电流传感器直流:大直流传感器在电解工业整流电源系统应用

2021/11/05 11:15 · 传感器知识资讯 ·  · 电流传感器直流:大直流传感器在电解工业整流电源系统应用已关闭评论
摘要:

电流传感器直流:大直流传感器在电解工业整流电源系统应用大直流传感器对电解工业的整流电源的计量准确,稳定可靠起到重要作用。该文所介绍的电流传感器产品具有自主知识产权。目前它又能取代过去进口的哈尔玛公司的产品。该传感器的主要材料铁芯和砷化镓霍尔元件是从日本引进,但经过特殊的加工处理和电路设计,设计中的元器件都选用国产军工品。根据

电流传感器直流:大直流传感器在电解工业整流电源系统应用

  大直流传感器对电解工业的整流电源的计量准确,稳定可靠起到重要作用。该文所介绍的电流传感器产品具有自主知识产权。目前它又能取代过去进口的哈尔玛公司的产品。
  该传感器的主要材料铁芯和砷化镓霍尔元件是从日本引进,但经过特殊的加工处理和电路设计,设计中的元器件都选用国产军工品。根据霍尔件在磁路间隙中所采集到的由电流及磁场转换过来的电压信号,运用全电流定律和新技术;新工艺手段研制成功。
  该产品通过巴陵公司离子膜烧碱装置使用获得用户好评。
  直流电源计控在电解工业管理有着举足轻重的地位,它是企业增效挖潜的主要技术考核指标之一,也是保障整流电源平稳运行的调控信号源之一,因此,直流传感器在整流电源系统中的计量准确、稳定可靠显得尤为重要。
   众所周知,目前国内市场流行的直流电流传感器分开环和闭环二种形式(也就是常说的直测式和检零式),且二种形式的传感器在测量精度方面都有其理论根据,都是依据霍尔元件在磁路气隙中采集由电流与磁场成正比转换过来的电压信号,在全电流定律的理论框架下设计制作。
  SDA系列直流大电流传感器在电解工业领域针对不同行业、不同厂家的需求,可生产闭环式和开环式二大类型的多种产品。可对5KA~420KA直流大电流进行在线计量检测,具有精度高、可靠性及稳定性好、反应速度快、安装维护方便等特点,产品曾先后列入湖北省“火炬计划”、“科技攻关计划”、“国家级新产品试制鉴定计划”;并获得湖北省“科技进步二等奖”、国家科委“金桥奖”和“国家级新产品证书”。
  我公司的产品是在ISO9001-2000质量管理体系下严格按照国际标准组织生产的,依靠一支强劲的、经验丰富的科技研发队伍作后盾,运用新技术,新材料,新工艺等手段,从而保证了我公司的产品在性能及各项技术指标上,与时俱进地始终保持在时代的最前沿。
  我公司的直流大电流传感器是在全电流定律∫LHdL=I的基础上研制的,全电流定律的核心是:磁场强度的闭合线积分只与闭合积分路径相交链的电流(被测电流I)有关,它与电流的位置及与不交链电流(所产生的杂散磁场)无关,当穿过传感器窗口的电流为零时,不管相邻导排有无电流(相对外磁),传感器的输出必须为零。我们知道被测电流I在铁心中产生磁通φ,用带气隙的均匀无分支磁路来完成待测电流I转换成为气隙中的磁感应强度,根据磁场强度的环路定律H1d+H2d+……H2Nd+∫LHid1=I和霍尔元件的输出电压UH=KHIHB与灵敏度,控制电流和磁场强度的关系,将传感器设计成一定铁心面积和一定气隙长度,在磁路中按照中心对称及轴对称的原则将每个气隙通道里的霍尔件由磁场强度感应出的感应电势相加并放大N倍,即得出了与实际电流成正比的输出电压。假定霍尔检测通道及对应的气隙通道为2N个(设计为偶数,并在磁路中按中心及轴对称的原则排列),每个气隙的宽度为d,设铁芯的总长度为L则有:
H1d+H2d+…+H2Nd+∫LHid1=Io ……………………..(1)
   其中,Hi(i=1,2,…,2N)为气隙通道中的磁场强度,H1为铁芯中l处的强度,Io为现场母排中的电流。
  对于气隙中,有Hi=Bi/μ0,而由中值定理,有
   ∫LH1d1=HLL=BLL/μrμ0
  从而有:B1d+B2d+…+B2Nd+BLL/μr=μoIo
   在上述关系式中,根据磁介质的边界条件,可知BL与Bi近似相等,且L/d在装置设计中,其值范围通常在10~30左右,而μr的值通常在四个数量级以上因而BL/μr在整个和式项中,其值很小,从而可令
