傳感器在智能儀表中工業中的應用
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摘 要：隨著工業儀表的發展和應用，儀表逐步的智能化，作為儀表中重要組成部分的傳感器，在監測和測量工業能源消耗方面發揮重要作用。智能儀表系統通常實現非接觸式變壓器電流傳感器，用于今天的儀表的設計中。固體電流感應技術以及分裂核心傳感器正進展迅猛，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確的傳感器開辟道路。文章簡要介紹了Rogowski線圈電流傳感技術在工業智能儀表中的應用。介紹了多功能Rogowski線圈技術以及Rogowski的特征應用在產品中優點和局限性，電流傳感器和ZigBee通信技術應用在儀表中。
關鍵詞：Rogowski線圈;電流檢測變壓器;光纖電流傳感器;智能儀表
中圖分類號：TP216 文獻標志碼：A 文章編號：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 傳感器技術的比較
電流傳感器具有基于各種電場中的應用的不同類型。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到光學盒，用偏振器產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Ct如前所述，光纖電流傳感器有一些可行的優點與傳統的Ct相比較。比較方案如表1所示。精確的電流檢測對電能計量應用至關重要。有幾種技術可供使用電流檢測包括-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總結了最流行的傳感技術的優點和缺點。這些技術可以在幾個關鍵參數上提供良好的結果，沒有一個比電流更有效利用Rogowski線圈原理的傳感器。具有極高的測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計，可抵消任何外部磁場的影響。電流傳感器包括法拉第屏蔽，以防止外部電場和阻止電容耦合的影響高壓母線對線圈繞組輸出信號。電流傳感器的輸出是電壓與通過傳感器的AC電流的導數（di/dt）成比例。電流傳感器α電壓的描述可以如公式（1）所述
必須先對電流傳感器輸出電壓信號進行積分，然后再將其與初級電壓相乘發展權力閱讀。因此，電流傳感器不能直接替換Ct，必須與之配對內置集成器的IC。電流傳感器可以直接連接到電能計量IC電流輸入A/D轉換器，無額外負載電阻。脈沖電流傳感器的輸出是設計為非常線性，符合0.2%的要求。電流傳感器的線性度是數據點與斜率線的百分比最大偏差。電流傳感器斜率的可重復性是將該產品與Ct和分流器分開的另一個特征。所有儀表在制造過程中進行校準過程是正常的。具有出色的線性度和有限的單位到單位變化，具有計量IC的電流傳感器所需的校準時間將是最小的。在電流傳感器次級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Ct是圍繞由特殊非晶金屬芯制成的環形設計的。不幸的是，非晶金屬芯具有飽和磁通密度限制。要感應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，其將在輸出中產生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，并在準確測量電流的同時制成新的形狀。 2 智能儀表設計
智能儀表利用非接觸感應磁場原理，圖1描繪智能儀表一個應用程序使用Rogowski線圈，基于Rogowski的電流傳感器的特性以下規格基于對商業上可獲得的Rogowski電流的調查測量產品。
線性電流范圍Rogowski線圈具有極其廣泛的測量范圍。工業上上可獲得的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測量頭受測量電流的頻率和幅度的影響。該積分器電子設備也將對集成信號的幅度施加限制。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量頭和范圍從讀數的+0.2%到滿量程的+0.5%。測量頭的非線性是由傳感器頭的電抗決定。
3 實驗結果與分析
測試一些Rogowski線圈有表明可以實現1mS的響應時間。Rogowski線圈的響應時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品之間的價格優勢。最大電壓和電流與電流互感器一樣，Rogowsk線圈在被測導體之間提供電流隔離測量儀器。大多數工業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的當前傳感器智能儀表記錄實時能耗并至少每天報告，增加粒度儀表間隔數據。這使得產品能夠更好地監控工業電力數據，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量功率方式。
4 傳感器與ZigBee板集成分析與應用
智能電能表上的電流傳感器參考圖1，它已經開發出一系列完全集成的霍爾效應電流傳感器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交流或直流電流。這些電流傳感器IC在許多應用中都是大批量生產，包括汽車HEV逆變器和電子動力轉向（EPS）系統，以及工業和消費者逆變器。各種線性位置傳感器IC已經提供滿足廣泛的汽車，工業和工業消費者位置傳感器應用需求根據圖1，霍爾效應線性位置傳感器IC實現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。這些計量解決方案消除了對昂貴，龐大的電流互感器的需求。這反過來又降低了成本，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通信智能電網的主要問題之一是基于信息和通信技術（ICT）的數據通訊網絡。電流傳感器與無線通信網絡集成，因為它可以無縫監控和控制設備。像ZigBee這樣的技術使家庭能源控制器能夠實現管理和監控客戶的能源消耗，包括實時定價和需求響應[3]。Zigbee也很廣泛建議用于智能電表和個人家用電器之間的通信或稱為家庭區域網絡（HAN）。
5 結束語
在傳統的儀表的分芯電流互感器存在一些缺點，這些變壓器要么實現昂貴的材料（例如，FeNi），或通常提供差的性能具有顯著改善的磁導率的新型鐵氧體。Rogowski線圈技術也取得了很好的進展小型，輕便，靈活的傳感器，適用于大電流。但是，它們需要一些信號適應和校準，充分利用其特點在設計中的主要改進并且制造工藝使它們能夠降低成本和對線圈的靈敏度，使得智能儀表更精密。
參考文獻：
[1]蘇美佳.智能自動化儀表在燃氣流量中的測量[J].數字技術與應用，2014，06：115.
[2]王耀德.淺談智能儀表在工業自動化控制中的應用[J].民營科技，2015（04）：1.
[3]吳志敏.智能儀表在工業自動化控制中的應用研究[J].電子制作，2017（14）：37-38.
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