JP3011560B2 - Multiplication device - Google Patents
Multiplication deviceInfo
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- JP3011560B2 JP3011560B2 JP4343001A JP34300192A JP3011560B2 JP 3011560 B2 JP3011560 B2 JP 3011560B2 JP 4343001 A JP4343001 A JP 4343001A JP 34300192 A JP34300192 A JP 34300192A JP 3011560 B2 JP3011560 B2 JP 3011560B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はホール素子を用いて電流
と電圧の積を求める乗算装置の改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a multiplication device for obtaining a product of a current and a voltage by using a Hall element.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、この種の乗算装置は構造が簡単
で、小型化できることから広く電力計や電力量計の電力
乗算回路として使用されている。以下、かかる乗算装置
について図3を参照して説明する。入力端子P1 ,P2
に入力された測定すべき電源電圧VL は分圧抵抗器10
1,102によって分圧されて電圧−電流変換手段10
5に入力される。電圧−電流変換手段105は入力電圧
VL に比例した電流をホール素子106の制御電流端子
T1 に出力する。一方、測定すべき電流IL は磁性体コ
ア104に巻かれた電流コイル103に入力されて、入
力電流IL に比例する磁界が磁性体コア104のギャッ
プに生じるので、ギャップ中の磁界とホール素子106
の制御電流の流れ方向とに直交するように置かれている
ホール素子106の電圧出力端子T3 ,T4 間に(1)
式で与えられるホール起電力Ey が生じる。 Ey =Rh Bz Jx (1)2. Description of the Related Art Generally, this type of multiplication device is widely used as a power multiplication circuit of a wattmeter or a watt-hour meter because of its simple structure and miniaturization. Hereinafter, such a multiplication device will be described with reference to FIG. Input terminals P 1 , P 2
The power supply voltage V L to be measured input to the
Voltage-current converting means 10
5 is input. Voltage - current conversion unit 105 outputs a current proportional to the input voltage V L to the control current terminal T 1 of the Hall element 106. On the other hand, the current I L to be measured is input to the current coil 103 wound around the magnetic core 104, the magnetic field proportional to the input current I L is generated in the gap of the magnetic core 104, the magnetic field in the gap and the hole Element 106
(1) between the voltage output terminals T 3 and T 4 of the Hall element 106 placed so as to be orthogonal to the flow direction of the control current
Hall electromotive force E y given by equation occurs. E y = R h B z J x (1)
【0003】ただし、Rh はホール係数、Bz 磁界強
度、Jx は電流密度である。差動増幅部107は電圧出
力端子T3 ,T4 間のホール起電力の同相成分を除去し
て測定すべき電流と電圧の積である電力に比例した電圧
を出力する。Here, R h is the Hall coefficient, B z magnetic field strength, and J x is the current density. The differential amplifier 107 removes the in-phase component of the Hall electromotive force between the voltage output terminals T 3 and T 4 and outputs a voltage proportional to the power of the product of the current and the voltage to be measured.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の乗算装
置では、ホール素子の出力電圧特性の線形性に関して次
のような問題がある。The above-described conventional multiplier has the following problem regarding the linearity of the output voltage characteristic of the Hall element.
【0005】一般に、従来の乗算装置では、(1)式の
ホール係数Rh が一定であることを前提にしているが、
図2に示すようにホール素子の出力電圧と磁束密度(ま
たはギャップの磁界強度)との関係は、磁束密度が小さ
い図示のIの領域では非線形であるからホール係数Rh
は一定でない。したがって、測定すべき電流値が小さい
場合は磁性体コア104のギャップの磁界が小さくなる
ので、従来の乗算装置では低電流時の乗算出力の精度に
は限界があった。In general, the conventional multiplier assumes that the Hall coefficient R h in equation (1) is constant.
Relationship between the output voltage and the magnetic flux density (or magnetic field strength in the gap) of the Hall element as shown in FIG. 2, Hall coefficient from the region of I shown magnetic flux density is small is non-linear R h
Is not constant. Therefore, when the current value to be measured is small, the magnetic field in the gap of the magnetic core 104 becomes small, and the accuracy of the multiplication output at the time of low current is limited in the conventional multiplication device.
