电子式传感器

电子式传感器（精选12篇）

电子式传感器 篇1

前言

在电力系统运行过程中, 故障诊断的准确性和及时性对于保证电力系统的运行安全及稳定性有着积极的意义。目前在电力系统故障诊断过程中, 首先需要对系统运行数据进行采集, 如电压、电流、频率、功率等, 传统的采集过程中, 主要是应用到电磁式传感器, 由于其存在磁饱和、铁磁谐振、动态范围小及频带窄等诸多缺点, 所以无法满足日益提高的电力系统运行需求。随着电子式传感器技术的不断发展, 目前可应用于电力系统的电子式传感器主要包括光学电子式和混合电子式两种, 前者采用光学元件作为传感单元, 后者则是采用Rogowski线圈、霍尔器件、电阻分压器、电容分压器等作为传感单元。在电力系统短路故障诊断过程中, 混合电子式更具适用性, 在下面这篇文章里我们就以采用Rogowski线圈为传感单元的混合电子式传感器为基础对短路故障诊断系统进行分析。

1 电力系统短路故障的类型及特点

在电力系统运行过程中, 造成短路故障的原因主要包括: (1) 设备绝缘因老化、机械损伤而损坏; (2) 过电压导致设备绝缘击穿; (3) 人为误操作; (4) 鸟害; (5) 恶劣气候等。

短路故障的类型可分为三相短路、两相短路、两相接地短路及单相接地短路这四种, 其中输电系统发生短路故障的几率最大, 是电力系统最为重要薄弱环节。三相短路及两相短路主要是发生在中性点不接地系统;而两相接地和单相接地故障则主要是发生在中性点接地系统中。

2 短路故障识别系统的设计

实现对电力系统运行故障的准确诊断, 一般需要经过四个环节, 分别是信号采集、信号处理、状态识别及显示分析。电子式传感器主要是应用在信号采集这一环节。整个诊断系统有软件和硬件两部分组成, 其中硬件部分根据电压等级可分为高压侧和低压侧两部分。下面我们分别对系统的硬件结构和软件设计进行简单了解:

2.1 系统高压侧硬件结构

识别系统的高压侧主要是完成信号采集功能, 其核心单元是电子式互感器, 图1为高压侧系统结构示意图:

通过对图1的分析, 我们可以了解到, 系统高压侧主要是由电流、电压传感器、电压测量、电流测量及电流保护几个信息采样通道组成。在图1中通过同一个Rogowski线圈分出两路, 一路用于测量, 另一路用于保护。当发生短路故障时, 故障电流远大于正常运行电流, 为了满足测量需求, 这两路选用了不同放电倍数的增益可调放大器, 正常运行时, 系统通过放大倍数大的测量通道进行数据采样, 而当发生短路故障时, 系统转向放大倍数小的保护通道进行数据采样。通道的选择是由低压侧控制模拟选择开关来实现。

Rogowski线圈输出的电流为被测电流的微分值, 在电流保护通道的放大器间添加一个短路故障判断电路, 通过简单的电压比较就能实现对短路故障的快速判断。在判断出确实发生短路故障时, 电流采样切换至保护通道。图2为故障判断电路结构示意图:

图2中LM393是集成电压比较器;RP1、RP2是电位器, 用来调整比较门限电压;Q1是三极管;U2A、U2B是比较器。当线圈输入信号正、负方向均小于门限值时, 三极管输出端为高电平;当输出信号正负方向有任意一个超过门限值时, 三极管输出端为低电平。在对是否存在短路故障进行判断时, 就是对三极管输出端低电平持续时间是否超过允许值来完成, 当判断发生短路故障时, 电流采样将切换至保护通道。

2.2 系统低压侧硬件结构

通过对低压侧电路结构示意图3的分析, 我们发现其主要是完成高压侧上传信号的处理、状态识别和分析显示功能。

2.3 短路故障诊断系统软件设计

系统的软件部分主要是包括单片机程序、数字信号处理器程序。其中单片机程序包括主程序、数据采集子程序和短路中断子程序。图4为主程序结构流程图。

通过对主程序流程图的分析, 我们可以了解到, 整个程序是循环往复的, 当判断出故障未发生且定时时间溢出时, 程序清除中断标志并返回, 对定时器初始值进行重新设置并启动;当判断短路故障发生时, 系统会通知DSP, 由其完成对信号的处理及状态识别。

2.4 基于小波变换的故障特征提取

由于系统运行过程中出现故障的类型较多, 在对电力系统短路故障进行诊断过程中, 有必要根据不同故障类型的故障特征来对故障进行识别。传统的傅里叶变换只适用于暂态稳定信号, 随着电力系统发展需求的提高, 如何对暂态信号进行采集、处理直接影响着系统故障的快速定位与检修。通过研究发现, 通过利用小波变换的奇异性检测特点, 能够对故障信号进行多尺度分析, 并提取出关键的故障特征信息。这一步骤是在DSP中完成。

2.5 基于人工神经网络的故障识别

在对故障特征信息采集完成后, 还需要对故障种类进行识别, 传统的故障识别是利用专家系统, 但在实际应用过程中存在着较多缺点, 如知识获取瓶颈、匹配冲突等。而随着人工智能技术的发展应用, 神经网络技术得到了很好的发展, 将其应用在故障识别过程中, 能够很好的克服专家系统存在的缺陷, 体现出很好的自组织、自学习和自适应能力。[1]

3 结束语

电子式传感器具有频带宽、动态性能好等诸多特点, 弥补了传统电磁式传感器在应用过程中的缺点。在上面文章里, 我们只是对基于电子式互感器的电力系统短路故障诊断系统进行了简单的分析。电子式传感器技术已经广泛的应用于电力系统的各个方面, 诸如电气设备健康状况的实时监测、输电线路雷击、覆冰故障的监测等。随着相关技术的进一步发展应用, 必将有效的提高电力系统整体运行水平, 保证供电的安全可靠。

参考文献

[1]邵晓非, 宁媛, 刘耀文, 等.电力系统故障诊断方法综述与展望[J].工业控制计算机, 2012 (12) :4-7.

