现代信息技术的三大支柱是传感器技术、通信技术和计算机技术,它们分别完成对被测量的信息提取、信息传输及信息处理。目前,信息传输与处理技术已取得突破性进展,然而传感器的发展相对滞后。在今天信息时代,各种控制系统自动化程度、复杂性以及环境适应性(如高温、高速、野外、地下、高空等)要求越来越高,需要获取的信息量越来越多,它不仅对传感器测量精度、响应速度、可靠性提出了很高的要求,而且要求信号能远距离传输。显然,传统的传感器已很难满足要求,发展集成化、微型化、智能化、网络化传感器将成为传感器技术的主流和方向。在电工学里,电流是一个基本的电磁量。测量电流不但本身十分重要,而且其他电磁量和非电量也可以通过变换器转换成电流,然后进行测量。所以电流测量是电磁测量的基础。
电流测量的重要性
电流测量在工厂电气技术管理中有非常重要的地位。我们知道,工厂里面的动力系统大多靠电力提供,最经典的就是电动机,电动机提供功率的大小与电流的大小存在某种对应关系,确定了电流的大小,也就知道了提供的功率,并可以通过功率的数据去判断:电动机的运转是否正常、负荷侧设备(风机、水泵、搅拌器等)运转状态是否正常、电机与负荷的配合是否合理。
工厂里,我们根据电流测量值可以对设备的运行状态评价、判断,采取适当的技术措施,以保证动力系统高效率、低成本、长周期的运转。
高效率:就是指在满足负荷要求前提下,控制成功率提供余量,杜绝电动机与负载设备的不匹配现象,减少浪费。
低成本:就是在分析比较各台电动机的运行电流后,选择能提供相同生产能力的、运行电流较低的电动机承担主要生产任务,减少运行成本。
长周期:就是根据电流的变化趋势,判断设备状况的发展趋势,将可能损坏的设备提前、按计划地停下来修理,维持生产系统的长期稳定运行。
一个完整的测量系统,包括:信息的提取、转换存储与传输、显示和记录、处理和分析等各环节。电流的测量也涉及信息的提取,这个任务是由电流传感器来完成的。
电流位移传感器
电流位移传感器可定义为:以一定的精度把某种电流转换为与之有确定对应关系的、便于应用的另一种电流的测量装置。
一提到电流位移传感器,首先就想到了电流互感器,这就是我们在工厂里经常应用的一种传统电流位移传感器。电流互感器拾取的电流信号,可以直接通过电流表显示出来,也可以接入控制、保护设备里,用来控制设备的运行状态。
电气测量中使用的电工仪表从机电式仪表发展到数值式仪表、智能仪表,参数的处理、显示技术日新月异,而采样技术,特别是电流位移传感器的发展稍显缓慢。近年来,随着直线电流位移传感器、LVDT电流位移传感器、磁致伸缩电流位移传感器等现代新型传感器的出现,预示电流传感器向小型化、高可靠性、高低压完全隔离、抗电磁干扰性能好、频带宽及无铁磁饱和的方向发展。
传统电流位移传感器就是指电流互感器,现有的电流互感器检测,测量电流所使用的互感器,是由一个封闭的铁心和缠绕在铁心上的初级线圈及次级线圈所组成,其原理与结构和一般小型变压器相同。
制造业中电流互感器主要用于其电力系统的继电器保护和计量、电气设备的负荷监测控制,对于电流互感器的精度要求不太严格,但对其稳定可靠性要求较高,这与制造业连续生产的特点相吻合。
工厂供电系统要求十分稳定可靠,用于继电保护的电流互感器必须“定性”地反映是否发生故障,如果检测到的电流超过设定值,继电保护线路就要可靠地切除故障线路。工厂供电系统的计量对于工厂的成本分析控制有很重要的意义,电流互感器只需要“定性”地反映各设备电力消耗的多少,真正计费的是供电局的计量仪表。
工厂低压电气设备上的电流互感器也只需要“定性”地反映各设备负荷的高低,如果负荷高于设定范围,控制回路必须马上断开主回路电源,起到保护设备的目的。有的设备在调整负荷高低时,基本上是根据电流表显示数据的高低,电流表的电流信号也是通过电流互感器获得。
在很多智能化程度较高的工厂设备里,电流互感器与电流隔离变换器配合使用, 可为变配电集中监控装置、D C S 等智能化系统提供过程信号,电流隔离变换器实际上是一个信SSCC号调整电路,它将电流互感器测量的1A或5A电流信号转换为4-20mA的过程信号。
工厂里面使用的精密电流互感器主要是用于漏电保护器,由于漏电开关是安装在电器前面,用来保护电器和人的用电安全的装置。当由于设备绝缘不良或者人体触电时,会在互感器的次级线圈中感应出信号,经过处理后,使得电闸跳开,切段电路,保护电器或人身的安全。因此,对于其灵敏度提出了较高的要求。