【0006】本発明はこのような従来の問題を解決する
ためになされたものであり、低電流測定時にも正確な電
流と電圧の積を出力することができる乗算装置を提供す
ることを目的とする。The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a multiplication device capable of outputting an accurate product of current and voltage even when measuring a low current. I do.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】ホール素子を用いて電流
と電圧の積を演算する乗算装置において、測定すべき電
圧を電流に変換する電圧−電流変換手段と、測定すべき
電流を流す第一の電流コイルに加えて前記電圧−電流変
換手段から出力された電流を流す第二の電流コイルとを
有する磁性体コアと、ホール素子の出力電圧のサンプリ
ング値を保持するサンプルホールド手段と、ホール素子
の出力電圧から前記サンプルホールド手段が保持する電
圧を減ずる減算手段とを備えたことを要旨とする。SUMMARY OF THE INVENTION In a multiplier for calculating a product of a current and a voltage by using a Hall element, a voltage-current conversion means for converting a voltage to be measured into a current, and a first means for flowing the current to be measured. A magnetic core having a current coil in addition to a second current coil through which a current output from the voltage-current conversion means flows, a sample and hold means for holding a sampling value of an output voltage of the Hall element, and a Hall element And a subtraction means for subtracting the voltage held by the sample-and-hold means from the output voltage.
【0008】[0008]
【作用】本発明はこのような手段を講じたことにより、
磁性体コアは第一の電流コイルを流れる測定すべき電流
に比例する磁界強度と、第二の電流コイルを流れる測定
すべき電圧に比例する磁界強度との和の磁界強度を発生
するので、ホール素子中の磁束密度が高められて線形領
域で乗算した正確な乗算出力が得られる。そして、サン
プルホールド手段において保持している第一の電流コイ
ルへの電流入力を零にしたときの乗算出力を、先の乗算
出力から減算手段によって減じることにより、測定すべ
き電流と測定すべき電圧の積である乗算結果を出力する
ことができる。According to the present invention, by taking such measures,
The magnetic core generates a magnetic field strength that is the sum of a magnetic field strength proportional to the current to be measured flowing through the first current coil and a magnetic field strength proportional to the voltage to be measured flowing through the second current coil. The magnetic flux density in the element is increased, and an accurate multiplied output multiplied in the linear region is obtained. Then, the current to be measured and the voltage to be measured are obtained by subtracting the multiplied output when the current input to the first current coil held in the sample and hold means is zero by the subtracting means from the previous multiplied output. Can be output.
【0009】[0009]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は本発明の乗算装置の一実施例におけるブロ
ック図である。同図において、P1 ,P2 は測定すべき
電源電圧VL を入力する電源電圧入力端子、1および2
はP1 ,P2 へ入力された電源電圧VL を分圧するため
の抵抗器であって、分圧抵抗器による他、変圧器などを
用いて構成することができる。3はホール素子8に磁界
を与えるための磁性体コア、4は測定すべき電流IL に
比例した磁界を磁性体コア3のギャップに生じさせるた
めの第一の電流コイル、5は抵抗器1,2によって分圧
された電源電圧に比例する電流を出力する第一の電圧−
電流変換手段、6は第一の電圧−電流変換手段5から出
力される電流を流し、測定すべき電圧に比例した磁界を
磁性体コア3のギャップに生じさせるための第二の電流
コイルである。7は測定すべき電圧に比例した制御電流
をホール素子8の制御電流入力端子T1 へ供給するため
の第二の電圧−電流変換手段、8は電流入力端子T1 ,
T2 とホール効果によって得られる電圧を出力する電圧
出力端子T3 ,T4 を有するホール素子であって、制御
電流入力端子T1 ,T2 と電圧出力端子T3 ,T4 とが
作る平面がギャップに生じる磁界と直交するように磁性
体コア3のギャップ間に保持される構造となっている。
9はホール素子8の電圧出力端子T3 ,T4 間に出力さ
れる電圧の差分を出力する差動増幅部である。10はサ
ンプルホールド手段であって、サンプリングスイッチ1
2が閉じている間に差動増幅部9の出力を入力して保持
する。11は減算手段であって、差動増幅部9の出力か
らサンプルホールド手段10の出力を減算して出力す
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the multiplication device according to the present invention. In the figure, P 1 and P 2 are power supply voltage input terminals for inputting a power supply voltage VL to be measured, 1 and 2
Is a resistor for dividing the power supply voltage VL input to P 1 and P 2, and can be configured using a voltage dividing resistor or a transformer. 3 magnetic core for applying a magnetic field to the Hall element 8, the first current coil for generating a magnetic field proportional to the current I L to be measured into the gap of the magnetic core 3 is 4, 5 resistors 1 , 2 outputs a current proportional to the power supply voltage divided by
The current conversion means 6 is a second current coil for flowing the current output from the first voltage-current conversion means 5 and generating a magnetic field proportional to the voltage to be measured in the gap of the magnetic core 3. . 7 The second voltage for supplying the control current proportional to be measured voltage to the control current input terminal T 1 of the Hall element 8 - current converting means, 8 is a current input terminal T 1,
A Hall element having a voltage output terminal T 3, T 4 for outputting a voltage obtained by T 2 and Hall effect, the control current input terminals T 1, T 2 and the voltage output terminal T 3, T 4 and make plane Are held between the gaps of the magnetic core 3 so as to be orthogonal to the magnetic field generated in the gap.
