JPS5836309B2

JPS5836309B2 - ホ−ル素子を用いた乗算装置

Info

Publication number: JPS5836309B2
Application number: JP51132881A
Authority: JP
Inventors: 治男高橋; 哲二小林; 昇松尾; 資馨田中
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1976-11-05
Filing date: 1976-11-05
Publication date: 1983-08-08
Also published as: JPS5357942A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は電流と電圧の積をホール素子を用いて求める
乗算装置に係り、特に積算電力量計に適用して有用な乗
算装置に関する。

現在広く使われている積算電力量計としては、直流用と
して誘導形、水銀電動機形および整流子電動機形があり
、交流用として誘導形がある。

これらはいずれも回転子に測定電力値に比例した駆動ト
ルクを発生させ、電力に比例した回転速度を得て、この
回転量を積算計量するようになっている。

従って、速度調整用磁石の減磁や軸受歯車などの回転部
分の摩耗のため誤差が生じ易く、長期使用の信頼性に欠
ける。

また、自動検針を行うために積算電力値を遠隔表示する
場合等、複雑な信号変換装置を必要とする。

更に、これらの電力量計では現在の精度が０．５％
程度であって、これ以上の高精度は望み難く、体積や重
量が太きいという欠点もある。

この発明は電流と電圧の積を求める手段としてホール素
子を用い、上記の如き欠点を除いた電力量計の実現を可
能とした乗算装置を提供するものである。

この発明に係る乗算装置は、測定すべき電流と電圧を磁
界と制御電流に変換してホール素子に印加し、ホール素
子から得られるホール出力電圧を差動増幅回路によって
同相戊分を除去して測定すべき電流×電圧、即ち電力に
対応した値に増幅した後、これを電圧一周波数（Ｖ−Ｆ
）変換器に送ってパルスを発生させ、そのパルス数をカ
ウンタで計数するようにしたものにおいて、前記差動増
幅回路は、前記ホール素子の各ホール電圧端子をそれぞ
れ非反転入力端に接続した高入力インピーダンスの２個
の非反転演算増幅器と、これらの演算増幅器の各出力を
それぞれ反転入力端、非反転入力端に接続した差動演算
増幅器とを含み、かつ前記２個の非反転演算増幅器の反
転入力端間に接続した抵抗Ｒ１と各反転入力端への帰還
抵抗Ｒ２ｔＲ３の比を可変とすることにより、同相或分
除去比を小さくすることなく利得を調整するようにした
ことを特徴としている。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。

第１図は電力量計としての全体の構或を示すブロック図
で、１がホール素子を用いた電力電圧変換器である。

即ち、この変換器１では電圧と電流を制御電流と磁界に
変換してホール素子に印加することで電圧×電流に比例
したホール出力電圧を得る。

この電力一電圧変換器１から得られるホール出力電圧は
例えば３個の演算増幅器から構或される差動増幅回路２
により、電力に対応した値に増幅され、同時に同相戒分
が除去される。

この差動増幅回路２の出力はＶ−Ｆ変換器３に送られ、
ここで出力電圧に対応した周波数のパルスを発生する。

そして得られたパルスをカウンタメモリ４によって計数
記憶し．同時にその計数値を発光ダイオード表示器５で
消費電力として表示するようになっている。

カウンタメモリ４は例えば不揮発性半導体メモリを用い
たものでもよいし、ステツピンダモータ等による機械式
計数装置によっても構或できる。

第１図における電力一電圧変換器１および差動増幅回路
２の部分を第２図に詳細に示す。

ホール素子１１はよく知られているように高抵抗ＧａＡ
ｓ基板にｎ型ＧａＡｓ層をエビタキシャル戊長させ、こ
れをホトエッチングして制御電流端子、ホール出力電圧
端子をつけて構威される。

