JPH11108972A - 電力計測装置 - Google Patents

電力計測装置

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JPH11108972A
JPH11108972A JP26990897A JP26990897A JPH11108972A JP H11108972 A JPH11108972 A JP H11108972A JP 26990897 A JP26990897 A JP 26990897A JP 26990897 A JP26990897 A JP 26990897A JP H11108972 A JPH11108972 A JP H11108972A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部環境変化に起因する電力計測用ホール素
子への機械的ストレスによる測定誤差を補償することが
可能な構成の電力計測装置を提供する。 【解決手段】 本発明に係る電力計測装置は、計測対象
である電力が使用される際における電圧である計測入力
電圧、及び、電力が使用される際における電流により発
生する計測入力磁界に応じた計測ホール電圧を出力する
電力計測用ホール素子と、電力計測用ホール素子と同様
の特性を有し、一定の基準入力電圧及び一定の基準磁界
に応じた基準ホール電圧を出力する補償用ホール素子と
を備え、外部環境変化による基準ホール電圧の変化量に
応じた補償電圧を用いて、外部環境変化による計測ホー
ル電圧の変動に対する補償を行うように構成されたもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電力計測装置に関
し、特に、ホール素子を用いた電子式電力計測装置(電
子式積算電力量計)に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】電子式積算電力計に用いられるホール素
子、例えば、シリコン(Si)ホール素子においては、
ホール素子に印加するバイアス電圧、入力電圧又は磁界
印加により、素子内のPN接合分離された能動層の周囲
の界面で、空乏層が伸縮する。その結果、実効ホール素
子厚tが変化し、ホール電圧VH の線形性が劣化すると
いう問題が生ずる。
【0003】真空の誘電率をε0 、シリコンの比誘電率
をεS 、ビルトインポテンシャルをVbi、バイアス電圧
をVj 、ホール電圧をVH 、空間電荷密度をqNとする
と、空乏層の伸びwは、 w=(2ε0 εS (Vbi+Vj −VH /2)/qN)1/2 (1) と表される。
【0004】そこで、従来、補償用集積回路を用いて、
この空乏層の伸びwに起因するホール電圧VH の線形性
劣化に対する補償が行われていた。
【0005】図2は、ホール素子の空乏層の伸びwに起
因するホール電圧VH の線形性劣化を補償する補償用集
積回路の回路図である。
【0006】図2の補償用集積回路においては、ホール
素子10のホール電圧出力VH がオペアンプ11の正相
入力に入力され、オペアンプ11の出力は逆相入力に負
帰還されている。また、オペアンプ11の出力端子には
負荷R1及びR2が直列に接続され、負荷R2の他端に
は参照電圧VREF が印加されている。ホール素子のバイ
アス電圧Vj として、負荷R1と負荷R2との接続ノー
ドにおける電圧が印加されている。
【0007】以上のような回路構成において、負荷R1
及びR2の大きさをR1=R2とすると、バイアス電圧
Vj は、 Vj =(VREF +VH )/2 (2) となる。式(2)を式(1)に代入すると、図2の回路
における空乏層の伸びwは、 w=[2ε0 εS {Vbi+((VREF +VH )/2) −VH /2}/qN]1/2 ={2ε0 εS (Vbi+VREF /2)/qN}1/2 (3) となる。従って、空乏層の伸びwは、ホール電圧VH に
依存しないこととなり、空乏層の伸びw、即ち、実効ホ
ール素子厚tの変化に起因するホール電圧VH の線形性
劣化に対する補償が行われたことになる。
【0008】尚、温度変化による影響に対しては、予め