Reference numeral 9 denotes a differential amplifier that outputs a difference between voltages output between the voltage output terminals T 3 and T 4 of the Hall element 8. Reference numeral 10 denotes a sample and hold means, which is a sampling switch 1
While the switch 2 is closed, the output of the differential amplifier 9 is input and held. Numeral 11 denotes a subtraction means, which subtracts the output of the sample and hold means 10 from the output of the differential amplifier 9 and outputs the result.
【0010】次に、以上のように構成された装置の動作
について説明する。電源電圧入力端子P1 ,P2 に入力
された測定すべき電源電圧VL は抵抗器1,2によって
適正な電圧に変換されて第一の電圧−電流変換手段5お
よび第二の電圧−電流変換手段7へ入力される。第二の
電圧−電流変換手段7において入力電圧に比例する電流
に変換された電流はホール素子8の制御電流入力端子T
1 からホール素子8の内部へ流れる。磁性体コア3の第
一の電流コイル4には測定すべき電流IL が流れ、一
方、第二の電流コイル6には第一の電圧−電流変換手段
5から出力された測定すべき電圧VL に比例した電流が
流れるので、磁性体コア3のギャップ間には測定すべき
電流IL に比例した磁界強度Bz (IL )と、測定すべ
き電圧VLに比例した磁界強度Bz (VL )との和の磁
界強度Bz (IL )+Bz (VL )が発生する。したが
って、ホール素子8の電圧出力端子T3 ,T4 には
(2)式で与えられるホール起電力Ey1が発生する。Next, the operation of the apparatus configured as described above will be described. The power supply voltage V L to be measured, which is input to the power supply voltage input terminals P 1 and P 2 , is converted into an appropriate voltage by the resistors 1 and 2, and the first voltage-current conversion means 5 and the second voltage-current It is input to the conversion means 7. The current converted to a current proportional to the input voltage by the second voltage-current conversion means 7 is applied to the control current input terminal T of the Hall element 8.
From 1 flows into the Hall element 8. The current I L to be measured flows through the first current coil 4 of the magnetic core 3, while the voltage V M to be measured output from the first voltage-current conversion means 5 flows through the second current coil 6. since current proportional to L flows, and the magnetic field strength B z which is proportional to the current I L to be measured in the gap of the magnetic core 3 (I L), the magnetic field strength B z in proportion to the voltage V L to be measured (V L ) and the magnetic field intensity B z (I L ) + B z (V L ) are generated. Accordingly, a Hall electromotive force E y1 given by the equation (2) is generated at the voltage output terminals T 3 and T 4 of the Hall element 8.
【0011】[0011]
【数1】 Ey1=Rh (Bz (IL )+Bz (VL ))Jx (VL ) (2)E y1 = R h (B z (I L ) + B z (V L )) J x (V L ) (2)
【0012】ただし、Jx (VL )は第二の電圧−電流
変換手段7の出力電流密度である。磁界強度B
z (VL )が加算されることにより、このように磁界強
度が大きくなるので、ホール係数Rh を一定値とみなす
ことができる。また、第一の電流コイル4に測定すべき
電流IL を流さずに、第二の電流コイル6にのみ測定す
べき電圧に比例した電流を流すと、(3)式で与えられ
るホール起電力Ey2が発生する。Here, J x (V L ) is the output current density of the second voltage-current conversion means 7. Magnetic field strength B
By z (V L) is added, because in this way the magnetic field strength is increased, it can be regarded as the Hall coefficient R h constant. Further, without supplying the current I L to be measured to the first current coil 4, when a current flows in proportion to the voltage to be measured only in the second current coil 6, Hall electromotive force given by expression (3) E y2 occurs.
