如何正確使用電量傳感器
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發(fā)布日期：2020-02-18
核心提示：
如何正確使用電量傳感器
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變流、變頻及逆變技術(shù)廣泛應(yīng)用于新能源行業(yè)，諸如：高壓直流輸電中的換流閥，太陽能發(fā)電的核心設(shè)備逆變器，風(fēng)能發(fā)電的主力變流器，高鐵牽引驅(qū)動變流器以及智能制造必須的機器人伺服驅(qū)動器，這些制造和變流設(shè)備中都離不開電流、電壓測量的核心器件傳感器。傳感器性能表現(xiàn)直接影響到整個設(shè)備乃至系統(tǒng)的最佳運行。
雖然傳感器屬于電子器件，但與一般的器件有所不同，不同的安裝方式，不同的使用方法都會影響傳感器性能。筆者經(jīng)過長期的實踐經(jīng)驗，對傳感器的實際應(yīng)用中的問題與注意事項做了總結(jié)。
首先，傳感器在使用前，一定要核實工作電源電壓等級，測量范圍是否與被測信號一致!最好仔細閱讀規(guī)格書!避免不同電壓，不同電流間的錯用與混用。
為了便于查閱，以下從幾個方面來探討傳感器的正確使用。
1. 使用環(huán)境
傳感器的使用環(huán)境應(yīng)無導(dǎo)電塵埃和無腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體存在。否則會由于導(dǎo)電粉塵與物體發(fā)生一二次電路，或二次側(cè)電源與信號間的短路，燒壞傳感器。
1.1 環(huán)境溫度
傳感器的規(guī)格書中都會規(guī)定傳感器的正常工作的環(huán)境溫度范圍,如-40~85度，視產(chǎn)品型號不同有一定區(qū)別。建議不要超過規(guī)格書中規(guī)定的溫度范圍，超過傳感器的正常工作溫度范圍，內(nèi)部部分器件會由于溫度特性而降低性能，出現(xiàn)精度降低，輸出信號不準(zhǔn)確，或無法工作等情況。
傳感器盡量安裝在通風(fēng)散熱好的地方，以免溫度過高影響傳感器的測量精度及壽命。
1.2 海拔
通常傳感器在設(shè)計時，都會考慮海拔，一般情況為2000米。但并不是只能適用于海拔2000米以下，如果實際使用中海拔超過2000米，主要會影響傳感器的散熱與絕緣性能。會降低絕緣特性，雖然絕緣也可以通過外部方式來改善，但是實現(xiàn)起來有難度也會增加成本，在實際選型和使用是可以參照IEC 60664-1標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定來降額使用，具體的參見IEC 60664-1 第5.1.4 一節(jié)，表A.2的降額系數(shù)。散熱問題可以通過強制風(fēng)冷等方式，解決起來相對容易。
1.3 安裝位置
由于傳感器是非接觸型測量，大多檢測的是帶電導(dǎo)體周圍的磁場，那么傳感器附近，不宜有強磁場，以及容易產(chǎn)生磁場的器件。包括變壓器、電抗器及流過大電流的導(dǎo)體等等。特別是在三相測試中，相鄰的傳感器不宜安裝太近。在空間允許的情況下，間距盡可能的大。
有時候會受到柜體及其內(nèi)部布局的限制，很難留出足夠的空間，這種情況下建議傳感器錯位安裝，特別是HALL原理的傳感器，應(yīng)盡可能讓HALL器件的位置原理磁場源。
2. 傳感器安裝與固定
傳感器分兩種固定方式：PCB和盤式安裝
2.1 PCB安裝方式
通常PCB安裝的傳感器原邊測量信號比較小。
傳感器的輸出端采用pin針或SMD的方式，在焊接上可以按照一般器件的焊接工藝執(zhí)行，由于有的傳感器內(nèi)部不灌膠，所以盡量避免清洗。
2.2 盤式安裝方式
通常盤式安裝的傳感器原邊測量信號比較大，體積也比較大。
在傳感器的規(guī)格書中，均提供安裝孔的間距與孔徑，同時會明確各個安裝孔所用的螺釘大小及擰緊的扭矩。推薦的扭矩都是經(jīng)過設(shè)計工程師的驗證與評估，安裝時，要嚴(yán)格按照規(guī)格書中推薦的扭矩來操作，否則容易造成外殼的破裂。尤其是灌膠傳感器，一旦外殼破裂就無法修復(fù)，帶來經(jīng)濟損失的同時也會給施工帶來麻煩。
3. 安裝方向
3.1 電流傳感器
在每只電流傳感器的外殼上都會有一個箭頭，這個箭頭的方向代表被測電流的流向，在傳感器的原邊接入被測電流時，要保證被測電流和流向與傳感器上所示的箭頭方向一致。否則會導(dǎo)致傳感器的輸出信號反向。
3.2 電壓傳感器
在每只電壓傳感器的外殼上都會有原邊電壓正極與負極，分別代表用于接入被測電壓信號的正、負極，
有的傳感器還會帶有接地輸出端“E”或“
”的，通常這端子連接到屏蔽層，要與保護地連接，以起到屏蔽和抗干擾作用。
值得提醒的是，雖然傳感器可以交直流通用，但原邊接入的方向同樣會帶來副邊輸出的變化，原副邊波形會出現(xiàn)反向。
4. 原邊導(dǎo)體
