图1 带有频率补偿的90°锁相移相电路

　　从图1中可以看出，输入电压经TV变换后的uio进入低通滤波器，去除2次以上谐波及干扰信号后分成3路信号，3路信号送入锁相式90°电子移相器，产生一个与输入信号Ui幅度相等、相位差90°的移相信号并且分成2路，一路输入到乘法器的电压端（图中未标出乘法器），用作乘法器调宽信号；另一路输入到检相器的输入端。低通滤波器输出的第二路信号也送到检相器的另一输入端进行检相比较，并与参考电压比较后形成差分电压作为90°移相电路微调压控电阻的控制电压，使90°移相准确恒定。低通滤波器的第三路输出经F/V电路送到90°移相电路增益微调压控电路（即压控变阻器）的输入端来调节增益微调，使移相电路增益维持恒定。由此获得的移相电路其单位增益和90°移相的稳定性优于0.05％。在45～55Hz的频率范围内，其影响量小于0.1％。由此说明，对幅频和相频进行适当补偿后的90°移相电路，在一定频率范围内使频率影响量可降低到允许值之内。
1.2 数字式无功功率测量仪表
　　数字式无功功率测量仪表基于对A/D转换后的采样序列经FFT变换运算和复功率计算方法来实现对无功功率的测量。对于被测信号在时域中采样频率下进行采样得到采样序列，经过FFT变换运算后得到电流、电压序列的变换值

P=0,1,2,3…N-1

图2 新型直流大电流测量仪表工作原理框图

　　当母线通过电流时，在母线周围便产生一个磁场，利用高导磁材料的铁心，并采用磁屏蔽系统的多气隙结构，把霍尔元件安装在铁心的缝隙中，让磁力线垂直通过霍尔元件表面，通过霍尔元件检测气隙中的磁感应强度，从而可把母线周围的磁信号转变成电信号。
　　根据华奥沙伐定律，当母线中电流改变时，铁心缝隙中的磁感应强度也要随电流的变化而变化，这样霍尔元件的输出电压也随之改变。将输入到霍尔电流传感器中的电压信号通过比例放大电路进行放大，使放大后的电压信号恰好等于母线中流过的大电流或与之成倍数关系，然后提供数字显示仪表，这样数字显示电压面板表就能准确地显示母线中的电流值。
3.2 霍尔电流传感器的特点和应用效果
　　霍尔电流传感器与直流互感器相比具有以下特点：①测量精度高。精度可达到0.1级，比老式直流互感器高2～3倍。②温度特性好。由于采用性能好的霍尔元件制成，使传感器的温度系数达到0.05％/℃，可允许环境温度在较大范围内变化。而直流互感器铜线绕组的阻抗会随着温度升高而增大，从而使其精度大大降低，因此其使用温度范围受到限制。③霍尔电流传感器装置与被测量电路完全绝缘，既没有功率损耗，也没有热效应，并在所测量电路中不会引入外界负荷。④量程宽，不存在因电流过大而烧毁传感器的现象。⑤体积小、质量轻。一台同容量的霍尔电流传感器的质量仅是直流互感器质量的5%，而且传感器采用开缝式结构，安装时不用断开母线，使用、维护非常方便。⑥成本低廉。由于霍尔电流传感器不使用任何铜线绕组，从而节省了大量的铜，它的成本仅是直流互感器的1/2左右。⑦节能效果特别显著。霍尔电流传感器几乎不耗能，它只需提供1mA的工作电流。特别是对大量程传感器，节能效果更为显著，它的功耗仅是同量程直流互感器的0.5％左右。
　　目前这种新型直流大电流测量仪表的精度完全能满足当前工业对检测仪表的使用要求。其二次仪表（除传感器外的部分）不仅能用于测量电流，还可以测量功率和磁场等。只要将霍尔电流传感器的工作电流直接由被测母线上分流来提供，那么其输出电压就与母线电流和母线电压的乘积成正比，此时仪表显示出来的就是电网的功率值。
　　若将电流传感器用霍尔探头代替，则该仪表就变成为数字式高斯表。若采用新研制的多功能霍尔元件做探头，就可用1只探头配合2只仪表来完成测量磁场强度和温度等功能，此时该仪表便是一个精度较高、量程较宽的数字式温度计。

