傳感器在智能儀表中工業(yè)中的應(yīng)用

蘭紹英

摘 ?要：隨著工業(yè)儀表的發(fā)展和應(yīng)用，儀表逐步的智能化，作為儀表中重要組成部分的傳感器，在監(jiān)測(cè)和測(cè)量工業(yè)能源消耗方面發(fā)揮重要作用。智能儀表系統(tǒng)通常實(shí)現(xiàn)非接觸式變壓器電流傳感器，用于今天的儀表的設(shè)計(jì)中。固體電流感應(yīng)技術(shù)以及分裂核心傳感器正進(jìn)展迅猛，一些較新的分裂式電流互感器更輕，為具有成本效益和更準(zhǔn)確的傳感器開辟道路。文章簡(jiǎn)要介紹了Rogowski線圈電流傳感技術(shù)在工業(yè)智能儀表中的應(yīng)用。介紹了多功能Rogowski線圈技術(shù)以及Rogowski的特征應(yīng)用在產(chǎn)品中優(yōu)點(diǎn)和局限性，電流傳感器和ZigBee通信技術(shù)應(yīng)用在儀表中。

關(guān)鍵詞：Rogowski線圈;電流檢測(cè)變壓器;光纖電流傳感器;智能儀表

中圖分類號(hào)：TP216 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）13-0161-02

Abstract： With the development and application of industrial instruments， the instruments are gradually intelligent. As an important part of the instruments， sensors play an important role in monitoring and measuring industrial energy consumption. Intelligent instrument system usually realizes contactless transformer current sensor， which is used in the design of today's instrument. Solid-state current sensing technology and split core sensors are making rapid progress， and some newer split current transformers are lighter， opening the way for cost-effective and more accurate sensors. This paper briefly introduces the application of Rogowski coil current sensing technology in industrial intelligent instruments. This paper introduces the advantages and limitations of multifunctional Rogowski coil technology and the characteristic application of Rogowski in the product， and the application of current sensor and ZigBee communication technology in the instrument.

Keywords： Rogowski coil; current detection transformer; optical fiber current sensor; intelligent instrument

1 傳感器技術(shù)的比較

電流傳感器具有基于各種電場(chǎng)中的應(yīng)用的不同類型。在本文中，我們研究了以下類型的電流傳感器。光纖電流傳感器利用光源的光從傳輸光纖傳輸?shù)焦鈱W(xué)盒，用偏振器產(chǎn)生線性偏振光在盒子里，光線射入傳感光纖。C.光纖電流傳感器和常規(guī)Ct如前所述，光纖電流傳感器有一些可行的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)的Ct相比較。比較方案如表1所示。精確的電流檢測(cè)對(duì)電能計(jì)量應(yīng)用至關(guān)重要。有幾種技術(shù)可供使用電流檢測(cè)包括-低電阻電流分流器，帶非晶金屬芯的電流互感器，霍爾效果裝置和Rogowski線圈，因此我們采用了Rogowski線圈。

表2總結(jié)了最流行的傳感技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。這些技術(shù)可以在幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)上提供良好的結(jié)果，沒有一個(gè)比電流更有效利用Rogowski線圈原理的傳感器。具有極高的測(cè)量精度工作電流范圍和低成本[2]。

基于Rogowski線圈原理的脈沖電流傳感器是沒有磁芯的空氣線圈裝置。這是特別的采用返回線設(shè)計(jì)，可抵消任何外部磁場(chǎng)的影響。電流傳感器包括法拉第屏蔽，以防止外部電場(chǎng)和阻止電容耦合的影響高壓母線對(duì)線圈繞組輸出信號(hào)。電流傳感器的輸出是電壓與通過傳感器的AC電流的導(dǎo)數(shù)（di/dt）成比例。電流傳感器α電壓的描述可以如公式（1）所述

必須先對(duì)電流傳感器輸出電壓信號(hào)進(jìn)行積分，然后再將其與初級(jí)電壓相乘發(fā)展權(quán)力閱讀。因此，電流傳感器不能直接替換Ct，必須與之配對(duì)內(nèi)置集成器的IC。電流傳感器可以直接連接到電能計(jì)量IC電流輸入A/D轉(zhuǎn)換器，無(wú)額外負(fù)載電阻。脈沖電流傳感器的輸出是設(shè)計(jì)為非常線性，符合0.2%的要求。電流傳感器的線性度是數(shù)據(jù)點(diǎn)與斜率線的百分比最大偏差。電流傳感器斜率的可重復(fù)性是將該產(chǎn)品與Ct和分流器分開的另一個(gè)特征。所有儀表在制造過程中進(jìn)行校準(zhǔn)過程是正常的。具有出色的線性度和有限的單位到單位變化，具有計(jì)量IC的電流傳感器所需的校準(zhǔn)時(shí)間將是最小的。在電流傳感器次級(jí)繞組和通過它的匯流條之間存在非常小的電容。典型的功率計(jì)Ct是圍繞由特殊非晶金屬芯制成的環(huán)形設(shè)計(jì)的。不幸的是，非晶金屬芯具有飽和磁通密度限制。要感應(yīng)200安培的高電流，核心橫截面積必須非常大，以防止磁芯飽和，使Ct尺寸變大。Ct還可以具有剩余磁場(chǎng)，其將在輸出中產(chǎn)生DC偏置偏移。脈沖電流傳感器沒有磁芯，基本上沒有飽和磁通密度限制或殘余偏移。它可以保持小尺寸，并在準(zhǔn)確測(cè)量電流的同時(shí)制成新的形狀。

