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(biāo)準(zhǔn)信號(hào)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(cè)電流波形復(fù)雜而又要求準(zhǔn)確輸出的現(xiàn)實(shí)問題。

1 引言

工藝玻璃品是一種高檔產(chǎn)品，尤其是在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，造型各異的玻璃用品更是居家及餐飲行業(yè)必不可少的日用品。如何加工出精美的玻璃工藝品是一項(xiàng)難度很大的工作，必須對(duì)玻璃加工的各個(gè)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)中最重要的一點(diǎn)就是要對(duì)玻璃熔爐的爐溫進(jìn)行精確控制。

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(duì)熔爐的溫度進(jìn)行PID調(diào)節(jié)控制，其中一項(xiàng)就是要對(duì)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)的精確測(cè)量，進(jìn)而對(duì)調(diào)功器的輸出電流進(jìn)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(guó)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(gè)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(dāng)通有小電流的半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中時(shí)（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(shì)差，該電勢(shì)差即為霍爾電壓VH，VH與磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)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(cè)量霍爾電壓推算出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，由此建立了磁場(chǎng)與電壓信號(hào)的聯(lián)系。根據(jù)這一關(guān)系式，人們研制出了用于測(cè)量磁場(chǎng)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(dāng)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(huì)檢測(cè)到與電流大小成比例關(guān)系的磁通，并輸出小電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)被放大器放大，即可輸出與原邊電流信號(hào)相位相一致的電壓波形，該波形能夠真實(shí)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(gè)重要特點(diǎn)：1.體積小 2. 過載能力強(qiáng) 3.簡(jiǎn)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(xiàn)也稱為真均方根值，交流電壓的真有效值的表達(dá)式，它的定義如下：

 

PAS系列真有效值電流變送器采用國(guó)際有名芯片廠家的專用真有效值計(jì)算芯片，將普通的跟隨信號(hào)準(zhǔn)化成了經(jīng)過計(jì)算的真有效值信號(hào)。

 

2.4 基于霍爾開環(huán)電流傳感器以及真有效值測(cè)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(chǎng)的變化，輸出的微弱電壓信號(hào)經(jīng)過放大處理后進(jìn)入真有效值芯片進(jìn)行處理，最終傳感器輸出標(biāo)準(zhǔn)的電流或電壓信號(hào)，如工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，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(diǎn)

  因?yàn)樵诓ＡЪ訜峒庸ば袠I(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(duì)電流進(jìn)行控制以達(dá)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(shí)電流的波形已經(jīng)是非標(biāo)準(zhǔn)的波形了，不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，不能被互感器等精確捕獲，從而無法計(jì)算出真正的電流有效值來。霍爾傳感器能測(cè)量各種波形，包括非標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)確的控制電流的大小。該客戶為亞洲最大的工藝品玻璃廠，生產(chǎn)的產(chǎn)品絕大部分出口到歐洲，因此對(duì)品質(zhì)的要求極為嚴(yán)格，傳統(tǒng)的互感器測(cè)量已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代調(diào)節(jié)設(shè)備的要求，必須尋找一種能夠精確測(cè)量各種波形，并對(duì)各種復(fù)雜波形進(jìn)行真有效值計(jì)算輸出的產(chǎn)品，才能滿足其精確測(cè)量，準(zhǔn)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(cè)量各種波形的霍爾原理，再通過專業(yè)的真有效值計(jì)算芯片，最終輸出搞準(zhǔn)確度的輸出結(jié)果，經(jīng)過測(cè)算，在現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量結(jié)果顯示，不帶真有效值計(jì)算的互感器產(chǎn)品輸出值較能夠測(cè)量含有直流成分的復(fù)雜波形的真有效值產(chǎn)品所測(cè)的數(shù)值小20-30%，誤差很大，難以對(duì)原始電流進(jìn)行準(zhǔn)確的PID調(diào)節(jié)。PAS的真有效值產(chǎn)品與FLUKE 現(xiàn)場(chǎng)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(cè)控的行業(yè)，真有效值測(cè)量的必要性。

                   真有效值電流變送器外形

5. 結(jié)語