1 概述
WB系列電量隔離傳感器/變送器是根據(jù)自動控制和數(shù)據(jù)采集技術(shù)發(fā)展的需要而研制開發(fā)的新一代高性能電量檢測產(chǎn)品。
電量隔離傳感器/變送器可以對電流、電壓、頻率、功率、相角、功率因數(shù)等電參量進(jìn)行高速、高精度的隔離測量和變換，也可以對微弱的電量信號進(jìn)行高速、高精度地隔離放大和傳送，將其變換調(diào)理成符合國際通用標(biāo)準(zhǔn)的電壓、電流、頻率等模擬信號輸出，或?qū)⑵渥儞Q成數(shù)字量、開關(guān)量狀態(tài)輸出等。它即可以和傳統(tǒng)的指針式儀表相接，也適合于與現(xiàn)代的數(shù)字式自控儀表、各種A/D轉(zhuǎn)換器以及計算機(jī)系統(tǒng)直接配接。
WB系列電量隔離傳感器誕生于80年代中期，目前我國已有400多種型號、上千種規(guī)格的系列產(chǎn)品。WB 系列電量隔離傳感器/變送器的體積小、功耗低、頻響寬、精度高，可以解決自動檢測及多路數(shù)據(jù)采集中的隔離、變換、傳送和共地、共電源等關(guān)鍵技術(shù)問題，能有效克服共模干擾，提高系統(tǒng)精度，簡化系統(tǒng)設(shè)計，降低系統(tǒng)成本。WB系列電量隔離傳感器與傳統(tǒng)的電測器具相比，體積縮小了8～15倍，重量減輕了10～30 倍，功耗減小了4～10倍，通頻帶拓展到20kHz，而價格只有同類進(jìn)口產(chǎn)品的1/10～1/3。
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目前中國國內(nèi)生產(chǎn)該類電量隔離傳感器的單位有西南自動化研究所、深圳市峨嵋實業(yè)有限公司(CE系列)等。
2 主要用途
WB系列電量隔離傳感器的主要用途如下：
●取代各種低壓互感器、儀器儀表用互感器和電量變送器;
●高速、高精度的模擬信號隔離采集系統(tǒng);
●要求性能價格比較高的隔離放大器和電量隔離轉(zhuǎn)換器;
●模擬信號的高精度隔離傳輸驅(qū)動和接收;
●壓力、溫度等非電量傳感器的配套變送器;
●各種電信號的調(diào)理變送器;
●電壓、電流信號監(jiān)測用的越限報警傳感器;
●需要進(jìn)行信號變換的特殊環(huán)境等。
3 分類及特點
根據(jù)WB系列電量隔離傳感器/變送器的工作原理，可將其分為光電隔離型、霍爾效應(yīng)型、頻率變換型和電磁隔離型幾大類，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求自由選擇。
3.1 光電隔離型
這一類型的電量隔離傳感器/變送器采用光電隔離放大和線性補(bǔ)償原理，它的特點是頻響寬、精度高、響應(yīng)快。適用于對精度和速度都有較高要求的場合，也可以用作寬頻帶隔離放大器。
3.2 霍爾效應(yīng)型
該類型的電量隔離傳感器/變送器采用霍爾效應(yīng)原理進(jìn)行電-磁-電隔離轉(zhuǎn)換方式來感應(yīng)測量大電流。其特點功耗低、耐沖擊、過載能力強(qiáng)、可靠性高，特別適合于交、直流輸入的大電流測量方面的應(yīng)用。
3.3 頻率變換型
這一類型的隔離傳感器/變送器采用的是頻率調(diào)制、光電隔離原理，該類型的主要特點是精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、適用于直流電量的隔離測量和信號的遠(yuǎn)距離傳輸，可以直接與壓力、溫度等非電量傳感器相匹配，可用做高精度隔離放大器或配套變送器。
3.4 電磁隔離型
該類型的傳感器/變送器采用電磁隔離原理，其特點是精度高、可靠性好、功耗低(典型功耗值為30mW)、漂移小、穩(wěn)定性好，特別適合于工頻率至中頻電流、電壓、功率等參數(shù)的測量，或用來作無源交流采樣器。
3.5 智能變送器
智能變送器一般采用專用IC芯片、MCU技術(shù)、高精度數(shù)字變換技術(shù)和特殊專用軟件算法來實現(xiàn)電參量的真有效值隔離測量。其特點是精度高、穩(wěn)定性好，適用于在復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行電參量的精確測量，智能變送器一般不受諧波成分的影響，因而抗干擾能力較強(qiáng)。
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4 選型方法
WB系列電量隔離傳感器/變送器的品種較齊、型號多，同一輸入類型的產(chǎn)品有多種輸出組合，即使輸入、輸出類型都相同的傳感器/變送器，由于工作原理不同，其結(jié)構(gòu)形式也不盡相同，因而可能有幾個供選擇型號，其性能也各有異同。怎樣才能選出滿意的型號呢?
