专利名称：具有附加计算模块的电子仪表的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有需要校准的基本仪表的电子仪表。
DE196653披露了一种数字电子仪表，经由用于电流和电压的传感器可以将来自用户或负载的多个信号馈送给该数字电子仪表。借助于一个A/D转换器将所检测的信号数字化并馈送给一个数字处理装置。这里，借助于基本上软件单元形式的各种模块执行最宽变化的计算处理、具体地说是能量或仪表值的计算。对于这个目的来讲，最宽变化计算操作是可能的。然后，借助于显示器和/或光或电接口实现被确定信息项的输出或信号发生。借助于控制装置激活所述接口、显示器和用于输入信息的键盘。
为计算的目的，这种电子仪表必须满足校准要求并由此得到确认。为此目的，例如被挡板所封闭的空间等用户不能进入的壳体或区域通常利用铅封保证其安全，从而使对仪表内部、特别是其测量组件内部的介入变得非常困难并不能够进行监视。
但是，对于部分用户来讲经常需要扩展和修改所述仪表的功能。但是没有对仪表内部的介入、借此以确认错误则通常是不可能的。通过能够利用硬件扩展而不损坏校准密封的模块化仪表在某些情况下表现为一种例外。具有附加模块的仪表例如在DE 197 12 239C1中已经公知了。在那种情况下的附加模块也可以被提供一个铅封。Ing.Martin Kahmann先生所著参考书“Electrische Energie electronisch gemessen”、vde-Verlag GmbH第154到158页也描述了与仪表相关的模块化。
本发明的目的是提供一种电子仪表，在这种电子仪表中，在不影响需要校准部件的情况下提供了简单的用户特有的功能扩展。
根据本发明，提供了一种具有需要校准的基本仪表的电子仪表，包括-电流传感器和电压传感器，用于检测表示在一个电负载处能量损耗的信号，-连接在所述传感器下游的模拟/数字转换器，和-具有至少一个关联存储器、一个显示器和/或一个输入/输出模块的数字处理装置，其中，具有以被检测信号为基础的计算模块的数字处理装置确定在所述负载处的能量损耗并借助于显示器和/或输出模块输出该能量损耗。
其中提供了一个不须经过校准规格的附加计算模块，-其中，所述计算模块对于被所述处理装置确定和/或存储的信号和/或能量值具有无反作用(reaction-free)访问，和-可以借助于显示器和/或输入/输出模块和/或附加输出模块输出由所述计算模块计算的参数。
所述附加计算模块可以在被检测电流和电压值的基础上以用户特定的方式用于实现所述计算操作。当它以这种方式实现时，就在所述仪表内提供了一个附加的虚拟仪表。它使得用户可以访问的功能，特别是计算功能，与所述“基本仪表”、即所谓测量装置，或所述仪表的主要功能无反作用关系。
考虑到用户的需要，在不增加所述电子仪表的硬件和软件的情况下提供了附加的功能或扩展。在这种情况下，已可以根据各用户的希望以用户所特定的方式对所述附加计算模块加以规定，并由此在所述仪表中加以实施，从而可以直接提取所希望的功能或计算。
作为选择，也可以提供一个访问模块，具体地说是一个编辑程序或翻译程序，从而由所述用户来规定或修改所希望的功能或计算。这样，所述电子仪表对可预定功能或计算变成“可任意编程”，而不会破坏所述实际仪表的正式核准或确认。
所述输入模块有益地具有在其上游连接的一个乘法器，它被用于在被检测电流和电压信号的基础上产生能量值。这减少了在所述处理装置中的计算支出，同时当所述乘法器是一种硬件形式的乘法器时可以实现快速的数据处理。这样，所述访问模块也可以依靠被输出的所述能量值。
最好所述数字处理装置包括至少一个计算机。也可以包括两个或多个计算机。在这种情况下，制定将任务分配给各个计算机的规定。具体地说，在这种情况下，所述输入/输出模块和可能的显示器以及其它接口和键盘应当能够被一个公共计算机控制。根据所涉及的任务，在当前数字数据处理的过程中，所使用的计算机可以是一个微处理器、一个控制器和/或一个数字信号处理器。
