WB系列電量隔離傳感器/變送器選型

摘要：在概述了電量隔離傳感器/變送器的基本特性及功能的基礎上全面介紹了WB系列電量隔離傳感器的主要用途、分類(lèi)特點(diǎn)和選型方法，給出WB系列電量隔離傳感器/變送器的命名方法和各種類(lèi)型器件的引腳排列。最后給出了幾種WB系列器件的電路連接方法。

關(guān)鍵詞：電量 測量 隔離 傳感器 變送器 WB系列

1 概述

WB系列電量隔離傳感器/變送器是根據自動(dòng)控制和數據采集技術(shù)發(fā)展的需要而研制開(kāi)發(fā)的新一代高性能電量檢測產(chǎn)品。

電量隔離傳感器/變送器可以對電流、電壓、頻率、功率、相角、功率因數等電參量進(jìn)行高速、高精度的隔離測量和變換，也可以對微弱的電量信號進(jìn)行高速、高精度地隔離放大和傳送，將其變換調理成符合國際通用標準的電壓、電流、頻率等模擬信號輸出，或將其變換成數字量、開(kāi)關(guān)量狀態(tài)輸出等。它即可以和傳統的指針式儀表相接，也適合于與現代的數字式自控儀表、各種A/D轉換器以及計算機系統直接配接。

WB系列電量隔離傳感器誕生于80年代中期，目前我國已有400多種型號、上千種規格的系列產(chǎn)品。WB系列電量隔離傳感器/變送器的體積小、功耗低、頻響寬、精度高，可以解決自動(dòng)檢測及多路數據采集中的隔離、變換、傳送和共地、共電源等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，能有效克服共模干擾，提高系統精度，簡(jiǎn)化系統設計，降低系統成本。WB系列電量隔離傳感器與傳統的電測器具相比，體積縮小了8～15倍，重量減輕了10～30倍，功耗減小了4～10倍，通頻帶拓展到20kHz，而價(jià)格只有同類(lèi)進(jìn)口產(chǎn)品的1/10～1/3。

目前中國國內生產(chǎn)該類(lèi)電量隔離傳感器的單位有西南自動(dòng)化研究所、深圳市峨嵋實(shí)業(yè)有限公司（CE系列）等。

2 主要用途

WB系列電量隔離傳感器的主要用途如下：

●取代各種低壓互感器、儀器儀表用互感器和電量變送器；

●高速、高精度的模擬信號隔離采集系統；

●要求性能價(jià)格比較高的隔離放大器和電量隔離轉換器；

●模擬信號的高精度隔離傳輸驅動(dòng)和接收；

●壓力、溫度等非電量傳感器的配套變送器；

●各種電信號的調理變送器；

●電壓、電流信號監測用的越限報警傳感器；

●需要進(jìn)行信號變換的特殊環(huán)境等。

3 分類(lèi)及特點(diǎn)

根據WB系列電量隔離傳感器/變送器的工作原理，可將其分為光電隔離型、霍爾效應型、頻率變換型和電磁隔離型幾大類(lèi)，用戶(hù)可以根據系統設計的要求自由選擇。

3.1 光電隔離型

這一類(lèi)型的電量隔離傳感器/變送器采用光電隔離放大和線(xiàn)性補償原理，它的特點(diǎn)是頻響寬、精度高、響應快。適用于對精度和速度都有較高要求的場(chǎng)合，也可以用作寬頻帶隔離放大器。

3.2 霍爾效應型

該類(lèi)型的電量隔離傳感器/變送器采用霍爾效應原理進(jìn)行電-磁-電隔離轉換方式來(lái)感應測量大電流。其特點(diǎn)功耗低、耐沖擊、過(guò)載能力強、可靠性高，特別適合于交、直流輸入的大電流測量方面的應用。

