真有效值（TRMS）電流變送器在玻璃加工行業的應用

關鍵字：真有效值電流變送器，霍爾開環電流傳感器

介紹了基于霍爾開環原理，通過真有效值轉換（True RMS）輸出標準信號的電流變送器用于玻璃加工行業的應用情況，較好的解決了被測電流波形復雜而又要求準確輸出的現實問題。

1 引言

工藝玻璃品是一種產品，尤其是在歐美等發達國家，造型各異的玻璃用品更是居家及餐飲行業*的日用品。如何加工出精美的玻璃工藝品是一項難度很大的工作，必須對玻璃加工的各個環節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節中zui重要的一點就是要對玻璃熔爐的爐溫進行控制。

現代的玻璃熔爐都已經采用電加熱，而傳統的燃煤加熱早已被摒棄。對熔爐的溫度進行PID調節控制，其中一項就是要對電流進行實時的測量，進而對調功器的輸出電流進行相角調節，控制電流的大小。

2開環霍爾傳感器的工作原理

自1879年美國物理學家Edwin Herbert Hall發現霍爾效應以來，霍爾技術被越來越多地應用于工業控制的各個領域。隨著元器件工藝技術的發展，由霍爾器件應用開發的霍爾電流、電壓傳感器在各行各業都取得了良好的應用。

2.1 霍爾效應及霍爾器件

霍爾效應是霍爾技術應用的理論基礎，當通有小電流的半導體薄片置于磁場中時（如圖1），半導體內的載流子受洛倫茲力的作用發生偏轉，使半導體兩側產生電勢差，該電勢差即為霍爾電壓VH，VH與磁感應強度B及控制電流IC成正比，經過理論推算有式（1）關系。

VH=（RH/d）×B×IC  （1）

式中：B為磁感應強度；IC為控制電流；RH為霍爾系數；d為半導體厚度。

式（1）中，若保持控制電流IC不變，在一定條件下，可通過測量霍爾電壓推算出磁感應強度的大小，由此建立了磁場與電壓信號的。根據這一關系式，人們研制出了用于測量磁場的半導體器件，即霍爾器件。

                   霍爾效應原理

2.2 開環霍爾電流傳感器的工作原理

                            霍爾開環原理

當原邊電流Ip穿過帶有氣隙的聚磁環，放在氣隙中的霍爾元件會檢測到與電流大小成比例關系的磁通，并輸出小電壓信號，該電壓信號被放大器放大，即可輸出與原邊電流信號相位相一致的電壓波形，該波形能夠真實的反映原邊電流的大小及變化。

開環霍爾電流傳感器的應用很廣泛，主要是有以下幾個重要特點：1.體積小 2. 過載能力強 3.簡單可靠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”，有的文獻也稱為真均方根值，交流電壓的真有效值的表達式，它的定義如下：

PAS系列真有效值電流變送器采用有名芯片廠家的真有效值計算芯片，將普通的跟隨信號準化成了經過計算的真有效值信號。

2.4 基于霍爾開環電流傳感器以及真有效值測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，霍爾元件感應到磁場的變化，輸出的微弱電壓信號經過放大處理后進入真有效值芯片進行處理，zui終傳感器輸出標準的電流或電壓信號，如工業標準信號，DC 4-20mA,DC 0-20mA DC 0-5V,DC 0-10V.

                        基于霍爾開環原理的真有效值變送器

3.真有效值電流變送器的特點

  因為在玻璃加熱加工行業以及其他需要用到冶煉爐的行業，大部分都需要用到調功器產品，對電流進行控制以達到控制爐溫的目的，這里常用的調功器普遍使用調相角的方法來調節電流的有效值，也就是調節了溫度。此時電流的波形已經是非標準的波形了，不是標準的正弦波，不能被互感器等捕獲，從而無法計算出真正的電流有效值來。霍爾傳感器能測量各種波形，包括非標準的正弦波形。

                調功器產品外形                                                      經調功器輸出的電流波形

4.電流傳感器在玻璃加工行業的應用

為了更好的控制爐溫，需要更加準確的控制電流的大小。該客戶為亞洲zui大的工藝品玻璃廠，生產的產品絕大部分出口到歐洲，因此對品質的要求極為嚴格，傳統的互感器測量已經無法適應現代調節設備的要求，必須尋找一種能夠測量各種波形，并對各種復雜波形進行真有效值計算輸出的產品，才能滿足其測量，準確控制的要求。柏艾斯的產品正是基于這樣的開發理念，使用能夠測量各種波形的霍爾原理，再通過專業的真有效值計算芯片，zui終輸出搞準確度的輸出結果，經過測算，在現場的測量結果顯示，不帶真有效值計算的互感器產品輸出值較能夠測量含有直流成分的復雜波形的真有效值產品所測的數值小20-30%，誤差很大，難以對原始電流進行準確的PID調節。PAS的真有效值產品與FLUKE 現場便攜式真有效值儀表數值幾乎相同，從而證明了在玻璃加工行業，以及需要調功器輸出測控的行業，真有效值測量的必要性。

                   真有效值電流變送器外形

5. 結語

隨著國家節能減排政策的實施，傳統燃煤及石化產品的行業都在逐步使用更加環保和更加安全的電加熱方法。但于此同時大功率調功設備如調功器，變頻器等的使用也加大了對電流測控的難度，傳統的互感器已經不適應這種變化，市場急需一種能夠準確測量畸變波形的真有效值產品，而基于霍爾開環或者霍爾閉環原理的真有效值變送器正是在這種背景下應運而生的,實踐證明這種電流變送器能很好的滿足測量不規則波形的要求。更多信息請參考柏艾斯，http://www.passiontek.com.cn.