WB系列電量隔離傳感器/變送器選型

摘要：在概述了電量隔離傳感器/變送器的基本特性及功能的基礎(chǔ)上全面介紹了WB系列電量隔離傳感器的主要用途、分類(lèi)特點(diǎn)和選型方法，給出WB系列電量隔離傳感器/變送器的命名方法和各種類(lèi)型器件的引腳排列。最后給出了幾種WB系列器件的電路連接方法。

關(guān)鍵詞：電量 測(cè)量 隔離 傳感器 變送器 WB系列

1 概述

WB系列電量隔離傳感器/變送器是根據(jù)自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)采集技術(shù)發(fā)展的需要而研制開(kāi)發(fā)的新一代高性能電量檢測(cè)產(chǎn)品。

電量隔離傳感器/變送器可以對(duì)電流、電壓、頻率、功率、相角、功率因數(shù)等電參量進(jìn)行高速、高精度的隔離測(cè)量和變換，也可以對(duì)微弱的電量信號(hào)進(jìn)行高速、高精度地隔離放大和傳送，將其變換調(diào)理成符合國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)的電壓、電流、頻率等模擬信號(hào)輸出，或?qū)⑵渥儞Q成數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量狀態(tài)輸出等。它即可以和傳統(tǒng)的指針式儀表相接，也適合于與現(xiàn)代的數(shù)字式自控儀表、各種A/D轉(zhuǎn)換器以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)直接配接。

WB系列電量隔離傳感器誕生于80年代中期，目前我國(guó)已有400多種型號(hào)、上千種規(guī)格的系列產(chǎn)品。WB系列電量隔離傳感器/變送器的體積小、功耗低、頻響寬、精度高，可以解決自動(dòng)檢測(cè)及多路數(shù)據(jù)采集中的隔離、變換、傳送和共地、共電源等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，能有效克服共模干擾，提高系統(tǒng)精度，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)成本。WB系列電量隔離傳感器與傳統(tǒng)的電測(cè)器具相比，體積縮小了8～15倍，重量減輕了10～30倍，功耗減小了4～10倍，通頻帶拓展到20kHz，而價(jià)格只有同類(lèi)進(jìn)口產(chǎn)品的1/10～1/3。

目前中國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)該類(lèi)電量隔離傳感器的單位有西南自動(dòng)化研究所、深圳市峨嵋實(shí)業(yè)有限公司（CE系列）等。

2 主要用途

WB系列電量隔離傳感器的主要用途如下：

●取代各種低壓互感器、儀器儀表用互感器和電量變送器；

●高速、高精度的模擬信號(hào)隔離采集系統(tǒng)；

●要求性能價(jià)格比較高的隔離放大器和電量隔離轉(zhuǎn)換器；

●模擬信號(hào)的高精度隔離傳輸驅(qū)動(dòng)和接收；

●壓力、溫度等非電量傳感器的配套變送器；

●各種電信號(hào)的調(diào)理變送器；

●電壓、電流信號(hào)監(jiān)測(cè)用的越限報(bào)警傳感器；

●需要進(jìn)行信號(hào)變換的特殊環(huán)境等。

3 分類(lèi)及特點(diǎn)

根據(jù)WB系列電量隔離傳感器/變送器的工作原理，可將其分為光電隔離型、霍爾效應(yīng)型、頻率變換型和電磁隔離型幾大類(lèi)，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求自由選擇。

3.1 光電隔離型

這一類(lèi)型的電量隔離傳感器/變送器采用光電隔離放大和線性補(bǔ)償原理，它的特點(diǎn)是頻響寬、精度高、響應(yīng)快。適用于對(duì)精度和速度都有較高要求的場(chǎng)合，也可以用作寬頻帶隔離放大器。

3.2 霍爾效應(yīng)型

該類(lèi)型的電量隔離傳感器/變送器采用霍爾效應(yīng)原理進(jìn)行電-磁-電隔離轉(zhuǎn)換方式來(lái)感應(yīng)測(cè)量大電流。其特點(diǎn)功耗低、耐沖擊、過(guò)載能力強(qiáng)、可靠性高，特別適合于交、直流輸入的大電流測(cè)量方面的應(yīng)用。

