【導(dǎo)讀】工業(yè)生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)中，大電流、高電壓的檢測往往是一個系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，如何解決大電流、高電壓的信號檢測以及傳輸是一個系統(tǒng)能否正常穩(wěn)定可靠性工作的關(guān)鍵。本文主要介紹隔離變送器模塊在新型霍爾傳感器中信號處理的解決方案。
一、引言
近年來，新一代功率半導(dǎo)體器件大量進(jìn)入電力電子、交流變頻調(diào)速、直流變頻以及逆變裝置等領(lǐng)域。原有的電壓、電流檢測器件已不適合此應(yīng)用場合，如分流器無法進(jìn)行隔離測量，互感器只適合于測量交流場合，并且有精度、帶寬不高等原因?；魻栯娏麟妷鹤兯推髂K，是近十幾年逐漸發(fā)展起來的測量控制電流、電壓的新一代工業(yè)用電量傳感器，彌補(bǔ)直流高壓大電流以及瞬變電流電壓等需求的高性能電檢測元件的空白。
二、霍爾變送器的構(gòu)成
霍爾傳感器是利用霍爾原理制作出的傳感器件，即利用原邊電流Ip產(chǎn)生的磁通量聚集在磁路中，由霍爾器件檢測出霍爾電壓信號，放大器將此信號進(jìn)行放大，放大后的電壓信號可以精確地反映出原邊電流的大小。
閉環(huán)式霍爾電流變送器是在直測式霍爾電流傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要由原邊電路、聚磁環(huán)、霍爾器件、次級線圈和放大電路、采樣電路、調(diào)零電路以及隔離變送模塊組成，如圖1。主回路電流IP 在聚磁環(huán)所產(chǎn)生的磁場，通過一個次級線圈的電流產(chǎn)生的磁場進(jìn)行補(bǔ)償，使霍爾器件始終處于檢測零磁通的工作狀態(tài)。流經(jīng)次級線圈的電流Is經(jīng)過精密電阻RL進(jìn)行采樣，為了減小恒流源的負(fù)載能力，此精密電阻RL的阻值較小。精密電阻將電流信號變換成mV的電壓信號，此信號經(jīng)過濾波器的濾波作用后直接接入金升陽TM系列信號調(diào)理模塊進(jìn)行信號隔離放大變換，變換換成工業(yè)需要的標(biāo)準(zhǔn)信號，如4－20mA、0－20mA、 l－5V、0－5V等標(biāo)準(zhǔn)直流信號，供給智能儀表顯示或者直接供給現(xiàn)場PLC或DCS系統(tǒng)使用。如果原邊電流Ip發(fā)生變化，則Ip產(chǎn)生的磁通發(fā)生變化，則在霍爾元件的兩表面產(chǎn)生電勢差，此電勢差經(jīng)過運(yùn)放的放大作用，直接控制Is補(bǔ)償電流的大小，此補(bǔ)償電流恰好與被測電流的方向相反，從而補(bǔ)償了原來的磁場，使得霍爾器件處于零磁通的狀態(tài)中。所以Is的電流可以真實(shí)地反映出原邊Ip的電流的變化，反應(yīng)速度快。
圖1：閉環(huán)霍爾電流變送器
閉環(huán)式霍爾電壓變送器與閉環(huán)式霍爾電流變送器的原理相似，需要從母線上引入一電流，串聯(lián)一電阻是必要的，此電阻的功率、耐壓需滿足要求，甚至需要加散熱器，來減小此功率電阻的溫升以減小因溫度上升而帶來的溫漂問題，并且此電阻的精度必須保證，否則會引入測量誤差，一般需要10mA左右的原邊電流。
圖2：閉環(huán)霍爾電壓變送器
三、TM系列信號調(diào)理模塊的應(yīng)用
針對霍爾傳感器的mV級輸入信號的調(diào)制設(shè)計(jì)，廣州金升陽科技有限公司專門推出了TM_P系列的解決方案。該系列產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)：
● 三隔離(輸入、輸出、電源相互隔離)
● 輸入信號：0～10/20/30/50/75/100mV；
● 輸出信號：0/4～20 mA ,0～5V/10V
● 高精度等級(0.1% F.S.)
● 高精度等級(0.1% F.S.)
● 高線性度(0.1% F.S.)
● 電源具有防反接保護(hù)
● 電源具有防反接保護(hù)
● 極低溫漂(50PPM/℃)
● 工業(yè)級(工作溫度范圍: -25℃～71℃)
● 高隔離電壓（2.5KVAC）
產(chǎn)品內(nèi)部自帶隔離電源，無需外部DC/DC隔離電源，但是需要獨(dú)立的輸入電源供電，產(chǎn)品的供電端與信號輸入端、信號輸出端三端隔離，具有很低的零點(diǎn)偏置，精度為0.1%FS，高線性度，精度為0.1%FS；采用小體積封裝（31.80mm*20.30mm*9.50mm）以應(yīng)對越來越苛刻的占板PCB要求；采用獨(dú)特的電磁隔離技術(shù)以應(yīng)對光耦隔離技術(shù)的長久運(yùn)行而帶來的光衰而造成精度失真的問題；采用雙列直插的引腳排布方式，以應(yīng)對振動強(qiáng)烈場合，增加焊接的可靠性；可以為客戶的實(shí)際量程定制相應(yīng)的輸入輸出量程范圍，可以提供常規(guī)的24V、15V、12V、5V等多種電源輸入的產(chǎn)品。
小結(jié)
高精度的采樣技術(shù)是保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全運(yùn)行的保證，信號調(diào)理模塊的使用可以大大縮短前端采樣信號電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試時(shí)間。
