JPWO2015119087A1 - DC watt-hour meter and current sensor calibration method - Google Patents

DC watt-hour meter and current sensor calibration method Download PDF

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Abstract

被測定装置が稼働中であっても電流センサーの装着、校正、消磁が可能な直流電流測定回路を用いた直流電力量計および電流センサー校正方法を提供する。直流電力量計は、分割可能な環状であり、フィードバックコイルおよび校正用コイルを備えた磁性体コア、ホール効果素子から出力される信号が入力され、被測定電流によって磁性体コアに発生する磁束を打ち消す方向の電流をフィードバックコイルに流す差動増幅回路を備え、更に、所望の極性で所望の量の電流を流すことができる定電流回路、校正用コイルと定電流回路を接続する手段、基準電圧発生回路およびその切り替え手段、A/D変換手段、電力量計算手段、電力量を算出すると共に直流電流検出回路の校正処理を行う制御手段とを備える。被測定装置が稼働中であっても直流電力量計の電流センサーの遠隔校正や消磁処理が可能である。Provided are a DC watt-hour meter and a current sensor calibration method using a DC current measurement circuit capable of mounting, calibrating, and demagnetizing a current sensor even when a device under measurement is in operation. The DC watt-hour meter is a ring that can be divided, and is provided with a magnetic core having a feedback coil and a calibration coil, and a signal output from a Hall effect element is input to cancel the magnetic flux generated in the magnetic core by the current to be measured. A differential amplifier circuit for flowing a current in the direction to the feedback coil, a constant current circuit capable of flowing a desired amount of current with a desired polarity, means for connecting the calibration coil and the constant current circuit, and generation of a reference voltage A circuit and its switching means, an A / D conversion means, an electric energy calculation means, and a control means for calculating the electric energy and calibrating the DC current detection circuit. Remote calibration and degaussing of the current sensor of the DC watt-hour meter is possible even when the device under measurement is in operation.

Description

本発明は、直流電力量計および電流センサー校正方法に関するものであり、特にホール効果素子を使用した直流電流センサーを備えた直流電力量計およびその校正方法に関するものである。   The present invention relates to a DC watt-hour meter and a current sensor calibration method, and more particularly to a DC watt-hour meter including a DC current sensor using a Hall effect element and a calibration method thereof.

従来、ホール効果素子を使用した電流測定回路が各種提案されている。例えば下記の特許文献1には、ホール効果素子を使用した電力量計が開示されている。この電力量計は、ホール素子により計測電圧と計測電流の積に相当するホール電圧を出力し、スイッチング手段SWa1〜SWb2によりホール電圧の正負の極性を所定の周期毎に反転させ、差動増幅手段により差動増幅し、反転手段により差動増幅出力の極性をスイッチング手段による極性反転が戻った状態に再反転させ、積分手段により積分するようにしたものであり、ホール素子として、同一極性のホール電圧と異なる極性の不平衡電圧を出力する2つのホール素子を用い、不平衡電圧調整手段により2つのホール素子の不平衡電圧が等しくなるように調整し、積分手段による積分の前に、加算手段により2つのホール素子のそれぞれの差動増幅出力を加算するようにしている。   Conventionally, various current measurement circuits using Hall effect elements have been proposed. For example, Patent Document 1 below discloses a watt-hour meter using a Hall effect element. This watt-hour meter outputs a Hall voltage corresponding to the product of the measurement voltage and the measurement current by the Hall element, and inverts the positive / negative polarity of the Hall voltage at every predetermined period by the switching means SWa1 to SWb2, thereby differential amplification means And the polarity of the differential amplification output is inverted again by the inverting means to the state where the polarity inversion by the switching means has returned, and is integrated by the integrating means. The Hall element has the same polarity as the Hall element. Two Hall elements that output an unbalanced voltage with a polarity different from the voltage are used, and the unbalanced voltage adjusting means adjusts the two Hall elements so that the unbalanced voltages are equal to each other. Thus, the differential amplification outputs of the two Hall elements are added.

特開2001−159646号公報JP 2001-159646 A

上記したような従来のホール効果素子を使用した電流測定回路においては、被測定装置が稼働中に、電流センサーを装着したり、電流センサーを校正したり、電流センサーのホール効果素子が装着されている磁性体コアを消磁することができないので、校正や消磁のためには被測定装置を停止したり、電流センサーを取り外す必要があり、作業員が現場へ出向いて作業する必要があるので手間がかかると共に測定が一時中断するという問題点があった。   In the current measurement circuit using the conventional Hall effect element as described above, the current sensor is mounted, the current sensor is calibrated, or the current sensor Hall effect element is mounted while the device under test is in operation. The magnetic core that is being used cannot be degaussed, so it is necessary to stop the device under test or remove the current sensor for calibration and demagnetization, and it is necessary to go to the site and work. At the same time, there is a problem that the measurement is temporarily interrupted.

発明の目的は、上記した従来の問題点を解決し、被測定装置が稼働中であっても電流センサーの装着、校正、消磁が可能な直流電流測定回路を用いた直流電力量計および電流センサー校正方法を提供することにある。   The object of the invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and to measure and calibrate a DC watt-hour meter and a current sensor using a DC current measuring circuit capable of mounting, calibrating and demagnetizing a current sensor even when the device under test is in operation. It is to provide a method.

本発明の直流電力量計は、被測定電流が流れる導体と磁気結合する磁性体コアを備え、前記磁性体コアを通る磁束をホール効果素子を使用して検出する電流検出回路を備えた直流電力量計において、前記電流検出回路は(1)環状であり、巻回されたフィードバックコイルおよび校正用コイルを備えた前記磁性体コア(2)前記ホール効果素子から出力される信号が入力される差動増幅回路からなり、前記被測定電流によって前記磁性体コアに発生する磁束を打ち消す方向の電流を前記フィードバックコイルに流す電圧電流変換回路(3)前記被測定電流に比例する電圧信号を出力する電流信号出力回路を備え、更に、前記電流信号出力回路の出力信号を測定する電流測定回路と、入力された被測定電圧を測定する電圧測定回路と、制御手段からの制御に基づいて所望の極性で所望の量の電流を流すことができる定電流回路と、制御手段からの制御に基づいて前記校正用コイルと前記定電流回路を接続する接続手段と、所定の電圧を発生する基準電圧発生回路と、制御手段からの制御に基づいて入力された被測定電圧と前記基準電圧回路の出力電圧とを切り替えて前記電圧測定回路に接続する切り替え手段と、前記電流測定回路および前記電圧測定回路の出力電圧をそれぞれデジタル信号に変換するA/D変換手段と、前記デジタル信号から電力量を計算する電力量計算手段と、前記各回路および手段を制御して電力量を算出すると共に直流電流検出回路の校正処理を行う制御手段とを備えていることを主要な特徴とする。   A DC watt-hour meter according to the present invention includes a magnetic core that is magnetically coupled to a conductor through which a current to be measured flows, and includes a current detection circuit that detects a magnetic flux passing through the magnetic core using a Hall effect element. The current detection circuit is (1) annular, and includes a wound feedback coil and a calibration coil. The magnetic core (2) differential amplification to which a signal output from the Hall effect element is input. A voltage-current conversion circuit comprising a circuit and passing a current in a direction to cancel the magnetic flux generated in the magnetic core by the measured current to the feedback coil. (3) A current signal output for outputting a voltage signal proportional to the measured current A current measuring circuit for measuring an output signal of the current signal output circuit, a voltage measuring circuit for measuring an input voltage to be measured, and a control means A constant current circuit capable of flowing a desired amount of current with a desired polarity based on the control, a connection means for connecting the calibration coil and the constant current circuit based on the control from the control means, and a predetermined A reference voltage generating circuit for generating a voltage of the reference voltage, a switching means for switching a voltage to be measured input based on control from the control means and an output voltage of the reference voltage circuit to connect to the voltage measuring circuit, and the current A measurement circuit and A / D conversion means for converting the output voltage of the voltage measurement circuit into a digital signal, a power amount calculation means for calculating a power amount from the digital signal, and a power amount by controlling each circuit and means And a control means for calibrating the DC current detection circuit.