所述访问模块最好是用户可以借助于键盘或借助于接口和外部输入单元能够进行访问的。例如，仪表特定的键盘可以被用做所述键盘。这意味着所述访问模块可以以和可编程便携计算器类似的方式进行操作。考虑到借助于一个接口进行访问，可以使用由一个外部键盘或PC终端或小计算机形成的所述外部输入单元。在这种方式下，即使非常复杂的计算操作或功能也可以输入。
利用所述附加计算模块中的访问模块所产生的表格(forms)或指令可以被有益地存储。这允许参数源被输入。在这方面，为此目的而提供的存储空间可以通过分离存储器得到或者可以是所述处理装置的存储器的一部分。存储器分离不是绝对需要的，但是，在个别情况下或者在与特定使用相关、具体地说是在考虑到无反作用的情况下它可能是希望的。
所述电流和电压传感器最好具有单相位或三相位特性，从而可能适应于任何一种主网络。所述基本仪表最好与第一访问优先权的区域相关而所述附加计算模块最好与第二访问优先权的区域相关。在这方面，所述第一访问优先权的区域具有一个用于安装一个密封的装置，这意味着所述电子仪表可以根据校准的需要按照它的基本功能被实现。
所述第二访问优先权的区域可能具有一个用于查询访问授权的装置。在这种方式下，这个可被激活的区域也可以避免被操作。在最简单的情况下，所述查询装置可以借助于一个防护装置、具体地说是一个铅封来实施。其它可能的形式例如是密钥或密码查询或利用所述键盘通过关键字的查询。
本发明的其它优点和细节将在下面结合最佳实施例进行描述。附图示出了与电子仪表相关的电路框图。在这方面，利用硬件和软件之间可能是不固定的变换以混合形式示出了最宽变化功能、单元、硬件和软件。
附
图1示出了具有基本仪表2的电子仪表1。
基本仪表2具有原理上的所有功能和用于检测连接到电子主网络3b上的用户或负载电能消耗的装置。
为了在负载3a处分别获得所需的电流I和电压U，所述装置首先具有一个输入模块4，它的输入端5a和5b被分别连接到电流和电压传感器6a和6b上。在电流和电压传感器6a和6b之后是模/数转换器装置9。因此，虚拟地形成了基本仪表2的所谓“前端”。在输入模块4的输出端处用符号指出了被提供电流和电压值的数字化值UD和ID。在这方面，所述值可以进行串行或并行传输。可以理解，输入模块4可以具有三相特性或也可以以多种结构被提供，因此它可以检测三相用户的能量损耗。在所述仪表1或输入模块4的上游一侧也可以连接根据现有技术状态的多个转换器或电流分离装置(galvanic separating)。
输入模块4的传感器6a和6b可以是根据现有技术状态的任何一种所希望的结构。具体地说，使用包括用于电压检测的分压器或电压变换器的结构。电流传感器6a例如可以由Hall元件或传统的具有线圈的电流变换器形成。具有分路器(shunt)的结构也是可能的。借助于所述Hall元件的增殖效应，以这种方式由公共Hall元件形成的电流和电压路径的连接也是可以任选的，由此，在相同的时间处可以形成多个能量值是可能的。借助于举例在这方面示出的是在输入模块4的输出端输出的是被数字化的功率值PD。
应当理解，在输入模块4内也可能具有例如用于形成多相位结构的多路转换器的其它电路。最好将一个sigma-delta转换器用于模/数转换器装置9。也可以任选地使用多个信号转换器，以便形成多信道转换器装置。一个附加的乘法器也可以被用于形成输入模块4内的功率或能量值。
因此，在输入模块4的输出端发生电流I和电压U的数字化值ID和UD、可能还有功率或能量值PD以便传输给数字处理装置11。数字处理装置11具有作为其中央部件的计算机12，该计算机12例如可以是一个微机或数字信号处理器。它被基本上用于对由输入模块4提供的信号值进行处理。
与计算机12相关的至少有一个存储器13a和另一个可任选的存储器13b。存储器13a最好是一个ROM和基本上用于保存用于计算机12的操作程序和其它软件。存储器13b可以是一个RAM，从而使来自计算机12的数据或值能够被保存在这里的中间存储器中。在所存储的程式、过程或程序的基础上，计算机12确定所希望的能量值并将它们传送给输入/输出模块17。
