電流變送器

電流變送器分直流電流變送器和交流電流變送器兩種。交流電流變送器是一種能將被測交流電流轉換成按線性比例輸出直流電壓或直流電流的儀器，產品廣泛應用於電力、郵電、石油、煤炭、冶金、鐵道、市政等部門的電氣裝置、自動控制以及調度系統。交流電流、電壓變送器具有單路、三路組合結構形式，其特點為：

1、準確度高（典型：0.2% 最好0.05%）； ^[1] 

2、整個量程範圍都有極高的線性度；

3、集成化程度高，結構簡單，優良的温度特性和長期工作穩定性，使變送器免於定期校驗。

直流電流變送器將被測信號變換成一電壓，經HCNR200/201線性光耦直接變換成一個與被測信號成極好線性關係並且完全隔離的電壓，再經恆壓（流）至輸出。具有原理非常簡單，線路設計精煉，可靠性高，安裝方便等優點。

電流變送器可以直接將被測主迴路中的交流電流轉換成按線性比例輸出的直流4～20mA（通過250Ω電阻轉換成直流1～5V或通過500Ω電阻 轉換直流2～10V）恆流環標準信號，連續輸送到接收裝置（計算機或顯示儀表）。

電流變送器原副邊高度絕緣隔離，有兩線制和三線制的輸出接線方式。三線制變送器有輔助工作電源+24V的正端、負端和信號輸出端；

電流變送器具有精度高，體積小、功耗小、頻響寬、抗干擾等特性。國內首創4種補償措施和6大全面保護功能，兩線端口防感應雷能力強，具有雷擊波和突波的保護能力等優點。特別適用發電機、電動機、智能低壓配電櫃、空調、風機、路燈等負載電流的智能監控系統。

電流變送器超低功耗，單隻靜態時0.096W，滿量程功耗為0.48W，輸出電流內部限制功耗為0.6W。 ^[2] 

電量變送器是一種將被測電量(交流電壓、電流、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能、頻率、相位、功率因數、直流電壓、電流等)轉換成按線性比例直流電流或電壓輸出(電能脈衝輸出)的測量儀表。它廣

泛應用於電力、石油、煤炭、冶金、鐵道、市政等部門的電氣測量、自動控制以及調度系統。

電量變送器的基本測量電路一般由圖1幾個部分組成：

由於我們需要測量的電量一般都為高電壓(57.7-380V)和大電流(1A-10A)，如果不對它們進行隔離和把幅度減小，將對人身安全和設備造成嚴重威脅，信號輸入隔離一般採用電壓互感器(PT)和電流互感器(CT)，對這一部分的基本要求為：

a. 信號隔離的耐壓絕緣性能要好，耐壓應>2kV。

b. 線性要好，由於PT、CT都採用鐵磁材料加工而成，它們的線性不好，在以後的電路中是很難補償的，因此，一定要選用優質材料和先進工藝製造的高線性度PT、CT，才能保證變送器測量的線性度。

c. PT、CT的輸出負載要小，由於變送器使用的PT、CT的鐵芯截面受體積限制都比較小，因此隨着輸出負載的增大，其非線性將急劇增加，一般PT的輸出電流應<1mA，CT的輸出電流應<10mA(一般為5mA左右)，取樣電阻應<200Ω。