また、上記した直流電力量計において、前記校正処理は、まず、被測定電流値を計測して校正前電流値として記録し、次に、計測された前記校正前電流値が所定の値以上の場合には前記校正用コイルに被測定電流と逆方向に所定値の付加電流を流し、計測された前記校正前電流値が所定の値未満の場合には被測定電流と同方向に所定値の付加電流を流して校正電流値を計測し、その後、前記校正電流値が前記校正前電流値と前記付加電流値とを加算した値となっているか否かによって正常か否かを判定する点にも特徴がある。   In the above-mentioned DC watt-hour meter, the calibration process first measures the current value to be measured and records it as a current value before calibration, and then the measured current value before calibration is equal to or greater than a predetermined value. When a measured current value before calibration is less than a predetermined value, a predetermined value is added in the same direction as the measured current. It is also possible to measure the calibration current value by supplying a current, and then determine whether the calibration current value is normal or not based on whether the pre-calibration current value and the additional current value are added. There are features.

また、上記した直流電力量計において、前記校正処理において正常か否かを判定した後、付加電流を止めて再度被測定電流値を計測し、この計測値が前記校正前電流値と所定値以上異なる場合には前記校正処理をやり直す点にも特徴がある。   Further, in the above-described DC watt-hour meter, after determining whether or not the calibration process is normal, the additional current is stopped and the measured current value is measured again. This measured value is different from the pre-calibration current value by a predetermined value or more. In some cases, the calibration process is performed again.

また、上記した直流電力量計において、前記電圧電流変換回路は更に、前記制御手段からの制御に基づいて前記フィードバックコイルに消磁用の電流を流すことができる消磁信号発生回路を備えている点にも特徴がある。   Further, in the above-described DC watt-hour meter, the voltage-current conversion circuit further includes a degaussing signal generation circuit capable of flowing a degaussing current to the feedback coil based on control from the control means. There are features.

また、上記した直流電力量計において、前記消磁信号発生回路は減衰交流信号を発生し、前記電圧電流変換回路は前記フィードバックコイルに、前記被測定電流によって前記磁性体コアに発生する磁束を打ち消す方向の電流に加えて減衰交流電流を流す点にも特徴がある。
また、上記した直流電力量計において、前記磁性体コアは分割可能である点にも特徴がある。
In the DC watt-hour meter, the degaussing signal generation circuit generates a damped AC signal, and the voltage-current conversion circuit cancels the magnetic flux generated in the magnetic core by the measured current in the feedback coil. Another characteristic is that a damped alternating current flows in addition to the current.
Further, the above-described DC watt-hour meter is characterized in that the magnetic core can be divided.

本発明の電流センサー校正方法は、被測定電流が流れる導体と磁気結合した磁性体コアを通る磁束をホール効果素子を使用して検出する直流電流検出回路および前記磁性体コアに巻回された校正用コイルを備え、更に、制御手段からの制御に基づいて所望の極性で所望の量の電流を流すことができる定電流回路および制御手段からの制御に基づいて前記校正用コイルと前記定電流回路を接続する接続手段を備えた直流電力量計において、被測定電流値を計測して校正前電流値として記録するステップ、前記定電流回路および前記接続手段を制御して、計測された前記校正前電流値が所定の値以上の場合には前記校正用コイルに被測定電流と逆方向に所定値の付加電流を流し、計測された前記校正前電流値が所定の値未満の場合には被測定電流と同方向に所定値の付加電流を流すステップ、校正電流値を計測するステップ、前記校正電流値が前記校正前電流値と前記付加電流値とを加算した値となっているか否かによって正常か否かを判定するステップを含むことを主要な特徴とする。   The current sensor calibration method of the present invention includes a DC current detection circuit for detecting a magnetic flux passing through a magnetic core magnetically coupled to a conductor through which a current to be measured flows using a Hall effect element, and a calibration wound around the magnetic core. A constant current circuit capable of flowing a desired amount of current with a desired polarity based on control from the control means, and the calibration coil and the constant current circuit based on control from the control means. In the DC watt-hour meter provided with a connecting means for connecting, a step of measuring a measured current value and recording it as a pre-calibration current value, controlling the constant current circuit and the connecting means, and measuring the pre-calibration current When the value is greater than or equal to a predetermined value, an additional current of a predetermined value is passed through the calibration coil in the direction opposite to the current to be measured. When the measured current value before calibration is less than a predetermined value, the current to be measured It is normal depending on a step of flowing a predetermined value of additional current in the same direction, a step of measuring a calibration current value, and whether the calibration current value is a value obtained by adding the pre-calibration current value and the additional current value. The main feature is to include a step of determining whether or not.

また、上記した電流センサー校正方法において、前記校正電流値を計測するステップの後に前記付加電流を流すのを止め、校正後の電流値を測定し、前記校正後の電流値が前記校正前電流値と所定値以上異なる場合には校正処理をやり直す点にも特徴がある。   Further, in the current sensor calibration method described above, the flow of the additional current is stopped after the step of measuring the calibration current value, the current value after calibration is measured, and the current value after calibration is the current value before calibration. Another characteristic is that the calibration process is re-executed when the value differs by a predetermined value or more.

本発明によれば、以下のような効果がある。
(1)磁性体コアに巻かれた校正用コイルを備えることにより被測定装置が稼働中であっても直流電力量計の電流センサーの遠隔校正が可能である。
(2)分割コアを備え、ネガティブフィードバック制御することによって被測定装置が稼働中であっても直流電力量計の装着が可能である。
(3)磁性体コアに巻かれたフィードバックコイルに被測定電流による磁束を打ち消す方向の電流を流すサーボ回路を利用して、被測定装置が稼働中であっても遠隔の消磁処理が可能である。
The present invention has the following effects.
(1) Since the calibration coil wound around the magnetic core is provided, the current sensor of the DC watt-hour meter can be remotely calibrated even when the device under measurement is in operation.
(2) A DC watt hour meter can be mounted even when the device under measurement is in operation by providing a split core and performing negative feedback control.
(3) Remote demagnetization processing is possible even when the device under test is in operation by using a servo circuit that applies a current in a direction to cancel the magnetic flux due to the current to be measured to the feedback coil wound around the magnetic core. .

図1は本発明の直流電力量計を使用したシステムの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a system using a DC watt-hour meter according to the present invention. 図2は本発明の直流電力量計の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the DC watt-hour meter of the present invention. 図3は本発明の直流電力量計のCPUの処理内容1を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing the processing contents 1 of the CPU of the DC watt-hour meter of the present invention. 図4は本発明の直流電力量計のCPUの処理内容2を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing the processing contents 2 of the CPU of the DC watt-hour meter of the present invention. 図5は本発明における電流センサー装置の構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the current sensor device according to the present invention. 図6は本発明における電流センサー回路の構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the current sensor circuit in the present invention. 図7は本発明における電流センサー回路の構成を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a current sensor circuit according to the present invention. 図8は本発明の直流電力量計のCPUの負荷オン校正処理を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing the load on calibration processing of the CPU of the DC watt-hour meter of the present invention. 図9は本発明の直流電力量計のCPUの負荷オフ校正処理を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing the load off calibration processing of the CPU of the DC watt-hour meter of the present invention.

