用霍爾元件制作電子式電表

1、用霍爾元件制作電子式電度表作者：秦 波 指導老師：孫傳友（長江大學電子信息學院 湖北荊州 430400）摘要：由于霍爾效應(yīng)，霍爾元件在交流正弦電路中產(chǎn)生的霍爾電壓與被測網(wǎng)絡(luò)輸出功率成正比。電網(wǎng)輸出經(jīng)低通濾波器濾去二倍頻交流分量，濾波器的輸出電壓與正弦交流網(wǎng)絡(luò)有功功率成正比。輸出電壓經(jīng)電壓頻率轉(zhuǎn)換器LM331轉(zhuǎn)換為頻率輸出，再經(jīng)過計數(shù)器進行計數(shù)，并由共陰極數(shù)碼管顯示計數(shù)值。關(guān)鍵詞： 霍爾電壓 電度表 電壓頻率轉(zhuǎn)換器LM331 無乘法器一、引言： 電子式電度表廣泛用于電能的測量，其主要依靠乘法器進行運算。隨著傳感器技術(shù)的日益發(fā)展，現(xiàn)已出現(xiàn)了用霍爾元件代替乘法器的電能表設(shè)計技術(shù)。它利用霍爾元件在電場

2、中產(chǎn)生霍爾電壓，與電網(wǎng)輸入網(wǎng)絡(luò)的有功功率成正比來設(shè)計測量網(wǎng)絡(luò)有功功率的電路。此設(shè)計具有電路簡單，易實現(xiàn)，易檢查錯誤源，體積小，轉(zhuǎn)換精度高，且造價低的優(yōu)點。二、用霍爾元件制成電子式電度表原理框圖：三、原理分析：（一）、霍爾電壓的產(chǎn)生：為正弦交流網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓， 為其輸出電流。和的相位差為, 通過電阻產(chǎn)生霍爾元件的控制電流，則 = 表示為瞬時值 則= (1)式中： 為電路轉(zhuǎn)換系數(shù) 的峰值通過激勵線圈產(chǎn)生磁場，= (2)式中： 轉(zhuǎn)換系數(shù) 的峰值由和使霍爾元件所產(chǎn)生的霍爾電壓， 則: = (3)將（1）（2）式代入（3）式可得： = (4) 式中：= ；、分別為負載電壓 電流的有效值。電網(wǎng)輸出經(jīng)過低通

3、濾波器濾去二倍頻交流分量，濾波器的輸出電壓與被測網(wǎng)絡(luò)的有功功率成正比。即： = = (5) （二）、霍爾電壓經(jīng)電壓頻率轉(zhuǎn)換器LM331轉(zhuǎn)換：圖中為霍爾電壓輸入， 為輸出頻率 = ×/(2.09× ) =/(2.09× )（三）、由集成門構(gòu)成的脈沖輸出電路：上圖為由集成門電路構(gòu)成的脈沖產(chǎn)生電路，其中輸入為霍爾電壓經(jīng)過低通濾波器濾去二倍頻交流分量的輸出電壓，由集成門電路構(gòu)成施密特觸發(fā)器輸出脈沖可知：回差電壓 =-=+式中 二極管導通電壓降 集成門閥值電壓計數(shù)器在時間T內(nèi)的計數(shù)值為N，=×=/(2.09× ) (6)將（5）代入（6）可得：= = (

4、7)式中： =/(2.09× )由(7)式可知計數(shù)值與被測網(wǎng)絡(luò)的輸入能量成正比。（四）、計數(shù)值顯示電路：上圖中74LS08二輸入與門的輸入信號為施密特觸發(fā)器脈沖輸出信號與LM331輸出信號。電路消耗的電能與顯示電路的計數(shù)成正比。四、總結(jié) 用霍爾元件制作電子式電度表省去了一般電子式電度表的乘法器電路，電路簡單，因而提高了電度表靈敏度。由集成門電路構(gòu)成施密特觸發(fā)器輸出脈沖頻率與輸入電壓頻率一致可抑制工頻干擾。電壓頻率轉(zhuǎn)換器LM331使用了新的溫度補償能隙基準電路，在整個工作溫度范圍內(nèi)具有極高的轉(zhuǎn)換精度，線性度好。在使用時外接元件很少，接口簡單且便于實現(xiàn)隔離。三項技術(shù)的引進很大程度上降低了電子式電度表制作成本、進一步完善其工作性能，從本質(zhì)上提高市場競爭力。參考書目： 1 孫傳友、翁惠輝 現(xiàn)代檢測技術(shù)及儀表高等教育出版社 2006 2