ホール素子の温度特性を測定しておき、その結果を利用
することにより、温度補償用集積回路で補償を行うこと
ができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
電子式積算電力量計では、空乏層の伸びwや温度変化に
よる影響に対する補償は行うことができた。
【0010】しかしながら、ホール素子を実装して使用
する環境において、ホール素子への何らかの機械的スト
レスがあるような場合に、その機械的ストレスに対する
補償を行う手段は、従来存在しなかった。
【0011】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、外部環境変化に起因する電力計測用ホ
ール素子への機械的ストレスによる測定誤差を補償する
ことが可能な構成の電力計測装置を提供することであ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明に係る電力計測装
置によれば、計測対象である電力が使用される際におけ
る電圧である計測入力電圧、及び、電力が使用される際
における電流により発生する計測入力磁界に応じた計測
ホール電圧を出力する電力計測用ホール素子と、電力計
測用ホール素子と同様の特性を有し、一定の基準入力電
圧及び一定の基準磁界に応じた基準ホール電圧を出力す
る補償用ホール素子とを備え、外部環境変化による基準
ホール電圧の変化量に応じた補償電圧を用いて、外部環
境変化による計測ホール電圧の変動に対する補償を行う
ように構成されたことを特徴とし、この構成により、外
部環境変化に起因する電力計測用ホール素子への機械的
ストレスによる測定誤差を補償することができ、高精度
な電力計測を行うことが可能となる。
【0013】具体的な構成例としては、計測対象である
電力が使用される際における電圧である計測入力電圧を
発生する入力電圧発生回路と、電力が使用される際にお
ける電流により計測入力磁界を発生する計測電流・磁界
変換コイルと、乗算器として用いられ、計測入力電圧と
計測入力磁界とに応じた計測ホール電圧を出力する電力
計測用ホール素子と、一定の基準入力電圧を発生する基
準入力電圧発生回路と、一定の基準磁界を発生する基準
磁界発生磁石と、電力計測用ホール素子と同様の特性を
有し、乗算器として用いられ、基準入力電圧と基準磁界
とに応じた基準ホール電圧を出力する補償用ホール素子
と、参照電圧及び基準ホール電圧が入力され、外部環境
変化による基準ホール電圧の変化量に応じた補償電圧を
出力する補償用差動アンプと、計測ホール電圧及び補償
電圧が入力され、補償電圧を用いて補償を行いながら、
計測ホール電圧に応じた出力電圧を出力する計測用差動
アンプと、を備えたものとする。
【0014】通常は、さらに、計測用差動アンプの出力
電圧をデジタル信号に変換する電圧・周波数変換回路
と、電圧・周波数変換回路からのデジタル信号に基づき
電力を算出することにより電力量を積算する中央処理装
置と、電力及び電力量を表示する表示部と、を備えたも
のとして使用する。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電力測定装置
の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0016】図1は、本発明に係る電力計測装置、具体
的には、Siホール素子を乗算器として用いた電子式積
算電力計のブロック図である。本発明に係る電力計測装
置は、電力計測部Aと基準ホール電圧補償部Bと計測表
示部Cとから構成されている。
【0017】電力計測部Aは、計測対象である電力が使
用される際における電圧である計測入力電圧Vina を発
生する入力電圧発生回路2aと、計測対象である電力が
使用される際における電流により計測入力磁界Bina を
発生する計測電流・磁界変換コイル3aと、乗算器とし
て用いられ、計測入力電圧Vina と計測入力磁界Bina
とに応じた計測ホール電圧VHaを出力する電力計測用ホ
ール素子1aと、電力計測用ホール素子1aの計測ホー
ル電圧VHaが入力される計測用差動アンプ4aとから構