  BLL/μrμ0=βμ0I0 (且β<<1)进而得出:   B1+B2+…+B2N=(1-β)μ0I0 /d……………………...(2)    另一方面也可以得出:   BL ≈μ0I0 /2Nd ………………………………….(3)   β≈L/2Ndμr…………………………………….(4)    在传感器的调试中,可让   SH1I1 Sinψ1=SH2I2 Sinψ2=…=SH2NI2N Sinψ2N=K    由VHi=SHiIiBiSinψ1代入(2)式有:   VH1+VH2+…+VH2N=K(1-β)μ0I0 /d    在电子线路中,我们将各个霍尔感应电势相加,并放大Q倍,作为该装置的输出信号Vo,即有:   Vo=Qk(1-β)μ0I0/d……………………………… (5)    该式即反映出检测装置输出电压Vo与一次检测电流Io的量值对应关系。   由以上理论分析,影响传感器测量精度的因素很大程度上取决于选用铁心和霍尔器件。因此我们花费了很大的精力将各种铁磁材料进行大量试验,最终选用了日本日芝铁公司生产的一种新型导磁材料,为尽可能地保证磁性材料的性能,在磁性材料成型前后对其进行了特殊工艺结构处理,这样由我们原来导磁材料的5000-8000高斯导磁率一下子提高到现在的-高斯的高导磁低矫顽力的理论要求上来,从而使我们的传感器在线性度上得到了有效保证。   同样在霍尔件方面,我们也是严格地按照理论计算精度要求,做了大量地试验和筛选工作,最终我们确定了日本尼赛拉公司生产的TO90A砷化镓霍耳元件,它的最大优点是其在恒流工作时温度稳定性的典型值为-300至-400PPm/℃,输出线性好,其最大误差只有0.8%,1mA1kGS的输出电压可达到65-170mV左右且具有很好的频率特性,理论频带宽度在1M赫兹以上,只要其激励电流不超过3.5mA ,使用寿命可达20万小时以上。   为了保证我公司生产的传感器在现场使用具有高可靠性,高稳定性和高精度等要求,在采用新材料的基础上,将原来的工业级元器件改成现在的军品级的元器件,电路板由原来的敷铜板改为现在的双面镀金板,所有原来的电连接接插件改成现在的紧固件连接,保证了产品的高可靠性能;在制造工艺上我们采用了二级自动温度补偿技术,在单个霍尔元件的补偿工艺方面进行了大量的研究实验工作,针对霍尔元件的物理特性和材料特性,采用一种新型霍尔补偿工艺,使霍尔元件的补偿精度及稳定性较以前热敏电阻补偿工艺有很大改善,为了防止外界温度对传感器的影响将电子电路部分集中在一个可自控的恒温盒里面,避免了因某个局部受温度系数影响而导致系统发生偏移量的变化,从而保证了产品的高稳定性能;在电路结构上我们将原来的一级差动放大电路改成现在的三级差动放大电路,消除了霍尔元件的输出电阻大于运算放大器的输入电阻而产生的误差。在传感器的后级放大电路采用多级隔离放大输出,输出的信号互不干扰,使大电流直流计控系统的配接非常方便。多台并联整流器中,当其中一台停电时,直流网侧短路产生的反向短路电流很大,传感器逆流保护接点设定一限值,达到对整流机组的反向保护作用。   通过大量的理论研究和实践探索,我公司生产的大电流直流计控系统不断完善和优化,在市场上获得了广泛的好评。特别是在化工行业巴陵石化公司的5万吨离子膜烧碱直流电源系统应用中(见下图)   我公司产品以其高精度、高可靠性及稳定性获得用户青睐并一举淘汰了哈尔玛公司产品而受到了氯碱行业盛赞,极大地鼓舞了民族工业的志气。我公司产品的突出优点表现在以下几个方面:   一、结构简单:我公司生产的SDA系列直流大电流传感器属开口型式的二部分对接方式,安装、使用、维护非常方便,具有体积小、重量轻、功耗极小等优点。   二、精度高:我公司生产的直流大电流传感器是在全电流定律的基础上采用二级温度自动补偿技术及最优化电路结构设计技术,磁路中按中心及轴对称的原则,选用了最新型的材料和工艺技术,保证了产品在实际应用中的理论计算精度要求。采用三级差动放大电路,消除了因霍尔元件输出电阻大于运放输入内阻而产生的误差,使采样值不失真的反映出来,达到设计要求。   三、稳定性好:我公司生产的直流大电流传感器是按照对称性原则,将闭合磁路内的通道气隙以偶数倍均匀分布,对霍尔件的各项技术参数严格配对,采用了独特的去剩磁电路,提高了产品抗外磁干扰能力,采用二级温度自动补偿技术,使产品不受外界环境温度的影响而发生偏移量变化。采用全封闭防腐防尘措施但不封死气隙中的霍尔件,是为了避免万一某一个霍尔件损坏而不能更换,即使在电路上免强调整出一个虚假值但完全失去对称性原则,从而无法保证偏芯误差所带来的影响。  四、可靠性高:我公司产品由于严格选用了军品级的元器件,使产品的可靠性有较大提高,对所有电连接的接点采用坚固件连接,传感器工作电源采用独立的供电方式,传感器的各种输出信号都是经过隔离变换,互不干扰,与各种仪器、仪表连接的电缆选用双屏蔽电缆,只要一端可靠接地,就能够有效地抑制线路引入的干扰。   五、资质高:公司拥有目前国内唯一一套国家权威机构论证认可的420KA的大电流标准信号调试源,从而保证了我公司在直流大电流全量程唯一有标准调试能力的制造厂家,使满量程以内的线性度和精度得到有效保证。 电流传感器直流:大直流传感器在电解工业整流电源系统应用  第1张

