如何正確地使用電量傳感器

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(yáng)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(dòng)變流器以及智能制造必須的機(jī)器人伺服驅(qū)動(dòng)器，這些制造和變流設(shè)備中都離不開(kāi)電流、電壓測(cè)量的核心器件傳感器。傳感器性能表現(xiàn)直接影響到整個(gè)設(shè)備乃至系統(tǒng)的最佳運(yùn)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(huì)影響傳感器性能。筆者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)傳感器的實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題與注意事項(xiàng)做了總結(jié)。

首先，傳感器在使用前，一定要核實(shí)工作電源電壓等級(jí)，測(cè)量范圍是否與被測(cè)信號(hào)一致!最好仔細(xì)閱讀規(guī)格書(shū)!避免不同電壓，不同電流間的錯(cuò)用與混用。

為了便于查閱，以下從幾個(gè)方面來(lái)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(wú)導(dǎo)電塵埃和無(wú)腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體存在。否則會(huì)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(hào)間的短路，燒壞傳感器。

1.1 環(huán)境溫度

傳感器的規(guī)格書(shū)中都會(huì)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(hào)不同有一定區(qū)別。建議不要超過(guò)規(guī)格書(shū)中規(guī)定的溫度范圍，超過(guò)傳感器的正常工作溫度范圍，內(nèi)部部分器件會(huì)由于溫度特性而降低性能，出現(xiàn)精度降低，輸出信號(hào)不準(zhǔn)確，或無(wú)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(guò)高影響傳感器的測(cè)量精度及壽命。

1.2 海拔

通常傳感器在設(shè)計(jì)時(shí)，都會(huì)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(shí)際使用中海拔超過(guò)2000米，主要會(huì)影響傳感器的散熱與絕緣性能。會(huì)降低絕緣特性，雖然絕緣也可以通過(guò)外部方式來(lái)改善，但是實(shí)現(xiàn)起來(lái)有難度也會(huì)增加成本，在實(shí)際選型和使用是可以參照IEC 60664-1標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定來(lái)降額使用，具體的參見(jiàn)IEC 60664-1 第5.1.4 一節(jié)，表A.2的降額系數(shù)。散熱問(wèn)題可以通過(guò)強(qiáng)制風(fēng)冷等方式，解決起來(lái)相對(duì)容易。

1.3 安裝位置

由于傳感器是非接觸型測(cè)量，大多檢測(cè)的是帶電導(dǎo)體周?chē)拇艌?chǎng)，那么傳感器附近，不宜有強(qiáng)磁場(chǎng)，以及容易產(chǎn)生磁場(chǎng)的器件。包括變壓器、電抗器及流過(guò)大電流的導(dǎo)體等等。特別是在三相測(cè)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(shí)候會(huì)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(cuò)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(chǎng)源。

2. 傳感器安裝與固定

傳感器分兩種固定方式：PCB和盤(pán)式安裝

2.1 PCB安裝方式

通常PCB安裝的傳感器原邊測(cè)量信號(hào)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(pán)式安裝方式

通常盤(pán)式安裝的傳感器原邊測(cè)量信號(hào)比較大，體積也比較大。

在傳感器的規(guī)格書(shū)中，均提供安裝孔的間距與孔徑，同時(shí)會(huì)明確各個(gè)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(guò)設(shè)計(jì)工程師的驗(yàn)證與評(píng)估，安裝時(shí)，要嚴(yán)格按照規(guī)格書(shū)中推薦的扭矩來(lái)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(wú)法修復(fù)，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)也會(huì)給施工帶來(lái)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(huì)有一個(gè)箭頭，這個(gè)箭頭的方向代表被測(cè)電流的流向，在傳感器的原邊接入被測(cè)電流時(shí)，要保證被測(cè)電流和流向與傳感器上所示的箭頭方向一致。否則會(huì)導(dǎo)致傳感器的輸出信號(hào)反向。

3.2 電壓傳感器

在每只電壓傳感器的外殼上都會(huì)有原邊電壓正極與負(fù)極，分別代表用于接入被測(cè)電壓信號(hào)的正、負(fù)極，

有的傳感器還會(huì)帶有接地輸出端“E”的，通常這端子連接到屏蔽層，要與保護(hù)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(huì)帶來(lái)副邊輸出的變化，原副邊波形會(huì)出現(xiàn)反向。

4. 原邊導(dǎo)體

對(duì)于測(cè)量電流較大的電流傳器來(lái)說(shuō)，原邊一般為穿孔結(jié)構(gòu)，要根據(jù)穿孔的形狀、大小來(lái)選擇相應(yīng)的電纜或銅排，保證原過(guò)導(dǎo)體能順利通過(guò)穿孔，不要因?qū)w截面過(guò)大而損壞傳感器穿孔。

