電力裝置中的電氣量測量傳感器
電力裝置中的電氣量測量傳感器主要包括測量電流、電壓、電阻、電功率、相位、電能等電氣量的傳感器。電氣量測量傳感器的常用檢測方法大體可分為兩類(lèi):一是利用電磁作用原理制成的直讀式電氣量指示儀表,另一是將被測電氣量與作為標準器的同類(lèi)電氣量進(jìn)行比較,從而確定該被測量大小。
電氣量測量傳感器具有結構簡(jiǎn)單,安裝靈活,成本低,穩定性和可靠性高,使用維修方便,易于實(shí)現遠距離測量等一系列優(yōu)點(diǎn),因而使用極為廣泛。電氣量測量傳感器 /儀表品種規格繁多,按測量對象的名稱(chēng) (或單位 )分:有電流表 (安培表、毫安表、微安表 )、電壓表 (伏特表、千伏表、毫伏表、微伏表 )、功率表 (瓦特表、千瓦表 )、相位表 (功率因數表 )、電能表 (瓦時(shí)表、電度表 )、頻率表、電阻表(歐姆表、兆歐表)和具有多種測量用途的萬(wàn)用表等。按傳感器的工作電流的種類(lèi)分:有直流儀表、交流儀表和交直流兩用儀表。
電氣量測量傳感器的工作原理主要有磁電式、電磁式、電動(dòng)式、鐵磁電動(dòng)式、感應式、整流式、靜電式和熱電式等類(lèi)別。各種典型傳感器類(lèi)別的工作原理分述如下。
磁電式傳感器
磁電式傳感器是利用永久磁鐵的磁場(chǎng)和載流線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用而工作的(見(jiàn)圖 1),用于測量直流電壓、直流電流及電阻等。因而此類(lèi)傳感器可用于制成電流表、電壓表、電阻表、檢流計或鉗形表等,優(yōu)點(diǎn)是刻度均勻;靈敏度和準確度高(可高達 0.05級);阻尼強;消耗電能量?。ㄐ∮?100mW);受外界磁場(chǎng)影響小。缺點(diǎn)是只能測量直流;價(jià)格較高;不能承受較大過(guò)載。其測量范圍為:電流 10-11~ 102A,電壓 10-3~103V。
電磁式傳感器
電磁式傳感器是利用由載流線(xiàn)圈的磁場(chǎng)吸動(dòng)鐵片的吸引力或由載流固定線(xiàn)圈里的動(dòng)鐵片與定鐵片之間的排斥力所產(chǎn)生的偏轉力矩而工作的,用于測量交流電壓和交流電流等,基于此原理可做成交流電流表和交流電壓表、相位表、同步表、鉗形表等。優(yōu)點(diǎn)是構造簡(jiǎn)單;價(jià)格低廉;可用于交直流;能測量較大的電流;允許較大的過(guò)載。缺點(diǎn)是刻度不均勻;易受外界磁場(chǎng)及鐵片中磁滯和渦流(測量交流時(shí))的影響,因此準確度不高(最高準確度 0.1級)。其測量范圍為:電流 10-3~102A,電壓 1~103V。頻率為工頻,但可擴展到 5kHz。
電動(dòng)式傳感器是利用兩只固定線(xiàn)圈和一只活動(dòng)線(xiàn)圈間磁場(chǎng)相互作用所產(chǎn)生的偏轉力矩而工作的,由此制作電壓表、電流表、功率表。優(yōu)點(diǎn)是能測量交流的真有效值,準確度高(可高達 0.05級),且可 交直流兩用,不受交流頻率的影響(通常應用頻率不超過(guò)2.5kHz)。不足是制造成本較高,功率損耗較磁電式大,過(guò)載能力小,且本身磁場(chǎng)弱,測量易受外磁場(chǎng)干擾。其測量范圍為:電流 10-3~102A,電壓 1~103V。頻率工頻,但可擴展到 5kHz。
鐵磁電動(dòng)式傳感器動(dòng)作原理類(lèi)同于電動(dòng)式,不同之處是在電動(dòng)式儀表固定線(xiàn)圈中加入了鐵磁體組成磁路,以增加磁場(chǎng)。特點(diǎn)是消耗功率較小,最高準確度可達 0.2級,不足是過(guò)載能力小。制成儀表類(lèi)型有電壓表、電流表、功率表、頻率表、相位表。其測量范圍為:電流 10-7~102A,電壓 10-1~103V,工頻。