电流传感器直流:安科瑞开口式霍尔电流传感器在印度尼西亚的应用

安科瑞开口式霍尔电流传感器在印度尼西亚的应用
1. 摘要 Abstract:
本文介绍了霍尔传感器在印度尼西亚的应用。霍尔电流传感器主要用于隔离和转换交流、直流、脉冲等复杂信号。根据霍尔效应理论对电流信号进行信号控制转换后,可直接被AD、DSP、PLC、二次仪表等设备获取。霍尔电流传感器广泛适用于电流监测、电池应用、逆变器、太阳能发电等领域的采集和反馈管理、直流柜、直流电机驱动、电镀、焊接、变频器、UPS伺服控制系统。具有响应快、测量范围广、精度高、过载能力强、线性度好、抗干扰性能好等特点。
This article introduces the application of the Hall Sensor used in Indonesia. Hall current sensors are mainly used to isolate and convert AC, DC, pulse and other complex signals. After signal control of current signals are converted according to the Hall Effect Theory, they can be directly acquired by AD, DSP, PLC, secondary instruments and other devices. Hall current sensors are widely applicable for acquisition and feedback in the current monitoring, battery application, inverter, solar power management, direct current cabinet, DC motor drive, electroplating, welding, frequency converter, UPS servo control systems. They feature the quick response, wide range of measurement, high precision, strong overload capacity, good linearity and excellent anti-interference performance.
2. 项目概述 Project overview:
做交通信号灯系统的印尼公司,需要使用直流霍尔传感器将直流电流传输到4-20mA模拟信号输出。客户在选择开孔尺寸、输入比、输出比和工作电源后,选择了AHKC-EKAA作为他们的最佳选择。
The company in Indonesia who make the traffic light system and need to use DC hall sensor to transmitter the DC current to 4-20mA analog signal output. After they choose the hole size, input ratio, output ratio and working power supply, the customer chosen the AHKC-EKAA as their best choice.
电流传感器直流:大直流传感器在电解工业整流电源系统应用  第2张