穿心導(dǎo)體應(yīng)盡量充滿(mǎn)穿孔，以保證測(cè)量精度。電纜和銅排穿過(guò)傳感器時(shí)，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(cè)量效果。

在實(shí)際運(yùn)行中需要注意導(dǎo)體的溫度，最好不要超過(guò)標(biāo)稱(chēng)的允許溫度，以免過(guò)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(shū)中都會(huì)有接線圖，明示出對(duì)應(yīng)輸出點(diǎn)的序號(hào)，一般包括電源正極Vc+，電源負(fù)極Vc-, 輸出信號(hào)端M， 以及OV，一定要按照序號(hào)的定義來(lái)接線，不能錯(cuò)接，漏接，否則會(huì)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(shí)，要按照規(guī)格書(shū)最后一頁(yè)所示的pin針序號(hào)來(lái)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(shí)，規(guī)格書(shū)中會(huì)提供接插件的型號(hào)與規(guī)格，以及各個(gè)接針?biāo)鶎?duì)應(yīng)的作用。建議用專(zhuān)用工具來(lái)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(lái)講，傳感器都需要外部提供工作電源，這個(gè)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(shū)都會(huì)給出電源電壓等級(jí)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(shí)，要選擇電壓穩(wěn)定，紋波小的電源。同時(shí)要注意電源的功率。

通常在傳感器的規(guī)格書(shū)都會(huì)提供傳感器的損耗值Ic。這個(gè)Ic值的表示傳感器的耗電大小，那么在選擇供電電源時(shí)，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(lái)測(cè)量電流、電壓信號(hào)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(dòng)在+/-5%范圍之內(nèi)。太低或太高都會(huì)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(shí)二次輸出端會(huì)有很小的信號(hào)輸出，只要在規(guī)格書(shū)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(cè)信號(hào)。

當(dāng)被測(cè)信號(hào)輸入時(shí)，傳感器的輸出端會(huì)有相應(yīng)的信號(hào)輸出，這個(gè)輸出信號(hào)會(huì)隨著原邊被測(cè)信號(hào)的改變耐改變。

如果原副邊上電順序顛倒，可能會(huì)損壞傳感器，這一點(diǎn)希望在實(shí)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(lái)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(shí)對(duì)傳感器標(biāo)定用的，用于調(diào)整傳感器的零點(diǎn)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(qǐng)勿隨意調(diào)整，否則會(huì)影響傳感器的測(cè)量精度。

9. 負(fù)載電阻的選擇

負(fù)載電阻是指接在傳感器輸出端的電阻，通常輸出電流信號(hào)是會(huì)限制負(fù)載電阻的最大值，輸出電壓信號(hào)時(shí)會(huì)限制負(fù)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(hào)為電流信號(hào)時(shí)，通常在采樣時(shí)都需要轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，這時(shí)需要在傳感器的輸出端與OV之間配接測(cè)量電阻。測(cè)量電阻的選取受到傳感器供電電源電壓的大小和被測(cè)信號(hào)的大小有限制，不能隨意選取。

在相同供電電源電壓下，測(cè)量電阻值的大小會(huì)影響傳感器所能測(cè)量原邊信號(hào)的范圍，電阻值越小，被測(cè)信號(hào)越大，測(cè)量范圍越大，電阻值越大，被測(cè)信號(hào)越小，最大測(cè)量范圍越小。但是，需要注意的是，有些傳感器的測(cè)量電阻值不能無(wú)限減小，否則會(huì)損壞傳感器。

通常在規(guī)格書(shū)中，廠家都會(huì)標(biāo)明測(cè)量電阻的范圍數(shù)，包括最小值和最大值。這個(gè)電阻的取值只要在規(guī)格書(shū)中規(guī)定的范圍內(nèi)，傳感器都可以正常工作，滿(mǎn)足規(guī)格書(shū)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(hào)為電壓信號(hào)時(shí)，為了保證負(fù)載電阻的接入不影響傳感器輸出電壓值的衰減，對(duì)負(fù)載電阻值有最小值的限制。

在規(guī)格書(shū)中廠家會(huì)標(biāo)明負(fù)載電阻的大小，通常為千歐級(jí)。所以在傳感器的輸出端接入后級(jí)電路時(shí)，要保證等效電阻值大于允許的負(fù)載電阻。 否則，傳感器的輸出值會(huì)減小。

以上是對(duì)傳感器使用中存在問(wèn)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(duì)不同廠家不同型號(hào)具體對(duì)待。在實(shí)際應(yīng)用中，正確對(duì)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。