以下に図面を参照して実施例について説明する。   Embodiments will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の直流電力量計の使用例の構成を示すブロック図である。直流電源11は商用交流電源を直流に変換して、直流電源の複数の負荷12に供給している。本発明の直流電力量計10は、これらの負荷装置に供給される電力量を計測する用途に使用することができる。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an example of use of the DC watt-hour meter of the present invention. The DC power supply 11 converts commercial AC power into DC and supplies it to a plurality of loads 12 of DC power. The DC watt-hour meter 10 of the present invention can be used for applications that measure the amount of power supplied to these load devices.

直流電力量計10には通信用のLANケーブルを介して給電装置16から直流電源が供給される。本発明の直流電力量計10においては通信線はLANではなくRS485の仕様となっており、給電装置16内においてバス接続されている。但し、コネクタ、ケーブル、給電は周知のLANのPoE給電規格と同一配線による給電となっており、汎用のPoE用の給電装置16と汎用LANケーブルを使用することで、給電とRS485通信を行うことができる。   The DC watt-hour meter 10 is supplied with DC power from the power supply device 16 via a communication LAN cable. In the DC watt-hour meter 10 of the present invention, the communication line has a specification of RS485, not a LAN, and is bus-connected in the power supply device 16. However, connectors, cables, and power supply are supplied by the same wiring as the well-known LAN PoE power supply standard, and power supply and RS485 communication are performed by using a general-purpose PoE power supply device 16 and a general-purpose LAN cable. Can do.

上位装置であるPC17はケーブルを介して直流電力量計10を制御し、かつ各種測定値を読み出すことができる。なお通信規格としてはイーサネット(登録商標)を採用してもよい。なお、校正処理には校正用電源装置18を使用するので、同時には1台の直流電力量計10の1つの回路しか校正処理を実行できない。従って、PC17は各直流電力量計10に指令を送信して1台づつ、かつ1回路づつ順に校正処理を行うように各直流電力量計10を制御する。   The host device PC 17 can control the DC watt-hour meter 10 via a cable and can read various measurement values. Note that Ethernet (registered trademark) may be adopted as a communication standard. Since the calibration power supply 18 is used for the calibration process, only one circuit of one DC watt-hour meter 10 can execute the calibration process at the same time. Accordingly, the PC 17 transmits a command to each DC watt-hour meter 10 and controls each DC watt-hour meter 10 so as to perform calibration processing one by one and one circuit at a time.

直流電源11から負荷12には2本の電線によって直流電源が供給されている。電流センサー装置13は、詳細は後述するが、負荷12に接続された2本の電線の内の一方の電線と磁気的に結合し、電線に流れる電流値を測定する。電圧入力用電線14は負荷12に接続された2本の電線と接続され、直流電力量計10において電圧値が測定される。直流電力量計10は測定した電流値および電圧値から電力量を計算する。   The DC power supply is supplied from the DC power supply 11 to the load 12 by two electric wires. Although the details will be described later, the current sensor device 13 is magnetically coupled to one of the two wires connected to the load 12 and measures the value of the current flowing through the wire. The voltage input wire 14 is connected to two wires connected to the load 12, and the voltage value is measured by the DC watt-hour meter 10. The DC watt-hour meter 10 calculates the electric energy from the measured current value and voltage value.

校正用電源装置18は複数の直流電力量計10に対して1台のみ設けられる。校正用電源装置18の制御回路70は通信回路73を介して複数の直流電力量計10と例えばRS485仕様のバス型通信線によって接続されている。制御回路70は各直流電力量計10からの指示に基づいて、定電流回路71、基準電圧回路72を制御して指示された極性および電流値の直流電流および所定の基準電圧を発生し、複数の直流電力量計10に供給する。これらの電流、電圧は直流電力量計10の電流センサーおよび電圧センサー(CPUのA/D変換回路)の校正に使用されるので、校正用電源装置18は標準器による校正が必要である。
Only one power supply device 18 for calibration is provided for a plurality of DC watt-hour meters 10. The control circuit 70 of the calibration power supply device 18 is connected to a plurality of DC watt-hour meters 10 via a communication circuit 73 by, for example, RS485 specification bus type communication lines. The control circuit 70 controls the constant current circuit 71 and the reference voltage circuit 72 based on an instruction from each DC watt-hour meter 10 to generate a DC current having a specified polarity and current value and a predetermined reference voltage. Supplied to DC watt-hour meter 10. Since these currents and voltages are used for calibration of the current sensor and voltage sensor (A / D conversion circuit of the CPU) of the DC watt-hour meter 10, the calibration power supply device 18 needs to be calibrated by a standard device.

図2は本発明の直流電力量計10の構成を示すブロック図である。マイクロコンピュータ回路(以下、CPUと記す)20は、市販されている周知の1チップマイクロコンピューター回路である。CPU20は、CPU、ROM、RAM、デジタル入出力回路、アナログ入力回路(多チャンネルA/D変換回路)、ハードウェアタイマ回路等を備えている。また、ROMには後述する処理を実行するためのプログラムが格納されている。   FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the DC watt-hour meter 10 of the present invention. A microcomputer circuit (hereinafter referred to as CPU) 20 is a well-known one-chip microcomputer circuit that is commercially available. The CPU 20 includes a CPU, a ROM, a RAM, a digital input / output circuit, an analog input circuit (multi-channel A / D conversion circuit), a hardware timer circuit, and the like. The ROM stores a program for executing processing to be described later.

電流センサー装置13は、詳細は後述するが、電線と磁気的に結合し、ホール効果素子を使用して電線に流れる電流値を測定し、電線に流れる電流値と比例した電圧を出力する。電流測定回路21は、電流センサー装置13から出力される電流値と比例した電圧を所定の増幅率で増幅し、CPU20のアナログ入力端子に出力する。   As will be described in detail later, the current sensor device 13 is magnetically coupled to the electric wire, measures the current value flowing through the electric wire using a Hall effect element, and outputs a voltage proportional to the current value flowing through the electric wire. The current measurement circuit 21 amplifies a voltage proportional to the current value output from the current sensor device 13 with a predetermined amplification factor, and outputs the amplified voltage to the analog input terminal of the CPU 20.

電圧測定回路22は公知の絶縁アンプを介して、電圧入力用電線14によって入力された負荷12に接続された2本の電線間の電圧を所定の率で分圧し、CPU20のアナログ入力端子に出力する。1つの電流センサー装置13、電流測定回路21、電圧測定回路22の組で1回路の電力量測定回路が構成され、本発明の直流電力量計10には多回路が実装されている。   The voltage measurement circuit 22 divides the voltage between the two wires connected to the load 12 inputted by the voltage input wire 14 through a known insulation amplifier at a predetermined rate and outputs it to the analog input terminal of the CPU 20. To do. One circuit for measuring electric energy is composed of one current sensor device 13, current measuring circuit 21, and voltage measuring circuit 22, and the DC watt-hour meter 10 of the present invention is equipped with multiple circuits.

パルス出力回路24は、直流電力量計10の試験のために、測定した電力量に比例した数のパルスを試験コネクタ30に出力する回路である。LCD回路25はCPU20からの制御に基づいて所望の情報が表示されるように、直流電力量計10のパネルに装着されたLCD表示装置26を駆動する。LCD表示装置26に表示される情報を選択するために直流電力量計10のパネルに装着されたスイッチおよび校正等のために基板上に設けられたDIPスイッチからなるスイッチ31の状態はスイッチ回路32を介してCPU20によって読み取られる。   The pulse output circuit 24 is a circuit that outputs a number of pulses proportional to the measured electric energy to the test connector 30 for the test of the DC watt-hour meter 10. The LCD circuit 25 drives the LCD display device 26 attached to the panel of the DC watt-hour meter 10 so that desired information is displayed based on the control from the CPU 20. The state of the switch 31 comprising a switch mounted on the panel of the DC watt-hour meter 10 for selecting information displayed on the LCD display device 26 and a DIP switch provided on the substrate for calibration etc. Via the CPU 20.