感應式傳感器
感應式傳感器主要用來(lái)計量電能,故通常稱(chēng)之為交流電能表,表內的旋轉力矩是由通有交流電流的電流線(xiàn)圈與在可動(dòng)鋁盤(pán)中感應的渦流相互作用而產(chǎn)生的,功耗小中,最高準確度可達 0.5級,過(guò)載能力大。常見(jiàn)的感應式電測量?jì)x表有單相有功電能表、單相無(wú)功電能表、三相二元件有功電能表、三相二元件無(wú)功電能表、三相四線(xiàn)三元件有功電能表和三相四線(xiàn)三元件無(wú)功電能表等。
整流式傳感器
整流式傳感器主要是利用整流器將被測交流電變?yōu)橹绷麟?,再用磁電式測量機構進(jìn)行測量。特點(diǎn)是功耗小,最高準確度為 1.0級,過(guò)載能力小。其儀表類(lèi)型有電流表、電壓表、歐姆表、頻率表、相位表、萬(wàn)用表等。其測量范圍為:電流 10-5~10A,電壓 1~103V,頻率工頻,但可擴展到 5kHz。
靜電式傳感器
靜電式傳感器是利用電荷同性相斥、異性相吸的原理產(chǎn)生偏轉力矩而工作的,能測量真有效值,應用范圍廣(可在直流和交流 10Hz至幾 MHz范圍內使用),損耗極小,最高準確度可達 0.1級,過(guò)載能力大,常用于制作電壓表、功率表、象限計等。其測量范圍為:電壓10~5×105V,頻率可達 108Hz。
熱電式傳感器
熱電式傳感器是利用磁電式測量機構測量由被測電流通過(guò)熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢而工作的,由此構成的儀表類(lèi)型有電壓表、電流表和功率表等??蛇m用于交流和直流場(chǎng)合,功耗小,最高準確度可達 0.1級,但過(guò)載能力小。其測量范圍為:電流 10-3~10A,電壓 10~103V,頻率< 108Hz。
數字式傳感器/儀表
隨著(zhù)微處理器技術(shù)的發(fā)展,在傳統模擬式傳感器的基礎上,誕生了新一代的數字式傳感器 /儀表。這些綜合了電子技術(shù)和計算機技術(shù)的最新成果而發(fā)展起來(lái)的數字儀表,盡管品種繁多,型號各異,但主要都是由模擬調理、模數轉換、數碼顯示和其它各類(lèi)專(zhuān)用芯片(如鎖存、驅動(dòng)、計算等芯片)等主要部分所組成。概括而言,是一種以邏輯控制實(shí)現自動(dòng)檢測,通過(guò)數/模轉換,并以數碼形式直接顯示測量結果的儀表。由于它們具有測量速度快、準確度高(一般均可達 0.5級,甚至 0.2級)、數字顯示、分辨力高、重復性好、抗干擾能力強(串模抑制比 SMR可達 100dB,共模抑制比 CMR可達 120dB,如采用數字濾波等, CMR甚至可達 180dB)、適用于多種參數測量和集中控制等一系列優(yōu)點(diǎn),使得該類(lèi)傳感器 /儀表得到廣泛應用。
隨著(zhù)生產(chǎn)的發(fā)展以及科技的進(jìn)步,電氣檢測傳感器技術(shù)得以躍升,其被測對象也擴展到相當大的檢測范圍,如可以測出電流小到 10-17A,大到數十萬(wàn)安;電壓從 10-9V到上千萬(wàn)伏;電阻從百分之幾微歐到 1018Ω;頻率從 10-6Hz到 1012Hz等等。隨著(zhù)時(shí)間的推移,被測對象可檢測的范圍還會(huì )進(jìn)一步擴大,性能還會(huì )進(jìn)一步提升。
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