3.3 頻率變換型

這一類(lèi)型的隔離傳感器/變送器采用的是頻率調(diào)制、光電隔離原理，該類(lèi)型的主要特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、適用于直流電量的隔離測(cè)量和信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，可以直接與壓力、溫度等非電量傳感器相匹配，可用做高精度隔離放大器或配套變送器。

3.4 電磁隔離型

該類(lèi)型的傳感器/變送器采用電磁隔離原理，其特點(diǎn)是精度高、可靠性好、功耗低（典型功耗值為30mW）、漂移小、穩(wěn)定性好，特別適合于工頻率至中頻電流、電壓、功率等參數(shù)的測(cè)量，或用來(lái)作無(wú)源交流采樣器。

3.5 智能變送器

智能變送器一般采用專(zhuān)用IC芯片、MCU技術(shù)、高精度數(shù)字變換技術(shù)和特殊專(zhuān)用軟件算法來(lái)實(shí)現(xiàn)電參量的真有效值隔離測(cè)量。其特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好，適用于在復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行電參量的精確測(cè)量，智能變送器一般不受諧波成分的影響，因而抗干擾能力較強(qiáng)。

4 選型方法

WB系列電量隔離傳感器/變送器的品種較齊、型號(hào)多，同一輸入類(lèi)型的產(chǎn)品有多種輸出組合，即使輸入、輸出類(lèi)型都相同的傳感器/變送器，由于工作原理不同，其結(jié)構(gòu)形式也不盡相同，因而可能有幾個(gè)供選擇型號(hào)，其性能也各有異同。怎樣才能選出滿意的型號(hào)呢？

首先要確認(rèn)被測(cè)電量的類(lèi)型，是電流、電壓、頻率還是功率？是交流、直流、脈沖直流還是交、直流混合信號(hào)？交流電量是普通正弦波還是畸變嚴(yán)重的復(fù)雜波形？只有將“輸入類(lèi)型”確定后，才能從諸多產(chǎn)品型號(hào)中，準(zhǔn)確地選用最適宜的一種。

其次是根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求確定輸出類(lèi)型。WB系列電量傳感器不僅可提供常規(guī)變送器所具有的直流電壓輸出（Vz）和直流電流輸出（Iz）,而且還能提供獨(dú)具特色的跟蹤電壓輸出（VG）、跟蹤電流輸出（IG）、頻率輸出（FK）和開(kāi)關(guān)量界限狀態(tài)輸出（TK、RK）等。

直流電壓輸出（Vz）是目前最受歡迎的輸出方式之一，適當(dāng)選擇輸出的標(biāo)稱(chēng)值可以直接與各種A/D轉(zhuǎn)換器直接配接，也可直接與數(shù)字面板表或其它指示儀器相接。

跟蹤電壓輸出（VG）和跟蹤電流輸出（IG）方式的精度較高、響應(yīng)快（Us級(jí)），適合于交流實(shí)時(shí)采樣系統(tǒng)和峰值采校系統(tǒng)。

頻率輸出（Fk）適合于用在模擬信號(hào)的高精度遠(yuǎn)距離傳輸系統(tǒng)中，還可以省去A/D轉(zhuǎn)換器，直接與數(shù)字電路或計(jì)算機(jī)接口連接。

電流輸出（Iz、IG）方式能夠克服信號(hào)因長(zhǎng)距離傳輸中的線路損耗而造成的測(cè)量誤差，4～20mA的Iz輸出還能對(duì)輸出回路的開(kāi)路狀態(tài)給出指示。WB系列產(chǎn)品的電流輸出均可以接共地負(fù)載，符合國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)。

開(kāi)關(guān)量狀態(tài)輸出（Tk、Rk）是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閥值自動(dòng)給出越限報(bào)警信號(hào)。可直接用于接通顯示或執(zhí)行控制動(dòng)作。

了解了這些輸出形式的特點(diǎn)后，再結(jié)合其他參數(shù)（如精度等級(jí)、負(fù)載能力、響應(yīng)時(shí)間、外形結(jié)構(gòu)等）的要求，在綜合權(quán)衡之后再確定所需要的傳感器型號(hào)。傳感型號(hào)確定后，須進(jìn)一步確定傳感器的輸入/輸出規(guī)格。輸入規(guī)格可以在廠方產(chǎn)品型號(hào)中的“輸入標(biāo)稱(chēng)值”一欄給出的系列值中選取，也可以在輸入下限值與上限值之間自主確定。輸出規(guī)格可以選擇“輸出標(biāo)稱(chēng)值”一欄中給出的標(biāo)稱(chēng)值，也可以根據(jù)需要自主確定。

