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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，較好的解決了被測電流波形復(fù)雜而又要求準(zhǔn)確輸出的現(xiàn)實問題。

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難度很大的工作，必須對玻璃加工的各個環(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)中最重要的一點就是要對玻璃熔爐的爐溫進(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。對熔爐的溫度進(jìn)行PID調(diào)節(jié)控制，其中一項就是要對電流進(jìn)行實時的精確測量，進(jìn)而對調(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)體薄片置于磁場中時（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)生電勢差，該電勢差即為霍爾電壓VH，VH與磁感應(yīng)強度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，可通過測量霍爾電壓推算出磁感應(yīng)強度的大小，由此建立了磁場與電壓信號的聯(lián)系。根據(jù)這一關(guān)系式，人們研制出了用于測量磁場的半導(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檢測到與電流大小成比例關(guān)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(huán)霍爾電流傳感器的應(yīng)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(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際有名芯片廠家的專用真有效值計算芯片，將普通的跟隨信號準(zhǔn)化成了經(jīng)過計算的真有效值信號。

 

2.4 基于霍爾開環(huán)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(yīng)到磁場的變化，輸出的微弱電壓信號經(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，如工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號，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

  因為在玻璃加熱加工行業(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(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，因此對品質(zhì)的要求極為嚴(yán)格，傳統(tǒng)的互感器測量已經(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量各種波形，并對各種復(fù)雜波形進(jìn)行真有效值計算輸出的產(chǎn)品，才能滿足其精確測量，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，使用能夠測量各種波形的霍爾原理，再通過專業(yè)的真有效值計算芯片，最終輸出搞準(zhǔn)確度的輸出結(jié)果，經(jīng)過測算，在現(xiàn)場的測量結(jié)果顯示，不帶真有效值計算的互感器產(chǎn)品輸出值較能夠測量含有直流成分的復(fù)雜波形的真有效值產(chǎn)品所測的數(shù)值小20-30%，誤差很大，難以對原始電流進(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)功器輸出測控的行業(yè)，真有效值測量的必要性。

                   真有效值電流變送器外形

5. 結(jié)語