通信回路27は周知のRS485インターフェイス回路であり、通信コネクタ28を介してPC17等の外部装置との通信を行う。校正用通信回路37は周知のRS485インターフェイス回路であり、校正用電源装置18を制御するために使用される。フラッシュメモリ回路27はCPU20から読み書き可能な周知の不揮発性メモリ回路であり、停電時等に測定値(電力量の値)を保存しておくために使用する。   The communication circuit 27 is a well-known RS485 interface circuit, and communicates with an external device such as the PC 17 via the communication connector 28. The calibration communication circuit 37 is a well-known RS485 interface circuit, and is used to control the calibration power supply device 18. The flash memory circuit 27 is a well-known nonvolatile memory circuit that can be read from and written to by the CPU 20, and is used for storing a measured value (a value of electric energy) at the time of a power failure or the like.

電源回路29は通信コネクタ28を介して供給される直流電源から+15Vおよび−15Vの電源を生成し、更に+15V電源から+5V電源を、−15Vの電源から−5V電源を生成して直流電力量計10の各回路に供給する。   The power supply circuit 29 generates + 15V and −15V power from the DC power supplied via the communication connector 28, further generates + 5V power from the + 15V power, and −5V power from the −15V power. To each circuit.

また、電源回路29においては、直流電源が印加されていることをフォトカプラによって検出しており、直流電源が遮断(停電)されると、CPU20に停電検出信号を出力する停電検出回路が備えられている。CPU20はこの停電検出信号を検出すると、フラッシュメモリ回路27への計測値の保存処理を行う。   Further, the power supply circuit 29 is provided with a power failure detection circuit that detects that a DC power source is applied by a photocoupler and outputs a power failure detection signal to the CPU 20 when the DC power source is cut off (power failure). ing. When the CPU 20 detects the power failure detection signal, the CPU 20 performs processing for storing the measured value in the flash memory circuit 27.

切り替えスイッチ36は、例えば各回路毎に設けられたリレー装置であってもよく、CPU20からの制御に基づき、回路単位で、校正用電源装置18の定電流回路71からの出力線と電流センサー装置13の校正用コイルとを接続/切断すると共に、入力された被測定電圧と校正用電源装置18の基準電圧回路72の出力電圧とを切り替えて電圧測定回路22に接続する。なお、本発明を1台の直流電力量計10において実施する場合には、図2に点線で示すように、定電流回路71および基準電圧回路72を直流電力量計10内に装備してもよい。   The changeover switch 36 may be, for example, a relay device provided for each circuit. Based on the control from the CPU 20, the output line from the constant current circuit 71 of the calibration power supply device 18 and the current sensor device are controlled on a circuit basis. The 13 calibration coils are connected / disconnected, and the input voltage to be measured and the output voltage of the reference voltage circuit 72 of the calibration power supply device 18 are switched and connected to the voltage measurement circuit 22. When the present invention is implemented in one DC watt-hour meter 10, a constant current circuit 71 and a reference voltage circuit 72 may be provided in the DC watt-hour meter 10 as shown by a dotted line in FIG.

図3は本発明の直流電力量計のCPUの処理内容1を示すフローチャートである。電源が投入される(停電から復帰する場合も含む)と、S10においてはフラッシュメモリ回路27から保存されている計量値(電力量の値)があれば読み込む。この処理は停電からの復帰時に計量値を継続して計数するための処理である。S11においては表示装置を全点灯させる。これは表示装置の故障チェックのために行う。S12においては初期設定済みであるか否かが判定され、判定結果が肯定、即ち、停電からの復帰の場合にはS13をスキップしてS14に移行するが、否定の場合にはS13に移行する。なお、初期設定とは校正情報・シリアル番号の設定のことである。   FIG. 3 is a flowchart showing the processing contents 1 of the CPU of the DC watt-hour meter of the present invention. When the power is turned on (including the case of recovering from a power failure), in S10, if there is a measured value (amount of power) stored from the flash memory circuit 27, it is read. This process is a process for continuously counting the measured value when returning from a power failure. In S11, all the display devices are turned on. This is performed to check the display device failure. In S12, it is determined whether or not the initial setting has been completed, and if the determination result is affirmative, that is, if recovery from a power failure, S13 is skipped and the process proceeds to S14, but if negative, the process proceeds to S13. . Note that the initial setting is the setting of calibration information and serial number.

S13においては初期電流がOK(=0)か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはエラー停止状態に移行するが、肯定の場合にはS14に移行する。電源初投入直後は電流センサーの測定値は0.000Aでなければならないので、センサーが着磁や故障の場合を想定したチェックを行う。S14においては内部電源が正常か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはエラー停止状態に移行するが、肯定の場合にはS15に移行する。   In S13, it is determined whether or not the initial current is OK (= 0). If the determination result is negative, the process proceeds to an error stop state, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S14. Immediately after the power is first turned on, the measured value of the current sensor must be 0.000 A, so a check is performed assuming that the sensor is magnetized or malfunctioned. In S14, it is determined whether or not the internal power supply is normal. If the determination result is negative, the process shifts to an error stop state. If the determination is positive, the process shifts to S15.

S15においては、表示切替SWを押す毎に表示装置へ回路を切替表示するために表示切替SWの状態を判定する。S16においては計量状態を判定する。計量状態とは、無計量(電流がほぼ0Aのこと)・計量・逆電流(接続が逆や、電力が逆方向となっている状態)・停電(電圧も電流も0となっている状態)の4状態のことであり、当該内容は電力量計で必要な表示機能となっている。S17においては表示切替SWの状態に応じて計量値を表示する。   In S15, every time the display switch SW is pressed, the state of the display switch SW is determined in order to display the circuit on the display device. In S16, the weighing state is determined. Weighing state means no measurement (current is almost 0A), weighing / reverse current (reversed connection, power is reversed), power failure (voltage and current are 0) These contents are display functions necessary for the watt-hour meter. In S17, the measurement value is displayed according to the state of the display switching SW.

S18においては上位装置であるPC17からの受信データが有るか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS27に移行するが、肯定の場合にはS19に移行する。S19においては受信データが送信要求か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS21に移行するが、肯定の場合にはS20に移行する。S20においてはデータ送信処理が行われる。データ送信処理においては、受信したコマンド(リクエスト)を解析し、必要な情報を読み出して応答情報を生成し、例えばPC17へレスポンスを返送し、S27に移行する。   In S18, it is determined whether or not there is data received from the PC 17 as the host device. If the determination result is negative, the process proceeds to S27, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S19. In S19, it is determined whether or not the received data is a transmission request. If the determination result is negative, the process proceeds to S21, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S20. In S20, a data transmission process is performed. In the data transmission process, the received command (request) is analyzed, necessary information is read to generate response information, for example, a response is returned to the PC 17, and the process proceeds to S27.

S21においては受信データが校正処理の要求か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS25に移行するが、肯定の場合にはS22に移行する。S22においては負荷オン校正処理か否(負荷オフ校正処理)かが判定され、判定結果が否定の場合にはS24に移行するが、肯定の場合にはS23に移行する。S23においては後述する負荷オン校正処理が行われ、S27に移行する。S24においては後述する負荷オフ校正処理が行われ、S27に移行する。   In S21, it is determined whether or not the received data is a request for calibration processing. If the determination result is negative, the process proceeds to S25, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S22. In S22, it is determined whether or not the load-on calibration process is performed (load-off calibration process). If the determination result is negative, the process proceeds to S24, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S23. In S23, a load-on calibration process described later is performed, and the process proceeds to S27. In S24, a load-off calibration process described later is performed, and the process proceeds to S27.

