在非易失的存储器中的校准因子这样进行编码，使得在以后改编存储单元的程序时，不依赖于选择改编哪个可编程存储单元的程序，总是引起校准因子的提高。因此，保证了在不期望的、具有以下目的的对计数电路的破坏情况下-即这样操纵该计数电路使得就实际得到的电能而言计数值较低，总是导致所测量的能量数量相对于实际给出的能量数量被增加了。因此，由后来对存储单元的程序改编而引起的校准因子的提高导致与事实上得到的千瓦小时相比，电度表将计数更多的而决不是更少的千瓦小时。例如在生产期间或直接在生产完之后或在对计数电路进行官方校准的范围内，可以对校准因子进行编程。按照本专利技术的一个优选实施方案，非易失的存储器包括用于对存储单元进行编程的程序输入端。可以例如利用可编程的固定值存储器的并行或串行程序输入端来执行对存储单元的编程。如在这种存储器中很普遍的是，可以例如借助于行和列解码器来实现单个存储单元的寻址。在此，可编程存储单元被布置为矩阵形状、例如被布置在平方矩阵中。按照本专利技术的另一个优选实施方案，可编程存储单元分别包含一个二极管，所述二极管通过施加能量脉冲而不可逆地逐渐变为低阻状态。这种可编程的固定值存储器也被称为反熔丝，所述固定值存储器可以通过阻断方向上的过载而从电的高阻状态转换为短路。按照本专利技术，在使用这种可编程存储单元时，所有可编程存储单元首先优选地处于高阻状态。按照本原理，可设置的最小的校准因子例如通过以下方式被编码，即所有可编程存储单元处于高阻导电状态，以及可设置的最大的校准因子通过以下方式被编码，即所有可编程存储单元处于低阻导电状态。因此，通过从高阻导电状态到低阻导电状态的不可逆过程来改编程序只能提高校准因子，而不能降低校准因子。在此，按照本原理，是否只改编一个可编程存储单元的程序、选择特定的可编程存储单元进行程序改编或改编所有可编程存储单元的程序，这是无关紧要的。在本专利技术的一个替代的、同样优选的实施方案中，可编程存储单元分别包含一个熔断器，所述熔断器通过施加能量脉冲而从低阻导电状态不可逆地逐渐变为高阻导电状态。这种熔断器也被称为熔丝，其通常由细金属电桥构成。所述熔断器通过施加能量脉冲、例如电流或电压脉冲而从很低阻的导电状态不可逆地转变为事实上无穷大的高阻导电状态。因此，关于校准因子的编码，以下是适用的例如可设置的最小的校准因子通过使所有的熔断器处于低阻导电状态来编码，以及可设置的最大的校准因子例如通过使所有的熔断器或可编程存储单元处于高阻导电状态来编码。因此，按照本专利技术，在编码校准因子时必须注意任意一个存储单元不可逆的转变或任意地选择从低阻到高阻导电状态的存储单元总是引起校准因子的放大。按照本专利技术的另一个优选实施方案，在积分器的输出端上连接一个脉冲发生器，该脉冲发生器与在积分器输出端上提供的、校准后的能量测量值成比例地提供编码输出信号。因此，脉冲发生器的编码输出信号是由计数电路测量的、例如从能量测量值清零起积分器中电能的量度。按照本专利技术的另一个优选实施方案，分别配备一个模/数转换器以用于连接第一和第二输入端与所述乘法器。因此，与计数电路的第一输入端相连接的模/数转换器将馈入的模拟电压信号转换为数字电压信号，该数字电压信号优选地为时间离散和数值离散或至少是数值离散。相应地，与计数电路的第二输入端相连接的模/数(AD)转换器将可在输入侧输入的、为模拟信号的电流信号转换为数字信号，该数字信号至少是数值离散以及优选地为时间离散和数值离散。不考虑不可避免的量化误差，可在A/D转换器输出侧得到的数字电流和电压信号与在输入侧输入的模拟电流和电压信号成比例。所述A/D转换器可以对电流和电压信号进行快速的、无干扰的和以可靠方式工作的数字信号处理、尤其是为得到瞬时功率值的乘法以及与校准因子的乘法以及最后在积分器中所计算的、校准后的功率值的累积。按照本专利技术的另一个优选实施方案，分别配备一个数字滤波器以用于连接A/D转换器与乘法器，所述数字滤波器在输入侧与各个模/数转换器的输出端相连接，并且在输出侧分别与乘法器的输入端相连接。所述数字滤波器尤其可以有利地抑制量化时在A/D转换器中产生的信号的较高次谐波，所述信号的较高次谐波可能会在后接的乘法器中导致测量结果的失真。按照本本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于测量电能消耗的装置，具有以下部分：－用于输入电压信号（ｕ）的第一输入端（２），－用于输入电流信号（ｉ）的第二输入端（３），－乘法器（９），其与第一和第二输入端（２，３）相连接，并且根据电压和电流信号（ｕ，ｉ）在其 输出端上输出中间信号，－校准块（１０），其与所述乘法器（９）的输出端和非易失的存储器（１２）相连接，并且用校准因子来乘所述乘法器（９）的所述中间信号，－积分器（１５），其与所述校准块（１０）相连接，并且在其输出端上提供校准后 的能量测量值（Ｗ），－其中用于存储所述校准因子的所述非易失的存储器（１２）包含大量可进行不可逆编程的存储单元（１３），并且这样被构成，使得改编任意一个存储单元（１３）的程序将引起所述校准因子的提高。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：E施马尔兹尔，G弗里茨，
申请(专利权)人：奥地利微系统股份公司，
类型：发明
国别省市：AT[奥地利]