對于測量電流較大的電流傳器來說，原邊一般為穿孔結(jié)構(gòu)，要根據(jù)穿孔的形狀、大小來選擇相應(yīng)的電纜或銅排，保證原過導(dǎo)體能順利通過穿孔，不要因?qū)w截面過大而損壞傳感器穿孔。
穿心導(dǎo)體應(yīng)盡量充滿穿孔，以保證測量精度。電纜和銅排穿過傳感器時，兩側(cè)要有固定支撐，盡量居中，避免銅排或電纜歪斜，以免影響測量效果。
在實際運行中需要注意導(dǎo)體的溫度，最好不要超過標(biāo)稱的允許溫度，以免過熱影響傳感器的正常工作，或損壞傳感器。
5. 傳感器的接線
一般傳感器的規(guī)格書中都會有接線圖，明示出對應(yīng)輸出點的序號，一般包括電源正極Vc+，電源負極Vc-, 輸出信號端M， 以及OV，一定要按照序號的定義來接線，不能錯接，漏接，否則會損壞傳感器。
5.1 pin針式
當(dāng)傳感器的二次側(cè)采用PCB焊接的pin針式時，要按照規(guī)格書最后一頁所示的pin針序號來布板。
5.2 接插件式
當(dāng)傳感器的二次側(cè)采用接插件的形式時，規(guī)格書中會提供接插件的型號與規(guī)格，以及各個接針?biāo)鶎?yīng)的作用。建議用專用工具來壓接好端子和導(dǎo)線，避免短路或接觸不良。
6. 傳感器的工作電源
一般來講，傳感器都需要外部提供工作電源，這個工作電源為直流電壓源，分為幾種規(guī)格，+5V，+/-12V,+/-15V或+/-24V等。
通常在傳感器的規(guī)格書都會給出電源電壓等級Vc，如果Vc值為+/-，則傳感器需要有雙電源供電。
另外，在選擇電源時，要選擇電壓穩(wěn)定，紋波小的電源。同時要注意電源的功率。
通常在傳感器的規(guī)格書都會提供傳感器的損耗值Ic。這個Ic值的表示傳感器的耗電大小，那么在選擇供電電源時，至少要保證電源輸出的電流大于Ic，才能保證傳感器正常工作。
7. 傳感器通電
傳感器是用來測量電流、電壓信號的有源器件，需要外接直流電源供電，傳感器才可以工作。
1). 傳感器二次側(cè)的接線正確后，先接通傳感器工作的直流電源。
如果是雙電源供電的傳感器，電源為直流+/-12V,+/-15V或+/-24V。
如果是單電源供電的傳感器，電源為直流+5V。
傳感器工作的直流電源要穩(wěn)定，上下波動在+/-5%范圍之內(nèi)。太低或太高都會影響傳感器的正常工作, 電壓太高，還可能損壞傳感器。
接通傳感器的直流工作電源后，傳感器處于備工作狀態(tài)，此時二次輸出端會有很小的信號輸出，只要在規(guī)格書允許的范圍之內(nèi)，都屬于正常。
2). 傳感器供電源接通后，再通入原邊被測信號。
當(dāng)被測信號輸入時，傳感器的輸出端會有相應(yīng)的信號輸出，這個輸出信號會隨著原邊被測信號的改變耐改變。
如果原副邊上電順序顛倒，可能會損壞傳感器，這一點希望在實際中一定注意!
8. 電位器
在新的技術(shù)應(yīng)用下，傳感器都采用激光調(diào)阻，軟件調(diào)阻的方式來標(biāo)定和校準(zhǔn)，但市面上仍存在一些傳感器采用電位器的方式，通常這些外露的電位器都是廠家在出廠時對傳感器標(biāo)定用的，用于調(diào)整傳感器的零點和精度，調(diào)整好后用紅膠固定防止電位器被誤碰改變阻值。那么外露的電位器，請勿隨意調(diào)整，否則會影響傳感器的測量精度。
9. 負載電阻的選擇
負載電阻是指接在傳感器輸出端的電阻，通常輸出電流信號是會限制負載電阻的最大值，輸出電壓信號時會限制負載電阻的最小值。
9.1 電流輸出型傳感器
當(dāng)傳感器的輸出信號為電流信號時，通常在采樣時都需要轉(zhuǎn)換為電壓信號，這時需要在傳感器的輸出端與OV之間配接測量電阻。測量電阻的選取受到傳感器供電電源電壓的大小和被測信號的大小有限制，不能隨意選取。
在相同供電電源電壓下，測量電阻值的大小會影響傳感器所能測量原邊信號的范圍，電阻值越小，被測信號越大，測量范圍越大，電阻值越大，被測信號越小，最大測量范圍越小。但是，需要注意的是，有些傳感器的測量電阻值不能無限減小，否則會損壞傳感器。
通常在規(guī)格書中，廠家都會標(biāo)明測量電阻的范圍數(shù)，包括最小值和最大值。這個電阻的取值只要在規(guī)格書中規(guī)定的范圍內(nèi)，傳感器都可以正常工作，滿足規(guī)格書中承諾的參數(shù)指標(biāo)。
9.2電壓輸出型傳感器
當(dāng)傳感器的輸出信號為電壓信號時，為了保證負載電阻的接入不影響傳感器輸出電壓值的衰減，對負載電阻值有最小值的限制。
在規(guī)格書中廠家會標(biāo)明負載電阻的大小，通常為千歐級。所以在傳感器的輸出端接入后級電路時，要保證等效電阻值大于允許的負載電阻。 否則，傳感器的輸出值會減小。
以上是對傳感器使用中存在問題的探討，使用與大多數(shù)的傳感器，如遇到特殊情況，需要針對不同廠家不同型號具體對待。在實際應(yīng)用中，正確對待和使用傳感器，在系統(tǒng)工程師、調(diào)試工程師的工作中可以起到事半功倍的效果。
作者 成秋花 校對 李海瑩