S25においては受信データが消磁処理の要求か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS27に移行するが、肯定の場合にはS26に移行する。S26においては後述する電流センサー装置13内の消磁信号発生回路72を起動し、減衰交流信号が0になる時間だけ待ってS27に移行する。   In S25, it is determined whether the received data is a request for degaussing. If the determination result is negative, the process proceeds to S27, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S26. In S26, a degaussing signal generating circuit 72 in the current sensor device 13 to be described later is activated, and after waiting for a time when the attenuated AC signal becomes 0, the process proceeds to S27.

S27においては基板上のスイッチSW1がオンか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS29に移行するが、肯定の場合にはS28に移行する。S28においては不平衡電圧(オフセット)校正処理が行われる。S29においては基板上のスイッチSW2がオンか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS31に移行するが、肯定の場合にはS30に移行する。S30においてはゲイン校正処理が行われる。   In S27, it is determined whether or not the switch SW1 on the board is on. If the determination result is negative, the process proceeds to S29, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S28. In S28, an unbalanced voltage (offset) calibration process is performed. In S29, it is determined whether or not the switch SW2 on the board is on. If the determination result is negative, the process proceeds to S31, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S30. In S30, gain calibration processing is performed.

S31においては基板上のスイッチSW3がオンか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS33に移行するが、肯定の場合にはS32に移行する。S32においては回路異常を解除する。S33においては基板上のスイッチSW4がオンか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS14に移行するが、肯定の場合にはS34に移行する。S34においては校正値を初期化する。   In S31, it is determined whether or not the switch SW3 on the substrate is on. If the determination result is negative, the process proceeds to S33, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S32. In S32, the circuit abnormality is canceled. In S33, it is determined whether or not the switch SW4 on the board is on. If the determination result is negative, the process proceeds to S14, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S34. In S34, the calibration value is initialized.

図4は本発明の直流電力量計のCPUの処理内容2を示すフローチャートである。電力量の計量処理はメイン処理とは独立してCPUのハードウェアタイマー機能により一定間隔で繰り返し起動される。S40においてはCPUが内蔵するA/D変換器(ADC)を使用して各回路の電圧値、電流値を読み込む。S41においては電流値の単位を変換する。即ち、読み込まれた2進値を10進値に変換する。S42においては電圧値の単位を変換する。即ち、読み込まれた2進値を10進値に変換する。   FIG. 4 is a flowchart showing the processing contents 2 of the CPU of the DC watt-hour meter of the present invention. The power amount measurement process is repeatedly activated at regular intervals by the hardware timer function of the CPU independently of the main process. In S40, the voltage value and current value of each circuit are read using an A / D converter (ADC) built in the CPU. In S41, the unit of current value is converted. That is, the read binary value is converted into a decimal value. In S42, the unit of voltage value is converted. That is, the read binary value is converted into a decimal value.

S43においては各回路の電力値(=電圧×電流)を計算する。S44においては各回路の電力量(Ws)を計算する。即ち、前回までの電力量の値に今回の電力量(=今回の電力値×サンプリング周期)を加算し、メモリに保存する。S45においては各回路の電流、電圧、電力の1秒間の平均値を計算し、メモリに保存する。   In S43, the power value (= voltage × current) of each circuit is calculated. In S44, the electric energy (Ws) of each circuit is calculated. That is, the current power amount (= current power value × sampling period) is added to the previous power amount value, and the result is stored in the memory. In S45, the average value of the current, voltage and power of each circuit for one second is calculated and stored in the memory.

S46においては試験用パルスを計算し、試験用パルスを出力する。S47においては停電を検出したか否かが判定され、判定結果が否定の場合には割り込み処理を終了するが、肯定の場合にはS48に移行する。S48においてはフラッシュメモリ27へ計量値を保存する。   In S46, a test pulse is calculated and a test pulse is output. In S47, it is determined whether or not a power failure has been detected. If the determination result is negative, the interrupt process is terminated, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S48. In S48, the measured value is stored in the flash memory 27.

図8は本発明の直流電力量計のCPUの負荷オン校正処理(S23)を示すフローチャートである。この処理は特定の1つの回路についての校正処理であり、校正処理中は図4の計量処理は禁止される。S60においては特定の回路の校正前の電流値を読み込む。S61においては、校正用電源に切り替える。即ち、切り替えスイッチ36を制御して特定の回路の校正用コイルと校正用電源装置18の定電流回路71とを接続する。   FIG. 8 is a flowchart showing the load on calibration process (S23) of the CPU of the DC watt-hour meter of the present invention. This process is a calibration process for one specific circuit, and the measurement process in FIG. 4 is prohibited during the calibration process. In S60, the current value before calibration of a specific circuit is read. In S61, the power source is switched to the calibration power source. That is, the changeover switch 36 is controlled to connect the calibration coil of a specific circuit and the constant current circuit 71 of the calibration power supply device 18.

S62においては、S60において読み込んだ電流値が定格の50%以下か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS64に移行するが、肯定の場合にはS63に移行する。S63においては、校正用通信回路37を介して校正用電源装置18の制御回路70にコマンドを送信することによって定電流回路71を制御し、+の校正用電流、即ち電線の電流と同じ方向の電流を校正コイル46に流す。S64においては、−の校正用電流を校正コイル46に流す。   In S62, it is determined whether or not the current value read in S60 is 50% or less of the rating. If the determination result is negative, the process proceeds to S64, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S63. In S63, the constant current circuit 71 is controlled by transmitting a command to the control circuit 70 of the calibration power supply device 18 via the calibration communication circuit 37, and the + calibration current, that is, the current in the same direction as the current of the electric wire is controlled. Current is passed through the calibration coil 46. In S64, a negative calibration current is passed through the calibration coil 46.

例えば定格が100アンペアである場合、測定された電流が50アンペア未満であれば、定電流回路71を制御して校正用電流として例えば+10アンペアに相当する電流を発生させる。また、測定された電流が50アンペア以上であれば、定電流回路71を制御して校正用電流として−10アンペアに相当する電流を発生させる。なお、定格の何%で+と−を切り替えるか、および校正用電流をどの程度流すかは任意である。   For example, when the rating is 100 amperes and the measured current is less than 50 amperes, the constant current circuit 71 is controlled to generate a current corresponding to, for example, +10 amperes as a calibration current. If the measured current is 50 amperes or more, the constant current circuit 71 is controlled to generate a current corresponding to −10 amperes as a calibration current. Note that it is arbitrary how much of the rating is switched between + and − and how much the calibration current flows.

S65においては校正用電流を付加した後の電流値を読み込む。S66においては校正用電流を止める。S67においては電流値が正常か否か、即ち例えば校正前の電流値が30アンペアであれば10アンペアが加算されて40アンペアとなっているか否(誤差が所定値以上)かが判定され、判定結果が否定の場合にはS68に移行するが、肯定の場合にはS69に移行する。S68においてはPC17へ電流加算エラー情報を送信して、処理を終了する。   In S65, the current value after adding the calibration current is read. In S66, the calibration current is stopped. In S67, it is determined whether or not the current value is normal, that is, for example, if the current value before calibration is 30 amperes, whether or not 10 amperes is added to 40 amperes (the error is equal to or greater than a predetermined value). If the result is negative, the process proceeds to S68, but if the result is affirmative, the process proceeds to S69. In S68, the current addition error information is transmitted to the PC 17, and the process ends.

S69においては校正後の電流値を読み込む。S70においては校正後の電流値が正常か否か、即ち校正前の電流値と校正後の電流値の差の絶対値が所定値以内であるか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS71に移行するが、肯定の場合にはS72に移行する。S71においてはPC17へ電流変動エラー情報を送信して、処理を終了する。   In S69, the current value after calibration is read. In S70, it is determined whether or not the current value after calibration is normal, that is, whether or not the absolute value of the difference between the current value before calibration and the current value after calibration is within a predetermined value, and the determination result is negative However, if the result is affirmative, the process proceeds to S72. In S71, current fluctuation error information is transmitted to the PC 17, and the process is terminated.

