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【発明の名称】 電子式電力量計
【発明者】 【氏名】近藤 桂州

【氏名】井上 悟
【要約】 【課題】ホール素子を乗算器として利用した電子式電力量計であって、特にホール素子の出力電圧の温度補償や、外部磁界の影響を除去することにより高精度化した電子式電力量計を得る。

【解決手段】電圧変換器１４と電圧−電流変換回路５からなる電圧−電流変換手段９、ホール素子７と抵抗１５と差動増幅回路１６からなる乗算手段１０を有する。ホール素子７の入力端Ｈ１―出力端Ｈ４間の電圧を差動増幅器１６と抵抗１５でホール素子７の入力電流と同極性の電流に変換し、ホール素子７へ入力する。ホール素子７への入力電流に温度係数を持たせ、ホール素子７の出力電圧の温度係数を相殺する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 線路電圧を分圧または変圧後、線路電圧に比例した電流に変換する電圧−電流変換手段と、線路電流を線路電流に比例した磁束密度の磁界に変換する電流−磁界変換手段と、ホール素子を乗算器として使用し、線路電圧に比例した電流を上記ホール素子に入力するとともに、線路電流に比例した磁界を上記ホール素子に印加することによって、上記ホール素子は、線路電圧と線路電流の積である線路の瞬時電力に比例した電圧を出力する乗算手段と、上記乗算手段の出力電圧を積算手段と、上記ホール素子の２つの入力端の間または一方の入力端と一方の出力端との間の電圧をそれに比例する電流に変換し、上記電流を上記ホール素子に入力し、上記ホール素子の入力抵抗値の温度変化に応じて上記ホール素子に入力する電流を制御することにより、上記ホール素子の出力電圧の温度特性を補償する温度補償回路とを備えたことを特徴とする電子式電力量計。
【請求項２】 前記積算手段は、前記乗算手段の出力電圧から交流成分を除去する交流除去部を備えたことを特徴とする請求項１記載の電子式電力量計。
【請求項３】 前記積算手段は、前記乗算手段の出力電圧をＡ／Ｄコンバータを用いてデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部、上記Ａ／Ｄ変換部の出力の直流成分のみを積算する積算部で構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子式電力量計。
【請求項４】 前記電流−磁界変換手段が、中心部の柱状突起に空隙を有するポット形状コアと電流線とを備え、前記ホール素子を前記ポット形状コアの柱状突起の空隙に配置したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電子式電力量計。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ホール素子を乗算器として利用した電子式電力量計に関し、特にホール素子の出力電圧の温度補償や、外部磁界の影響を除去することにより高精度化した電子式電力量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１８は、トランジスタ技術増刊「センサ・インターフェーシング Ｎｏ．３」ＣＱ出版社 昭和５８年（１９８３年） Ｐ．１３１〜Ｐ．１３７に掲載された従来のホール素子を利用した電力乗算回路の要部を示す回路図である。図において、Ｐ１，Ｐ２は線路電圧を入力する入力端子、１は変圧器、２は抵抗３と正方向の温度係数を持つ感温抵抗４で構成される温度補償回路、５は演算増幅器５ａ，５ｂと抵抗Ｒ１で構成される電圧−電流変換回路である。６はリング形状で磁路の一部にギャップを有する強磁性体コア６ａと、強磁性体コア６ａに一回ないし複数回巻かれた電流線６ｂで構成される電流−磁界変換手段である。７は入力端Ｈ１，Ｈ３および出力端Ｈ２，Ｈ４を有するホール素子であり、強磁性体コア６ａのギャップ間に設置される。８は演算増幅器８ａ，８ｂと抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４からなる差動増幅回路である。入力端子Ｐ１、Ｐ２は、変圧器１の入力端にそれぞれ接続され、変圧器１の一方の出力端は抵抗３の一端に接続され、変圧器１の他の出力端は感温抵抗４の一端と演算増幅回路５ｂの出力端と抵抗Ｒ１の一端とに接続される。演算増幅器５ａの反転入力端は抵抗Ｒ１の一端とホール素子７の入力端Ｈ３に接続され、演算増幅器５ａの非反転入力端は感温抵抗４の他端と抵抗３の他端に接続され、演算増幅器５ａの出力端はホール素子７の入力端Ｈ１に接続される。演算増幅器５ｂの非反転入力端は基準電位に接続され、演算増幅器５ｂの反転入力端はホール素子７の出力端Ｈ４と演算増幅器８ｂの非反転入力端に接続される。ホール素子７の出力端Ｈ２は演算増幅器８ａの非反転入力端と接続される。
【０００３】以下にかかる電力乗算回路の動作を説明する。線路電圧は入力端子Ｐ１−Ｐ２間に入力され、変圧器１によって変圧された後、温度補償回路２の抵抗３と感温抵抗４で分圧され、電圧−電流変換回路５に入力される。電圧−電流変換回路５は、入力された電圧を入力電圧に比例した電流ＩV に変換した後、上記電流ＩVをホール素子７の入力端Ｈ１−Ｈ３間に入力する。線路電流は電流線６ｂに入力され、電流−磁界変換回路６にて強磁性体コア６ａのギャップ間に線路電流に比例した磁束密度ＢI の磁界が発生し、上記磁界はギャップ間に設置されたホール素子７に印加される。ホール素子７は、上記電流ＩV と磁束密度ＢI の上記磁界を印加されることにより、出力端Ｈ２−Ｈ４間に下記式で表される電圧ＶH を出力する。
ＶH ＝Ｋ・ＩV ・ＢIただし、Ｋはホール素子７の積感度である。したがって、ホール素子７からは線路電圧と線路電流の積に比例した電圧、すなわち電力に比例した電圧が出力される。ところで、ホール素子７の出力電圧は温度依存性が有り、温度が上昇した場合に出力電圧が低下する負の温度係数を持っている。ホール素子７の出力電圧の温度係数をα、ホール素子７の温度変化をΔＴとすると、ホール素子７の出力電圧は下記の式で表される。
ＶH ＝Ｋ・（１＋α・ΔＴ）・ＩV ・ＢIしたがって、高精度に電力量の計量を行うためにはホール素子７の出力電圧の温度補償が必要となる。従来の温度補償は、抵抗３と正方向の温度係数を持つ感温抵抗４で構成される温度補償回路２にて変圧器１の出力電圧を分圧することで、電圧−電流変換回路５からホール素子７へ入力される電流ＩV に正の温度係数を持たせ、前記入力電流ＩV の温度係数がホール素子７の出力電圧の温度係数を打ち消すように抵抗３と感温抵抗４の抵抗値を決定していた。
