霍爾傳感器在測量系統(tǒng)中的原理及測量方法

　　2功率及功率因數(shù)、頻率等電參數(shù)的測量

　　由正弦交流電有功功率的定義P=UIcosψ可知，只要準(zhǔn)確測量出U，I及電流與電壓相位差ψ，就可算出P與cosψ。采用傳統(tǒng)的電磁式電壓、電流互感器進(jìn)行測量，由于互感器的非理想性，除存在變比誤差外，更主要的是存在較大的相位誤差，這就使測得的ψ值不能真實地反映負(fù)載的性質(zhì)。若采用霍爾電壓、電流傳感器及真有效值轉(zhuǎn)換器(如AD637)等，可以使功率及功率因數(shù)的測量精度大大提高。

　　此外，霍爾傳感器還可以測量從直流到100kHz的任意波形的交流量，從而克服了電磁式互感器有特定的額定頻率的弊端。真有效值轉(zhuǎn)換器可以將正弦波形或任意波形的交流量轉(zhuǎn)換為直流量，輸出直流的大小正比于交流量的有效值，且轉(zhuǎn)換精度高，因而測量相對準(zhǔn)確。

　　測量原理如圖4所示，交直流電壓、電流經(jīng)霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器隔離、轉(zhuǎn)換后，得到與之對應(yīng)的電壓信號，再經(jīng)真有效值轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為直流(直流電不需轉(zhuǎn)換)，其大小正比于交流電的有效值，直流(或轉(zhuǎn)換后的直流)電壓經(jīng)A／D變換后送入單片機(jī)，這就采集到了U，I的大小。

　　另外將傳感器副邊輸出的電信號 U1，U2分別經(jīng)過零電平比較器1和2，當(dāng)信號由負(fù)變正，通過零點時產(chǎn)生一個脈沖，加到門控電路輸入端。設(shè)U1超前于U2，則前者作開啟信號，后者作關(guān)閉信號。門控電路產(chǎn)生一個脈沖寬度對應(yīng)于兩個信號相位差的矩形脈沖，該脈沖一路送單片機(jī)的定時／計數(shù)器T1口，單片機(jī)測出相鄰兩個矩形脈沖前沿之間的時間間隔t，即為被測信號的周期Tx(頻率fx=1／Tx)。

　　另一路送至與門電路，打開計數(shù)與門，在此期間，時標(biāo)信號Ts經(jīng)由與門至單片機(jī)的定時／計數(shù)器TO口計數(shù)，設(shè)計數(shù)值為N，則U1與U2相位差為 △ψ=Ts／TxN×360°。經(jīng)單片機(jī)計算出功率因數(shù)cosψ，進(jìn)一步計算出有功功率P＝UIcosψ，并將測得參數(shù)U，I，P，cosψ，ψx等送顯示電路顯示。如要測三相電路的總功率，則分別測得每一相的功率，然后三相功率相加即可。此外，該系統(tǒng)也可測量無功功率和視在功率等電參數(shù)。

　　基于霍爾傳感器的電參量檢測系統(tǒng)具有很好的線性度、精確度和良好的反應(yīng)時間。溫度漂移小，霍爾元件在-40～+45℃的溫度范圍內(nèi)，霍爾電壓的溫度系數(shù)僅為0．03％～O．04％。

　　這里所介紹的測量方法達(dá)到了對電參量進(jìn)行高精度的隔離傳輸和精確檢測的目的，特別適合高電壓、大電流電參量的測量。這為研制一種新的電參量測量儀器打下了一個良好的基礎(chǔ)，在工程上具有一定的應(yīng)用價值。不足之處，霍爾元件存在不等位的電勢的影響，需加補償電路修正。