真有效值(TRMS)电流变送器在玻璃加工行业的应用

关键字：真有效值电流变送器，霍尔开环电流传感器

介绍了基于霍尔开环原理，通过真有效值转换（True RMS）输出标准信号的电流变送器用于玻璃加工行业的应用情况，较好的解决了被测电流波形复杂而又要求准确输出的现实问题。

1 引言

工艺玻璃品是一种高档产品，尤其是在欧美等发达国家，造型各异的玻璃用品更是居家及餐饮行业必不可少的日用品。如何加工出精美的玻璃工艺品是一项难度很大的工作，必须对玻璃加工的各个环节都有纯熟的把握才能做出精美的玻璃工艺品。在众多的加工工艺环节中最重要的一点就是要对玻璃熔炉的炉温进行精确控制。

现代的玻璃熔炉都已经采用电加热，而传统的燃煤加热早已被摒弃。对熔炉的温度进行PID调节控制，其中一项就是要对电流进行实时的精确测量，进而对调功器的输出电流进行相角调节，控制电流的大小。

2开环霍尔传感器的工作原理

自1879年美国物理学家Edwin Herbert Hall发现霍尔效应以来，霍尔技术被越来越多地应用于工业控制的各个领域。随着元器件工艺技术的发展，由霍尔器件应用开发的霍尔电流、电压传感器在各行各业都取得了良好的应用。

2.1 霍尔效应及霍尔器件

霍尔效应是霍尔技术应用的理论基础，当通有小电流的半导体薄片置于磁场中时（如图1），半导体内的载流子受洛伦兹力的作用发生偏转，使半导体两侧产生电势差，该电势差即为霍尔电压VH，VH与磁感应强度B及控制电流IC成正比，经过理论推算有式（1）关系。

VH=（RH/d）×B×IC （1）

式中：B为磁感应强度；IC为控制电流；RH为霍尔系数；d为半导体厚度。

式（1）中，若保持控制电流IC不变，在一定条件下，可通过测量霍尔电压推算出磁感应强度的大小，由此建立了磁场与电压信号的联系。根据这一关系式，人们研制出了用于测量磁场的半导体器件，即霍尔器件。

霍尔效应原理

2.2 开环霍尔电流传感器的工作原理

霍尔开环原理

当原边电流Ip穿过带有气隙的聚磁环，放在气隙中的霍尔元件会检测到与电流大小成比例关系的磁通，并输出小电压信号，该电压信号被放大器放大，即可输出与原边电流信号相位相一致的电压波形，该波形能够真实的反映原边电流的大小及变化。

开环霍尔电流传感器的应用很广泛，主要是有以下几个重要特点：1.体积小 2. 过载能力强 3.简单可靠4.容易做成开口型

2.3 真有效值电流变送器的工作原理

真有效值即为“真正有效值，TRUE RMS”之意，英文缩写为“TRMS”，有的文献也称为真均方根值，交流电压的真有效值的表达式，它的定义如下:

PAS系列真有效值电流变送器采用国际有名芯片厂家的专用真有效值计算芯片，将普通的跟随信号准化成了经过计算的真有效值信号。

2.4 基于霍尔开环电流传感器以及真有效值测量原理的真有效值电流变送器

原边电流通过带有气隙的聚磁材料，霍尔元件感应到磁场的变化，输出的微弱电压信号经过放大处理后进入真有效值芯片进行处理，最终传感器输出标准的电流或电压信号，如工业标准信号，DC 4-20mA,DC 0-20mA DC 0-5V,DC 0-10V.

基于霍尔开环原理的真有效值变送器

3.真有效值电流变送器的特点

因为在玻璃加热加工行业以及其他需要用到冶炼炉的行业，大部分都需要用到调功器产品，对电流进行控制以达到控制炉温的目的，这里常用的调功器普遍使用调相角的方法来调节电流的有效值，也就是调节了温度。此时电流的波形已经是非标准的波形了，不是标准的正弦波，不能被互感器等精确捕获，从而无法计算出真正的电流有效值来。霍尔传感器能测量各种波形，包括非标准的正弦波形。

调功器产品外形 经调功器输出的电流波形

4.电流传感器在玻璃加工行业的应用

为了更好的控制炉温，需要更加准确的控制电流的大小。该客户为亚洲最大的工艺品玻璃厂，生产的产品绝大部分出口到欧洲，因此对品质的要求极为严格，传统的互感器测量已经无法适应现代调节设备的要求，必须寻找一种能够精确测量各种波形，并对各种复杂波形进行真有效值计算输出的产品，才能满足其精确测量，准确控制的要求。柏艾斯的产品正是基于这样的开发理念，使用能够测量各种波形的霍尔原理，再通过专业的真有效值计算芯片，最终输出搞准确度的输出结果，经过测算，在现场的测量结果显示，不带真有效值计算的互感器产品输出值较能够测量含有直流成分的复杂波形的真有效值产品所测的数值小20-30%，误差很大，难以对原始电流进行准确的PID调节。PAS的真有效值产品与FLUKE 现场便携式真有效值仪表数值几乎相同，从而证明了在玻璃加工行业，以及需要调功器输出测控的行业，真有效值测量的必要性。

真有效值电流变送器外形

5. 结语

随着国家节能减排政策的实施，传统燃煤及石化产品的行业都在逐步使用更加环保和更加安全高效的电加热方法。但于此同时大功率调功设备如调功器，变频器等的使用也加大了对电流测控的难度，传统的互感器已经不适应这种变化，市场急需一种能够准确测量畸变波形的真有效值产品，而基于霍尔开环或者霍尔闭环原理的真有效值变送器正是在这种背景下应运而生的,实践证明这种电流变送器能很好的满足测量不规则波形的要求。更多信息请参考柏艾斯网站，http://www.passiontek.com.cn.