【０００４】図１９は従来の電流−磁界変換手段の構造を示す図である。リング形状で磁路の一部にギャップを有する強磁性体コア６ａと電流線６ｂで構成され、強磁性体コア６ａに電流線６ｂが一回ないし複数回巻かれており、ホール素子７はギャップ間に設置されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の温度補償方法では、ホール素子の周囲温度に追従させるために感温抵抗をホール素子の近傍に配置せねばならず、またホール素子の自己加熱による出力電圧の変化を補償することができないという問題点があった。
【０００６】また、上記のような従来の電流−磁界変換手段では、磁界を強くするために電流線の巻数を増やす際、強磁性体コアがリング形状のため、人手にて巻かねばならず高コスト化の要因となる。
【０００７】また、上記のような従来の電流−磁界変換手段では、ホール素子が外部磁界や外乱ノイズの影響を受けやすいという問題があった。
【０００８】この発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、ホール素子の近傍に温度センサを配置することなく、出力電圧の温度特性を高精度に補償することができ、ホール素子の自己加熱の温度補償もできる温度補償回路を備えた、ホール素子を乗算器として利用した電子式電力量計を得ることを目的とする。
【０００９】また、電流線を容易に巻きやすく、外部磁界や外乱ノイズの影響を受け難い、ホール素子を乗算器として利用した電子式電力量計を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明の第１の構成による電子式電力量計は、線路電圧を分圧または変圧後、線路電圧に比例した電流に変換する電圧−電流変換手段と、線路電流を線路電流に比例した磁束密度の磁界に変換する電流−磁界変換手段と、ホール素子を乗算器として使用し、線路電圧に比例した電流を上記ホール素子に入力するとともに、線路電流に比例した磁束密度の磁界を上記ホール素子に印加することによって、上記ホール素子は、線路電圧と線路電流の積である線路の瞬時電力に比例した電圧を出力する乗算手段と、上記乗算手段の出力電圧を積算手段と、上記ホール素子の２つの入力端の間または一方の入力端と一方の出力端との間の電圧をそれに比例する電流に変換し、上記電流を上記ホール素子に入力し、上記ホール素子の入力抵抗値の温度変化に応じて上記ホール素子に入力する電流を制御することにより、上記ホール素子の出力電圧の温度特性を補償する温度補償回路とを備えたものである。
【００１１】また、この発明の第２の構成による電子式電力量計は、前記積算手段は、前記乗算手段の出力電圧から交流成分を除去する交流除去部を備えたものである。
【００１２】また、この発明の第３の構成による電子式電力量計は、前記積算手段は、前記乗算手段の出力電圧をＡ／Ｄコンバータを用いてデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部、上記Ａ／Ｄ変換部の出力の直流成分のみを積算する積算部で構成されたものである。
【００１３】また、この発明の第４の構成による電子式電力量計は、前記電流−磁界変換手段が、中心部の柱状突起に空隙を有するポット形状コアと電流線とを備え、前記ホール素子を前記ポット形状コアの柱状突起の空隙に配置したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、この発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１である電子式電力量計の構成を示すブロック図である。なお、図１８と同一もしくは相当する部分は同一符号を付し、説明を省略する。図において、６は電流−磁界変換手段、９は電圧−電流変換手段、１０は乗算手段、１１は増幅手段、１２は積算手段、１３は出力手段である。
【００１５】線路電圧は電圧−電流変換手段９に入力され、線路電圧に比例した電流に変換され、乗算回路１０に入力される。また、線路電流は電流−磁界変換手段６に入力され、線路電流に比例した磁界に変換され、乗算回路１０に入力される。乗算回路１０は、入力された前記電流と前記磁界の積に比例した電圧、すなわち線路の瞬時電力に比例した電圧を増幅手段１１へ出力する。乗算手段１０の出力電圧は増幅手段１１によって増幅された後、積算手段１２によってデジタル値に変換された後に積算される。積算手段１２の積算結果は出力手段１３によって出力される。
【００１６】図２は図１に示す電圧−電流変換手段９と乗算手段１０の詳細を示す図である。図において、Ｐ１，Ｐ２は線路電圧を入力する入力端子、１４は変圧器もしくは抵抗などを用いて電圧を変圧もしくは分圧する電圧変換回路、５は演算増幅器５ａと抵抗Ｒ１とからなる電圧−電流変換回路であり、電圧−電流変換手段９は電圧変換回路１４と電圧−電流変換回路５とで構成される。入力端子Ｐ１，Ｐ２は電圧変換回路１４の入力端にそれぞれ接続され、電圧変換回路１４の一方の出力端は演算増幅器５ａの非反転入力端に接続され、電圧変換回路１４の他の出力端は抵抗Ｒ１の一端と基準電位とに接続される。７は入力端Ｈ１，Ｈ３および出力端Ｈ２，Ｈ４を有するホール素子、１５は抵抗、１６は演算増幅器１６ａ、抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８からなる差動増幅回路であり、乗算手段１０はホール素子７と抵抗１５と差動増幅回路１６とで構成される。ホール素子７の入力端Ｈ１は演算増幅器５ａの出力端と接続され、入力端Ｈ３は演算増幅器５ａの反転入力端と抵抗Ｒ１の他端と抵抗１５の一端とに接続される。差動増幅回路１６は、ホール素子７の入力端Ｈ１−出力端Ｈ４間の電圧をホール素子７の入力端Ｈ３を基準として逆位相の電圧に増幅し、抵抗１５の両端に出力するよう、次のように接続される。演算増幅器１６ａの出力端は抵抗１５の他端と抵抗Ｒ６の一端とに接続される。抵抗Ｒ５の一端はホール素子７の入力端Ｈ１と接続され、抵抗Ｒ７の一端は出力端Ｈ４と接続され、抵抗Ｒ８の一端はホール素子７の入力端Ｈ３と接続される。抵抗Ｒ５の他端は抵抗Ｒ６の他端と演算増幅器１６ａの反転入力端に接続され、抵抗Ｒ７の他端は抵抗Ｒ８の他端と演算増幅器１６ａの非反転入力端とに接続される。
【００１７】次に図２の動作について説明する。線路電圧は入力端子Ｐ１−Ｐ２間に入力され、電圧変換回路１４にて変圧もしくは分圧後、電圧−電流変換回路５で線路電圧に比例した電流ＩV に変換され、ホール素子７の入力端Ｈ１−Ｈ３間に入力される。ホール素子７の入力端Ｈ１−出力端Ｈ４間には下記の電圧ＶT が発生する。
