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德國P+F倍加福電量傳感器
電量傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測電量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。也是一種將被測電量參數(shù)（如電流，電壓，功率，頻率，功率因數(shù)等信號）轉(zhuǎn)換成直流電流、直流電壓并隔離輸出模擬信號或數(shù)字信號的裝置。產(chǎn)品符合國標(biāo)GB/T13850-1998。注：真有效值電壓電流變送器用于測量電網(wǎng)中波形畸變較嚴(yán)重的電壓或電流信號，也可以測量方波，三角波等非正弦波形。
當(dāng)電量傳感器輸出信息滿足某種標(biāo)準(zhǔn)要求時，也稱電量變送器。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)控制或檢測(監(jiān)測)系統(tǒng)對電量隔離傳感器的要求也越來越高，特別是在產(chǎn)品的穩(wěn)定性、檢測精度和功能方面。由于數(shù)字化產(chǎn)品不論其性能還是功能，如非線性校正和小信號處理方面，模擬產(chǎn)品是不可比擬的。因此，電量傳感器的數(shù)字化是一種必然趨勢。具有傳感檢測、傳感采樣、傳感保護(hù)的電源技術(shù)漸成趨勢，檢測電流或電壓的傳感器便應(yīng)運(yùn)而生并在我國開始受到廣大電源設(shè)計(jì)者的青睞。
依據(jù)輸入信號特點(diǎn)，可以分為：
zui常見的是分流器、電阻分壓器等；
交流電量傳感器（一般適用于工頻正弦波測量）
zui常見的是電磁式電壓互感器、電容式電壓互感器、電磁式電流互感器等；
變頻電量傳感器（適用于各種頻率及波形的交流電量測量）
如霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器、羅氏線圈及變頻功率傳感器等。工頻電量是變頻電量的一種特例，因此，變頻電量傳感器通?？梢宰鳛楣ゎl交流電量傳感器使用，此外，除了羅氏線圈不能用于直流測量之外，其它幾種傳感器還可作為直流電量傳感器使用。
由于數(shù)字式電量傳感器可以直接輸出數(shù)字量，對于許多應(yīng)用系統(tǒng)可以省去A/D采集模塊，可以減輕系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。并且，相對模擬量而言，數(shù)字信號的抗干擾能力較強(qiáng)，尤其是數(shù)字信號可以方便的采用光纖傳輸，可以*避免傳輸環(huán)節(jié)的損耗和干擾，為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電磁環(huán)境下高精度測量提供了科學(xué)的保障。
由于電量傳感器產(chǎn)品種類較多，本文僅介紹了一種交流信號電量傳感器數(shù)字化技術(shù)。電量傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的方法較多，目前zui普遍的是采用單片機(jī)、DSP、FPGA等微處理器技術(shù)，因?yàn)樗膽?yīng)用很靈活，可以實(shí)現(xiàn)各種不同功能。隨著集成電路不斷發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了許多的芯片，如電度表產(chǎn)品，已有許多芯片可選，有數(shù)字接口也有脈沖輸出等。德國P+F倍加福電量傳感器
一 計(jì)量器具
1 傳感器 ARCM-NTC傳感器ARCM-NTC 直接作用于被測量，并能按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為同種或別種量值輸出的器件。
2 變送器 P/Q組合變送器BD-3P/Q/Ⅰ 輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號的傳感器。
3 檢測器 用于指示某種特定量的存在而不必提供量值的器件或物質(zhì)。