這部分是電量變送器的核心，通過它把不同的被測電量轉換成相應的輸出電量，相應於不同的被測電量而採用不同的轉換電路。具體電路將在後面再詳細介紹。

這部分電路的作用是輸出變送器需要輸出的電量，它的基本要求是：

a.具有一定的帶負載能力；

b.恆定輸出。即在一定的負載範圍內，其輸出值不受負載變化的影響，即在電壓輸出時，應為恆壓輸出，電流輸出時應為恆流輸出。

輸出的一般電路如圖2：

圖2中N為運算放大器，V為晶體三極管，擴大運算放大器的輸出電流。

有的變送器有可能該電路和電量轉換電路合併在一起。

1、數字量輸出，採用光纖傳輸，可有效避免傳輸過程的損耗和電磁干擾；

2、雙通道測量，可以是一路電壓、一路電流或兩路電壓或兩路電流的組合。每個通道的量程可配置。電壓、電流組合可以實現功率測量，兩個相同屬性通道可用於實現微差測量；

3、同一個測量通道即可測量模擬量，又可測量脈衝量。

帶寬：100kHz；

採樣頻率：250kHz；

準確度：0.05級或0.1級；

電壓測量範圍：不同型號可涵蓋1mV~1280V的交直流電壓；

電流測量範圍：不同型號可涵蓋100uA~128A的交直流電流；

頻率：0.1Hz~50kHz；

幅值：通模擬量輸入範圍；

波形：結合截止頻率可設置的濾波器，可以測量任意信號的基波頻率。

由於上述特性，使其既可以直接用於測量各種1280V/128A以下的電參量，又可與互感器、霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器、分壓器、分流器、羅氏線圈等各種電量傳感器配套測量更高的電壓和更大的電流；還可與熱電偶、流量、壓力、位移、轉速、扭矩、振動等傳感器或其它類型的模擬量輸出變送器配套使用測量各種非電量信號；相同屬性的兩個通道進行微差測量可方便的實現互感器校驗儀等功能：

1、 將被測直流電流隔離轉換成按線性比例輸出的單路標準直流電壓或直流電流；

2、 低功耗、三重隔離、可靠性高；　3、 電流拔插端子接入、標準導軌（35mm）安裝；

4、 廣泛應用於各類工業電流在線隔離檢測系統；

5、 體積小、外型尺寸(mm)：95(L)×37(W)×32(H)；

6、供電在11V~30V內通用；

1、不易受寄生熱電偶和沿電線電阻壓降和温漂的影響，傳輸線可用非常便宜的更細的雙絞線導線；

2、在電流源輸出電阻足夠大時，經磁場耦合感應到導線環路內的電壓，不會產生顯著影響，因為干擾源引起的電流極小，一般利用雙絞線就能抵抗降低干擾；

3、電容性干擾會導致接收器電阻有關誤差，對於4～20mA兩線制環路，接收器電阻通常為250Ω(取樣Uout=1～5V)這個電阻小到不足以產生顯著誤差，因此，可以允許的電線長度比電壓遙測系統更長更遠；

4、各個單台示讀裝置或記錄裝置可以在電線長度不等的不同通道間進行換接，不因電線長度的不等造成精度的差異；

5、將4mA用於零電平，使判斷開路或傳感器損壞(0mA狀態)十分方便。

6、 在兩線輸出口容易增設防浪湧和防雷器件，有利於安全防雷防爆。

DH4-20mA電流變送器變送器模塊是採用意法半導體(ST)ASIC芯片為實現無源交流隔離傳感器(互感原理)的兩線制電流遙測技術手段而定型生產的單片模塊產品。無源交流隔離傳感器(互感原理)輸入的電壓信號經整流濾波和I/V轉換後輸出一個隨I1線性變化的直流電壓信號U2，U2作為浮地控制信號去控制該模塊輸出4～20mA的標準化電流環路，該模塊實現了無源交流隔離傳感器信號變換為兩根連接線路發送的呈線性比例的環路電流，接受器通過測量已知電阻RL兩端的壓降對環路電流進行檢測。

英國出現了一種適合於安裝在240伏-600安變電站主線上的電流傳感器，這種傳感器對變電站的電力輸出進行監控，可以減少地方電網故障所造成的停電時間。電流傳感器可以對供電電纜進行電流監控，若是電纜出線超負荷，這些電流傳感器可將一部分負荷轉移到其他相中，或者是新鋪設的電纜中，保護電纜的安全使用和運行。

隨着智能電網的不斷髮展和升級，信瑞達電力設備系列的電流傳感器也在技術、設計和效用等方面不斷進行改進和完善，對冶金、化工等行業的電流測流具有重大作用。

基於智能電網的光纖電流傳感器，新型光纖電流傳感器就是智能電網快速發展的科技產物。我國推出了XDGDL-1光纖電流傳感系統，實現了管線電流傳感系統的全數字閉環控制，具有穩定性和線性度好、靈敏度高等特點，滿足了大量程範圍的高精度測量要求。

同時，該系統開發了一種可現場繞制的伸縮結構，安裝方便，可避免雜散磁場的干擾，母線偏心的測量誤差小於正負0.1%，實現了一種高精度信號轉換方案，為整流器控制設備提供高精度模擬信號和標準數字通信接口。

工業升級發展促進電流傳感器改進

在我國工業發展升級的驅動下，電力設備的安全性使用越來越受到重視。電流傳感器作為一個兼具保護性和監控作用的工具，將會在未來的電網中起到更重要的意義。相比國外同類產品，國內的電流傳感器技術還有很大的差距需要彌補和提高。