ＶT ＝ＩC ・Ｒｉｎ／２ＩC ＝ＩV ＋ＩTただし、Ｒinはホール素子７の入力抵抗、ＩC はホール素子７の入力端に入力される電流の和、ＩT は後述する温度補償電流である。ＶT にはホール素子７の出力端Ｈ２−Ｈ４間の電圧の１／２が含まれるが、この電圧はＶT に比べて微小であり、近似的には無視できる。ホール素子７の入力端Ｈ１−出力端Ｈ４間の電圧ＶT は差動増幅回路１６にて入力端Ｈ３を基準とした逆位相の電圧に増幅された後、抵抗１５でＩV と同相の温度補償電流ＩT に変換され、ホール素子７の入力端Ｈ１−Ｈ３間に入力される。抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，１５の抵抗値をそれぞれＲ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，ＲT とすると、Ｒ５＝Ｒ７，Ｒ６＝Ｒ８のとき、温度補償電流ＩT は下記式で表される。
ＩT ＝（Ｒ６／Ｒ５・ＶT ）／ＲTしたがって、ホール素子７の入力電流ＩC は、ＩC ＝２・ＲT ・Ｒ５・ＩV ／（２・ＲT ・Ｒ５−Ｒ６・Ｒｉｎ）
で表される。ホール素子７の入力抵抗Ｒinの温度係数をβ、ホール素子７の温度変化をΔＴとすると、ホール素子７の入力電流ＩC は下記式で表される。
ＩC ＝２・ＲT ・Ｒ５・ＩV ／（２・ＲT ・Ｒ５−Ｒ６・Ｒｉｎ・（１＋β・ΔＴ））
一方、線路電流は電流−磁界変換手段９によって線路電流に比例した磁束密度ＢI の磁界に変換され、ホール素子７へ印加される。ホール素子７は、上記入力電流ＩC と磁束密度ＢI の上記磁界を印加されることにより、出力端Ｈ２−Ｈ４間に下記式で表される電圧ＶH を出力する。
VH=K・(1+α・ΔT)・BI・IC=2・RT・R5・(1+α・ΔT)・K・B1・IV/(2・RT・R5-R6・Rin・(1+β・ΔT))ただし、Ｋはホール素子７の積感度である。
【００１８】ホール素子７の出力電圧の温度係数αの傾きは負であり、ホール素子７の入力抵抗の温度係数βの傾きは正であるので、ホール素子７の出力電圧の温度係数を打ち消すようにＲT ，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７、Ｒ８の値を決定することにより、ホール素子７の出力電圧の温度特性が改善される。すなわち、１−２・ＲT・Ｒ５／（Ｒ６・Ｒｉｎ）＝β／αとすれば、温度特性が補償される。
【００１９】ただし、２・ＲT ・Ｒ５＝Ｒ６・Ｒｉｎ・（１＋β・ΔＴ）のときＩC ＝∞となるため、ＲT ，Ｒ５，Ｒ６の値は、下記条件を満たさなければならない。
２・ＲT ・Ｒ５≠Ｒ６・Ｒｉｎ・（１＋β・ΔＴ）
【００２０】本実施の形態による温度補償は、ホール素子７の入力抵抗の温度変化を利用したものであるから、ホール素子の自己加熱による温度変化を補償することができる。なお、本実施の形態は、電力量計のみならず電力計、電流計、ガウスメータ等ホール素子を利用した装置に使用できることは言うまでもない。
【００２１】実施の形態２．実施の形態２は、電圧−電流変換手段９以外は実施の形態１とまったく同一である。図３は、この発明の実施の形態２を示す回路図である。図３の構成を実施の形態１との相違点について以下に説明する。図３において、５は演算増幅器５ａ，５ｂと抵抗Ｒ１とで構成される電圧−電流変換回路であり、その他の回路は図２とまったく同じである。電圧変換回路１４の一方の出力端は演算増幅器５ａの非反転入力端に接続され、電圧変換回路１４の他の出力端は演算増幅器５ｂの出力端および抵抗Ｒ１の一端とに接続される。演算増幅器５ａの反転入力端は、ホール素子７の入力端Ｈ３と抵抗Ｒ１の他端と抵抗１５の一端と抵抗Ｒ８の一端とに接続される。演算増幅器５ａの出力端はホール素子７の入力端Ｈ１と抵抗Ｒ５の一端とに接続される。演算増幅器５ｂの非反転入力端は基準電位に接続され、演算増幅器５ｂの反転入力端はホール素子７の出力端Ｈ４と抵抗Ｒ７の一端とに接続される。
【００２２】図３の動作を実施の形態１との相違点について以下に説明する。ホール素子７の出力端Ｈ４は、演算増幅器５ｂによって基準電位と仮想接地されているため、ホール素子７の出力端Ｈ２からは、自動的に同相電圧が除去された電圧が出力される。図３は実施の形態１と同様の温度補償を行っているため、温度特性が改善されることは言うまでもない。
【００２３】なお、本実施の形態は、電力量計のみならず電力計、電流計、ガウスメータ等ホール素子を利用した装置に使用できることは言うまでもない。
【００２４】実施の形態３．実施の形態３は、乗算手段１０以外は実施の形態１とまったく同一である。図４は、この発明の実施の形態３を示す回路図である。図４の構成を実施の形態１との相違点について以下に説明する。図４において、１７は演算増幅器１７ａ、抵抗Ｒ９，Ｒ１０で構成される反転増幅回路であり、乗算手段１０はホール素子７と抵抗１５と反転増幅回路１７で構成され、その他の回路は図２とまったく同じである。反転増幅回路１７は、ホール素子７の出力端Ｈ４−入力端Ｈ３間の電圧を入力端Ｈ３を基準として逆位相の電圧に増幅し、抵抗１５両端に出力するよう、次のように接続される。抵抗Ｒ９の一端はホール素子７の出力端Ｈ４と接続され、抵抗Ｒ９の他端は演算増幅器１７ａの反転入力端と抵抗Ｒ１０の一端とに接続される。演算増幅器１７ａの非反転入力端は、ホール素子７の入力端Ｈ３と抵抗１５の一端と抵抗Ｒ１の一端と演算増幅器５ａの反転入力端とに接続される。演算増幅器１７ａの出力端は抵抗１５の他端と抵抗Ｒ１０の他端とに接続される。
【００２５】図４の動作を実施の形態１との相違点について以下に説明する。線路電圧は入力端子Ｐ１−Ｐ２間に入力され、電圧変換回路１４にて変圧もしくは分圧後、電圧−電流変換回路５で線路電圧に比例した電流ＩV に変換され、ホール素子７の入力端Ｈ１−Ｈ３間に入力される。ホール素子７の出力端Ｈ４−入力端Ｈ３間には下記の電圧ＶT が発生する。
ＶT ＝ＩC ・Ｒｉｎ／２ＩC ＝ＩV ＋ＩTただし、Ｒinはホール素子７の入力抵抗、ＩC はホール素子７の入力端に入力される電流の和、ＩT は後述する温度補償電流である。ホール素子７の出力端Ｈ４−入力端Ｈ３間の電圧ＶT は、反転増幅回路１７にて入力端Ｈ３を基準とした逆位相の電圧に増幅された後、抵抗１５にてＩV と同相の温度補償電流ＩT に変換され、ホール素子７の入力端Ｈ１−Ｈ３間に入力される。抵抗１５，Ｒ９，Ｒ１０の抵抗値をＲT ，Ｒ９，Ｒ１０とすると、温度補償電流ＩT は下記式で表される。
ＩT ＝（Ｒ１０／Ｒ９・ＶT ）／ＲTしたがって、ホール素子７の入力電流ＩC は、ＩC ＝２・ＲT ・Ｒ９・ＩV ／（２・ＲT ・Ｒ９−Ｒ１０・Ｒｉｎ）
で表される。ホール素子７の入力抵抗Ｒinの温度係数をβ、ホール素子７の温度変化をΔＴとすると、ホール素子７の入力電流ＩＣは下記式で表される。
ＩC ＝２・ＲT ・Ｒ９・ＩV ／（２・ＲT ・Ｒ９−Ｒ１０・Ｒｉｎ・（１＋β・ΔＴ））