输入/输出模块17被用于激活显示器15以及例如可是光或电形式的接口的接口16a和16b。因此，借助于输入/输出模块17和在其下游连接的一个装置可以输出所确定的能量值并与所述电子仪表1通信。另外，所述装置可以选择性地具有一个用做与将被输入的信息项相关的通信接口的输入模块18。例如，借助于输入模块18可以连接一个键盘或一个辅助键盘(通过线14a)和可能的另一接口22，以便输入所述信息项。输入模块18最好仅仅用做对访问模块20或附加计算模块23进行访问。
输入/输出模块17和输入模块18可以具有一个共同的计算机、微处理器或控制器。应当理解，例如光耦合器、耦合元件、电流源装置等适当的传统硬件装置都可以被提供用于执行所包含的各项功能。在最简单的情况下，输入/输出模块17和输入模块18的控制或实施也可以由计算机12执行。
这些元件、单元、模块和功能根据现有技术的状态描述了基本仪表2的基本功能。基本仪表2在其壳体(未示出)内可选择地形成经过校准要求的第一访问区域。关于这一点在基本仪表上表示为一个用于安装铅封的索眼24。基本仪表2由此而被密封，从而能够检查与其基本功能部件相关的任一介入。
根据这里所述新的想法，处理装置11具有一个附加计算模块23。该附加计算模块23的基本形式是一个程序并因此最好能够由处理装置11的计算机12执行。这里，当不包括实时功能时，也可以使用处理装置11内的其它计算机、例如输入/输出模块17的计算机执行那些功能。
附加计算模块23的宗旨和目的是在不以任何形式影响基本仪表2功能的情况下能够由用户执行所述的附加功能或计算和可能的输入或编程，由此，在一个仪表内用具有用户特定功能体现“特殊仪表”。为此目的，首先必须得到将被用于附加计算模块23的处理装置11的任一数据。这是由操作连接线26指出的。在这方面的基本要求是当访问所述数据时，所述基本仪表2应当具有无反作用功能。为此目的，在所述基本仪表功能和所述计算模块功能之间插入了一个所谓的“防火墙”。在一个基本结构中，电子仪表1可以被配备有用户可以得到的固定预定数量的多个附加功能。
在可以被用于激活或修改所述附加功能的编辑程序或翻译程序的意义上来讲，附加计算模块23可选择地具有一个访问模块20。访问模块20基本上被用于预先确定或激活附加计算模块23中的程式或处理步骤，所述程式或处理步骤用于在可访问数据的基础上执行计算或功能。为此目的，附加计算模块23既可以包括它自己的存储器(未示出)也可以包括由存储器13a和13b分配的可能的存储器区域，这些存储器和存储器区域用于程序访问和信息项的存储。为此目的基本需要具有一个用于存储所述输入程式或处理步骤的相关存储器区域。为了传输数据或值，可以提供一个由形成所述“防火墙”的中性传输存储器区域。
所述程式或处理步骤的人工输入最好由经过操作线14b或14a并通过输入/输出模块17或输入模块18与附加计算模块联系的键盘19来执行。附加计算模块23在与基本仪表2的关系方面与第二访问授权的一个区域相关。在最简单的情况下，访问模块20是可以被任意访问的。这里，如果要提供访问限制，可以提供一个用于使能或查询所述授权的装置。为此，例如可以借助于密钥或密码功能使所述键盘19成为可访问的。例如可以利用以通过所述键盘输入的关键字的形式的密钥或密钥查询实施所述功能。
应当理解，还可以提供一个附加的内部或外部键盘。最简单的实施例提供那些基本构成仪表2的所有硬件元件，具体地说，键盘19和显示器15能够被用于执行附加功能。访问模块20还可以利用外部输入单元28借助于任选的接口27被另外的或附加的进行访问。在这方面，外部输入单元28可以是传统的PC或其它便携终端或键盘或具有显示器的辅助键盘。
对于所述新功能来讲重要的一点是能够被根据所述用户特殊定义的附加仪表或“虚拟仪表”是借助于所述电子仪表1内、具体地说是其壳体内的计算模块23形成的。为此目的，例如可以借助于访问模块20确定例如“5个半小时值”的特定能量值，或确定什麽时候所述能量值将被超过、什麽时候输入主网络故障监视处理、电流限制值监视处理或涉及盗窃企图的监视处理、或用于计算特定能量值的特定程式。也可以根据其它的程式产生例如计算一个值的冗余功能。在这方面，所述虚拟仪表不借助于与所述基本仪表相关的校准调节加以实施。