3.3 頻率變換型

這一類(lèi)型的隔離傳感器/變送器采用的是頻率調制、光電隔離原理，該類(lèi)型的主要特點(diǎn)是精度高、穩定性好、抗干擾能力強、適用于直流電量的隔離測量和信號的遠距離傳輸，可以直接與壓力、溫度等非電量傳感器相匹配，可用做高精度隔離放大器或配套變送器。

3.4 電磁隔離型

該類(lèi)型的傳感器/變送器采用電磁隔離原理，其特點(diǎn)是精度高、可靠性好、功耗低（典型功耗值為30mW）、漂移小、穩定性好，特別適合于工頻率至中頻電流、電壓、功率等參數的測量，或用來(lái)作無(wú)源交流采樣器。

3.5 智能變送器

智能變送器一般采用專(zhuān)用IC芯片、MCU技術(shù)、高精度數字變換技術(shù)和特殊專(zhuān)用軟件算法來(lái)實(shí)現電參量的真有效值隔離測量。其特點(diǎn)是精度高、穩定性好，適用于在復雜環(huán)境中進(jìn)行電參量的精確測量，智能變送器一般不受諧波成分的影響，因而抗干擾能力較強。

4 選型方法

WB系列電量隔離傳感器/變送器的品種較齊、型號多，同一輸入類(lèi)型的產(chǎn)品有多種輸出組合，即使輸入、輸出類(lèi)型都相同的傳感器/變送器，由于工作原理不同，其結構形式也不盡相同，因而可能有幾個(gè)供選擇型號，其性能也各有異同。怎樣才能選出滿(mǎn)意的型號呢？

首先要確認被測電量的類(lèi)型，是電流、電壓、頻率還是功率？是交流、直流、脈沖直流還是交、直流混合信號？交流電量是普通正弦波還是畸變嚴重的復雜波形？只有將“輸入類(lèi)型”確定后，才能從諸多產(chǎn)品型號中，準確地選用最適宜的一種。

其次是根據系統設計的需求確定輸出類(lèi)型。WB系列電量傳感器不僅可提供常規變送器所具有的直流電壓輸出（Vz）和直流電流輸出（Iz）,而且還能提供獨具特色的跟蹤電壓輸出（VG）、跟蹤電流輸出（IG）、頻率輸出（FK）和開(kāi)關(guān)量界限狀態(tài)輸出（TK、RK）等。

直流電壓輸出（Vz）是目前最受歡迎的輸出方式之一，適當選擇輸出的標稱(chēng)值可以直接與各種A/D轉換器直接配接，也可直接與數字面板表或其它指示儀器相接。

跟蹤電壓輸出（VG）和跟蹤電流輸出（IG）方式的精度較高、響應快（Us級），適合于交流實(shí)時(shí)采樣系統和峰值采校系統。

頻率輸出（Fk）適合于用在模擬信號的高精度遠距離傳輸系統中，還可以省去A/D轉換器，直接與數字電路或計算機接口連接。

電流輸出（Iz、IG）方式能夠克服信號因長(cháng)距離傳輸中的線(xiàn)路損耗而造成的測量誤差，4～20mA的Iz輸出還能對輸出回路的開(kāi)路狀態(tài)給出指示。WB系列產(chǎn)品的電流輸出均可以接共地負載，符合國際通用標準。

開(kāi)關(guān)量狀態(tài)輸出（Tk、Rk）是根據預先設定的閥值自動(dòng)給出越限報警信號?？芍苯佑糜诮油@示或執行控制動(dòng)作。

了解了這些輸出形式的特點(diǎn)后，再結合其他參數（如精度等級、負載能力、響應時(shí)間、外形結構等）的要求，在綜合權衡之后再確定所需要的傳感器型號。傳感型號確定后，須進(jìn)一步確定傳感器的輸入/輸出規格。輸入規格可以在廠(chǎng)方產(chǎn)品型號中的“輸入標稱(chēng)值”一欄給出的系列值中選取，也可以在輸入下限值與上限值之間自主確定。輸出規格可以選擇“輸出標稱(chēng)值”一欄中給出的標稱(chēng)值，也可以根據需要自主確定。