成されている。
【0018】基準ホール電圧補償部Bは、補償用ホール
素子1bに入力する一定の基準入力電圧Vinb を発生す
る基準入力電圧発生回路2bと、補償用ホール素子1b
に印加する一定の基準磁界Binb を発生する基準磁界発
生磁石3bと、電力計測用ホール素子1aと同様の特性
を有し、乗算器として用いられ、基準入力電圧Vinbと
基準磁界Binb とに応じた基準ホール電圧VHbを出力す
る補償用ホール素子1bと、参照電圧Vref 及び補償用
ホール素子1bの基準ホール電圧VHbが入力される補償
用差動アンプ4bとから構成されおり、補償用差動アン
プ4bの出力電圧は補償電圧として電力計測部Aの計測
用差動アンプ4aに入力される。
【0019】計測表示部Cは、計測用差動アンプ4aの
出力電圧をデジタル信号に変換する電圧・周波数変換回
路5と、電圧・周波数変換回路5からのデジタル信号に
基づき計測対象である電力を算出することにより電力量
を積算する中央処理装置6と、算出された電力及び電力
量を表示する表示部7とから構成されている。
【0020】本発明に係る電力測定装置の特徴は、基準
ホール電圧補償部Bを備えている点にある。基準ホール
電圧補償部Bに備えられた補償用ホール素子1bは、上
述のように、電力計測用ホール素子1aと同様の特性を
有するものである。電力計測用ホール素子1aと同様と
すべき特性は、入力抵抗Rin、ホール出力電圧感度
*、出力電圧直線性Vlin 、出力電圧温度特性VHt、
ピエゾ抵抗Rpzであり、その微小偏差は0.3%以内と
するのが望ましい。
【0021】また、基準ホール電圧補償部Bの補償用ホ
ール素子1bは、通常の使用状態において、可能な限り
電力計測部Aと同様の環境条件におかれるようにする。
そのため、補償用ホール素子1bは、例えば、電力計測
部Aと同一基板上の近傍に実装する。
【0022】基準ホール電圧補償部Bにおいては、補償
用ホール素子1bに一定の基準入力電圧Vinb と一定の
基準磁界Binb とを印加し、基準ホール電圧VHbを出力
させておく。従って、補償用ホール素子1bは、磁気シ
ールド等を用いて計測入力磁界Bina の影響を受けない
ようにしておく。
【0023】補償用ホール素子1b及び電力計測用ホー
ル素子1aが、温度変化等の外部環境変化に起因する取
り付け基板の伸縮による封止外囲器の変形又は封止外囲
器自体の伸縮により機械的圧力を受けると、両ホール素
子のピエゾ抵抗が変化し、その結果、それらのホール電
圧VHb及びVHaが変動する。補償用ホール素子1b及び
電力計測用ホール素子1aは同様の特性を有するもので
あるため、ホール電圧VHb及びVHaの変化量も同程度で
あり、その変化量をΔVH とする。
【0024】基準ホール電圧補償部Bの補償用差動アン
プ4bは、補償用ホール素子1bの補償ホール電圧VHb
の変化量ΔVH に応じた補償電圧を出力し、その補償電
圧は電力計測部Aの計測用差動アンプ4aに帰還され
る。計測用差動アンプ4aにおいては、その補償電圧を
用いて補償を行うことにより、当該外部環境変化がなか
ったとした場合における計測ホール電圧VHaに応じた出
力電圧を出力することができる。
【0025】尚、温度変化による電力計測用ホール素子
1aの特性変化に起因するホール電圧VHaの変化量ΔV
H についても、同様の原理により常時補償が行われるこ
とになる。
【0026】計測表示部Cは、通常と同様の構成であ
り、電圧・周波数変換回路5により電力計測部Aの差動
アンプ4aの出力電圧をデジタル信号に変換し、そのデ
ジタル信号に基づき中央処理装置6により計測対象であ
る電力を算出することにより電力量を積算し、算出され
た電力及び電力量を表示部7により表示する。
【0027】この計測電力については、上述の原理によ
り、外部環境変化に起因する機械的圧力及び温度変化に
よる電力計測用ホール素子1aの特性変化が補償されて
いるので、正確な電力量の積算及び表示を行うことが可
能となる。
【0028】上述のように、両ホール素子の入力抵抗R
in、ホール出力電圧感度K、出力電圧直線性Vlin 、出
力電圧温度特性VHt、ピエゾ抵抗Rpzの微小偏差が0.
