传感器在智能仪表中工业中的应用
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摘 要：随着工业仪表的发展和应用，仪表逐步的智能化，作为仪表中重要组成部分的传感器，在监测和测量工业能源消耗方面发挥重要作用。智能仪表系统通常实现非接触式变压器电流传感器，用于今天的仪表的设计中。固体电流感应技术以及分裂核心传感器正进展迅猛，一些较新的分裂式电流互感器更轻，为具有成本效益和更准确的传感器开辟道路。文章简要介绍了Rogowski线圈电流传感技术在工业智能仪表中的应用。介绍了多功能Rogowski线圈技术以及Rogowski的特征应用在产品中优点和局限性，电流传感器和ZigBee通信技术应用在仪表中。
关键词：Rogowski线圈;电流检测变压器;光纤电流传感器;智能仪表
中图分类号：TP216 文献标志码：A 文章编号：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 传感器技术的比较
电流传感器具有基于各种电场中的应用的不同类型。在本文中，我们研究了以下类型的电流传感器。光纤电流传感器利用光源的光从传输光纤传输到光学盒，用偏振器产生线性偏振光在盒子里，光线射入传感光纤。C.光纤电流传感器和常规Ct如前所述，光纤电流传感器有一些可行的优点与传统的Ct相比较。比较方案如表1所示。精确的电流检测对电能计量应用至关重要。有几种技术可供使用电流检测包括-低电阻电流分流器，带非晶金属芯的电流互感器，霍尔效果装置和Rogowski线圈，因此我们采用了Rogowski线圈。
表2总结了最流行的传感技术的优点和缺点。这些技术可以在几个关键参数上提供良好的結果，没有一个比电流更有效利用Rogowski线圈原理的传感器。具有极高的测量精度工作电流范围和低成本[2]。
基于Rogowski线圈原理的脉冲电流传感器是没有磁芯的空气线圈装置。这是特别的采用返回线设计，可抵消任何外部磁场的影响。电流传感器包括法拉第屏蔽，以防止外部电场和阻止电容耦合的影响高压母线对线圈绕组输出信号。电流传感器的输出是电压与通过传感器的AC电流的导数（di/dt）成比例。电流传感器α电压的描述可以如公式（1）所述
必须先对电流传感器输出电压信号进行积分，然后再将其与初级电压相乘发展权力阅读。因此，电流传感器不能直接替换Ct，必须与之配对内置集成器的IC。电流传感器可以直接连接到电能计量IC电流输入A/D转换器，无额外负载电阻。脉冲电流传感器的输出是设计为非常线性，符合0.2%的要求。电流传感器的线性度是数据点与斜率线的百分比最大偏差。电流传感器斜率的可重复性是将该产品与Ct和分流器分开的另一个特征。所有仪表在制造过程中进行校准过程是正常的。具有出色的线性度和有限的单位到单位变化，具有计量IC的电流传感器所需的校准时间将是最小的。在电流传感器次级绕组和通过它的汇流条之间存在非常小的电容。典型的功率计Ct是围绕由特殊非晶金属芯制成的环形设计的。不幸的是，非晶金属芯具有饱和磁通密度限制。要感应200安培的高电流，核心横截面积必须非常大，以防止磁芯饱和，使Ct尺寸变大。Ct还可以具有剩余磁场，其将在输出中产生DC偏置偏移。脉冲电流传感器没有磁芯，基本上没有饱和磁通密度限制或残余偏移。它可以保持小尺寸，并在准确测量电流的同时制成新的形状。 2 智能仪表设计
智能仪表利用非接触感应磁场原理，图1描绘智能仪表一个应用程序使用Rogowski线圈，基于Rogowski的电流传感器的特性以下规格基于对商业上可获得的Rogowski电流的调查测量产品。
线性电流范围Rogowski线圈具有极其广泛的测量范围。工业上上可获得的Rogowski电流探头可从30A满量程到超过100kA满量程。a的最大电流范围Rogowski测量头受测量电流的频率和幅度的影响。该积分器电子设备也将对集成信号的幅度施加限制。电流线性市售的基于Rogowski的电流探头的线性通常包括电流的影响测量头和范围从读数的+0.2%到满量程的+0.5%。测量头的非线性是由传感器头的电抗决定。
3 实验结果与分析
测试一些Rogowski线圈有表明可以实现1mS的响应时间。Rogowski线圈的响应时间将由传感器头的电抗。带宽基于Rogowski的电流探头可提供1kHz至1.5MHz的带宽，具有显着的带宽中高频产品之间的价格优势。最大电压和电流与电流互感器一样，Rogowsk线圈在被测导体之间提供电流隔离测量仪器。大多数工业Rogowski线圈的典型工作电压范围从60V到1000V，专用线圈的范围超过5kV。工业的Rogowski电流探头可提供30A至30的满量程电流范围超过100kA。智能电表通过ZigBee的当前传感器智能仪表记录实时能耗并至少每天报告，增加粒度仪表间隔数据。这使得产品能够更好地监控工业电力数据，智能传感器和集成电流传感器仪表提供非侵入式，可靠，高精度和低成本的测量功率方式。
4 传感器与ZigBee板集成分析与应用
智能电能表上的电流传感器参考图1，它已经开发出一系列完全集成的霍尔效应电流传感器IC和Hall-影响线性IC，提供与所施加的电压成比例的高精度，低噪声输出电压信号交流或直流电流。这些电流传感器IC在许多应用中都是大批量生产，包括汽车HEV逆变器和电子动力转向（EPS）系统，以及工业和消费者逆变器。各种线性位置传感器IC已经提供满足广泛的汽车，工业和工业消费者位置传感器应用需求根据图1，霍尔效应线性位置传感器IC实现磁铁或黑色物体的高精度非接触式传感。智能电表使用低成本电阻分流器和可选的传感器接口。这些计量解决方案消除了对昂贵，庞大的电流互感器的需求。这反过来又降低了成本，因此减少了套管尺寸要求。图1显示了智能电表中分流器和温度传感器的使用。电流传感器和ZigBee通信智能电网的主要问题之一是基于信息和通信技术（ICT）的数据通讯网络。电流传感器与无线通信网络集成，因为它可以无缝监控和控制设备。像ZigBee这样的技术使家庭能源控制器能够实现管理和监控客户的能源消耗，包括实时定价和需求响应[3]。Zigbee也很广泛建议用于智能电表和个人家用电器之间的通信或称为家庭区域网络（HAN）。
5 结束语
在传统的仪表的分芯电流互感器存在一些缺点，这些变压器要么实现昂贵的材料（例如，FeNi），或通常提供差的性能具有显着改善的磁导率的新型铁氧体。Rogowski线圈技术也取得了很好的进展小型，轻便，灵活的传感器，适用于大电流。但是，它们需要一些信号适应和校准，充分利用其特点在设计中的主要改进并且制造工艺使它们能够降低成本和对线圈的灵敏度，使得智能仪表更精密。
參考文献：
[1]苏美佳.智能自动化仪表在燃气流量中的测量[J].数字技术与应用，2014，06：115.
[2]王耀德.浅谈智能仪表在工业自动化控制中的应用[J].民营科技，2015（04）：1.
[3]吴志敏.智能仪表在工业自动化控制中的应用研究[J].电子制作，2017（14）：37-38.
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