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，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，當信號由負變正，通過零點時產(chǎn)生一個脈沖，加到門控電路輸入端。設U1超前于U2，則前者作開啟信號，后者作關閉信號。門控電路產(chǎn)生一個脈沖寬度對應于兩個信號相位差的矩形脈沖，該脈沖一路送單片機的定時／計數(shù)器T1口，單片機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，時標信號Ts經(jīng)由與門至單片機的定時／計數(shù)器TO口計數(shù)，設計數(shù)值為N，則U1與U2相位差為 △ψ=Ts／TxN×360°。經(jīng)單片機計算出功率因數(shù)cosψ，進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到了對電參量進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，在工程上具有一定的應用價值。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。