電力裝置中的電氣量測(cè)量傳感器

電力是以電能作為動(dòng)力的能源，電力系統(tǒng)是指由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等環(huán)節(jié)構(gòu)成的電力生產(chǎn)、傳輸與消費(fèi)系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中常見的發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)柜、電動(dòng)機(jī)等均為電力裝置。

電力裝置中的電氣量測(cè)量傳感器主要包括測(cè)量電流、電壓、電阻、電功率、相位、電能等電氣量的傳感器。電氣量測(cè)量傳感器的常用檢測(cè)方法大體可分為兩類：一是利用電磁作用原理制成的直讀式電氣量指示儀表，另一是將被測(cè)電氣量與作為標(biāo)準(zhǔn)器的同類電氣量進(jìn)行比較，從而確定該被測(cè)量大小。

電氣量測(cè)量傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝靈活，成本低，穩(wěn)定性和可靠性高，使用維修方便，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而使用極為廣泛。電氣量測(cè)量傳感器 /儀表品種規(guī)格繁多，按測(cè)量對(duì)象的名稱 (或單位 )分：有電流表 (安培表、毫安表、微安表 )、電壓表 (伏特表、千伏表、毫伏表、微伏表 )、功率表 (瓦特表、千瓦表 )、相位表 (功率因數(shù)表 )、電能表 (瓦時(shí)表、電度表 )、頻率表、電阻表（歐姆表、兆歐表）和具有多種測(cè)量用途的萬用表等。按傳感器的工作電流的種類分：有直流儀表、交流儀表和交直流兩用儀表。

電氣量測(cè)量傳感器的工作原理主要有磁電式、電磁式、電動(dòng)式、鐵磁電動(dòng)式、感應(yīng)式、整流式、靜電式和熱電式等類別。各種典型傳感器類別的工作原理分述如下。

磁電式傳感器

磁電式傳感器是利用永久磁鐵的磁場(chǎng)和載流線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用而工作的（見圖 1），用于測(cè)量直流電壓、直流電流及電阻等。因而此類傳感器可用于制成電流表、電壓表、電阻表、檢流計(jì)或鉗形表等，優(yōu)點(diǎn)是刻度均勻；靈敏度和準(zhǔn)確度高（可高達(dá) 0.05級(jí)）；阻尼強(qiáng)；消耗電能量小（小于 100mW）；受外界磁場(chǎng)影響小。缺點(diǎn)是只能測(cè)量直流；價(jià)格較高；不能承受較大過載。其測(cè)量范圍為：電流 10-11～ 102A，電壓 10-3～103V。

電磁式傳感器

電磁式傳感器是利用由載流線圈的磁場(chǎng)吸動(dòng)鐵片的吸引力或由載流固定線圈里的動(dòng)鐵片與定鐵片之間的排斥力所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力矩而工作的，用于測(cè)量交流電壓和交流電流等，基于此原理可做成交流電流表和交流電壓表、相位表、同步表、鉗形表等。優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單；價(jià)格低廉；可用于交直流；能測(cè)量較大的電流；允許較大的過載。缺點(diǎn)是刻度不均勻；易受外界磁場(chǎng)及鐵片中磁滯和渦流（測(cè)量交流時(shí)）的影響，因此準(zhǔn)確度不高（最高準(zhǔn)確度 0.1級(jí)）。其測(cè)量范圍為：電流 10-3～102A，電壓 1～103V。頻率為工頻，但可擴(kuò)展到 5kHz。

電動(dòng)式傳感器

電動(dòng)式傳感器是利用兩只固定線圈和一只活動(dòng)線圈間磁場(chǎng)相互作用所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力矩而工作的，由此制作電壓表、電流表、功率表。優(yōu)點(diǎn)是能測(cè)量交流的真有效值，準(zhǔn)確度高（可高達(dá) 0.05級(jí)），且可 交直流兩用，不受交流頻率的影響（通常應(yīng)用頻率不超過2.5kHz）。不足是制造成本較高，功率損耗較磁電式大，過載能力小，且本身磁場(chǎng)弱，測(cè)量易受外磁場(chǎng)干擾。其測(cè)量范圍為：電流 10-3～102A，電壓 1～103V。頻率工頻，但可擴(kuò)展到 5kHz。