首先要確認(rèn)被測電量的類型，是電流、電壓、頻率還是功率?是交流、直流、脈沖直流還是交、直流混合信號?交流電量是普通正弦波還是畸變嚴(yán)重的復(fù)雜波形?只有將“輸入類型”確定后，才能從諸多產(chǎn)品型號中，準(zhǔn)確地選用最適宜的一種。
其次是根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的需求確定輸出類型。WB系列電量傳感器不僅可提供常規(guī)變送器所具有的直流電壓輸出(Vz)和直流電流輸出(Iz),而且還能提供獨具特色的跟蹤電壓輸出(VG)、跟蹤電流輸出(IG)、頻率輸出(FK)和開關(guān)量界限狀態(tài)輸出(TK、RK)等。直流電壓輸出(Vz)是目前最受歡迎的輸出方式之一，適當(dāng)選擇輸出的標(biāo)稱值可以直接與各種A/D轉(zhuǎn)換器直接配接，也可直接與數(shù)字面板表或其它指示儀器相接。跟蹤電壓輸出(VG)和跟蹤電流輸出(IG)方式的精度較高、響應(yīng)快(Us級)，適合于交流實時采樣系統(tǒng)和峰值采校系統(tǒng)。 頻率輸出(Fk)適合于用在模擬信號的高精度遠(yuǎn)距離傳輸系統(tǒng)中，還可以省去A/D轉(zhuǎn)換器，直接與數(shù)字電路或計算機(jī)接口連接。
電流輸出(Iz、IG)方式能夠克服信號因長距離傳輸中的線路損耗而造成的測量誤差，4～20mA的Iz輸出還能對輸出回路的開路狀態(tài)給出指示。WB系列產(chǎn)品的電流輸出均可以接共地負(fù)載，符合國際通用標(biāo)準(zhǔn)。
開關(guān)量狀態(tài)輸出(Tk、Rk)是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閥值自動給出越限報警信號。可直接用于接通顯示或執(zhí)行控制動作。
了解了這些輸出形式的特點后，再結(jié)合其他參數(shù)(如精度等級、負(fù)載能力、響應(yīng)時間、外形結(jié)構(gòu)等)的要求，在綜合權(quán)衡之后再確定所需要的傳感器型號。傳感型號確定后，須進(jìn)一步確定傳感器的輸入/輸出規(guī)格。輸入規(guī)格可以在廠方產(chǎn)品型號中的“輸入標(biāo)稱值”一欄給出的系列值中選取，也可以在輸入下限值與上限值之間自主確定。輸出規(guī)格可以選擇“輸出標(biāo)稱值”一欄中給出的標(biāo)稱值，也可以根據(jù)需要自主確定。
5 接線方法示例
所有電流輸出型(Iz、I`z)傳感器/變磅器的輸出均為共地電流源，其接線原理如圖3(a)所示。
二線制電流輸出型(Iz)傳感器/變送器的接線原理如圖3(b)所示。
頻率輸出型(Fk、F`k)傳感器/變送器的輸出級為集有電極開路門(NPN管)結(jié)構(gòu)，使用須外接電阻RL，接線方法如圖3(c)所示。
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I414aD1型變送器的輸出端第4腳是輸出基準(zhǔn)設(shè)定端，在Ix=0條件下，調(diào)節(jié)2kΩ電位器可使6腳的Iz輸出為4mA，其接線原理如3(d)所示。
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6 術(shù)語定義和符號說明
6.1 術(shù)語定義
為了便于用戶了解產(chǎn)的有關(guān)術(shù)語，現(xiàn)對有些術(shù)語說明如下：
●精度等級(準(zhǔn)確度等)是指傳感器的準(zhǔn)確度，由基本誤差極限和由影響量(如溫濕度變化、電源波動、頻率改變等)引起的改變量極限確定。例如，0.1級傳感在線性測量范圍內(nèi)的基本誤差不超過輸出標(biāo)稱值的0.1%。
●輸入頻響是指輸入為標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號時，傳感器的通頻帶。
●響應(yīng)時間是指在輸入端施加一個0～標(biāo)稱輸入值的正階躍信號(對于交流斷續(xù)的標(biāo)稱輸入值)輸出0上升到90%標(biāo)稱值所需要的時間。
●負(fù)載能力表示傳感器在保持規(guī)定的準(zhǔn)確度的條件下，其輸出端所能承受的負(fù)載量的大小。對于電壓輸出型(VG、Vz)傳感器，負(fù)載能力用其輸出端所能提供的最大電流(mA)來表示;對于電流源輸出型(IG、Iz)隔離傳感器，則用其輸出回路所允許的最高電壓(V)來表示。對于開路門頻率輸出型(Fk)傳感器，其負(fù)載能力用開路門導(dǎo)通時允許灌入的最大電流(mA)來表示。
●脈動直流是指整流而未濾波或紋波含量>10%的直流信號。
6.2 符號定義
下面是WB系列電量隔離傳感器/變送器的有關(guān)符號的定義：
Vx：被測電壓;
Ix：被測電流;
Fx：被測頻率;
VG：輸出電壓的波形和有效值，跟蹤輸入信號的變化而輸出電壓，亦稱為跟蹤型電壓輸出;
Vz：電壓絕對值變換，表示按有效值定標(biāo)的直流電壓輸出;
V`z：電壓真有效值變換，直流電壓輸出;
IG：輸出電流源的電流波形和有效值，跟蹤輸入信號的變化，亦稱為跟蹤型電流源輸出;
Iz：電流絕對值變換，表示按有效值定標(biāo)的直流電路源輸出;
I`z：電流真有效值變換，為直流電流源輸出;
Fk：頻率絕對值變換，為按有效值定標(biāo)的開路門頻率輸出;
F`k：頻率真有效值變換，為開路門頻率輸出;
GND：傳感器輸出信號和輔助電源公共地;
Tk：集電極開路門輸出;
Rk：繼電器觸點輸出。