負荷12が例えば通信装置である場合には電流値は短時間にはほとんど変化しない。また、電流測定の前後で電流変化が所定値以上あった場合には上位装置からの指示によって測定処理をやり直す。従って、上記のような処理によって装置が稼働中(負荷オン)の校正処理によっても、電流センサー装置13が定格を超えることがなく、正常に校正電流の測定ができる。   When the load 12 is a communication device, for example, the current value hardly changes in a short time. If the current change is greater than or equal to a predetermined value before and after the current measurement, the measurement process is restarted according to an instruction from the host device. Therefore, even if the calibration process is performed while the apparatus is operating (load on) by the above-described process, the current sensor device 13 does not exceed the rating, and the calibration current can be measured normally.

S72においては切り替えスイッチ36を制御して校正用電源装置18の基準電圧回路72に切り替える。S73においては電圧値を読み込む。S74においては切り替えスイッチ36を制御して接続を元に戻す。S75においては電圧測定値が正常か否か、即ち測定値と基準電圧回路72から出力される電圧値との差の絶対値が所定値以内であるか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS76に移行するが、肯定の場合にはS77に移行する。S76においてはPC17へ電圧値エラー情報を送信して、処理を終了する。S77においてはPC17へ校正結果を送信して処理を終了する。以上のような処理により、被測定装置が稼働中であっても電流および電圧センサーの校正を行うことができる。   In S 72, the selector switch 36 is controlled to switch to the reference voltage circuit 72 of the calibration power supply device 18. In S73, the voltage value is read. In S74, the changeover switch 36 is controlled to restore the connection. In S75, it is determined whether or not the voltage measurement value is normal, that is, whether or not the absolute value of the difference between the measurement value and the voltage value output from the reference voltage circuit 72 is within a predetermined value, and the determination result is negative. If YES, the process proceeds to S76, but if YES, the process proceeds to S77. In S76, the voltage value error information is transmitted to the PC 17, and the process ends. In S77, the calibration result is transmitted to the PC 17 and the process is terminated. With the above processing, the current and voltage sensors can be calibrated even when the device under measurement is in operation.

図9は本発明の直流電力量計のCPUの負荷オフ校正処理を示すフローチャートである。この処理は負荷をオフにできる場合に負荷をオフにした後に、あるいは電流センサー装置13を電線から取り外した後に行われる。また、この処理は特定の1つの回路についての校正処理であり、校正処理中は図4の計量処理は禁止される。S80においては電流値を読み込む。S81においては電流値が0か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS82に移行するが、肯定の場合にはS83に移行する。S82においてはPC17へ電流値エラー情報を送信して、処理を終了する。   FIG. 9 is a flowchart showing the load off calibration processing of the CPU of the DC watt-hour meter of the present invention. This process is performed after the load is turned off when the load can be turned off or after the current sensor device 13 is removed from the electric wire. This process is a calibration process for one specific circuit, and the measurement process in FIG. 4 is prohibited during the calibration process. In S80, the current value is read. In S81, it is determined whether or not the current value is 0. If the determination result is negative, the process proceeds to S82, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S83. In S82, current value error information is transmitted to the PC 17, and the process is terminated.

S83においては校正用電源に切り替える。即ち、切り替えスイッチ36を制御して特定の回路の校正用コイルと校正用電源装置18の定電流回路71とを接続する。S84においては定格に対して+100%に相当する校正用電流を校正用コイルに流す。S85においては校正電流値を読み込む。S86においては校正用電流を止める。S87においては校正電流値が正常か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS88に移行するが、肯定の場合にはS89に移行する。S88においてはPC17へ電流加算エラー情報を送信して、処理を終了する。   In S83, the power source is switched to the calibration power source. That is, the changeover switch 36 is controlled to connect the calibration coil of a specific circuit and the constant current circuit 71 of the calibration power supply device 18. In S84, a calibration current corresponding to + 100% of the rating is passed through the calibration coil. In S85, the calibration current value is read. In S86, the calibration current is stopped. In S87, it is determined whether or not the calibration current value is normal. If the determination result is negative, the process proceeds to S88, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S89. In S88, current addition error information is transmitted to the PC 17, and the process is terminated.

S89においては定格に対して+10%に相当する校正用電流を校正用コイルに流す。S90においては校正電流値を読み込む。S91においては校正用電流を止める。S92においては校正電流値が正常か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS93に移行するが、肯定の場合にはS94に移行する。S93においてはPC17へ電流加算エラー情報を送信して、処理を終了する。 In S89, a calibration current corresponding to + 10% of the rating is passed through the calibration coil. In S90, the calibration current value is read. In S91, the calibration current is stopped. In S92, it is determined whether or not the calibration current value is normal. If the determination result is negative, the process proceeds to S93, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S94. In S93, current addition error information is transmitted to the PC 17, and the process is terminated.

S94においては、切り替えスイッチ36を制御して校正用電源装置18の基準電圧回路72に切り替える。S95においては電圧値を読み込む。S96においては切り替えスイッチ36を制御して接続を元に戻す。S97においては、電圧値が正常か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS98に移行するが、肯定の場合にはS99に移行する。S98においてはPC17へ電圧値エラー情報を送信して、処理を終了する。S99においてはPC17へ校正結果を送信して処理を終了する。   In S94, the changeover switch 36 is controlled to switch to the reference voltage circuit 72 of the calibration power supply device 18. In S95, the voltage value is read. In S96, the changeover switch 36 is controlled to restore the connection. In S97, it is determined whether or not the voltage value is normal. If the determination result is negative, the process proceeds to S98, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S99. In S98, voltage value error information is transmitted to the PC 17, and the process is terminated. In S99, the calibration result is transmitted to the PC 17 and the process is terminated.

図5は本発明における電流センサー装置13の構成を示すブロック図である。電流センサー装置13は、磁気カップリング装置と後述する電流センサー回路40とからなる。磁気カップリング装置は、被測定電流が流れる導体(電線)45と磁気結合した磁性体コア43、44、磁性体コア43の隙間に配置されたホール効果素子41、磁性体コア43、44に巻回されたフィードバックコイル42および校正用コイル46からなる。   FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the current sensor device 13 according to the present invention. The current sensor device 13 includes a magnetic coupling device and a current sensor circuit 40 described later. The magnetic coupling device is wound around the magnetic cores 43 and 44 magnetically coupled to the conductor (electric wire) 45 through which the current to be measured flows, the Hall effect element 41 disposed in the gap between the magnetic cores 43, and the magnetic cores 43 and 44. It consists of a rotated feedback coil 42 and a calibration coil 46.

環状(ロ形状)の磁性体コアはコア44とア43に分割されており、一方の磁性体コア44を外して内部空間に導体45を通し、磁性体コア44を装着することによって被測定装置が稼働中であっても電線等の導体45と磁気結合させることができる。また、後述するフィードバック(サーボ)制御が行われている場合には、磁性体コア43、44内部の磁束密度は小さく、被測定装置の稼働中に磁性体コア43、44を導体45に装着しても磁性体コア43、44が着磁することはない。   The annular (b-shaped) magnetic core is divided into a core 44 and a core 43. One of the magnetic cores 44 is removed, a conductor 45 is passed through the internal space, and the magnetic core 44 is attached to the device under test. Can be magnetically coupled to a conductor 45 such as an electric wire even during operation. Further, when feedback (servo) control described later is performed, the magnetic flux density inside the magnetic cores 43 and 44 is small, and the magnetic cores 43 and 44 are attached to the conductor 45 during operation of the device under measurement. However, the magnetic cores 43 and 44 are not magnetized.