本文以西南自動(dòng)化研究所的產(chǎn)品為例進(jìn)行介紹，圖1是WB系列產(chǎn)品的命名方法。其引腳排列及外型如圖2所示。

5 接線(xiàn)方法示例

所有電流輸出型（Iz、I`z）傳感器/變磅器的輸出均為共地電流源，其接線(xiàn)原理如圖3（a）所示。

二線(xiàn)制電流輸出型（Iz）傳感器/變送器的接線(xiàn)原理如圖3（b）所示。

頻率輸出型（Fk、F`k）傳感器/變送器的輸出級為集有電極開(kāi)路門(mén)（NPN管）結構，使用須外接電阻RL，接線(xiàn)方法如圖3（c）所示。

WB I414aD1型變送器的輸出端第4腳是輸出基準設定端，在Ix=0條件下，調節2kΩ電位器可使6腳的Iz輸出為4mA，其接線(xiàn)原理如3（d）所示。

6 術(shù)語(yǔ)定義和符號說(shuō)明

6.1 術(shù)語(yǔ)定義

為了便于用戶(hù)了解產(chǎn)的有關(guān)術(shù)語(yǔ)，現對有些術(shù)語(yǔ)說(shuō)明如下：

●精度等級（準確度等）是指傳感器的準確度，由基本誤差極限和由影響量（如溫濕度變化、電源波動(dòng)、頻率改變等）引起的改變量極限確定。例如，0.1級傳感在線(xiàn)性測量范圍內的基本誤差不超過(guò)輸出標稱(chēng)值的0.1%。

●輸入頻響是指輸入為標準正弦波信號時(shí)，傳感器的通頻帶。

●響應時(shí)間是指在輸入端施加一個(gè)0～標稱(chēng)輸入值的正階躍信號（對于交流斷續的標稱(chēng)輸入值）輸出0上升到90%標稱(chēng)值所需要的時(shí)間。

●負載能力表示傳感器在保持規定的準確度的條件下，其輸出端所能承受的負載量的大小。對于電壓輸出型（VG、Vz）傳感器，負載能力用其輸出端所能提供的最大電流（mA）來(lái)表示；對于電流源輸出型（IG、Iz）隔離傳感器，則用其輸出回路所允許的最高電壓（V）來(lái)表示。對于開(kāi)路門(mén)頻率輸出型（Fk）傳感器，其負載能力用開(kāi)路門(mén)導通時(shí)允許灌入的最大電流（mA）來(lái)表示。

●脈動(dòng)直流是指整流而未濾波或紋波含量>10%的直流信號。

6.2 符號定義

下面是WB系列電量隔離傳感器/變送器的有關(guān)符號的定義：

Vx：被測電壓；

Ix：被測電流；

Fx：被測頻率；

VG：輸出電壓的波形和有效值，跟蹤輸入信號的變化而輸出電壓，亦稱(chēng)為跟蹤型電壓輸出；

Vz：電壓絕對值變換，表示按有效值定標的直流電壓輸出；

V`z：電壓真有效值變換，直流電壓輸出；

IG：輸出電流源的電流波形和有效值，跟蹤輸入信號的變化，亦稱(chēng)為跟蹤型電流源輸出；

Iz：電流絕對值變換，表示按有效值定標的直流電路源輸出；

I`z：電流真有效值變換，為直流電流源輸出；

Fk：頻率絕對值變換，為按有效值定標的開(kāi)路門(mén)頻率輸出；

F`k：頻率真有效值變換，為開(kāi)路門(mén)頻率輸出；

GND：傳感器輸出信號和輔助電源公共地；

Tk：集電極開(kāi)路門(mén)輸出；

Rk：繼電器觸點(diǎn)輸出。