一方、線路電流は電流−磁界変換手段９によって線路電流に比例した磁束密度ＢI の磁界に変換され、ホール素子７へ印加される。ホール素子７は、上記入力電流ＩC と磁束密度ＢI の上記磁界を印加されることにより、出力端Ｈ２−Ｈ４間に下記式で表される電圧ＶH を出力する。
VH=K・(1+α・ΔT)・BI・IC=2・RT・R9・(1+α・ΔT)・K・BI・IV/(2・RT・R9-R10・Rin・(1+β・ΔT))ただし、Ｋはホール素子７の積感度である。
【００２６】ホール素子７の出力電圧の温度係数αの傾きは負であり、ホール素子７の入力抵抗の温度係数βの傾きは正であるので、ホール素子７の出力電圧の温度係数を打ち消すようにＲT ，Ｒ９，Ｒ１０の値を決定することにより、ホール素子７の出力電圧の温度特性が改善される。すなわち、１−２・ＲT・Ｒ９／（Ｒ１０・Ｒｉｎ）＝β／αとすれば、温度特性が補償される。
【００２７】ただし、２・ＲT ・Ｒ９＝Ｒ１０・Ｒｉｎ・（１＋β・ΔＴ）のときＩＣ＝∞となるため、ＲT ，Ｒ９，Ｒ１０の値は、下記条件を満たさなければならない。
２・ＲT ・Ｒ９≠Ｒ１０・Ｒｉｎ・（１＋β・ΔＴ）
【００２８】なお、本実施の形態は、電力量計のみならず電力計、電流計、ガウスメータ等ホール素子を利用した装置に使用できることは言うまでもない。
【００２９】実施の形態４．実施の形態４は、電圧−電流変換手段９以外は実施の形態３とまったく同一である。図５は、この発明の実施の形態４を示す回路図である。図５の構成を実施の形態３との相違点について以下に説明する。図５において、５は演算増幅器５ａ，５ｂと抵抗Ｒ１とで構成される電圧−電流変換回路であり、その他の回路は図４とまったく同じである。電圧変換回路１４の一方の出力端は演算増幅器５ａの非反転入力端に接続され、電圧変換回路１４の他の出力端は演算増幅器５ｂの出力端および抵抗Ｒ１の一端とに接続される。演算増幅器５ａの反転入力端はホール素子７の入力端Ｈ３と抵抗Ｒ１の他端と抵抗１５の一端と演算増幅器１７ａの非反転入力端とに接続される。演算増幅器５ａの出力端はホール素子７の入力端Ｈ１とに接続される。演算増幅器５ｂの非反転入力端は基準電位に接続され、演算増幅器５ｂの反転入力端はホール素子７の出力端Ｈ４と抵抗Ｒ９の一端とに接続される。
【００３０】図５の動作を実施の形態３との相違点について以下に説明する。ホール素子７の出力端Ｈ４は、演算増幅器５ｂによって基準電位と仮想接地されているため、ホール素子７の出力端Ｈ２からは、自動的に同相電圧が除去された電圧が出力される。図５は実施の形態３と同様の温度補償を行っているため、温度特性が改善されることは言うまでもない。
【００３１】なお、本実施の形態は、電力量計のみならず電力計、電流計、ガウスメータ等ホール素子を利用した装置に使用できることは言うまでもない。
【００３２】実施の形態５．実施の形態５は、乗算手段１０以外は実施の形態１とまったく同一である。図６は、この発明の実施の形態５を示す回路図である。図６の構成を実施の形態１との相違点について以下に説明する。図６において、１７は演算増幅器１７ａ、抵抗Ｒ９，Ｒ１０で構成される反転増幅回路であり、乗算手段１０はホール素子７と抵抗１５と反転増幅回路１７で構成され、その他の回路は図２とまったく同じである。反転増幅回路１７は、ホール素子７の入力端Ｈ１−Ｈ３間の電圧を入力端Ｈ３を基準として逆位相の電圧に増幅し、抵抗１５の両端に出力するよう、次のように接続される。抵抗Ｒ９の一端はホール素子７の入力端Ｈ１と演算増幅器５ａの出力端に接続され、抵抗Ｒ９の他端は演算増幅器１７ａの反転入力端と抵抗Ｒ１０の一端とに接続される。演算増幅器１７ａの非反転入力端は、ホール素子７の入力端Ｈ３と抵抗１５の一端と抵抗Ｒ１の一端と演算増幅器５ａの反転入力端とに接続される。演算増幅器１７ａの出力端は抵抗１５の他端と抵抗Ｒ１０の他端とに接続される。
【００３３】図６の動作を実施の形態１との相違点について以下に説明する。線路電圧は入力端子Ｐ１−Ｐ２間に入力され、電圧変換回路１４にて変圧もしくは分圧後、電圧−電流変換回路５で線路電圧に比例した電流ＩV に変換され、ホール素子７の入力端Ｈ１−Ｈ３間に入力される。このとき、ホール素子７の入力端Ｈ１−Ｈ３の間には、下記の電圧ＶT が発生する。
ＶT ＝ＩC ・ＲｉｎＩC ＝ＩV ＋ＩTただし、Ｒinはホール素子７の入力抵抗、ＩC はホール素子７の入力端に入力される電流の和、ＩT は後述する温度補償電流である。ホール素子７の入力端Ｈ１−Ｈ３間の電圧ＶT は、反転増幅回路１７にて入力端Ｈ３を基準とした逆位相の電圧に増幅された後、抵抗１５にてＩV と同じ位相の温度補償電流ＩT に変換され、ホール素子の入力端Ｈ１−Ｈ３間に入力される。抵抗１５，Ｒ９，Ｒ１０の抵抗値をＲT ，Ｒ９，Ｒ１０とすると、温度補償電流ＩT は下記式で表される。
ＩT ＝（Ｒ１０／Ｒ９・ＶT ）／ＲTしたがって、ホール素子７の入力電流ＩＣは、ＩC ＝ＲT ・Ｒ９・ＩV ／（ＲT ・Ｒ９−Ｒ１０・Ｒｉｎ）
で表される。ホール素子７の入力抵抗Ｒinの温度係数をβ、ホール素子７の温度変化をΔＴとすると、ホール素子７の入力電流ＩC は下記式で表される。
ＩC ＝ＲT ・Ｒ９・ＩV ／（ＲT ・Ｒ９−Ｒ１０・Ｒｉｎ・（１＋β・ΔＴ））
一方、線路電流は電流−磁界変換手段９によって線路電流に比例した磁束密度ＢI の磁界に変換され、ホール素子７へ印加される。ホール素子７は、上記入力電流ＩC と磁束密度ＢI の上記磁界を印加されることにより、出力端Ｈ２−Ｈ４間に下記式で表される電圧ＶH を出力する。
VH=K・(1+α・ΔT)・BI・IC=RT・R9・(1+α・ΔT)・K・BI・IV/(RT・R9-R10・Rin・(1+β・ΔT))ただし、Ｋはホール素子７の積感度である。
【００３４】ホール素子７の出力電圧の温度係数αの傾きは負であり、ホール素子７の入力抵抗の温度係数βの傾きは正であるので、ホール素子７の出力電圧の温度係数を打ち消すようにＲT ，Ｒ９，Ｒ１０の値を決定することにより、ホール素子７の出力電圧の温度特性が改善される。すなわち、１−ＲT・Ｒ９／（Ｒ１０・Ｒｉｎ）＝β／αとすることにより、温度特性が補償される。
【００３５】ただし、ＲT ・Ｒ９＝Ｒ１０・Ｒｉｎ・（１＋β・ΔＴ）のときＩC ＝∞となるため、ＲT ，Ｒ９，Ｒ１０の値は、下記条件を満たさなければならない。
ＲT ・Ｒ９≠Ｒ１０・Ｒｉｎ・（１＋β・ΔＴ）
【００３６】なお、本実施の形態は、電力量計のみならず電力計、電流計、ガウスメータ等ホール素子を利用した装置に使用できることは言うまでもない。