図6は本発明における電流センサー回路40の構成を示すブロック図である。電圧電流変換回路52は、ホール効果素子41から出力される信号が入力される、所定の増幅率の差動増幅回路からなる。電圧電流変換回路52の出力信号は、フィードバックコイル42を経由して抵抗54の一端に接続される。この接続点は電流センサー出力として電流測定回路21に出力される。抵抗54の他端は接地されている。   FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the current sensor circuit 40 in the present invention. The voltage-current conversion circuit 52 is composed of a differential amplifier circuit having a predetermined amplification factor to which a signal output from the Hall effect element 41 is input. The output signal of the voltage / current conversion circuit 52 is connected to one end of the resistor 54 via the feedback coil 42. This connection point is output to the current measurement circuit 21 as a current sensor output. The other end of the resistor 54 is grounded.

電圧電流変換回路52は磁性体コア43、44を通る被測定電流による磁束を打ち消す方向の電流をフィードバックコイル42に流すように接続されている。従って、フィードバックコイル42には導体45に流れる電流に比例した電流が流れることになるが、ネガティブフィードバックがかかるので、磁性体コア43、44内部の磁束密度は導体45に流れる電流による磁束密度よりもかなり小さな値となる。この結果、磁性体コア43、44内部の磁束密度が大きな値とならないので、磁性体コア43、44が着磁することがなく、着磁による測定誤差の発生を防止できる。   The voltage-current conversion circuit 52 is connected so that a current in a direction to cancel the magnetic flux due to the current to be measured passing through the magnetic cores 43 and 44 flows through the feedback coil 42. Therefore, a current proportional to the current flowing through the conductor 45 flows through the feedback coil 42, but negative feedback is applied. Therefore, the magnetic flux density inside the magnetic cores 43 and 44 is higher than the magnetic flux density due to the current flowing through the conductor 45. It is a fairly small value. As a result, since the magnetic flux density inside the magnetic cores 43 and 44 does not become a large value, the magnetic cores 43 and 44 are not magnetized, and the occurrence of measurement errors due to magnetization can be prevented.

電源回路55は直流電力量計10本体の電源回路29から供給される+15Vおよび−15Vの電源から差動増幅回路に必要な両極性電源、+Vb、−Vbを生成し、更に+Vb電源からホール効果素子41に必要な+Vhの電源を生成する電源回路である。校正用コイル46は直流電力量計10本体の切り替えスイッチ36に接続されている。   The power supply circuit 55 generates bipolar power supplies, + Vb and −Vb necessary for the differential amplifier circuit, from the + 15V and −15V power supplies supplied from the power supply circuit 29 of the DC watt-hour meter 10 main body. This is a power supply circuit that generates a power supply of + Vh required for 41. The calibration coil 46 is connected to the changeover switch 36 of the DC watt-hour meter 10 main body.

図7は本発明における電流センサー回路40の構成を示す回路図である。ホール効果素子41から出力される信号が入力される電圧電流変換回路52は、2個の演算増幅器62、63からなる所定の増幅率の差動増幅回路および消磁信号発生回路64からなる。   FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of the current sensor circuit 40 in the present invention. The voltage-current conversion circuit 52 to which a signal output from the Hall effect element 41 is input includes a differential amplification circuit having a predetermined amplification factor composed of two operational amplifiers 62 and 63 and a demagnetization signal generation circuit 64.

作動増幅回路は、ホール効果素子41から出力される被測定電流に比例した電圧信号を入力して、フィードバックコイル42および抵抗54にほぼ被測定電流と比例した電流を逆向きに流すように機能する。従って、フィードバックコイル42を介してネガティブフィードバックがかかるので、磁性体コア43、44内部の磁束密度は導体45に流れる電流による磁束密度よりもかなり小さな値となる。この結果、磁性体コア43、44内部の磁束密度が大きな値とならないので磁性体コア43、44が着磁することがなく、着磁による測定誤差の発生を防止できる。   The operational amplification circuit functions to input a voltage signal proportional to the current to be measured output from the Hall effect element 41 and to cause a current substantially proportional to the current to be measured to flow through the feedback coil 42 and the resistor 54 in the opposite direction. . Accordingly, since negative feedback is applied via the feedback coil 42, the magnetic flux density inside the magnetic cores 43 and 44 is considerably smaller than the magnetic flux density caused by the current flowing through the conductor 45. As a result, since the magnetic flux density inside the magnetic cores 43 and 44 does not become a large value, the magnetic cores 43 and 44 are not magnetized, and the occurrence of measurement errors due to magnetization can be prevented.

消磁信号発生回路72は、通常は出力は0ボルトであるが、CPU20から出力される消磁制御信号により起動されて、両極性の減衰交流信号(所定の周期で転極し、時間と共に振幅が0まで小さくなる交流信号)を発生する。減衰交流信号の発生方法は公知の任意の方法を採用可能であるが、例えば本出願人が特許出願し、公開された交流信号発生装置(特開2011−176662号公報)を採用して、CPUによって周波数が僅かに異なる2つの単極性の矩形波を発生し、両極性の差動増幅器によって、一方の矩形波の電圧値から他方の矩形波の電圧値を減算した差を出力し、両極性の低域通過型フィルターによって交流信号を発生してもよい。   The demagnetization signal generation circuit 72 normally has an output of 0 volts, but is activated by a demagnetization control signal output from the CPU 20, and is switched to a bipolar attenuated alternating current signal (polarized at a predetermined cycle and having an amplitude of 0 with time). AC signal that is reduced to Any known method can be adopted as the method for generating the attenuated AC signal. For example, the present applicant has applied for a patent and disclosed an AC signal generator (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-176661), and the CPU Generates two unipolar rectangular waves with slightly different frequencies, and outputs the difference obtained by subtracting the voltage value of the other rectangular wave from the voltage value of one rectangular wave by the bipolar differential amplifier. The AC signal may be generated by a low-pass filter.

フィードバック制御中に消磁信号発生回路72から減衰交流信号が出力されると、演算増幅器63によって減衰交流信号と被測定電流に比例した電圧信号が加算され、フィードバックコイル42には「被測定電流と比例した電流」+「減衰交流信号に比例した電流」が逆向きに流れる。しかし、「被測定電流と比例した電流」による磁束密度は被測定電流による磁束密度とほぼ打消し合うので、磁性体コア43、44内の磁束密度はほぼ「減衰交流信号に比例した電流」による磁束密度となり、磁性体コア43、44が消磁される。   When the attenuated AC signal is output from the degaussing signal generation circuit 72 during the feedback control, the operational amplifier 63 adds a voltage signal proportional to the attenuated AC signal and the current to be measured, and the feedback coil 42 is proportional to the current to be measured. Current "+" current proportional to the attenuated AC signal "flows in the opposite direction. However, since the magnetic flux density due to the “current proportional to the measured current” almost cancels out the magnetic flux density due to the measured current, the magnetic flux density in the magnetic cores 43 and 44 is almost due to the “current proportional to the attenuated AC signal”. Magnetic flux cores 43 and 44 are demagnetized due to the magnetic flux density.

本発明は直流電流値を高精度で測定する必要のある任意の装置に適用可能である。   The present invention is applicable to any apparatus that needs to measure a direct current value with high accuracy.