ホール素子１１の特性は、例えば端子間抵抗がＲ＝１２
００Ω？ール出力電圧がＶＨ＝２２ｍＶ，イＫ
Ｇ−ｍＡのものを用いる。

そして、ホール素子１１を取付けた電磁石の１８Ｔのコ
イル１２に負荷電流を流して、ホール素子１１にバイア
ス磁界を印加する。

一方、負荷電圧を変圧器１３によって数ボルトの低圧に
おとし、３ｋΩ程度の可変抵抗１４を介してホール素子
１１に制御電流を流す。

即ち、負荷（図示せず）に電力が消費されると、負荷電
流がコイル１２に流れ、電磁石は負荷電流に比例した強
さの磁場を作り、これがホール素子１１にバイアス磁界
として印加される。

また、負荷電圧に比例した電圧が変圧器１３により得ら
れ、これがホール素子１１の電流端子にかかり、ホール
素子１１には負荷電圧に比例した制御電流が流れる。

このとき、ホール素子１１のホール出力電圧端子には、
バイアス磁界の強さとバイアス電流の大きさの積、即ち
負荷の消費電力に比例したホール出力電碇■が得られる
。

ホール出力電圧■は演算増幅器を３個使用した高入力イ
ンピーダンスの差動増幅回路２に供給される。

即ち、非反転増幅器の入力インピーダンスが非常に高く
とれることから、ホール素子１１の２つのホール出力端
子をそれぞれ非反転入力端に接続した２個の非反転演算
増幅器２１．２２を用意し、それらの出力をそれぞれ抵
抗Ｒ，，Ｒ５を介して差動演算増幅器２３に入力す
るようになっている。

演算増幅器２１，２２の反転入力端にはそれぞれの出力
を抵抗Ｒ２，Ｒ３を介して帰還している。

また、これらの反転入力端間に抵抗Ｒ１を接続し、例え
ばこの抵抗Ｒ１を可変とすることにより差動増幅回路２
の利得を調整するようになっている。

例えば、Ｒ１＝１０ｋΩ（可変）、Ｒ２＝Ｒ３＝１０ｋ
Ω，Ｒ４＝３ｋΩ，Ｒ，＝３．５ｋΩ（可変）、Ｒ５＝
１０ｋΩ（可変）、Ｒ６＝１０ｋΩとする。

いま、ホール素子１，１のバイアス電流端子の一方の端
子を基準電位（零電位）として各ホール出力電圧端子の
電位をｅｌ，ｅ２とし、非反転増幅器２Ｌ２２の出
力電位をそれぞれｅ３，ｅ４とすると、と表わされる。

そして、非反転増幅器２１と２２の出力電圧ｅ。

は（１）式と（２）式の差であり、となる。

（３）式において、（ｅ１ｅ２）がホール出力電圧ｖＨ
に他ならない。

（３）式からわかるように、Ｒ１〜Ｒ３はこの差動増幅
回路２の同相或分除去比（ＣＭＲＲ）には関係ない。

即ち、回路の利得は（Ｒ２＋Ｒｓ）／Ｒ１で調
整できるが、例えば抵抗Ｒ１を可変して調整しても、（
３）式のｅｌ，ｅ２には独立した係数がかかってい
ないので、ＣＭＲＲに影響しない。

この差動増幅回路を用いれば、可変抵抗Ｒ１で、ＣＭＲ
Ｒを悪くすることなく電カー電圧変換の利得を調整する
ことができるため、この抵抗Ｒ１を電力量計の定格調整
装置とすることができる。

そしてこの差動増幅回路は、２個の非反転演算増幅器２
１．２２により高入力インピーダンスとなっている。

このため、温度や磁界によるホール素子の内部抵抗の変
化の影響を受けることなく、安定した出力を得ることが
できる。

なお、この回路のＣＭＲＲの調整は前述のように抵抗Ｒ
４またはＲ５を可変とすることにより可能である。

以上のように、この実施例によれば負荷の消費電力を正
確に測定することができる。

しかも、従来の積算電力計のように機械的回転部分を有
していないため耐久性に優れた信頼性の高い電子式電力
量計を提供することができる。

特に自動検針（遠隔測定）に適用するに好都合である。

なお、実施例は交流電力の測定に適用した例であるが、
第２図の変圧器１３を抵抗に置換すれば直流用電力量計
として直流電力の測定が可能である。

また、Ｎ線式回路の電力測定の場合には、（Ｎ１）個の
ホール素子を用いた電力一電圧変換器を設け、各ホール
素子の出力電圧を直列に結合すれば、Ｎ線式用電力量計
を構或することができる。