电流传感器直流:简述直流漏电流传感器的原理及特点

  漏电流传感器是一种依据互感器电磁隔离、磁调制工作原理将被测交流微电流、直流微电流转换成直流电流、直流电压并隔离输出标准模拟信号或数字信号的装置。广泛应用于直流及交流供电系统的母线及各支路绝缘情况实时监测。  直流漏电流传感器则是一种利用磁通门原理将被测直流电流转换成与该电流成比例输出的直流电流或电压信号的测量模块,原副边之间高度绝缘。通常输出标准的直流DC 4-20mA, DC0-5V, DC0-10V等信号,此标准信号可以被多种采集设备采集,如PLC,RTU,DAS卡等,用于多种电流监控的场合。  原理依据漏电流传感器环绕安装在直流回路的正负出线上,当装置运行时,实时检测各支路传感器输出的信号,当支路绝缘情况正常时,流过传感器的电流大小相等,方向相反,其输出信号为零;当支路有接地时,漏电流传感器有差流流过,传感器的输出不为零。因此通过检测各支路传感器的输出信号,就可以判断直流系统接地支路。该原理选线精度高,不受线路分布电容的影响。  直流漏电流传感器的设计特点如下:  1、直流漏电流传感器是采用磁通门的技术,由内部方波震荡器产生的补偿电流对原边电流进行补偿,达到磁场平衡,此时输出值VM**反映原边电流,主要用于直流小电流及差值电流检测。  2、一体式设计,直流漏电流传感器采取一体式设计,取代传统的分流器+变送器的方式,其他元器件的检测方式,体积小,安装方便,避免在因为空间结构过小而出现使用上的问题。
尊敬的客户:  您好,我司致力为广大用户提供高品质产品、完整的解决方案和上等的技术服务公司。主要产品有 霍尔电流传感器、电流传感器、电压传感器、直流漏电流传感器、电流变送器、电压变送器、高精度电流传感器 等等。您可以通过网页拨打本公司的服务专线了解更多产品的详细信息,至善至美的服务是我们永无止境的追求,欢迎新老客户放心选购自己心仪产品,我们将竭诚为您服务!上一篇:霍尔电流传感器的测量方法及注意事项
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电流传感器直流:霍尔电流传感器实现大直流电流的精确测量