【００３７】実施の形態６．実施の形態６は、電圧−電流変換手段９以外は実施の形態５とまったく同一である。図７は、この発明の実施の形態６を示す回路図である。図７の構成を実施の形態５との相違点について以下に説明する。図７において、５は演算増幅器５ａ，５ｂと抵抗Ｒ１とで構成される電圧−電流変換回路であり、その他の回路は図２とまったく同じである。電圧変換回路１４の一方の出力端は演算増幅器５ａの非反転入力端に接続され、電圧変換回路１４の他の出力端は演算増幅器５ｂの出力端および抵抗Ｒ１の一端に接続される。演算増幅器５ａの反転入力端は、ホール素子７の入力端Ｈ３と抵抗Ｒ１の他端と抵抗１５の一端と演算増幅器１７ａの非反転入力端とに接続される。演算増幅器５ａの出力端はホール素子７の入力端Ｈ１と抵抗Ｒ９の一端に接続される。演算増幅器５ｂの非反転入力端は基準電位に接続され、演算増幅器５ｂの反転入力端はホール素子７の出力端Ｈ４と接続される。
【００３８】図７の動作を実施の形態５との相違点について以下に説明する。ホール素子７の出力端Ｈ４は、演算増幅器５ｂによって基準電位と仮想接地されているため、ホール素子７の出力端Ｈ２からは、自動的に同相電圧が除去された電圧が出力される。図７は実施の形態５と同様の温度補償を行っているため、温度特性が改善されることは言うまでもない。
【００３９】なお、本実施の形態は、電力量計のみならず電力計、電流計、ガウスメータ等ホール素子を利用した装置に使用できることは言うまでもない。
【００４０】実施の形態７．実施の形態７は、電圧−電流変換手段９、乗算手段１０以外は実施の形態１とまったく同じである。図８は、この発明の実施の形態７示す回路図である。図において、Ｐ１，Ｐ２は線路電圧を入力する入力端子、１４は変圧器もしくは抵抗などを用いて電圧を変圧もしくは分圧する電圧変換回路、５は演算増幅器５ａと抵抗Ｒ１とからなる電圧−電流変換回路であり、電圧−電流変換手段９は電圧変換回路１４と電圧−電流変換回路５とで構成される。入力端子Ｐ１，Ｐ２は電圧変換回路１４の入力端にそれぞれ接続され、電圧変換回路１４の一方の出力端は演算増幅器５ａの非反転入力端に接続され、電圧変換回路１４の他の出力端は抵抗Ｒ１の一端に接続される。演算増幅器５ａの反転入力端は、演算増幅器５ａの出力端と抵抗Ｒ１の他端とに接続される。７は入力端Ｈ１，Ｈ３および出力端Ｈ２，Ｈ４を有するホール素子、１５は抵抗、１６は演算増幅器１６ａ、抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８からなる差動増幅回路であり、乗算手段１０はホール素子７と抵抗１５と差動増幅回路１６とで構成される。ホール素子７の入力端Ｈ１は抵抗Ｒ１の一端と接続され、入力端Ｈ３は基準電位と接続される。差動増幅回路１６は、ホール素子７の入力端Ｈ３−出力端Ｈ４間の電圧をホール素子７の入力端Ｈ１を基準とした逆位相の電圧に増幅し、抵抗１５両端に出力するよう、次のように接続される。演算増幅器１６ａの出力端は抵抗１５の一端と抵抗Ｒ６の一端とに接続される。抵抗Ｒ５の一端はホール素子７の入力端Ｈ３と接続され、抵抗Ｒ７の一端は出力端Ｈ４と接続され、抵抗Ｒ８の一端はホール素子７の入力端Ｈ１と抵抗１５の他端とに接続される。抵抗Ｒ５の他端は抵抗Ｒ６の他端と演算増幅器１６ａの反転入力端に接続され、抵抗Ｒ７の他端は抵抗Ｒ８の他端と演算増幅器１６ａの非反転入力端とに接続される。
【００４１】次に図８の動作について説明する。線路電圧は入力端子Ｐ１−Ｐ２間に入力され、電圧変換回路１４にて変圧もしくは分圧後、電圧−電流変換回路５で線路電圧に比例した電流ＩV に変換され、ホール素子７の入力端Ｈ１−Ｈ３間に入力される。ホール素子７の入力端Ｈ３−出力端Ｈ４間には下記の電圧ＶT が発生する。
ＶT ＝ＩC ・Ｒｉｎ／２ＩC ＝ＩV ＋ＩTただし、Ｒinはホール素子７の入力抵抗、ＩC はホール素子７の入力端に入力される電流の和、ＩT は後述する温度補償電流である。ホール素子７の入力端Ｈ３−出力端Ｈ４間の電圧ＶT は差動増幅回路１６にて入力端Ｈ１を基準とした逆位相の電圧に増幅された後、抵抗１５でＩV と同相の温度補償電流ＩT に変換され、ホール素子７の入力端Ｈ１−Ｈ３間に入力される。抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，１５の抵抗値をそれぞれＲ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，ＲT とすると、Ｒ５＝Ｒ７，Ｒ６＝Ｒ８のとき、温度補償電流ＩT は下記式で表される。
ＩT ＝（Ｒ６／Ｒ５・ＶT ）／ＲTしたがって、ホール素子７の入力電流ＩＣは、ＩC ＝２・ＲT ・Ｒ５・ＩV ／（２・ＲT ・Ｒ５−Ｒ６・Ｒｉｎ）
で表される。ホール素子７の入力抵抗Ｒinの温度係数をβ、ホール素子７の温度変化をΔＴとすると、ホール素子７の入力電流ＩＣは下記式で表される。
ＩC ＝２・ＲT ・Ｒ５・ＩV ／（２・ＲT ・Ｒ５−Ｒ６・Ｒｉｎ・（１＋β・ΔＴ））
一方、線路電流は電流−磁界変換手段９によって線路電流に比例した磁束密度ＢI の磁界に変換され、ホール素子７へ印加される。ホール素子７は、上記入力電流ＩC と磁束密度ＢI の上記磁界を印加されることにより、出力端Ｈ２−Ｈ４間に下記式で表される電圧ＶH を出力する。
VH=K・(1+α・ΔT)・BI・IC=2・RT・R9・(1+α・ΔT)・K・BI・IV/(2・RT・R9-R10・Rin・(1+β・ΔT))ただし、Ｋはホール素子７の積感度である。
【００４２】ホール素子７の出力電圧の温度係数αの傾きは負であり、ホール素子７の入力抵抗の温度係数βの傾きは正であるので、ホール素子７の出力電圧の温度係数を打ち消すようにＲT ，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７、Ｒ８の値を決定することにより、ホール素子７の出力電圧の温度特性が改善される。
【００４３】ただし、２・ＲT ・Ｒ５＝Ｒ６・Ｒｉｎ・（１＋β・ΔＴ）のときＩC ＝∞となるため、ＲT ，Ｒ５，Ｒ６の値は、下記条件を満たさなければならない。
２・ＲT ・Ｒ５≠Ｒ６・Ｒｉｎ・（１＋β・ΔＴ）
【００４４】また、本実施の形態では、ホール素子７に入力される電流は、電流ＩV が演算増幅器５ａの出力端と基準電位から出力され、電流ＩT が演算増幅器１６ａの出力端と基準電位から出力される。実施の形態１では、電流ＩV ，ＩT ともに演算増幅器５ａの出力端から出力されており、本実施の形態と実施の形態１でホール素子７への入力電流が同じ場合、本実施の形態は実施の形態１と比較して演算増幅器５ａの出力する電流が少なくてすむ。したがって、実施の形態１と比較してホール素子７への入力電流を大きくすることができ、Ｓ／Ｎ比の向上が図れるため、計量精度が良くなる。
【００４５】なお、本実施の形態は、電力量計のみならず電力計、電流計、ガウスメータ等ホール素子を利用した装置に使用できることは言うまでもない。
