电量隔离传感器

能感受被测电压、电流或电压和电流等电量信号并转换成可用输出信号的测量装置。

电量隔离传感器/变送器是针对工程中的电量检测(监测)，提高系统的整体抗干扰能力，而研制开发的一种小体积，高性能的电信号量测部件或模块。 电量隔离传感器/变送器可以对现场的大电流，高电压，功率，频率，相角，电度等电参量进行隔离测量和变换，也可以对各种微弱信号(如各种桥路信号)

进行隔离放大和变换，将其调理后，变换成符合国际通用标准的电压，电率等模拟信号或变换成数字量，开关量状态等信号输出。这些输出信号可以和传统的指针式仪表相接，也与现代的数字式自控仪表，各种A/D转换器以及计算机系统直接配接，从而可以形成一个组成高可靠的工业检测(监测)或控制系统。 由于电量隔离传感器在应用中，用户不需做二次开发工作，高电压或大电流信号可以直接接入产品，(通过端子，插针输入或穿孔方式输入)，就可以得到相应的输出信号。因此电量隔离传感器作为信号调理，隔离和变换功能摸块，是工业控制和数据采集系统中比较理想的变送器产品。 随着科学技术的不断发展，工业控制或检测(监测)系统对电量隔离传感器的要求也越来越高，特别是在产品的稳定性，检测精度和功能方面。由于数字化产品不论其性能还是功能，如非线性校正和小信号处理方面，模拟产品是不可比拟的。因此，电量隔离传感器的数字化是一种必然趋势。

电量隔离传感器/变送器是针对工程中的电量检测(监测)，提高系统的整体抗干扰能力，而研制开发的一种小体积、高性能的电量测试部件(产品)。

电量隔离传感器/变送器可以对现场的大电流、高电压、功率、频率、相角、电度等电参量进行隔离测量和变换，也可以对各种微弱信号(如各种桥路信号)进行隔离放大和变换，将其调理后，变换成符合国际通用标准的电压、电流、频率等模拟信号或变换成数字量、开关量状态等信号输出。这些输出信号可以和传统的指 针式仪表相接，也与现代的数字式自控仪表、各种A/D转换器以及计算机系统直接配接，从而可以形成一个高可靠的工业检测(监测)或控制系统。

由于电量隔离传感器在应用中，用户不需做二次开发工作，高电压或大电流信号可以直接接入产品，（通过端子、插针输入或穿孔方式输入），就可以得到相应的输出信号。因此电量隔离传感器作为信号调理、隔离和变换功能摸块，是工业控制和数据采集系统中比较理想的变送器产品。

1、输入电量与输出模拟信号或数字信号之间有必要的电气隔离；

2、供电电源与输入电量之间有必要的电气隔离；

3、输入信号与一次回路连接，输出信号与二次仪表连接；

4、当输出为数字编码信号时，一般满足相关协议要求。

由于电量隔离传感器产品的被检测对像主要是电流和电压信号，所以下面主要介绍常见电流和电压信号的检测原理。

工频交流信号又分为工频交流电压和工频电流信号。,图1为工频交流电流信号的检测原理框图，图2为工频交流电压信号的检测原理框图，由CT和PT对信号进行隔离，电流为穿孔输入方式，电压为端子接线输入方式。

其中，CT为电流互感器，PT为电压互感器，CT输出一般为5A、PT输出一般为100V，经整流放大等调理电路之后，输出一般为0~5V或4~20mA。

2、直流信号检测原理

电量隔离传感器

直流信号分为直流电压和直流电流，直流电流一般是通过电阻取样，直流电压一般用电阻降压处理。由一个隔离电源向前置放大器供电。

由上述原理框图可以看出，不论是交流信号还是直流信号，输入输出都是完全隔离的，一般，现场输入信号都是大电流或高电压，这样电量隔离传感器就可以把现场信号与低压数据采集系统完全隔离，避免系统受到强信号的干扰，从而提高系统的可靠性。

3、变频电量隔离传感器

考虑到变频电量测量现场电磁环境较复杂，适宜采用数字量输出传感器。数字量传输采用光纤传输，一方面可以避免传输过程受电磁干扰的影响，另一方面又可在一次与二次回路之间建立电气隔离。

变频电量隔离传感器习惯称为变频电量传感器或变频电量变送器，对于数字量输出的变频电量传感器，一般分为变频电压传感器、变频电流传感器和变频功率传感器。

通过对变频电量传感器输出的高速采样的数字量进行分析、运算，可获取被测变频电量的基波有效值、真有效值、谐波、基波功率、有功功率等参数。

额定输入：0.5～10～100mA AC；

额定输出：0～5Vdc；0～20mA；4～20mA；

输出纹波：≤10mV；

精度：1.0级；

线性范围：0～120%；

响应时间：≤300mS ；

隔离耐压： 2500V DC/1分钟；

工作温度：-20℃～+70℃；

1、2、3、4、7脚：NC(禁用)；

5脚：VCC，辅助电源正端；

6脚：GND,辅助电源和电压输出公共接地端；

8脚：Vz，电压输出端； 9脚：Iy/Iz，电流输出端；

产品采用DIN35导轨式安装或螺钉固定安装，其安装尺寸如图5所示。

交流信号数字式电量隔离传感器一般由电压/电流传感器、信号调理、隔离放大、AD采样、微处理器、通讯接口等部分组成。

电压、电流传感器依据测量信号特点可以是电压互感器、电流互感器、霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、罗氏线圈等等；

微处理器是产品数字化的核心部分，一般都选用带A/D转换器的单片机，如PIC16C74、MSP430或ADCUC812等，因此，电路可以很简单。如果选ADUC812单片机，则可以直接输出0~5V电压信号，因为其内部包含有两个12位的D/A转换器；

通讯接口部分是数字信号输出的变换电路，广泛采用的是RS-485总线接口，最常用的接口芯片为ADM483，它可以最多挂接32个节点，当然也有许多其它类似芯片。RS-232接口一般有两种方式实现，一种就是在RS-485网络总线上加一个RS-485/RS-232转换器，另一种就是，直接把RS-232接口芯片放在产品中，后一种的缺点就是产品的应用将受到限制，不能组成网络结构，只能点对点通讯。CAN-BUS是发展较快的一个总线，其优点是传输距离远，可以达到10km，不会出现总线冲突，多主工作方式，通讯协议通用性好，当然其成本较高。采用光纤传输的通讯接口具有较强的电磁兼容能力，适用复杂电磁环境下的高精度测量。

软件主要包含三个功能模块，数据采集、数据处理和通讯协议。其中数据采集主要就是读取A/D的转换结果，由于单片机自带A/D，因此程序比较简单；

数据处理主要完成交流变直流的运算，由于单片机的运算速度有限，因此我们采用频率跟踪法，来完成变换的计算；

通讯协议一般由用户选定，如MODBUS协议，ASCII格式等。

由于数字式电量隔离传感器可以直接输出数字量，对于许多应用系统可以省去A/D采集模块，所以，可以降低系统成本。因此，电量隔离传感器的数字化，不仅提高产品稳定性，还可以使用户进一步降低成本。

由于电量隔离传感器产品种类较多，本文仅介绍了一种交流信号电量隔离传感器数字化技术。电量隔离传感器实现数字化的方法较多，目前最普遍的是采用单片机技术，因为它的应用很灵活，可以实现各种不同功能。随着集成电路不断发展，已经出现了许多专用的芯片，如电度表产品，已有许多专用芯片可选，有数字接口也有脉冲输出等。