在这方面，访问模块20也可以具有以能够被激活或加载的信息库形式存在的一定数量的固定基本功能。这可以包括例如标准的程式或限制值功能，在这种情况下，将被建立的附加功能可以在这些“积木块”的基础上产生。“虚拟仪表功能”的加载或产生可以借助于接口22或27实现，从而可以使用例如具有输入单元28的外部访问模块。
对于所述新功能的基本先决要求是所述虚拟仪表的功能不能对基本仪表2的所有功能具有反作用。这例如意味着当使用处理装置11内相同的监视器和相同的计算机时，所述基本仪表2的计算具有优先权和不以任何方式被干扰。万一在处理步骤方面发生冲突的情况下，基本仪表2也总是具有优先权。
所述附加虚拟仪表还可以为所述用户提供一个测试领域，在这方面，可以产生它们本身的附加功能而不需要提供特殊的仪表或附加项的仪器。这种仪表的使用可以面对特别是工业用户，而对于这些工业用户来讲，在家庭中并不需要所述附加功能。此外，这种仪表也可以被用做试验或测试操作中的“试验或测试仪表”。但是，它也可以面对在家庭内部中的使用，在所述家庭内部中，用户可以在他自己设定的基础上进行其能量损耗的登记监视和相应的评估。
权利要求
1．一种具有需要校准的基本仪表的电子仪表，包括-电流传感器和电压传感器，用于检测表示在一个电负载处能量损耗的多个信号，-连接到下游所述传感器上的模/数转换器装置，和-具有至少一个相关存储器、一个显示器和/或一个输入/输出模块的数字处理装置，其中，具有在被检测信号基础上的计算模块的数字处理装置确定在所述负载处的能量损耗并借助于所述显示器和/或所述输入/输出模块输出该能量损耗，其中提供了一个不须经过校准规格的附加计算模块，-其中，所述计算模块对被确定和/或存储在所述处理装置中的所述信号和/或能量值具有无反作用访问，和-由所述计算模块计算的参数可以借助于所述显示器和/或输入/输出模块和/或一个附加输出模块输出。
2．根据权利要求1所述的电子仪表，其中所述输入模块包括一个乘法器，用于在被检测电流和电压信号的基础上产生多个功率值。
3．根据权利要求1或2所述的电子仪表，其中所述数字处理装置包括至少一个计算机。
4．根据前述权利要求当中任何一个所述的电子仪表，其中与所述计算模块相关的是一个访问模块，该访问模块用于在所述计算模块中的所述信号和能量值的基础上预先设置或激活用于将被确定的多个参数的计算的指令。
5．根据权利要求4所述的电子仪表，其中所述访问模块是用户可以借助于键盘或借助于一个具有外部输入单元的接口进行访问的。
6．根据权利要求4或5所述的电子仪表，其中能够存储利用所述访问模块产生的指令或程式。
7．根据权利要求4、5或6所述的电子仪表，其中所述基本仪表与第一访问优先权的区域相关以及所述访问模块与第二访问优先权的区域相关。
8．根据权利要求7所述的电子仪表。其中所述基本仪表具有一个用于安装用来形成其访问优先权的铅封的装置。
9．根据权利要求7或8所述的电子仪表，其中所述第二优先权的区域具有一个用于查询访问授权的装置。
10．根据前述权利要求中任何一个所述的电子仪表，其中所述电流和电压传感器具有单相或三相特性。
11．根据前述权利要求中任何一个所述的电子仪表，其中所述输入/输出模块由一个控制器或微处理器控制。
全文摘要
为了在数字电子仪表中允许根据用户希望的灵活性,除了提供包含基本仪表功能的基本仪表(2)以外,所述电子仪表(1)还包括一个附加计算模块(23),利用它可以实现用户所特有的计算或功能。在这种方式下,在电子仪表(1)内形成一个虚拟仪表。最好,所述附加计算模块(23)能够借助于访问模块(20)被访问和能够被用户任意编程而不会使所述基本仪表经过校准的功能收到破坏。
文档编号G01R21/00GK1300944SQ0013595
公开日2001年6月27日 申请日期2000年12月19日 优先权日1999年12月22日
发明者雅各布·怀德默, 乔治·科斯特尔 申请人:西门子计量股份有限公司