霍尔电流传感器实现大直流电流的精确测量

虽然有许多仪器可以精确地测量小的直流电流(最大3A),但很少有仪器可以精确地(好于1%)测量50A以上的直流电流。这么大的电流范围是电动汽车(EV)、电网能量存储和光伏(光电)可再生能源装置等的负载典型值。另外,这些系统需要精确地预测相关能量存储电池的电荷状态(SOC)。对电荷状态的估计可以根据电流和电荷(库伦计数)测量实现,而精确的测量数据对于精确的电荷状态估计来说是必要条件。
一般来说,用于电流或电荷测量的任何系统都设计包含有内置数据采集部件,如合适的放大器、滤波器、模数转换器(ADC)等。电流传感器用于检测电流。电流传感器的输出需要通过一个电路转换成可用的形式(即电压)。接着对信号进行滤波,以减少电磁和射频干扰。然后进行放大和数字化。再将每个电流数据样本乘以合适的时间间隔,(通过数字化计算)累加算出电荷值。
另一方面,如果以恒定不变的频率进行数字化,那么首先累积的电流样本,然后当累积电荷值被读出或以某种方式利用时才乘以合适的时间间隔。同时需要考虑选择合适的最小奈奎斯特采样率,并在模数转换器之前使用足够窄的抗混叠滤波器。
用于大电流测量的实用性传感器技术
在用于测量大电流的技术中,有两种传感器技术最常见。第一种技术是检测承载电流的导体周围的磁场。第二种技术是测量承载待测电流(和电荷)的电阻(经常称之为分流器)上的压降。这个压降遵循欧姆定律(V=I × R)。
用于大电流测量的器件通常称为霍尔效应电流传感器。这种传感器内置有一个载流元件。当电流和外部磁场施加于该元件上时,元件两侧会呈现一个垂直于电流方向并垂直于外部磁场方向的压差。普通金属中的霍尔效应压差值很小。值得注意的是,并不是所有测量载流导体周围磁场的直流电流传感器都是基于霍尔效应。下面会简要介绍它们之间的区别。
大电流霍尔效应传感器
为了做成一个带霍尔效应器件的电流传感器,需要用一个磁芯将导体电流周围的磁场集中起来,同时这个磁芯中要开一个槽,用于容纳实际的霍尔元件。尺寸相对较小的槽(相对于整个磁路长度而言)会形成一个接近均匀且垂直于霍尔元件平面的磁场。当霍尔元件获得电流能量时,将产生一个正比于励磁电流和磁芯磁场的电压。这个霍尔电压经放大后从电流传感器的输出端输出。
由于载流导体和磁芯之间没有电气上的连接(耦合的只是磁场),传感器实际上是与待测电路隔离的。载流导体可能有很高的电压,而霍尔效应电流传感器的输出可以安全地连接到接地电路,或连接到相对载流导体任意电位的电路,因此提供满足最严格安全标准的间隙与爬电值也相对比较容易。
然而,这种线性传感器也存在一些缺点。其中最不重要的缺点也许是霍尔效应传感器要求恒定励磁电流这个事实。另外,处理来自霍尔效应传感器的信号的放大和调节电路通常要消耗显著的能量。当然,这个能耗也许不那么显著,要看具体的应用。尽管如此,用于连续测量电流的霍尔传感器能耗也不能小至毫瓦级。
霍尔效应传感器:漂移大,可用工作温度范围小
因为典型的线性传感器输出是按比例量测的(不仅取决于被测的磁场强度,而且取决于励磁电流值),励磁电流的稳定性将极大地影响待测电流幅度以及没有电流流动时的零偏移。一般来说,后两者都取决于供电电压的稳定和温度变化(因为影响励磁电流和霍尔电压本身的霍尔传感元件电阻取决于工作温度)。
测量励磁电流并在输出中考虑该因素的传感器变种是可能的。但它要求精密的外部元件和较大的处理电路。而且霍尔电压是待测磁场的非线性函数,这进一步增加了传感器的误差。
因为在不同条件下会产生不同的误差,大多数线性霍尔效应器件制造商会将总的误差分解成许多单独的分量。有时很难计算总的合成误差。
闭环电流传感器
为了解决霍尔传感元件的非线性问题,业界开发出了另外一种技术。这种技术依赖于检测传感磁芯中磁场的有无或符号,而不是测量这种磁场的强度。另外,它能避免由于霍尔元件中不稳定的励磁电流引起的测量误差。
这种技术是在磁芯上增加一个绕组,用于产生符号相反的磁场,但强度与待测电流产生的磁场完全相等。现在霍尔传感元件仅用于检测磁场符号而不是磁场强度。这个绕组连接在有运放的电路中。该电路维持这种补偿绕组中的电流并使霍尔传感器感知到的磁场为零。补偿绕组中的电流要比待测导体中的电流小许多倍(也许超过1000倍),这个功能只需在制作绕组时在磁芯上多绕几匝就可以实现,而且匝数可以得到精确控制。
鉴于补偿绕组在运放反馈环路中的作用,这种电流传感器经常被称为“闭环”传感器。相反,前述简单的线性霍尔效应传感器经常被认为是“开环”传感器,以便强调在它们的工作过程中不存在反馈机制。
在霍尔效应器件中,不能将检测零磁场时的(偏移)误差减小到任意小的值,这是由于各种漂移、而且大多数是由于温度相关性漂移的原因。这也是为何一些较高性能的电流传感器采用的技术不依赖于霍尔效应的原因。然而,这些传感器一般仍被称为霍尔效应传感器,这只是因为它们在外观上与霍尔效应器件十分相似罢了。

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