國內也逐漸湧現出有很多新型產業，都需要傳感器的支持，無論是出於安全性考慮還是市場效益考慮，電流傳感器將會趨於更加高效可靠，在低碳環保的要求下，小型化也是未來的一大趨勢，這也將促進國內傳感器廠商投入更多的經歷開發新技術和產品。在不久的將來，電流傳感器將會在更多行業得到廣泛應用，同時將為新興物聯網打好基礎。

兩線制是指現場變送器與控制室儀表聯繫僅用兩根導線，這兩根線既是電源線，又是信號線。兩線制與三線制 (一根正電源線，兩根信號線,其中一根共GND) 和四線制(兩根正負電源線，兩根信號線,其中一根GND)相比，兩線制的優點是：

1、不易受寄生熱電偶和沿電線電阻壓降和温漂的影響，可用非常便宜的更細的導線；可節省大量電纜線和安裝費用；

2、在電流源輸出電阻足夠大時，經磁場耦合感應到導線環路內的電壓，不會產生顯著影響，因為干擾源引起的電流極小，一般利用雙絞線就能降低干擾；兩線制與三線制必須用屏蔽線,屏蔽線的屏蔽層要妥善接地。

3、電容性干擾會導致接收器電阻有關誤差，對於4～20mA兩線制環路，接收器電阻通常為250Ω（取樣Uout=1～5V）這個電阻小到不足以產生顯著誤差，因此，可以允許的電線長度比電壓遙測系統更長更遠；

4、各個單台示讀裝置或記錄裝置可以在電線長度不等的不同通道間進行換接，不因電線長度的不等而造成精度的差異，實現分散採集，分散式採集的好處就是：分散採集，集中控制....

5、將4mA用於零電平，使判斷開路與短路或傳感器損壞（0mA狀態）十分方便。

6,在兩線輸出口非常容易增設一兩隻防雷防浪湧器件,有利於安全防雷防爆。

在使用時要安裝在現場設備的動力線上，從國外的行業動態及變送器心片供求量即可略知一斑，如果系統是在環境較為惡劣的工業現場長期使用，因此需考慮硬件系統工作的安全性和可靠性，根據需要還可將模擬量變換為數字量。傳感器和變送器一同構成自動控制的監測信號源。不同的物理量需要不同的傳感器和相應的變送器。

電流變送器的模塊實現了無源交流隔離傳感器信號變換為兩根連接線路發送的呈線性比例的環路電流，二線制變送器是輔助工作電源的+24V端接變送器正端，電源負端通過採樣電阻或電流表接變送器的負端。模擬地與數字地相互分開，這樣可提高系統工作的安全性。不易受寄生熱電偶和沿電線電阻壓降和温漂的影響，可用非常便宜的更細的導線。

電流變送器在單片機控制的許多應用場合,都要使用變送器來將單片機不能直接測量的信號轉換成單片機可以處理的電模擬信號，如電流變送器,壓力變送器、温度變送器、流量變送器等。早期的變送器大多為電壓輸出型，即將測量信號轉換為0-5V電壓輸出，這是運放直接輸出,信號功率<0.05W,通過模擬/數字轉換電路轉換數字信號供單片機讀取、控制。

是將液位傳感器裏的下部的水和上部蒸汽的冷凝水通過儀表管送到變送器的波紋管兩側，以波紋管兩側的差壓帶動機械放大裝置用指針指示水位的一種遠方儀表。當然還有把電氣模擬量變換成數字量的也可以叫變送器。以上只是從概念上説明傳感器和變送器的區別。

而兩線制電流輸出型電流變送器以其具有極高的抗干擾能力得到了廣泛應用。

電流變送器的4-20mA輸出如何轉換?

兩線制的輸出為4～20 mA，通過250 Ω的精密電阻轉換成1～5 V或2-10V的模擬電壓信號.轉換成數字信號有多種方法，系統的輸入模塊採用壓頻轉換器件LM231將模擬電壓信號轉換成頻率信號，用光電耦合器件TL117進行模擬量與數字量的隔離。

同時模擬信號處理電路與數字信號處理電路分別使用兩組獨立的電源，模擬地與數字地相互分開，這樣可提高系統工作的安全性。利用壓頻轉換器件LM231也有一定的抗高頻干擾的作用。

電流輸出型與電壓輸出型有哪些優劣比較?

