電量隔離傳感器在數字化技術中的應用
直流信號分為直流電壓和直流電流,直流電流一般是通過電阻取樣,直流電壓一般用電阻降壓處理。由一個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。
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總線接口,最常用的接口芯片為ADM483,它可以最多掛接32個節點,當然現在也有許多其它類似芯片。RS-232接口一般有兩種方式實現,一種就是在RS-485網絡總線上加一個RS-485RS-232轉換器,另一種就是,直接把RS-232接口芯片放在產品中,后一種的缺點就是產品的應用將受到限制,不能組成網絡結構,只能點對點通訊。CAN-BUS是目前發展較快的一個總線,其優點是傳輸距離遠,可以達到10km,不會出現總線沖突,多主工作方式,通訊協議通用性好,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,再經過TV變換,輸出0~5V或4~20mA模擬信號。
·軟件主要包含三個功能模塊,數據采集、數據處理和通訊協議。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,來完成變換的計算;
通訊協議一般由用戶選定,如MODBUS協議,ASCII格式等。
四、結束語
以上簡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問題。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,不僅提高產品穩定性,還可以使用戶進一步降低成本。
由于電量隔離傳感器產品種類較多,本文僅介紹了一種交流信號電量隔離傳感器數字化技術。電量隔離傳感器實現數字化的方法較多,目前最普遍的是采用單片機技術,因為它的應用很靈活,可以實現各種不同功能。隨著集成電路不斷發展,已經出現了許多專用的芯片,如電度表產品,已有許多專用芯片可選,有數字接口也有脈沖輸出等。
本文對電量隔離傳感器產品數字化問題作了膚淺的探討,僅供有關人員參考,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的更大發展。
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