鐵磁電動(dòng)式傳感器動(dòng)作原理類同于電動(dòng)式，不同之處是在電動(dòng)式儀表固定線圈中加入了鐵磁體組成磁路，以增加磁場(chǎng)。特點(diǎn)是消耗功率較小，最高準(zhǔn)確度可達(dá) 0.2級(jí)，不足是過載能力小。制成儀表類型有電壓表、電流表、功率表、頻率表、相位表。其測(cè)量范圍為：電流 10-7～102A，電壓 10-1～103V，工頻。

感應(yīng)式傳感器

感應(yīng)式傳感器主要用來計(jì)量電能，故通常稱之為交流電能表，表內(nèi)的旋轉(zhuǎn)力矩是由通有交流電流的電流線圈與在可動(dòng)鋁盤中感應(yīng)的渦流相互作用而產(chǎn)生的，功耗小中，最高準(zhǔn)確度可達(dá) 0.5級(jí)，過載能力大。常見的感應(yīng)式電測(cè)量?jī)x表有單相有功電能表、單相無功電能表、三相二元件有功電能表、三相二元件無功電能表、三相四線三元件有功電能表和三相四線三元件無功電能表等。

整流式傳感器

整流式傳感器主要是利用整流器將被測(cè)交流電變?yōu)橹绷麟姡儆么烹娛綔y(cè)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量。特點(diǎn)是功耗小，最高準(zhǔn)確度為 1.0級(jí)，過載能力小。其儀表類型有電流表、電壓表、歐姆表、頻率表、相位表、萬用表等。其測(cè)量范圍為：電流 10-5～10A，電壓 1～103V，頻率工頻，但可擴(kuò)展到 5kHz。

靜電式傳感器

靜電式傳感器是利用電荷同性相斥、異性相吸的原理產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩而工作的，能測(cè)量真有效值，應(yīng)用范圍廣（可在直流和交流 10Hz至幾 MHz范圍內(nèi)使用），損耗極小，最高準(zhǔn)確度可達(dá) 0.1級(jí)，過載能力大，常用于制作電壓表、功率表、象限計(jì)等。其測(cè)量范圍為：電壓10～5×105V，頻率可達(dá) 108Hz。

熱電式傳感器

熱電式傳感器是利用磁電式測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)量由被測(cè)電流通過熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)而工作的，由此構(gòu)成的儀表類型有電壓表、電流表和功率表等?？蛇m用于交流和直流場(chǎng)合，功耗小，最高準(zhǔn)確度可達(dá) 0.1級(jí)，但過載能力小。其測(cè)量范圍為：電流 10-3～10A，電壓 10～103V，頻率＜ 108Hz。

數(shù)字式傳感器/儀表

隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，在傳統(tǒng)模擬式傳感器的基礎(chǔ)上，誕生了新一代的數(shù)字式傳感器 /儀表。這些綜合了電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的最新成果而發(fā)展起來的數(shù)字儀表，盡管品種繁多，型號(hào)各異，但主要都是由模擬調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)碼顯示和其它各類專用芯片（如鎖存、驅(qū)動(dòng)、計(jì)算等芯片）等主要部分所組成。概括而言，是一種以邏輯控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，通過數(shù)／模轉(zhuǎn)換，并以數(shù)碼形式直接顯示測(cè)量結(jié)果的儀表。由于它們具有測(cè)量速度快、準(zhǔn)確度高（一般均可達(dá) 0.5級(jí)，甚至 0.2級(jí)）、數(shù)字顯示、分辨力高、重復(fù)性好、抗干擾能力強(qiáng)（串模抑制比 SMR可達(dá) 100dB，共模抑制比 CMR可達(dá) 120dB，如采用數(shù)字濾波等， CMR甚至可達(dá) 180dB）、適用于多種參數(shù)測(cè)量和集中控制等一系列優(yōu)點(diǎn)，使得該類傳感器 /儀表得到廣泛應(yīng)用。

隨著生產(chǎn)的發(fā)展以及科技的進(jìn)步，電氣檢測(cè)傳感器技術(shù)得以躍升，其被測(cè)對(duì)象也擴(kuò)展到相當(dāng)大的檢測(cè)范圍，如可以測(cè)出電流小到 10-17Ａ，大到數(shù)十萬安；電壓從 10-9V到上千萬伏；電阻從百分之幾微歐到 1018Ω；頻率從 10-6Hz到 1012Ｈz等等。隨著時(shí)間的推移，被測(cè)對(duì)象可檢測(cè)的范圍還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，性能還會(huì)進(jìn)一步提升。

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