【００４６】実施の形態８．実施の形態８は、電圧−電流変換手段９以外は実施の形態７とまったく同一である。図９は、この発明の実施の形態８を示す回路図である。図９の構成を実施の形態７との相違点について以下に説明する。図９において、５は演算増幅器５ａ，５ｂと抵抗Ｒ１とで構成される電圧−電流変換回路であり、その他の回路は図２とまったく同じである。電圧変換回路１４の一方の出力端は演算増幅器５ａの非反転入力端に接続され、電圧変換回路１４の他の出力端はホール素子７の入力端Ｈ１と抵抗Ｒ１の一端と抵抗１５の一端と抵抗Ｒ８の一端とに接続される。演算増幅器５ａの反転入力端は演算増幅器５ａの出力端と抵抗Ｒ１の他端とに接続される。演算増幅器５ｂの非反転入力端は基準電位に接続され、演算増幅器５ｂの反転入力端はホール素子７の出力端Ｈ４と抵抗Ｒ７の一端とに接続される。演算増幅器５ｂの出力端はホール素子７の入力端Ｈ３と抵抗Ｒ５の一端とに接続される。
【００４７】図９の動作を実施の形態７との相違点について以下に説明する。ホール素子７の出力端Ｈ４は、演算増幅器５ｂによって基準電位と仮想接地されているため、ホール素子７の出力端Ｈ２からは、自動的に同相電圧が除去された電圧が出力される。図９は実施の形態７と同様の温度補償を行っているため、温度特性が改善されることは言うまでもない。
【００４８】なお、本実施の形態は、電力量計のみならず電力計、電流計、ガウスメータ等ホール素子を利用した装置に使用できることは言うまでもない。
【００４９】実施の形態９．実施の形態９は、乗算手段１０以外は実施の形態７とまったく同一である。図１０は、この発明の実施の形態９を示す回路図である。図１０の構成を実施の形態７との相違点について以下に説明する。図１０において、１７は演算増幅器１７ａ、抵抗Ｒ９，Ｒ１０で構成される反転増幅回路であり、乗算手段１０はホール素子７と抵抗１５と反転増幅回路１７で構成され、その他の回路は図５とまったく同じである。反転増幅回路１７は、ホール素子７の出力端Ｈ４−入力端Ｈ１間の電圧を入力端Ｈ１を基準として逆位相の電圧に増幅し、抵抗１５両端に出力するよう、次のように接続される。抵抗Ｒ９の一端はホール素子７の出力端Ｈ４と接続され、抵抗Ｒ９の他端は演算増幅器１７ａの反転入力端と抵抗Ｒ１０の一端とに接続される。演算増幅器１７ａの非反転入力端は、ホール素子７の入力端Ｈ１と抵抗１５の一端と抵抗Ｒ１の一端と電圧変換回路１４の一方の出力端とに接続される。演算増幅器１７ａの出力端は抵抗１５の他端と抵抗Ｒ１０の他端とに接続される。
【００５０】図１０の動作を実施の形態７との相違点について以下に説明する。線路電圧は入力端子Ｐ１−Ｐ２間に入力され、電圧変換回路１４にて変圧もしくは分圧後、電圧−電流変換回路５で線路電圧に比例した電流ＩV に変換され、ホール素子７の入力端Ｈ１−Ｈ３間に入力される。ホール素子７の出力端Ｈ４−入力端Ｈ１間には下記の電圧ＶT が発生する。
ＶT ＝ＩC ・Ｒｉｎ／２ＩC ＝ＩV ＋ＩTただし、Ｒinはホール素子７の入力抵抗、ＩC はホール素子７の入力端に入力される電流の和、ＩT は後述する温度補償電流である。ホール素子７の出力端Ｈ４−入力端Ｈ１間の電圧ＶT は、反転増幅回路１７にて入力端Ｈ１を基準とした逆位相の電圧に増幅された後、抵抗１５にてＩV と同相の温度補償電流ＩT に変換され、ホール素子７の入力端Ｈ１−Ｈ３間に入力される。抵抗１５，Ｒ９，Ｒ１０の抵抗値をＲT ，Ｒ９，Ｒ１０とすると、温度補償電流ＩT は下記式で表される。
ＩT ＝（Ｒ１０／Ｒ９・ＶT ）／ＲTしたがって、ホール素子７の入力電流ＩC は、ＩC ＝２・ＲT ・Ｒ９・ＩV ／（２・ＲT ・Ｒ９−Ｒ１０・Ｒｉｎ）
で表される。ホール素子７の入力抵抗Ｒinの温度係数をβ、ホール素子７の温度変化をΔＴとすると、ホール素子７の入力電流ＩC は下記式で表される。
ＩC ＝２・ＲT ・Ｒ９・ＩV ／（２・ＲT ・Ｒ９−Ｒ１０・Ｒｉｎ・（１＋β・ΔＴ））
一方、線路電流は電流−磁界変換手段９によって線路電流に比例した磁束密度ＢI の磁界に変換され、ホール素子７へ印加される。ホール素子７は、上記入力電流ＩC と磁束密度ＢI の上記磁界を印加されることにより、出力端Ｈ２−Ｈ４間に下記式で表される電圧ＶH を出力する。
VH=K・(1+α・ΔT)・BI・IC=2・RT・R9・(1+α・ΔT)・K・BI・IV/(2・RT・R9-R10・Rin・(1+β・ΔT))ただし、Ｋはホール素子７の積感度である。
【００５１】ホール素子７の出力電圧の温度係数αの傾きは負であり、ホール素子７の入力抵抗の温度係数βの傾きは正であるので、ホール素子７の出力電圧の温度係数を打ち消すようにＲT ，Ｒ９，Ｒ１０の値を決定することにより、ホール素子７の出力電圧の温度特性が改善される。
【００５２】ただし、２・ＲT ・Ｒ９＝Ｒ１０・Ｒｉｎ・（１＋β・ΔＴ）のときＩC ＝∞となるため、ＲT ，Ｒ９，Ｒ１０の値は、下記条件を満たさなければならない。
２・ＲT ・Ｒ９≠Ｒ１０・Ｒｉｎ・（１＋β・ΔＴ）
【００５３】また、本実施の形態では、ホール素子７に入力される電流は、電流Ｉが演算増幅器５ａの出力端と基準電位から出力され、電流ＩT が演算増幅器１７ａの出力端と基準電位から出力される。実施の形態１では、電流ＩV ，ＩT ともに演算増幅器５ａの出力端から出力されており、本実施の形態と実施の形態１でホール素子７への入力電流が同じ場合、本実施の形態は実施の形態１と比較して演算増幅器５ａの出力する電流が少なくてすむ。したがって、実施の形態１と比較してホール素子７への入力電流を大きくすることができ、Ｓ／Ｎ比の向上が図れるため、計量精度が良くなる。
【００５４】なお、本実施の形態は、電力量計のみならず電力計、電流計、ガウスメータ等ホール素子を利用した装置に使用できることは言うまでもない。
【００５５】実施の形態１０．実施の形態１０は、電圧−電流変換手段９以外は実施の形態９とまったく同一である。図１１は、この発明の実施の形態１０を示す回路図である。図１１の構成を実施の形態９との相違点について以下に説明する。 図１１において、５は演算増幅器５ａ，５ｂと抵抗Ｒ１とで構成される電圧−電流変換回路であり、その他の回路は図１０とまったく同じである。電圧変換回路１４の一方の出力端は演算増幅器５ａの非反転入力端に接続され、電圧変換回路１４の他の出力端はホール素子７の入力端Ｈ１と抵抗Ｒ１の一端と抵抗１５の一端と演算増幅器１７ａの非反転入力端子とに接続される。演算増幅器５ａの反転入力端は、演算増幅器５ａの出力端と抵抗Ｒ１の他端とに接続される。演算増幅器５ｂの非反転入力端は基準電位に接続され、演算増幅器５ｂの反転入力端はホール素子７の出力端Ｈ４と抵抗Ｒ９の一端とに接続される。演算増幅器５ｂの出力端はホール素子７の入力端Ｈ３に接続される。