4 现场检验用标准交流和直流电流表

　　目前，具有高精度的电测量仪表已有多种产品，只要配上精密钳型电流互感器或霍尔传感器，就能很好地解决当前在线测量交流和直流电流表现场检验准确度偏低的问题。
4.1 便携式标准钳型电流表
　　便携式标准钳型电流表中使用了精密钳型电流互感器，该互感器的技术参数为^［3］：额定变化 5A/5mA；额定伏安数 0.00125VA；工作频率 50Hz（45～65Hz）；比差和角差度 ＜0.1级；测量范围 1%～120%； 绝缘电阻（一次导线对二次绕组及外壳） ≥1000MΩ；工作电源 15V（电池供电时：±9V，容量＞150mAh）；电源功耗 180mW；工作环境温度 －10～40℃；自热时间 5min；尺寸 19cm×5cm×4cm；质量 0.5kg。
　　该钳形电流互感器小电流特性较好，当被测电流在（0.12～15）IN范围内变化时，比差非线性度＜±0.02％；角差非线性为0.6′。工作电源设计成交直流两用，既可用交流供电，也可用充电池供电。如在其输出端接上一有源负荷，就能实现精密交流电流/电压转换，输出电压大小可在0～5V范围内任意调整，载流导线位置相关性变差小，抗干扰能力较强。如将该类夹钳接到高准确度的功率电能表、电流表、相位表，就能在现场对功率因数甚至较低次的谐波进行更准确的现场检测，既安全又可提高工作效率。
　　依据JJG 313—1994《测量用电流互感器国家计量检定规程》、GB 1208—1997《电流互感器》和国家专业标准ZBN 21007—1988《钳型电流表》，制定了升降变差、被测载流导线的位置相关性、钳口开/合变差、短期稳定性、频率特性、电磁干扰试验、温度特性试验、与标准数字功率电能表结合的整体性能测试及与有源负荷构成精密钳型电流/电压转换器的性能测试等项目来考核验证比差、角差的线性。在互感器试验室中，用BL3401型电流比例标准（精度为0.000 5级）和HEG5型互感器校验仪组成的互感器校验装置对ECCT-1型钳型电流互感器进行反复多次的全性能考核，测试结果表明其线性度和变差均优于0.1级电流互感器的技术指标，其小电流特性也很好，电磁干扰及温度影响误差均小于±0.01。该钳型电流互感器经多方面多次测试，表明其整体技术性能均优于0.1级。
4.2 便携式标准直流电流表
　　在使用霍尔传感器的新型直流大电流仪表已达到的精度的基础上，采用最新研制的一体化多功能霍尔元件（温度系数＜0.01％/℃），再利用单片机对整个仪表的非线性因素进行自动补偿和改善后部电路的性能，可以使整个测量仪表的精度达到0.1级以上，因此可以做为计量部门、科研单位标准校验仪表。

5 结论

　　（1） 逐步更换全新原理的无功功率变送器来提高无功功率测量的准确度已是势在必行。带有补偿和相位锁定的无功变送器和数字式变送器是一种较为理想的更新换代产品。
　　（2） 为了提高有效电压的测量分辨率，采用展宽型电压变送器是一种简单而行之有效的方法。它可进一步提高在线运行交流电压测量仪表的准确度。
　　（3） 由霍尔元件电流传感器与数字式电测仪表组成的新型直流大电流测试仪表极大地提高了在线运行的直流电流表的准确度。霍尔电流传感器不仅能测直流，还可测交流；不仅可以测电流，还可测功率、电压和电量。可以预测，采用霍尔传感器作探头的各种仪表将在电测领域中得到广泛应用。
　　（4） 通过技术性能考核和技术验证，精密钳型电流测量仪表和霍尔传感器新型测量仪表整体技术性能均优于0.1级，采用它能够满足现场检验的实际需要。

6 参考文献

［1］ 曹茂升.提高无功功率、电压测量精度的研究. 电测与仪表，1999（12）：11～15.
［2］ 李效君.新型的节能大电流测量仪表.仪器仪表与自动化市场，2001（8）：13～15.
［3］ 裴学元，浦秋棣.ECCT-1精密钳型电流互感器的工作原理及其主要技术性能.全国电力系统综合测量技术学术会议论文集，1999.