4 電量隔離傳感器 在被測電量與輸出信號之間，采用非電媒體進(jìn)行隔離，把被測電量轉(zhuǎn)換成規(guī)定電信號的傳感器。
二 測量
1 被測量 受到測量的量。
2 影響量 不是被測對象但卻影響被測量值或計(jì)量器具示值的量。 如：測量交流電壓時的頻率。 三 計(jì)量器具特性
1 準(zhǔn)確度 計(jì)量器具給出接近于被測量真值的示值的能力。
2 準(zhǔn)確度等級 (符合一定的計(jì)量要求，使其誤差保持在規(guī)定極限以內(nèi)的)計(jì)量器具的等級或級別。
3 量程 測量范圍的上下限之差的模。 |上限值-下限值|
4 標(biāo)準(zhǔn)工作條件(參比工作條件) 為進(jìn)行性能試驗(yàn)或?yàn)楸ＷC測量結(jié)果能有效地相互比對 而規(guī)定的計(jì)量器具的使用條件。 如：參比溫度范圍15℃～35℃
5 額定工作條件 為了使計(jì)量器具規(guī)定的計(jì)量特性處于給定的極限之內(nèi) 而規(guī)定的正常使用條件。 如：額定溫度范圍0℃～50℃
6 極限工作條件 為了使計(jì)量器具不致造成損壞或計(jì)量特性*性降低而規(guī)定的條件。 如：極限溫度范圍-10℃～+70℃
7 標(biāo)稱值 標(biāo)注在器具上用以標(biāo)明其特性或指導(dǎo)使用的值。 如：標(biāo)注在電阻上的電阻值，砝碼值，傳感器標(biāo)簽上的輸出值。
8 額定輸入值 為了使計(jì)量器具規(guī)定的計(jì)量特性處于給定的極限之內(nèi) 而規(guī)定的計(jì)量器具的輸入值或輸入范圍。
四 測量誤差
1 誤差 測量結(jié)果與被測量的真值(預(yù)期值、理想值)之差。
2 相對誤差 測量的誤差與被測量的真值之比。
3 誤差的值 不考慮正負(fù)號的誤差值。
五 計(jì)量器具的誤差
1 基本誤差(固有誤差) 計(jì)量器具在標(biāo)準(zhǔn)條件下所具有的誤差。 如：線性誤差、紋波、響應(yīng)時間、回程誤差等。
2 附加誤差(影響量誤差) 計(jì)量器具在非標(biāo)準(zhǔn)條件下所具有的誤差。 如：溫度影響、濕度影響、輔助電源影響、被測量頻率影響、被測量電壓影響、 被測量功率因數(shù)影響等原因產(chǎn)生的誤差。 3 引用誤差 計(jì)量器具的誤差與其量程之比。
4 線性誤差 標(biāo)準(zhǔn)曲線與規(guī)定直線之間的zui大偏差。
5 回程誤差 在相同條件下，被測量值不變，計(jì)量器具行程方向不同其示值之差的值。
6 量化誤差 被測量的實(shí)際階梯特性與理想特性的偏差。
由于電量隔離傳感器產(chǎn)品的被檢測對像主要是電流和電壓信號，所以下面主要介紹常見電流和電壓信號的檢測原理。
1 工頻交流信號檢測原理
工頻交流信號又分為工頻交流電壓和工頻電流信號。,圖1為工頻交流電流信號的檢測原理框圖，圖2為工頻交流電壓信號的檢測原理框圖，由CT和PT對信號進(jìn)行隔離，電流為穿孔輸入方式，電壓為端子接線輸入方式。
其中，CT為電流互感器，PT為電壓互感器，CT輸出一般為5A、PT輸出一般為100V，經(jīng)整流放大等調(diào)理電路之后，輸出一般為0~5V或4~20mA。
2、
電量隔離傳感器
電量隔離傳感器
直流信號檢測原理
直流信號分為直流電壓和直流電流，直流電流一般是通過電阻取樣，直流電壓一般用電阻降壓處理。由一個隔離電源向前置放大器供電。
由上述原理框圖可以看出，不論是交流信號還是直流信號，輸入輸出都是*隔離的，一般，現(xiàn)場輸入信號都是大電流或高電壓，這樣電量隔離傳感器就可以把現(xiàn)場信號與低壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)*隔離，避免系統(tǒng)受到強(qiáng)信號的干擾，從而提高系統(tǒng)的可靠性。
3、變頻電量隔離傳感器
考慮到變頻電量測量現(xiàn)場電磁環(huán)境較復(fù)雜，適宜采用數(shù)字量輸出傳感器。數(shù)字量傳輸采用光纖傳輸，一方面可以避免傳輸過程受電磁干擾的影響，另一方面又可在一次與二次回路之間建立電氣隔離。
