電量隔離傳感器在數字化技術(shù)中的應用

　　電量隔離傳感器變送器是針對工程中的電量檢測（監測），提高系統的整體抗干擾能力，而研制開(kāi)發(fā)的一種小體積、高性能的電量測試部件（產(chǎn)品）。

　　電量隔離傳感器變送器可以對現場(chǎng)的大電流、高電壓、功率、頻率、相角、電度等電參量進(jìn)行隔離測量和變換，也可以對各種微弱信號（如各種橋路信號）進(jìn)行隔離放大和變換，將其調理后，變換成符合國際通用標準的電壓、電流、頻率等模擬信號或變換成數字量、開(kāi)關(guān)量狀態(tài)等信號輸出。這些輸出信號可以和傳統的指針式儀表相接，也與現代的數字式自控儀表、各種AD轉換器以及計算機系統直接配接，從而可以形成一個(gè)高可靠的工業(yè)檢測（監測）或控制系統。

　　由于電量隔離傳感器在應用中，用戶(hù)不需做二次開(kāi)發(fā)工作，高電壓或大電流信號可以直接接入產(chǎn)品，（通過(guò)端子、插針輸入或穿孔方式輸入），就可以得到相應的輸出信號。因此電量隔離傳感器作為信號調理、隔離和變換功能摸塊，是工業(yè)控制和數據采集系統中比較理想的變送器產(chǎn)品。

　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)控制或檢測（監測）系統對電量隔離傳感器的要求也越來(lái)越高，特別是在產(chǎn)品的穩定性、檢測精度和功能方面。由于數字化產(chǎn)品不論其性能還是功能，如非線(xiàn)性校正和小信號處理方面，模擬產(chǎn)品是不可比擬的。因此，電量隔離傳感器的數字化是一種必然趨勢。

　　下面就電量隔離傳感器的工作原理和其數字化技術(shù)問(wèn)題作一個(gè)簡(jiǎn)述，供大家參考。

　　二、電量隔離傳感器基本工作原理

　　由于電量隔離傳感器產(chǎn)品的被檢測對像主要是電流和電壓信號，所以下面主要介紹電流和電壓信號的檢測原理。

　　1、交流信號檢測原理

　　交流信號又分為交流電壓和電流信號。圖1為交流電流信號的檢測原理框圖，圖2為交流電壓信號的檢測原理框圖，由CT和PT對信號進(jìn)行隔離，電流為穿孔輸入方式，電壓為端子接線(xiàn)輸入方式。

　　圖1 交流電流信號檢測原理框圖

　　圖2 交流電壓信號檢測原理框圖

　　其中，CT為電流互感器，PT為電壓互感器，輸出一般為0～5V或4～20mA。

　　2、直流信號檢測原理

　　圖3 直流信號檢測原理框圖

　　直流信號分為直流電壓和直流電流，直流電流一般是通過(guò)電阻取樣，直流電壓一般用電阻降壓處理。由一個(gè)隔離電源向前置放大器供電。

　　由上述原理框圖可以看出，不論是交流信號還是直流信號，輸入輸出都是完全隔離的，一般，現場(chǎng)輸入信號都是大電流或高電壓，這樣電量隔離傳感器就可以把現場(chǎng)信號與低壓數據采集系統完全隔離，避免系統受到強信號的干擾，從而提高系統的可靠性。

　　三、 電量隔離傳感器數字化技術(shù)

　　圖4為一種交流信號數字式電量隔離傳感器的組合框圖，它由互感器、數據處理、接口、TV變換和輸出等部分組成。

　　圖4 交流信號數字式電量隔離傳感器組合框圖

　　· 互感器有電流互感器和電壓互感器兩種，電流互感器一般為穿孔方式，電壓互感器在其原邊一般需要加限流電阻；

　　· 數據處理部分是產(chǎn)品數字化的核心部分，目前一般都選用帶AD轉換器單片機，如PIC16C74、MSP430或ADCUC812等，因此，電路可以很簡(jiǎn)單。如果選ADUC812單片機，則可以直接輸出0～5V電壓信號，因為其內部包含有兩個(gè)12位的DA轉換器；

　　· 接口部分是數字信號輸出的變換電路，目前廣泛采用的是RS-485總線(xiàn)接口，最常用的接口芯片為ADM483，它可以最多掛接32個(gè)節點(diǎn)，當然現在也有許多其它類(lèi)似芯片。RS-232接口一般有兩種方式實(shí)現，一種就是在RS-485網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)上加一個(gè)RS-485RS-232轉換器，另一種就是，直接把RS-232接口芯片放在產(chǎn)品中，后一種的缺點(diǎn)就是產(chǎn)品的應用將受到限制，不能組成網(wǎng)絡(luò )結構，只能點(diǎn)對點(diǎn)通訊。CAN-BUS是目前發(fā)展較快的一個(gè)總線(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是傳輸距離遠，可以達到10km，不會(huì )出現總線(xiàn)沖突，多主工作方式，通訊協(xié)議通用性好，當然其成本較高。

　　· TV變換是為了兼容模擬信號采集輸入系統，目前一般是采用PWM方式輸出，再經(jīng)過(guò)TV變換，輸出0～5V或4～20mA模擬信號。

　　· 軟件主要包含三個(gè)功能模塊，數據采集、數據處理和通訊協(xié)議。其中數據采集主要就是讀取AD的轉換結果，由于單片機自帶AD，因此程序比較簡(jiǎn)單；

　　· 數據處理主要完成交流變直流的運算，由于單片機的運算速度有限，因此我們采用頻率跟蹤法，來(lái)完成變換的計算；

　　通訊協(xié)議一般由用戶(hù)選定，如MODBUS協(xié)議，ASCII格式等。

　　四、 結束語(yǔ)

　　以上簡(jiǎn)單地介紹了電量隔離傳感器的基本工作原理和數字化技術(shù)問(wèn)題。由于數字式電量隔離傳感器可以直接輸出數字量，對于許多應用系統可以省去AD采集模塊，所以，可以降低系統成本。因此，電量隔離傳感器的數字化，不僅提高產(chǎn)品穩定性，還可以使用戶(hù)進(jìn)一步降低成本。

　　由于電量隔離傳感器產(chǎn)品種類(lèi)較多，本文僅介紹了一種交流信號電量隔離傳感器數字化技術(shù)。電量隔離傳感器實(shí)現數字化的方法較多，目前最普遍的是采用單片機技術(shù)，因為它的應用很靈活，可以實(shí)現各種不同功能。隨著(zhù)集成電路不斷發(fā)展，已經(jīng)出現了許多專(zhuān)用的芯片，如電度表產(chǎn)品，已有許多專(zhuān)用芯片可選，有數字接口也有脈沖輸出等。

　　本文對電量隔離傳感器產(chǎn)品數字化問(wèn)題作了膚淺的探討，僅供有關(guān)人員參考，希望起到拋磚引玉的作用，加快電量隔離傳感器數字化技術(shù)的更大發(fā)展。