10…直流電力量計
11…直流電源
12…負荷
13…電流センサー装置
14…電圧入力用電線
16…給電装置
17…PC(パソコン)
18…校正用電源装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... DC power meter 11 ... DC power supply 12 ... Load 13 ... Current sensor device 14 ... Electric wire for voltage input 16 ... Power feeding device 17 ... PC (personal computer)
18 ... Power supply for calibration

Claims (8)

被測定電流が流れる導体と磁気結合する磁性体コアを備え、前記磁性体コアを通る磁束をホール効果素子を使用して検出する電流検出回路を備えた直流電力量計において、
前記電流検出回路は、以下の(1)から(3)の装置あるいは回路を備え、
(1)環状であり、巻回されたフィードバックコイルおよび校正用コイルを備えた前記磁性体コア
(2)前記ホール効果素子から出力される信号が入力される差動増幅回路からなり、前記被測定電流によって前記磁性体コアに発生する磁束を打ち消す方向の電流を前記フィードバックコイルに流す電圧電流変換回路
(3)前記被測定電流に比例する電圧信号を出力する電流信号出力回路
更に、
前記電流信号出力回路の出力信号を測定する電流測定回路と、
入力された被測定電圧を測定する電圧測定回路と、
制御手段からの制御に基づいて所望の極性で所望の量の電流を流すことができる定電流回路と、
制御手段からの制御に基づいて前記校正用コイルと前記定電流回路を接続する接続手段と、
所定の電圧を発生する基準電圧発生回路と、
制御手段からの制御に基づいて入力された被測定電圧と前記基準電圧回路の出力電圧とを切り替えて前記電圧測定回路に接続する切り替え手段と、
前記電流測定回路および前記電圧測定回路の出力電圧をそれぞれデジタル信号に変換するA/D変換手段と、
前記デジタル信号から電力量を計算する電力量計算手段と、
前記各回路および手段を制御して電力量を算出すると共に直流電流検出回路の校正処理を行う制御手段と
を備えていることを特徴とする直流電力量計。
In a DC watt hour meter including a magnetic core that is magnetically coupled to a conductor through which a current to be measured flows, and a current detection circuit that detects a magnetic flux passing through the magnetic core using a Hall effect element
The current detection circuit includes the following devices or circuits (1) to (3):
(1) The magnetic core having an annular, wound feedback coil and calibration coil (2) comprising a differential amplifier circuit to which a signal output from the Hall effect element is input, and the device to be measured A voltage-current conversion circuit for passing a current in a direction to cancel the magnetic flux generated in the magnetic core by the current to the feedback coil; and (3) a current signal output circuit for outputting a voltage signal proportional to the current to be measured.
A current measurement circuit for measuring an output signal of the current signal output circuit;
A voltage measuring circuit for measuring the input measured voltage;
A constant current circuit capable of flowing a desired amount of current with a desired polarity based on control from the control means;
Connection means for connecting the calibration coil and the constant current circuit based on control from a control means;
A reference voltage generating circuit for generating a predetermined voltage;
Switching means for switching the voltage to be measured input based on control from the control means and the output voltage of the reference voltage circuit to connect to the voltage measurement circuit;
A / D conversion means for converting the output voltages of the current measurement circuit and the voltage measurement circuit into digital signals, respectively.
Electric energy calculation means for calculating electric energy from the digital signal;
A direct current watt-hour meter comprising: control means for calculating the amount of electric power by controlling each of the circuits and means and calibrating the direct current detection circuit.
前記校正処理は、まず、被測定電流値を計測して校正前電流値として記録し、次に、計測された前記校正前電流値が所定の値以上の場合には前記校正用コイルに被測定電流と逆方向に所定値の付加電流を流し、計測された前記校正前電流値が所定の値未満の場合には被測定電流と同方向に所定値の付加電流を流して校正電流値を計測し、その後、前記校正電流値が前記校正前電流値と前記付加電流値とを加算した値となっているか否かによって正常か否かを判定することを特徴とする請求項1に記載の直流電力量計。   The calibration process first measures the current value to be measured and records it as a current value before calibration. Next, when the measured current value before calibration is equal to or greater than a predetermined value, the calibration coil is measured. A predetermined value of additional current is passed in the direction opposite to the current, and if the measured current value before calibration is less than the predetermined value, a predetermined value of additional current is passed in the same direction as the current to be measured to measure the calibration current value. Then, it is determined whether the calibration current value is normal based on whether or not the calibration current value is a value obtained by adding the pre-calibration current value and the additional current value. Force meter. 前記校正処理において正常か否かを判定した後、付加電流を止めて再度被測定電流値を計測し、この計測値が前記校正前電流値と所定値以上異なる場合には前記校正処理をやり直すことを特徴とする請求項2に記載の直流電力量計。   After determining whether or not the calibration process is normal, the additional current is stopped and the measured current value is measured again. If the measured value differs from the pre-calibration current value by a predetermined value or more, the calibration process is repeated. The DC watt-hour meter according to claim 2. 前記電圧電流変換回路は、更に、前記制御手段からの制御に基づいて前記フィードバックコイルに消磁用の電流を流すことができる消磁信号発生回路を備えていることを特徴とする請求項1に記載の直流電力量計。   2. The voltage-current conversion circuit further includes a degaussing signal generation circuit capable of causing a degaussing current to flow through the feedback coil based on control from the control unit. DC watt hour meter. 前記消磁信号発生回路は減衰交流信号を発生し、前記電圧電流変換回路は前記フィードバックコイルに、前記被測定電流によって前記磁性体コアに発生する磁束を打ち消す方向の電流に加えて減衰交流電流を流すことを特徴とする請求項4に記載の直流電力量計。   The degaussing signal generating circuit generates a damped alternating current signal, and the voltage-to-current conversion circuit passes a damped alternating current to the feedback coil in addition to a current in a direction to cancel the magnetic flux generated in the magnetic core by the measured current. The DC watt-hour meter according to claim 4. 前記磁性体コアは分割可能であることを特徴とする請求項1に記載の直流電力量計。   The DC magnetic energy meter according to claim 1, wherein the magnetic core is separable. 被測定電流が流れる導体と磁気結合した磁性体コアを通る磁束をホール効果素子を使用して検出する直流電流検出回路および前記磁性体コアに巻回された校正用コイルを備え、更に、制御手段からの制御に基づいて所望の極性で所望の量の電流を流すことができる定電流回路および制御手段からの制御に基づいて前記校正用コイルと前記定電流回路を接続する接続手段を備えた直流電力量計において、
被測定電流値を計測して校正前電流値として記録するステップ、
前記定電流回路および前記接続手段を制御して、計測された前記校正前電流値が所定の値以上の場合には前記校正用コイルに被測定電流と逆方向に所定値の付加電流を流し、計測された前記校正前電流値が所定の値未満の場合には被測定電流と同方向に所定値の付加電流を流すステップ、
校正電流値を計測するステップ、
前記校正電流値が前記校正前電流値と前記付加電流値とを加算した値となっているか否かによって正常か否かを判定するステップ
を含むことを特徴とする電流センサー校正方法。
A DC current detection circuit for detecting a magnetic flux passing through a magnetic core magnetically coupled to a conductor through which a current to be measured flows by using a Hall effect element, and a calibration coil wound around the magnetic core; A constant current circuit capable of flowing a desired amount of current with a desired polarity based on the control from the control circuit and a DC power supply comprising a connection means for connecting the calibration coil and the constant current circuit based on the control from the control means. In the force meter,
Measuring the measured current value and recording it as a current value before calibration;
By controlling the constant current circuit and the connection means, when the measured current value before calibration is a predetermined value or more, an additional current having a predetermined value is passed through the calibration coil in a direction opposite to the current to be measured, When the measured current value before calibration is less than a predetermined value, a step of passing an additional current of a predetermined value in the same direction as the current to be measured,
Measuring the calibration current value;
A current sensor calibration method comprising a step of determining whether or not the calibration current value is normal based on whether or not the calibration current value is a value obtained by adding the pre-calibration current value and the additional current value.
前記校正電流値を計測するステップの後に前記付加電流を流すのを止め、校正後の電流値を測定し、前記校正後の電流値が前記校正前電流値と所定値以上異なる場合には校正処理をやり直すことを特徴とする請求項7に記載の電流センサー校正方法。   Stop the flow of the additional current after the step of measuring the calibration current value, measure the current value after calibration, and if the current value after calibration differs from the current value before calibration by a predetermined value or more, a calibration process The current sensor calibration method according to claim 7, wherein:
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