【0013】[0013]
【数2】 Ey2=Rh Bz (VL )Jx (VL ) (3)E y2 = R h B z (V L ) J x (V L ) (3)
【0014】そこで、サンプリングスイッチ12を閉じ
て(3)式のホール起電力Ey2をサンプルホールド手段
10に保持し、減算手段11によってホール起電力Ey1
からホール起電力Ey2を減ずると、減算手段11の出力
はThen, the sampling switch 12 is closed to hold the Hall electromotive force E y2 of the equation (3) in the sample and hold means 10, and the Hall electromotive force E y1 is subtracted by the subtraction means 11.
When the Hall electromotive force E y2 is subtracted from
【0015】[0015]
【数3】 Ey1−Ey2=Rh Bz (IL )Jx (VL ) (4) で与えられるように、測定すべき電流と測定すべき電圧
の積になる。Equation 3] as given by E y1 -E y2 = R h B z (I L) J x (V L) (4), the product of the voltage to be measured to be measured current.
【0016】したがって、以上のような実施例の構成に
よれば、図2に示したIの領域を避けてIIの領域を使用
することができるので、低磁界強度でのホール素子8の
非線形特性によって生じる誤差を排除した正確な乗算結
果を得ることができる。Therefore, according to the configuration of the embodiment described above, the region II can be used while avoiding the region I shown in FIG. 2, so that the nonlinear characteristic of the Hall element 8 at a low magnetic field strength can be used. An accurate multiplication result excluding the error caused by the above can be obtained.
【0017】[0017]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、磁
界強度が小さいときのホール起電力特性が非線形な箇所
を避けて使用するので、測定すべき電流の大きさに影響
されずに正確な電流と電圧の積を求めることができる。As described above, according to the present invention, since the Hall electromotive force characteristic when the magnetic field strength is small is used while avoiding a non-linear portion, accurate measurement can be performed without being affected by the magnitude of the current to be measured. The product of the current and the voltage can be obtained.
【図1】本発明の一実施例におけるブロック図である。FIG. 1 is a block diagram according to an embodiment of the present invention.
【図2】ホール素子の出力電圧特性図である。FIG. 2 is an output voltage characteristic diagram of a Hall element.
【図3】従来の乗算装置のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a conventional multiplication device.
1,2 抵抗器 3 磁性体コア 4 第一の電流コイル 5 第一の電圧−電流変換手段 6 第二の電流コイル 7 第二の電圧−電流変換手段 8 ホール素子 9 差動増幅部 10 サンプルホールド手段 11 減算手段 1, resistor 3 magnetic core 4 first current coil 5 first voltage-current conversion means 6 second current coil 7 second voltage-current conversion means 8 Hall element 9 differential amplifier 10 sample hold Means 11 Subtraction means
Claims (1)
算する乗算装置において、測定すべき電圧を電流に変換
する電圧−電流変換手段と、測定すべき電流を流す第一
の電流コイルに加えて前記電圧−電流変換手段から出力
された電流を流す第二の電流コイルとを有する磁性体コ
アと、ホール素子の出力電圧のサンプリング値を保持す
るサンプルホールド手段と、ホール素子の出力電圧から
前記サンプルホールド手段が保持する電圧を減ずる減算
手段とを備えたことを特徴とする乗算装置。1. A multiplication device for calculating a product of a current and a voltage by using a Hall element, wherein a voltage-current conversion means for converting a voltage to be measured into a current, and a first current coil for flowing the current to be measured. In addition, a magnetic core having a second current coil through which a current output from the voltage-current conversion means flows, a sample-and-hold means for holding a sampling value of an output voltage of the Hall element, and an output voltage of the Hall element A subtracting means for reducing a voltage held by the sample and hold means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4343001A JP3011560B2 (en) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | Multiplication device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4343001A JP3011560B2 (en) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | Multiplication device |
Publications (2)
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---|---|
JPH06194394A JPH06194394A (en) | 1994-07-15 |
JP3011560B2 true JP3011560B2 (en) | 2000-02-21 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP4343001A Expired - Fee Related JP3011560B2 (en) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | Multiplication device |
Country Status (1)
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- 1992-12-24 JP JP4343001A patent/JP3011560B2/en not_active Expired - Fee Related
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JPH06194394A (en) | 1994-07-15 |
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