變頻電量隔離傳感器習(xí)慣稱為變頻電量傳感器或變頻電量變送器，對于數(shù)字量輸出的變頻電量傳感器，一般分為變頻電壓傳感器、變頻電流傳感器和變頻功率傳感器。
通過對變頻電量傳感器輸出的高速采樣的數(shù)字量進(jìn)行分析、運(yùn)算，可獲取被測變頻電量的基波有效值、真有效值、諧波、基波功率、有功功率等參數(shù)。
電量隔離傳感器數(shù)字化技術(shù)
交流信號數(shù)字式電量隔離傳感器一般由電壓/電流傳感器、信號調(diào)理、隔離放大、AD采樣、微處理器、通訊接口等部分組成。
電壓、電流傳感器依據(jù)測量信號特點(diǎn)可以是電壓互感器、電流互感器、霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器、羅氏線圈等等；
微處理器是產(chǎn)品數(shù)字化的核心部分，一般都選用帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)，如PIC16C74、MSP430或ADCUC812等，因此，電路可以很簡單。如果選ADUC812單片機(jī)，則可以直接輸出0~5V電壓信號，因?yàn)槠鋬?nèi)部包含有兩個12位的D/A轉(zhuǎn)換器；
通訊接口部分是數(shù)字信號輸出的變換電路，廣泛采用的是RS-485總線接口，zui常用的接口芯片為ADM483，它可以zui多掛接32個節(jié)點(diǎn)，當(dāng)然也有許多其它類似芯片。RS-232接口一般有兩種方式實(shí)現(xiàn)，一種就是在RS-485網(wǎng)絡(luò)總線上加一個RS-485/RS-232轉(zhuǎn)換器，另一種就是，直接把RS-232接口芯片放在產(chǎn)品中，后一種的缺點(diǎn)就是產(chǎn)品的應(yīng)用將受到限制，不能組成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，只能點(diǎn)對點(diǎn)通訊。CAN-BUS是發(fā)展較快的一個總線，其優(yōu)點(diǎn)是傳輸距離遠(yuǎn)，可以達(dá)到10km，不會出現(xiàn)總線沖突，多主工作方式，通訊協(xié)議通用性好，當(dāng)然其成本較高。采用光纖傳輸?shù)耐ㄓ嵔涌诰哂休^強(qiáng)的電磁兼容能力，適用復(fù)雜電磁環(huán)境下的高精度測量。
軟件主要包含三個功能模塊，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和通訊協(xié)議。其中數(shù)據(jù)采集主要就是讀取A/D的轉(zhuǎn)換結(jié)果，由于單片機(jī)自帶A/D，因此程序比較簡單；
數(shù)據(jù)處理主要完成交流變直流的運(yùn)算，由于單片機(jī)的運(yùn)算速度有限，因此我們采用頻率跟蹤法，來完成變換的計(jì)算；
通訊協(xié)議一般由用戶選定，如MODBUS協(xié)議，ASCII格式等。
電量隔離傳感器的趨勢
由于數(shù)字式電量隔離傳感器可以直接輸出數(shù)字量，對于許多應(yīng)用系統(tǒng)可以省去A/D采集模塊，所以，可以降低系統(tǒng)成本。因此，電量隔離傳感器的數(shù)字化，不僅提高產(chǎn)品穩(wěn)定性，還可以使用戶進(jìn)一步降低成本。
由于電量隔離傳感器產(chǎn)品種類較多，本文僅介紹了一種交流信號電量隔離傳感器數(shù)字化技術(shù)。電量隔離傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的方法較多，目前zui普遍的是采用單片機(jī)技術(shù)，因?yàn)樗膽?yīng)用很靈活，可以實(shí)現(xiàn)各種不同功能。隨著集成電路不斷發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了許多的芯片，如電度表產(chǎn)品，已有許多芯片可選，有數(shù)字接口也有脈沖輸出等。
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