【００５６】図１１の動作を実施の形態９との相違点について以下に説明する。ホール素子７の出力端Ｈ４は、演算増幅器５ｂによって基準電位と仮想接地されているため、ホール素子７の出力端Ｈ２からは、自動的に同相電圧が除去された電圧が出力される。図１１は実施の形態９と同様の温度補償を行っているため、温度特性が改善されることは言うまでもない。
【００５７】なお、本実施の形態は、電力量計のみならず電力計、電流計、ガウスメータ等ホール素子を利用した装置に使用できることは言うまでもない。
【００５８】実施の形態１１．実施の形態１１は、乗算手段１０以外は実施の形態７とまったく同一である。図１２は、この発明の実施の形態１１を示す回路図である。図１２の構成を実施の形態７との相違点について以下に説明する。図１２において、１７は演算増幅器１７ａ、抵抗Ｒ９，Ｒ１０で構成される反転増幅回路であり、乗算手段１０はホール素子７と抵抗１５と反転増幅回路１７で構成され、その他の回路は図８とまったく同じである。反転増幅回路１７は、ホール素子７の入力端Ｈ３−Ｈ１間の電圧を入力端Ｈ１を基準として逆位相の電圧に増幅し、抵抗１５両端に出力するよう、次のように接続される。抵抗Ｒ９の一端はホール素子７の入力端Ｈ３と基準電位とに接続され、抵抗Ｒ９の他端は演算増幅器１７ａの反転入力端と抵抗Ｒ１０の一端とに接続される。演算増幅器１７ａの非反転入力端は、ホール素子７の入力端Ｈ１と抵抗１５の一端と抵抗Ｒ１の一端と電圧変換回路１４の一方の出力端とに接続される。演算増幅器１７ａの出力端は抵抗１５の他端と抵抗Ｒ１０の他端とに接続される。
【００５９】図１２の動作を実施の形態７との相違点について以下に説明する。線路電圧は入力端子Ｐ１−Ｐ２間に入力され、電圧変換回路１４にて変圧もしくは分圧後、電圧−電流変換回路５で線路電圧に比例した電流ＩV に変換され、ホール素子７の入力端Ｈ１−Ｈ３間に入力される。このとき、ホール素子７の入力端Ｈ３−Ｈ１の間には、下記の電圧ＶT が発生する。
ＶT ＝ＩC ・ＲｉｎＩC ＝ＩV ＋ＩＴただし、Ｒｉｎはホール素子７の入力抵抗、ＩＣはホール素子７の入力端に入力される電流の和、ＩT は後述する温度補償電流である。ホール素子７の入力端Ｈ３−Ｈ１間の電圧ＶT は、反転増幅回路１７にて入力端Ｈ１を基準とした逆位相の電圧に増幅された後、抵抗１５にてＩV と同相の温度補償電流ＩT に変換され、ホール素子７の入力端Ｈ１−Ｈ３間に入力される。抵抗１５，Ｒ９，Ｒ１０の抵抗値をＲT ，Ｒ９，Ｒ１０とすると、温度補償電流ＩT は下記式で表される。
ＩT ＝（Ｒ１０／Ｒ９・ＶT ）／ＲTしたがって、ホール素子７の入力電流ＩC は、ＩC ＝ＲT ・Ｒ９・ＩV ／（ＲT ・Ｒ９−Ｒ１０・Ｒｉｎ）
で表される。ホール素子７の入力抵抗Ｒinの温度係数をβ、ホール素子７の温度変化をΔＴとすると、ホール素子７の入力電流ＩC は下記式で表される。
ＩC ＝ＲT ・Ｒ９・ＩV ／（ＲT ・Ｒ９−Ｒ１０・Ｒｉｎ・（１＋β・ΔＴ））
一方、線路電流は電流−磁界変換手段９によって線路電流に比例した磁束密度ＢI の磁界に変換され、ホール素子７へ印加される。ホール素子７は、上記入力電流ＩC と磁束密度ＢＩの上記磁界を印加されることにより、出力端Ｈ２−Ｈ４間に下記式で表される電圧ＶH を出力する。
VH=K・(1+α・ΔT)・BI・IC=RT・R9・(1+α・ΔT)・K・BI・IV/(RT・R9-R10・Rin・(1+β・ΔT))ただし、Ｋはホール素子７の積感度である。
【００６０】ホール素子７の出力電圧の温度係数αの傾きは負であり、ホール素子７の入力抵抗の温度係数βの傾きは正であるので、ホール素子７の出力電圧の温度係数を打ち消すようにＲT ，Ｒ９，Ｒ１０の値を決定することにより、ホール素子７の出力電圧の温度特性が改善される。
【００６１】ただし、ＲT ・Ｒ９＝Ｒ１０・Ｒｉｎ・（１＋β・ΔＴ）のときＩC ＝∞となるため、ＲT ，Ｒ９，Ｒ１０の値は、下記条件を満たさなければならない。
ＲT ・Ｒ９≠Ｒ１０・Ｒｉｎ・（１＋β・ΔＴ）
【００６２】また、本実施の形態では、ホール素子７に入力される電流は、電流ＩV 演算増幅器５ａの出力端と基準電位から出力され、電流ＩT が演算増幅器１７ａの出力端と基準電位から出力される。実施の形態１では、電流ＩV ，ＩT ともに演算増幅器５ａの出力端から出力されており、本実施の形態と実施の形態１でホール素子７への入力電流が同じ場合、本実施の形態は実施の形態１と比較して演算増幅器５ａの出力する電流が少なくてすむ。したがって、実施の形態１と比較してホール素子７への入力電流を大きくすることができ、Ｓ／Ｎ比の向上が図れるため、計量精度が良くなる。
【００６３】なお、本実施の形態は、電力量計のみならず電力計、電流計、ガウスメータ等ホール素子を利用した装置に使用できることは言うまでもない。
【００６４】実施の形態１２．実施の形態１２は、電圧−電流変換手段９以外は実施の形態１１とまったく同一である。図１３は、この発明の実施の形態１２を示す回路図である。図１３の構成を実施の形態１１との相違点について以下に説明する。図１３において、５は演算増幅器５ａ，５ｂと抵抗Ｒ１とで構成される電圧−電流変換回路であり、その他の回路は図１４とまったく同じである。電圧変換回路１４の一方の出力端は演算増幅器５ａの非反転入力端に接続され、電圧変換回路１４の他の出力端はホール素子７の入力端Ｈ１と抵抗Ｒ１の一端と抵抗１５の一端と演算増幅器１７ａの非反転入力端とに接続される。演算増幅器５ａの反転入力端は、演算増幅器５ａの出力端と抵抗Ｒ１の他端とに接続される。演算増幅器５ｂの非反転入力端は基準電位に接続され、演算増幅器５ｂの反転入力端はホール素子７の出力端Ｈ４に接続される。演算増幅器５ｂの出力端はホール素子７の入力端Ｈ３と抵抗Ｒ９の一端とに接続される。
【００６５】図１３の動作を実施の形態１１との相違点について以下に説明する。ホール素子７の出力端Ｈ４は、演算増幅器５ｂによって基準電位と仮想接地されているため、ホール素子７の出力端Ｈ２からは、自動的に同相電圧が除去された電圧が出力される。図１３は実施の形態１１と同様の温度補償を行っているため、温度特性が改善されることは言うまでもない。
【００６６】なお、本実施の形態は、電力量計のみならず電力計、電流計、ガウスメータ等ホール素子を利用した装置に使用できることは言うまでもない。
【００６７】実施の形態１３．実施の形態１３は、実施の形態１から実施の形態１２の電子式電力量計において、積算手段１２と出力手段１３とが異なる。図１４は、この発明の実施の形態１３の電子式電力量計の構成を示すブロック図である。図１４を実施の形態１から実施の形態１２との相違点について以下に説明する。図において、１８は交流除去部、１９は電圧−周波数変換部、２０は積算部であり、積算手段１２は交流除去部１８と電圧−周波数変換部１９と積算部２０とで構成される。２１は記録部、２２は表示部であり、出力手段１３は記録部２１と表示部２２とで構成される。
