真有效值（TRMS）電流變送器在玻璃加工行業(yè)的應(yīng)用

關(guān)鍵字：真有效值電流變送器,，霍爾開環(huán)電流傳感器

介紹了基于霍爾開環(huán)原理,，通過真有效值轉(zhuǎn)換（True RMS）輸出標準信號的電流變送器用于玻璃加工行業(yè)的應(yīng)用情況，較好的解決了被測電流波形復(fù)雜而又要求準確輸出的現(xiàn)實問題,。

1 引言

工藝玻璃品是一種產(chǎn)品，尤其是在歐美等發(fā)達國家,，造型各異的玻璃用品更是居家及餐飲行業(yè)*的日用品,。如何加工出精美的玻璃工藝品是一項難度很大的工作，必須對玻璃加工的各個環(huán)節(jié)都有純熟的把握才能做出精美的玻璃工藝品,。在眾多的加工工藝環(huán)節(jié)中zui重要的一點就是要對玻璃熔爐的爐溫進行控制,。

現(xiàn)代的玻璃熔爐都已經(jīng)采用電加熱，而傳統(tǒng)的燃煤加熱早已被摒棄,。對熔爐的溫度進行PID調(diào)節(jié)控制,，其中一項就是要對電流進行實時的測量，進而對調(diào)功器的輸出電流進行相角調(diào)節(jié),，控制電流的大小,。

2開環(huán)霍爾傳感器的工作原理

自1879年美國物理學(xué)家Edwin Herbert Hall發(fā)現(xiàn)霍爾效應(yīng)以來，霍爾技術(shù)被越來越多地應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域,。隨著元器件工藝技術(shù)的發(fā)展,，由霍爾器件應(yīng)用開發(fā)的霍爾電流、電壓傳感器在各行各業(yè)都取得了良好的應(yīng)用,。

2.1 霍爾效應(yīng)及霍爾器件

霍爾效應(yīng)是霍爾技術(shù)應(yīng)用的理論基礎(chǔ),，當通有小電流的半導(dǎo)體薄片置于磁場中時（如圖1），半導(dǎo)體內(nèi)的載流子受洛倫茲力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn),，使半導(dǎo)體兩側(cè)產(chǎn)生電勢差,，該電勢差即為霍爾電壓VH，VH與磁感應(yīng)強度B及控制電流IC成正比,，經(jīng)過理論推算有式（1）關(guān)系,。

VH=（RH/d）×B×IC  （1）

式中：B為磁感應(yīng)強度；IC為控制電流,；RH為霍爾系數(shù),；d為半導(dǎo)體厚度,。

式（1）中，若保持控制電流IC不變,，在一定條件下,，可通過測量霍爾電壓推算出磁感應(yīng)強度的大小，由此建立了磁場與電壓信號的,。根據(jù)這一關(guān)系式,，人們研制出了用于測量磁場的半導(dǎo)體器件，即霍爾器件,。

                   霍爾效應(yīng)原理

2.2 開環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理

                            霍爾開環(huán)原理

當原邊電流Ip穿過帶有氣隙的聚磁環(huán),，放在氣隙中的霍爾元件會檢測到與電流大小成比例關(guān)系的磁通，并輸出小電壓信號,，該電壓信號被放大器放大,，即可輸出與原邊電流信號相位相一致的電壓波形，該波形能夠真實的反映原邊電流的大小及變化,。

開環(huán)霍爾電流傳感器的應(yīng)用很廣泛,，主要是有以下幾個重要特點：1.體積小 2. 過載能力強 3.簡單可靠4.容易做成開口型

2.3 真有效值電流變送器的工作原理

真有效值即為“真正有效值，TRUE RMS”之意,，英文縮寫為“TRMS”,，有的文獻也稱為真均方根值，交流電壓的真有效值的表達式,，它的定義如下：

PAS系列真有效值電流變送器采用有名芯片廠家的真有效值計算芯片,，將普通的跟隨信號準化成了經(jīng)過計算的真有效值信號。

2.4 基于霍爾開環(huán)電流傳感器以及真有效值測量原理的真有效值電流變送器

原邊電流通過帶有氣隙的聚磁材料,，霍爾元件感應(yīng)到磁場的變化,，輸出的微弱電壓信號經(jīng)過放大處理后進入真有效值芯片進行處理，zui終傳感器輸出標準的電流或電壓信號,，如工業(yè)標準信號,，DC 4-20mA,DC 0-20mA DC 0-5V,DC 0-10V.

                        基于霍爾開環(huán)原理的真有效值變送器

3.真有效值電流變送器的特點

  因為在玻璃加熱加工行業(yè)以及其他需要用到冶煉爐的行業(yè)，大部分都需要用到調(diào)功器產(chǎn)品,，對電流進行控制以達到控制爐溫的目的,，這里常用的調(diào)功器普遍使用調(diào)相角的方法來調(diào)節(jié)電流的有效值，也就是調(diào)節(jié)了溫度,。此時電流的波形已經(jīng)是非標準的波形了,，不是標準的正弦波，不能被互感器等捕獲,，從而無法計算出真正的電流有效值來,。霍爾傳感器能測量各種波形，包括非標準的正弦波形,。

                調(diào)功器產(chǎn)品外形                                                      經(jīng)調(diào)功器輸出的電流波形

4.電流傳感器在玻璃加工行業(yè)的應(yīng)用

為了更好的控制爐溫,，需要更加準確的控制電流的大小。該客戶為亞洲zui大的工藝品玻璃廠,，生產(chǎn)的產(chǎn)品絕大部分出口到歐洲,，因此對品質(zhì)的要求極為嚴格，傳統(tǒng)的互感器測量已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代調(diào)節(jié)設(shè)備的要求,，必須尋找一種能夠測量各種波形,，并對各種復(fù)雜波形進行真有效值計算輸出的產(chǎn)品，才能滿足其測量,，準確控制的要求,。柏艾斯的產(chǎn)品正是基于這樣的開發(fā)理念，使用能夠測量各種波形的霍爾原理,，再通過專業(yè)的真有效值計算芯片,，zui終輸出搞準確度的輸出結(jié)果，經(jīng)過測算,，在現(xiàn)場的測量結(jié)果顯示,，不帶真有效值計算的互感器產(chǎn)品輸出值較能夠測量含有直流成分的復(fù)雜波形的真有效值產(chǎn)品所測的數(shù)值小20-30%，誤差很大,，難以對原始電流進行準確的PID調(diào)節(jié),。PAS的真有效值產(chǎn)品與FLUKE 現(xiàn)場便攜式真有效值儀表數(shù)值幾乎相同，從而證明了在玻璃加工行業(yè),，以及需要調(diào)功器輸出測控的行業(yè)，真有效值測量的必要性,。

                   真有效值電流變送器外形

5. 結(jié)語

隨著國家節(jié)能減排政策的實施,，傳統(tǒng)燃煤及石化產(chǎn)品的行業(yè)都在逐步使用更加環(huán)保和更加安全的電加熱方法。但于此同時大功率調(diào)功設(shè)備如調(diào)功器,，變頻器等的使用也加大了對電流測控的難度,，傳統(tǒng)的互感器已經(jīng)不適應(yīng)這種變化，市場急需一種能夠準確測量畸變波形的真有效值產(chǎn)品,，而基于霍爾開環(huán)或者霍爾閉環(huán)原理的真有效值變送器正是在這種背景下應(yīng)運而生的,實踐證明這種電流變送器能很好的滿足測量不規(guī)則波形的要求,。更多信息請參考柏艾斯，http://www.passiontek.com.cn.