3%以内となるようにした場合、長期間にわたる計測精
度は、従来の電力計測装置では±2%程度であったのに
対し、本発明に係る電力計測装置では±1%に改善され
る。
【0029】また、従来の電力計測装置の構成における
ホール素子については、外部環境からの影響を回避する
ため、ホール素子ペレットに外力が加わらない特別マウ
ントと、完全な気密封止と、ガラス封止セラミック外囲
器等の高価な外囲器とが必要とされていたが、本発明に
係る電力計測装置においては、通常のエポキシ樹脂封止
等の安価な外囲器を用いたシステム構成が可能となるの
で、製造コストを従来比1/50程度に大幅に低減する
ことができる。
【0030】
【発明の効果】本発明に係る電力計測装置によれば、計
測対象である電力が使用される際における電圧である計
測入力電圧、及び、電力が使用される際における電流に
より発生する計測入力磁界に応じた計測ホール電圧を出
力する電力計測用ホール素子と、電力計測用ホール素子
と同様の特性を有し、一定の基準入力電圧及び一定の基
準磁界に応じた基準ホール電圧を出力する補償用ホール
素子とを備え、外部環境変化による基準ホール電圧の変
化量に応じた補償電圧を用いて、外部環境変化による計
測ホール電圧の変動に対する補償を行うように構成され
たものとしたので、外部環境変化に起因する電力計測用
ホール素子への機械的ストレスによる測定誤差を補償す
ることができ、高精度な電力計測を行うことが可能とな
る。
【0031】外部環境変化に起因する測定誤差が補償さ
れるので、安価な外囲器を用いたシステム構成が可能と
なり、製造コストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電力計測装置のブロック図。
【図2】ホール素子の空乏層の伸びwを補償する補償用
集積回路の回路図。
【符号の説明】
A 電力計測部 1a 電力計測用ホール素子 2a 入力電圧発生回路 3a 計測電流・磁界変換コイル 4a 差動アンプ B 基準ホール電圧補償部 1b 補償用ホール素子 2b 基準入力電圧発生回路 3b 基準磁界発生磁石 4b 差動アンプ C 計測表示部 5 電圧・周波数変換回路 6 中央処理装置 7 表示部 10 ホール素子 11 オペアンプ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】計測対象である電力が使用される際におけ
    る電圧である計測入力電圧、及び、前記電力が使用され
    る際における電流により発生する計測入力磁界に応じた
    計測ホール電圧を出力する電力計測用ホール素子と、 前記電力計測用ホール素子と同様の特性を有し、一定の
    基準入力電圧及び一定の基準磁界に応じた基準ホール電
    圧を出力する補償用ホール素子とを備え、 外部環境変化による前記基準ホール電圧の変化量に応じ
    た補償電圧を用いて、前記外部環境変化による前記計測
    ホール電圧の変動に対する補償を行うように構成された
    ことを特徴とする電力計測装置。
  2. 【請求項2】計測対象である電力が使用される際におけ
    る電圧である計測入力電圧を発生する入力電圧発生回路
    と、 前記電力が使用される際における電流により計測入力磁
    界を発生する計測電流・磁界変換コイルと、 乗算器として用いられ、前記計測入力電圧と前記計測入
    力磁界とに応じた計測ホール電圧を出力する電力計測用
    ホール素子と、 一定の基準入力電圧を発生する基準入力電圧発生回路
    と、 一定の基準磁界を発生する基準磁界発生磁石と、 前記電力計測用ホール素子と同様の特性を有し、乗算器
    として用いられ、前記基準入力電圧と前記基準磁界とに
    応じた基準ホール電圧を出力する補償用ホール素子と、 参照電圧及び前記基準ホール電圧が入力され、外部環境
    変化による前記基準ホール電圧の変化量に応じた補償電
    圧を出力する補償用差動アンプと、 前記計測ホール電圧及び前記補償電圧が入力され、前記
    補償電圧を用いて補償を行いながら、前記計測ホール電
    圧に応じた出力電圧を出力する計測用差動アンプと、 を備えたことを特徴とする電力計測装置。
  3. 【請求項3】請求項2に記載の電力計測装置において、
    さらに、 前記計測用差動アンプの出力電圧をデジタル信号に変換
    する電圧・周波数変換回路と、 前記電圧・周波数変換回路からの前記デジタル信号に基
    づき前記電力を算出することにより電力量を積算する中
    央処理装置と、 前記電力及び前記電力量を表示する表示部と、を備えた
    ことを特徴とする電力計測装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103364644A (zh) * 2013-07-25 2013-10-23 北京无线电计量测试研究所 一种消除探头输出电压信号基线漂移的方法
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JP2015520364A (ja) * 2012-05-07 2015-07-16 メレクシス・テクノロジーズ・ナムローゼフェンノートシャップ 等方性応力を検出してピエゾホール効果の補償を提供する方法及びデバイス

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