但在信號需要遠距離傳輸或使用環境中電網干擾較大的場合，電壓輸出型傳感器的使用受到了極大限制，暴露了抗干擾能力較差,線路損耗破壞了精度等等等缺點，而兩線制電流輸出型變送器以其具有極高的抗干擾能力得到了廣泛應用。

電壓輸出型變送器抗干擾能力極差，線路損耗的破壞,談不上精度有多高,有時輸出的直流電壓上還疊加有交流成分，使單片機產生誤判斷，控制出現錯誤，嚴重時還會損壞設備，輸出0－5V絕對不能遠傳，遠傳後線路壓降大，精確度大打折扣。很多的ADC,PLC,DCS的輸入信號端口都作成兩線制電流輸出型變送器4-20mA的,證明了電壓輸出型變送器被淘汰的必然趨勢。

* 執行標準：GB/T 13850-1998，IEC688：1992

* 輸入範圍：0~10A內可選 如0~1A，0~5A等

* 精度等級：≤0.2%.F.S

* 温度特性：≤100PPM/℃(0~50℃)

* 整機功耗：≤1.0VA

* 工作穩定性：年變化<0.2%

* 隔離耐壓：輸入/輸出/外殼間 AC2.0KV/min*1mA

* 絕緣電阻：≥20MΩ(DC500V)

* 衝擊電壓：5KV(峯值)，1.2/50uS

* 響應時間：≤300mS

* 過載能力：2倍電流連續，30倍1秒

* 工作環境：-10℃~50℃，20%~90%無凝露

* 貯存環境：-40℃~70℃，20%~95%無凝露

* 注意產品標籤上的輔助電源信息，變送器的輔助電源等級和極性不可接錯，否則將損壞變送器；

* 變送器為一體化結構，不可拆卸，同時應避免碰撞和跌落；

* 變送器在有強磁干擾的環境中使用時，請注意輸入線的屏蔽，輸出信號應儘可能短。集中安裝時，最小安裝間隔不應小於10mm；

* 本系列變送器內部未設置防雷擊電路，當變送器輸入、輸出饋線暴露於室外惡劣氣候環境之中時，應注意採取防雷措施；

* 本產品採用阻燃ABS塑料外殼封裝，外殼極限耐受温度為+85℃，收到高温烘烤時會發生變形，影響產品性能。產品請勿在熱源附近使用或保存，請勿把產品放進高温箱內烘烤；

* 請勿損壞或者修改產品的標籤、標誌，請勿拆卸或改裝變送器，否則本公司將不再對該產品提供“三包”（包換、包退、包修）服務。 ^[3] 

傳感器是能夠受規定的被測量並按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置的總稱,通常由敏感元件和轉換元件組成。當傳感器的輸出為規定的標準信號時，則稱為變送器。

變送器的概念是將非標準電信號轉換為標準電信號的儀器，傳感器則是將物理信號轉換為電信號的器件，過去常講物理信號，其他信號也有了。一次儀表指現場測量儀表或基地控制表，二次儀表指利用一次表信號完成其他功能：諸如控制，顯示等功能的儀表。

傳感器和變送器本是熱工儀表的概念。傳感器是把非電物理量如温度、壓力、液位、物料、氣體特性等轉換成電信號或把物理量如壓力、液位等直接送到變送器。變送器則是把傳感器採集到的微弱的電信號放大以便轉送或啓動控制元件。或將傳感器輸入的非電量轉換成電信號同時放大以便供遠方測量和控制的信號源。

三線制和四線制變送器均不具上述優點即將被兩線制變送器所取代，從國外的行業動態及變送器心片供求量即可略知一斑，電流變送器在使用時要安裝在現場設備的動力線上，而以單片機為核心的監測系統則位於較遠離設備現場的監控室裏，兩者一般相距幾十到幾百米甚至更遠。設備現場的環境較為惡劣，強電信號會產生各種電磁干擾，雷電感應會產生強浪湧脈衝，在這種情況下，單片機應用系統中遇到的一個棘手問題就是如何在惡劣環境下遠距離可靠地傳送微小信號。

兩線制變送器件的出現使這個問題得到了較好地解決。我們以DH4-20變送模塊為核心設計了小型、價廉的穿孔型兩線制電流變送器。它具有低失調電壓(<30 μV)、低電壓漂移(<0.7μV/C°)、超低非線性度(<0.01%)的特點。它把現場設備動力線的電流隔離轉換成4～20 mA的按線性比例變化的標準電流信號輸出，然後通過一對雙絞線送到監測系統的輸入接口上，雙絞線同時也將位於監測系統的24V工作電源送到電流變送器中。測量信號和電源在雙絞線上同時傳送，既省去了昂貴的傳輸電纜，而且信號是以電流的形式傳輸，抗干擾能力得到極大的加強。 ^[4]