霍尔传感器在测量系统中的原理及测量方法

　　2功率及功率因数、频率等电参数的测量

　　由正弦交流电有功功率的定义P=UIcosψ可知，只要准确测量出U，I及电流与电压相位差ψ，就可算出P与cosψ。采用传统的电磁式电压、电流互感器进行测量，由于互感器的非理想性，除存在变比误差外，更主要的是存在较大的相位误差，这就使测得的ψ值不能真实地反映负载的性质。若采用霍尔电压、电流传感器及真有效值转换器(如AD637)等，可以使功率及功率因数的测量精度大大提高。

　　此外，霍尔传感器还可以测量从直流到100kHz的任意波形的交流量，从而克服了电磁式互感器有特定的额定频率的弊端。真有效值转换器可以将正弦波形或任意波形的交流量转换为直流量，输出直流的大小正比于交流量的有效值，且转换精度高，因而测量相对准确。

　　测量原理如图4所示，交直流电压、电流经霍尔电流传感器、霍尔电压传感器隔离、转换后，得到与之对应的电压信号，再经真有效值转换器转换为直流(直流电不需转换)，其大小正比于交流电的有效值，直流(或转换后的直流)电压经A／D变换后送入单片机，这就采集到了U，I的大小。

　　另外将传感器副边输出的电信号 U1，U2分别经过零电平比较器1和2，当信号由负变正，通过零点时产生一个脉冲，加到门控电路输入端。设U1超前于U2，则前者作开启信号，后者作关闭信号。门控电路产生一个脉冲宽度对应于两个信号相位差的矩形脉冲，该脉冲一路送单片机的定时／计数器T1口，单片机测出相邻两个矩形脉冲前沿之间的时间间隔t，即为被测信号的周期Tx(频率fx=1／Tx)。

　　另一路送至与门电路，打开计数与门，在此期间，时标信号Ts经由与门至单片机的定时／计数器TO口计数，设计数值为N，则U1与U2相位差为 △ψ=Ts／TxN×360°。经单片机计算出功率因数cosψ，进一步计算出有功功率P＝UIcosψ，并将测得参数U，I，P，cosψ，ψx等送显示电路显示。如要测三相电路的总功率，则分别测得每一相的功率，然后三相功率相加即可。此外，该系统也可测量无功功率和视在功率等电参数。

　　基于霍尔传感器的电参量检测系统具有很好的线性度、精确度和良好的反应时间。温度漂移小，霍尔元件在-40～+45℃的温度范围内，霍尔电压的温度系数仅为0．03％～O．04％。

　　这里所介绍的测量方法达到了对电参量进行高精度的隔离传输和精确检测的目的，特别适合高电压、大电流电参量的测量。这为研制一种新的电参量测量仪器打下了一个良好的基础，在工程上具有一定的应用价值。不足之处，霍尔元件存在不等位的电势的影响，需加补偿电路修正。