WO2015119087A1

WO2015119087A1 - 直流電力量計および電流センサー校正方法

Info

Publication number: WO2015119087A1
Application number: PCT/JP2015/052898
Authority: WO
Inventors: 國由吉野; 航宮澤; 陽通加藤; 康晴舘野; 晋久金子; 篤志堂前
Original assignee: 株式会社寺田電機製作所; 独立行政法人産業技術総合研究所
Priority date: 2014-02-06
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2015-08-13
Also published as: JP6456850B2; JPWO2015119087A1

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。

Description

直流電力量計および電流センサー校正方法

　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。

　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。

特開２００１－１５９６４６号公報

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

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。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。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。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。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。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。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。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。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。

　以下に図面を参照して実施例について説明する。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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

Claims

　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。