第３図に３相電力を測定する場合の実施例の回路を示す
。

即ち、直列に結合してこの結合点を零点に設定した２個
のホール素子３１．３２を用意し、これらのホール素子
３１，３２に３相電力にＰ１−Ｐ２間電圧、Ｐ３−Ｐ２
間電圧をそれぞれ変圧器３３，３４を介し、可変抵抗３
５．３６を介して独立に制御電流を供給する。

一方、Ｉｓ−ＩＬ間電圧と３８−３Ｌ間電圧を電磁石の
コイル３７，３８にそれぞれ供給してホール素子３１
．３２にバイアス磁界を印加する。

そして、各ホール出力電圧を直列に結合して先の実施例
と同様、３個の演算増幅器からなる差動増幅回路３９に
供給することにより、測定すべき３相電力に対応する出
力電圧が得られる。

単なる瞬時電力値の指示計としての電力計の場合には、
定格電流での許容誤差に対し定流が小さい領域での許容
誤差は次第に太きいものとなるが、いわゆる電力量計の
場合には、例えば定格電流３０Ａでの許容誤差も軽負荷
電流領域での許容誤差もＪＩＳ規格により等しく１φと
いう厳しい値に規定されている。

このような電力量計にそもそも出力の小さいホール素子
を用いた場合には、特に軽負荷電流領域での測定誤差が
ＪＩＳ規格を満尾するように設計することは一般には極
めて困難である。

この点、上記実施例では２個のホール素子を直列に結合
してその結合点を零点に設定し、和のホール出力電圧を
差動増幅器で増幅することによって、２個のホール素子
にのる同相の雑音或分が除去される結果、軽負荷領域で
も十分ＪＩＳ規格を満たす測定精度が得られるのである
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の電力量計を示すブロック
図、第２図はその要部の具体的構戊を示す図、第３図は
３相電力量計に適用した実施例の要部構成を示す図であ
る。１・・・・・・ホール素子を用いた電力一電圧変換器、
２・・・・・差動増幅回路、３・・・・・・電圧一周波
数変換器、４・・・・・・カウンタメモリ、５・・・・
・・発光ダイオード表示器、１１・・・・・・ホール素
子、１２・・・・・・電磁石のコイル、１３・・・・・
・変圧器、１４・・・・・・可変抵抗、２１，２２・・
・・・・非反転演算増幅器、２３・・・・・・差動演算
増幅器、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３・・・・・・抵抗。

Claims

【特許請求の範囲】１電流と電モの一方を磁界に他方を制御電流に変換し
てホール素子に印加する手段と、前記ホール素子から得
られるホール出力電圧を同相或分を除去して増幅する差
動増幅回路と、この差動増幅回路の出力電圧を周波数に
変換する電圧一周波数変換器と、この変換器出力を計数
するカウンタとを備え、前記差動増幅回路は、前記ホー
ル素子の各ホール電圧端子をそれぞれ非反転入力端に接
続した高入力インピーダンスの２個の非反転演算増幅器
と、これら演算増幅器の各出力をそれぞれ反転入力端、
非反転入力端に接続した差動演算増幅器とを含み、前記
２個の非反転演算増幅器の反転入力端間に接続した抵抗
Ｒ１と各反転入力端への帰還抵抗Ｒ２，Ｒ３の比を可変
とすることにより、同相或分除去比を小さくすることな
く利得を調整するようにしたことを特徴とするホール素
子を用いた乗算装置。２電流と電圧の一方を磁界に他方を制御電流に変換し
てホール素子に印加する手段は、直列に結合してその結
合点を零電位に設定した２個のホール素子と、これらの
ホール素子に３相電力の所定相の負荷電圧と負荷電流を
それぞれ独立した制御電流と磁界に変換して印加する手
段とからなるものである特許請求の範囲第１項記載のホ
ール素子を用いた乗算装置。