本文以西南自動(dòng)化研究所的產(chǎn)品為例進(jìn)行介紹，圖1是WB系列產(chǎn)品的命名方法。其引腳排列及外型如圖2所示。

5 接線方法示例

所有電流輸出型（Iz、I`z）傳感器/變磅器的輸出均為共地電流源，其接線原理如圖3（a）所示。

二線制電流輸出型（Iz）傳感器/變送器的接線原理如圖3（b）所示。

頻率輸出型（Fk、F`k）傳感器/變送器的輸出級(jí)為集有電極開(kāi)路門(mén)（NPN管）結(jié)構(gòu)，使用須外接電阻RL，接線方法如圖3（c）所示。

WB I414aD1型變送器的輸出端第4腳是輸出基準(zhǔn)設(shè)定端，在Ix=0條件下，調(diào)節(jié)2kΩ電位器可使6腳的Iz輸出為4mA，其接線原理如3（d）所示。

6 術(shù)語(yǔ)定義和符號(hào)說(shuō)明

6.1 術(shù)語(yǔ)定義

為了便于用戶了解產(chǎn)的有關(guān)術(shù)語(yǔ)，現(xiàn)對(duì)有些術(shù)語(yǔ)說(shuō)明如下：

●精度等級(jí)（準(zhǔn)確度等）是指?jìng)鞲衅鞯臏?zhǔn)確度，由基本誤差極限和由影響量（如溫濕度變化、電源波動(dòng)、頻率改變等）引起的改變量極限確定。例如，0.1級(jí)傳感在線性測(cè)量范圍內(nèi)的基本誤差不超過(guò)輸出標(biāo)稱(chēng)值的0.1%。

●輸入頻響是指輸入為標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號(hào)時(shí)，傳感器的通頻帶。

●響應(yīng)時(shí)間是指在輸入端施加一個(gè)0～標(biāo)稱(chēng)輸入值的正階躍信號(hào)（對(duì)于交流斷續(xù)的標(biāo)稱(chēng)輸入值）輸出0上升到90%標(biāo)稱(chēng)值所需要的時(shí)間。

●負(fù)載能力表示傳感器在保持規(guī)定的準(zhǔn)確度的條件下，其輸出端所能承受的負(fù)載量的大小。對(duì)于電壓輸出型（VG、Vz）傳感器，負(fù)載能力用其輸出端所能提供的最大電流（mA）來(lái)表示；對(duì)于電流源輸出型（IG、Iz）隔離傳感器，則用其輸出回路所允許的最高電壓（V）來(lái)表示。對(duì)于開(kāi)路門(mén)頻率輸出型（Fk）傳感器，其負(fù)載能力用開(kāi)路門(mén)導(dǎo)通時(shí)允許灌入的最大電流（mA）來(lái)表示。

●脈動(dòng)直流是指整流而未濾波或紋波含量>10%的直流信號(hào)。

6.2 符號(hào)定義

下面是WB系列電量隔離傳感器/變送器的有關(guān)符號(hào)的定義：

Vx：被測(cè)電壓；

Ix：被測(cè)電流；

Fx：被測(cè)頻率；

VG：輸出電壓的波形和有效值，跟蹤輸入信號(hào)的變化而輸出電壓，亦稱(chēng)為跟蹤型電壓輸出；

Vz：電壓絕對(duì)值變換，表示按有效值定標(biāo)的直流電壓輸出；

V`z：電壓真有效值變換，直流電壓輸出；

IG：輸出電流源的電流波形和有效值，跟蹤輸入信號(hào)的變化，亦稱(chēng)為跟蹤型電流源輸出；

Iz：電流絕對(duì)值變換，表示按有效值定標(biāo)的直流電路源輸出；

I`z：電流真有效值變換，為直流電流源輸出；

Fk：頻率絕對(duì)值變換，為按有效值定標(biāo)的開(kāi)路門(mén)頻率輸出；

F`k：頻率真有效值變換，為開(kāi)路門(mén)頻率輸出；

GND：傳感器輸出信號(hào)和輔助電源公共地；

Tk：集電極開(kāi)路門(mén)輸出；

Rk：繼電器觸點(diǎn)輸出。