2 智能儀表設(shè)計(jì)

智能儀表利用非接觸感應(yīng)磁場(chǎng)原理，圖1描繪智能儀表一個(gè)應(yīng)用程序使用Rogowski線圈，基于Rogowski的電流傳感器的特性以下規(guī)格基于對(duì)商業(yè)上可獲得的Rogowski電流的調(diào)查測(cè)量產(chǎn)品。

線性電流范圍Rogowski線圈具有極其廣泛的測(cè)量范圍。工業(yè)上上可獲得的Rogowski電流探頭可從30A滿量程到超過100kA滿量程。a的最大電流范圍Rogowski測(cè)量頭受測(cè)量電流的頻率和幅度的影響。該積分器電子設(shè)備也將對(duì)集成信號(hào)的幅度施加限制。電流線性市售的基于Rogowski的電流探頭的線性通常包括電流的影響測(cè)量頭和范圍從讀數(shù)的+0.2%到滿量程的+0.5%。測(cè)量頭的非線性是由傳感器頭的電抗決定。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

測(cè)試一些Rogowski線圈有表明可以實(shí)現(xiàn)1mS的響應(yīng)時(shí)間。Rogowski線圈的響應(yīng)時(shí)間將由傳感器頭的電抗。帶寬基于Rogowski的電流探頭可提供1kHz至1.5MHz的帶寬，具有顯著的帶寬中高頻產(chǎn)品之間的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。最大電壓和電流與電流互感器一樣，Rogowsk線圈在被測(cè)導(dǎo)體之間提供電流隔離測(cè)量?jī)x器。大多數(shù)工業(yè)Rogowski線圈的典型工作電壓范圍從60V到1000V，專用線圈的范圍超過5kV。工業(yè)的Rogowski電流探頭可提供30A至30的滿量程電流范圍超過100kA。智能電表通過ZigBee的當(dāng)前傳感器智能儀表記錄實(shí)時(shí)能耗并至少每天報(bào)告，增加粒度儀表間隔數(shù)據(jù)。這使得產(chǎn)品能夠更好地監(jiān)控工業(yè)電力數(shù)據(jù)，智能傳感器和集成電流傳感器儀表提供非侵入式，可靠，高精度和低成本的測(cè)量功率方式。

4 傳感器與ZigBee板集成分析與應(yīng)用

智能電能表上的電流傳感器參考圖1，它已經(jīng)開發(fā)出一系列完全集成的霍爾效應(yīng)電流傳感器IC和Hall-影響線性IC，提供與所施加的電壓成比例的高精度，低噪聲輸出電壓信號(hào)交流或直流電流。這些電流傳感器IC在許多應(yīng)用中都是大批量生產(chǎn)，包括汽車HEV逆變器和電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)，以及工業(yè)和消費(fèi)者逆變器。各種線性位置傳感器IC已經(jīng)提供滿足廣泛的汽車，工業(yè)和工業(yè)消費(fèi)者位置傳感器應(yīng)用需求根據(jù)圖1，霍爾效應(yīng)線性位置傳感器IC實(shí)現(xiàn)磁鐵或黑色物體的高精度非接觸式傳感。智能電表使用低成本電阻分流器和可選的傳感器接口。這些計(jì)量解決方案消除了對(duì)昂貴，龐大的電流互感器的需求。這反過來(lái)又降低了成本，因此減少了套管尺寸要求。圖1顯示了智能電表中分流器和溫度傳感器的使用。電流傳感器和ZigBee通信智能電網(wǎng)的主要問題之一是基于信息和通信技術(shù)（ICT）的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)。電流傳感器與無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)集成，因?yàn)樗梢詿o(wú)縫監(jiān)控和控制設(shè)備。像ZigBee這樣的技術(shù)使家庭能源控制器能夠?qū)崿F(xiàn)管理和監(jiān)控客戶的能源消耗，包括實(shí)時(shí)定價(jià)和需求響應(yīng)[3]。Zigbee也很廣泛建議用于智能電表和個(gè)人家用電器之間的通信或稱為家庭區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（HAN）。

5 結(jié)束語(yǔ)

在傳統(tǒng)的儀表的分芯電流互感器存在一些缺點(diǎn)，這些變壓器要么實(shí)現(xiàn)昂貴的材料（例如，F(xiàn)eNi），或通常提供差的性能具有顯著改善的磁導(dǎo)率的新型鐵氧體。Rogowski線圈技術(shù)也取得了很好的進(jìn)展小型，輕便，靈活的傳感器，適用于大電流。但是，它們需要一些信號(hào)適應(yīng)和校準(zhǔn)，充分利用其特點(diǎn)在設(shè)計(jì)中的主要改進(jìn)并且制造工藝使它們能夠降低成本和對(duì)線圈的靈敏度，使得智能儀表更精密。

參考文獻(xiàn)：

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[3]吳志敏.智能儀表在工業(yè)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用研究[J].電子制作，2017（14）：37-38.