【００６８】線路電圧ＶINをＶIN＝√２｜ＶIN｜ｓｉｎωｔ、線路電流ＩINをＩIN＝√２｜ＩIN｜ｓｉｎ（ωｔ＋θ）とすると、瞬時電力Ｐ(t)は、Ｐ(t)＝ＶIN×ＩIN＝｜ＶINＩIN｜ｃｏｓθ−｜ＶINＩIN｜ｃｏｓ（２ωt ＋θ）で表される。実施の形態１から実施の形態６の電子式電力量計において、乗算手段１０は、上記瞬時電力Ｐ(t) に比例した電圧ＶH を出力し、増幅手段１１によって前記電圧ＶH は増幅された後、出力される。増幅手段１１の前記出力電圧から有効電力を得るには、前記出力電圧から｜ＶINＩIN｜ｃｏｓθの成分のみ取り出せばよい。また、ホール素子７は、線路電圧に比例した電流を入力端Ｈ１−Ｈ３間に入力され、線路電流に比例した磁界を印加されたとき、出力端Ｈ２−Ｈ４間から前記電流と前記磁界の積である瞬時電力Ｐ(t) に比例した電圧ＶH 以外に前記電流に比例した交流の不平衡電圧を出力する。増幅手段１１の出力電圧は、例えば抵抗、コンデンサで構成されるローパスフィルタである交流除去部１８に入力される。交流除去部１８は、増幅手段１１の前記出力電圧から、有効電力に比例している直流電圧のみ出力する。交流除去部１８の出力電圧は、電圧−周波数変換部１５に入力され、前記入力電圧に比例した周波数のパルスに変換される。前記周波数のパルスをＣＰＵ等で構成される積算部２０にて積算することにより、電力量が得られる。積算部２０の積算値を半導体メモリ等で構成される記録部２１で記録し、液晶表示器を用いた表示部２２にて表示する。本実施の形態は、交流除去部１８にて不平衡電圧が除去され、電力量計の精度が向上する。
【００６９】実施の形態１４．実施の形態１４は、実施の形態１から実施の形態１２の電子式電力量計において、積算手段１２と出力手段１３とが異なる。図１５は、この発明の実施の形態１４の電子式電力量計の構成を示すブロック図である。図１５を実施の形態１から実施の形態１２との相違点について以下に説明する。図において、２３はＡ／Ｄ変換部、２４は積算部であり、積算手段１２はＡ／Ｄ変換部２３と積算部２４とで構成される。出力手段１３は記録部２１と表示部２２とで構成される。
【００７０】線路電圧ＶINをＶIN＝√２｜ＶIN｜ｓｉｎωｔ、線路電流ＩINをＩIN＝√２｜ＩIN｜ｓｉｎ（ωｔ＋θ）とすると、瞬時電力Ｐ(t)は、Ｐ(t)＝ＶIN×ＩIN＝｜ＶINＩIN｜ｃｏｓθ−｜ＶINＩIN｜ｃｏｓ（２ωt ＋θ）で表される。実施の形態１から実施の形態６の電子式電力量計において、乗算手段１０は、上記瞬時電力Ｐ(t) に比例した電圧ＶH を出力し、増幅手段１１によって前記電圧ＶH は増幅された後、出力される。増幅手段１１の前記出力電圧から有効電力を得るには、前記出力電圧から｜ＶINＩIN｜ｃｏｓθの成分のみ取り出せばよい。また、ホール素子７は、線路電圧に比例した電流を入力端Ｈ１−Ｈ３間に入力され、線路電流に比例した磁界を印加されたとき、出力端Ｈ２−Ｈ４間から前記電流と前記磁界の積である瞬時電力Ｐ(t) に比例した電圧ＶH 以外に前記電流に比例した交流の不平衡電圧を出力する。増幅手段１１の出力電圧は、Ａ／Ｄコンバータ等で構成されるＡ／Ｄ変換部２３に入力され、デジタル値に変換後、積算部２４へ出力される。積算部２４は、例えばＣＰＵ等でデジタルフィルタとカウンタを構成しており、Ａ／Ｄ変換部２３の出力の直流成分のみを積算することにより、電力量が得られる。積算部２４の積算値を半導体メモリ等で構成される記録部２１で記録し、液晶表示器を用いた表示部２２にて表示する。本実施の形態は、積算部２４にて不平衡電圧が除去され、電力量の計量精度が向上する。また、増幅手段１１の出力電圧からの直流成分の抽出をデジタルフィルタで行っているため、アナログフィルタを使用した場合と比較して電力量の高速検出が可能となる。
【００７１】実施の形態１５．図１６はこの発明の実施の形態１５を示す外観図、図１７はこの発明の実施の形態１５を示す分解図である。実施の形態１５は、電圧−電流変換手段９、電流−磁界変換手段６、乗算手段１０、増幅手段１１の構造以外は、実施の形態１から実施の形態１４と同じである。図１８，１９において、６ｃ，６ｄはポット形状で中心部に柱状突起を持つ強磁性体コア、２５は電圧−電流変換手段９と乗算手段１０と増幅手段１１とを備えた基板、２６は内部空洞のボビンである。基板２５において、ホール素子７は前記基板２５の中央に配置される。線路電流の流れる電流線６ｂはボビン２６に巻かれており、基板２５はボビン２６の片面に設置されている。強磁性体コア６ｄの柱状突起はボビン２６の空洞部に挿入され、強磁性体コア６ｃは前記強磁性体コア６ｃの柱状突起と前記強磁性体コア６ｄの柱状突起とが向き合うように前記強磁性体コア６ｄと張り合わされ、ホール素子７は、向かい合う前記の２つの柱状突起の空隙に挟まれる構造となっている。
【００７２】ホール素子７は、強磁性体コア６ｃ，６ｄによって覆われた構造となっているため、地磁気等の外部磁界の影響を受けない。また、電圧−電流変換手段９、電流−磁界変換手段６、乗算手段１０、増幅手段１１を一体化し、強磁性体コア６ｃ，６ｄの内部に収まっているため、外乱ノイズの影響を受け難く、基板等への実装も容易となる。電流線６ｂをボビン２６に複数回巻くことにより、ホール素子７へ印加する磁界の磁束密度が増し、Ｓ／Ｎ比の向上が図れるため、計量精度が良くなる。また、電流線６ｂを容易に複数回巻けるため、工作性が良い。
【００７３】なお、本実施の形態は、電力量計のみならず電力計、電流計に使用できることは言うまでもない。
【００７４】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００７５】この発明の第１〜第３の構成である電子式電力量計によれば、ホール素子の入力抵抗値の温度変化に応じてホール素子に入力する電流を制御することで、ホール素子の出力電圧の温度特性を高精度に補償でき、ホール素子の自己加熱にも対応できる。
【００７６】この発明の第４の構成である電子式電力量計によれば、ホール素子が、強磁性体コアによって覆われた構造となっているため、地磁気等の外部磁界の影響を受けない。
【出願人】 【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
【出願日】 平成９年（１９９７）７月３日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】宮田 金雄 （外２名）
【公開番号】 特開平１１−２３６２１
【公開日】 平成１１年（１９９９）１月２９日
【出願番号】 特願平９−１７８３０６