电子式传感器 篇2

实习名称：电子称的制作

姓 名： 杨伟 学 号： 20139918225 专业班级：电子信息1431 指导教师：李娜 时 间： 2016.4.16

一实习目的与要求

1.通过实践了解和掌握电子产品及系统的生产环节，建立电子产品生产流程概念.2.培养学生掌握电子产品的组装和调试方法的技能，并获得组织和管理生产的初步知识。加强学生理论联系实际，观察问题分析问题以及解决问题的能力和方法。

3.掌

握

常

用

元

器

件 的认

识

和

测

量，学

会

基

本 仪

器、基

本

工

具的使

用，基本方法。

4.了解 一 种 以

上 电 子 仪 器、设 备 的 研 发、生 产、调 试 流 程 及 相 关 电 子 生

产 工 艺和焊接技术.5.了解电子工厂的生产组织、生产管理、一般工艺流程、主要生产设备等，了解产品开发与设计的过程。

6.要求产品焊接前，应对元器件、组件进行挑选，仔细检查电子元器件、组件和电子线路板的外观、力学性能、电气性能及可焊性等方面的质量，凡有问题的部件应剔除，不得进入焊接工序。

7.元器件在电子线路板上穿孔焊接时，对于双面电路板要求两面都应该出现焊角，而对单面板只要求在有电路的焊接面出现焊角。②焊点上应没有可见的焊剂残渣。

二 实习内容及过程 电阻应变式称重传感器原理及简介

原理：本制作采用电应变式称重传感器，在外力作用下传感器弹性体发生形变，使得黏贴在弹性体上的电阻应变片阻值发生化，力的变化转化成电阻值的变化，通过测量电桥使电阻信号转换为电信号，通过放大器最终在数字表显示出力值的大小。

电阻应变式称重传感器包括两个主要部分，一个是弹性敏感元件：利用它将被测的 重量转换为弹性体的应变值；另一个是电阻应变计：它作为传感元件将弹性体的应变，同 步地转换为电阻值的变化。

电阻应变片所感受的机械应变量一般为102，随之而产 生的电阻变化率也大约在102 数量级之间。这样小的电阻变化用一般测量电阻的仪 表很难测出，必须采用一定形式的测量电路将微小的电阻变化率转变成电压或电流的变 化，才能用二次仪表显示出来。在电阻应变式称重传感器中通过桥式电路将电阻的变化转 换为电压变化。

当传感器不受载荷时，弹性敏感元件不产生应变，粘贴在其上的应变片不发生变形，阻值不变，电桥平衡，输出电压为零；当传感器受力时，即弹性敏感元件受载荷P时，应变片就会发生变形，阻值发生变化，电桥失去平衡，有输出电压。

实习相关原理图

其中14号管脚与12号管脚交换位置。

传感器接线：红---V+ 黑—V-白—V0-蓝或黑—V0+ 元器件清单

电阻：10k*

4、可调电阻、12k*

1、1M*1、20k*1、、300g称重传感器*

1、LM324集成电路*

1、电阻25K/100K*

2、10K*

4、1K*

1、3296电位器10K*

2、数字表*

1、实验板*

3、导线套管若干

4注意事项：

（1）称重传感器输出mV级信号，任何接触不良都有可能造成信号不稳

定，这是制作中的难点，应足够重视。

（2）如遇到调整WR1到最小（放大器增益最大），显示仍达不到重量值，可以将传感器接“⊥”端去掉，改接到-5V端以提高传感器的输出信号。

5制作步骤

1）.将各个元件在多功能板上布置：横平竖直，间距适当； 2）.按照原理图将各元器件之间用导线连接好：横平竖直，减少交叉； 3）.锡焊：控制焊点大小，注意虚焊；

6具体调试：

（1）检查接线准确后，接通±5V

电源。调整RW2电位器使电压表显示为零。

（2）该放大器的增益G =1+2R1/(RW1+R3)。调整RW1会使零位信号同时被放大。

（3）放上一已知重量的重物＜500g（如砝码）,调整WR1电位器使电压表显示为重量值，单位是g.无小数点。

(4)取下重物调整RW2电位器使电压表显示为零，再次放上重物，调整WR1电位器使电压表显示为重量值。

（5）重复（3）、（4）步，使取下重物显示为零、放上重物显示为重量值。

三 实习总结及体会

1、对电子工艺的理论有了初步的系统了解。我们了解到了焊普通元件与电路元件的技巧、电子称的工作原理与组成元件的作用等。这些知识不仅在课堂上有效，对以后的电子工艺课的学习有很大的指导意义，在日常生活中更是有着现实意义。

2、对自己的动手能力是个很大的锻炼。在第一次焊的的失败和凌乱的布局线路，让我体会到我的差距，最后又重新焊了一个，经过一下午的制作终于完成了，在次日的课上虽然一次没测试成功，认真查错我终于成功了，锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。比如在焊接芯片时，怎样把那么多脚分开焊接对我们来说是个难题，可是经过训练后，我做到了。

3在焊接电路板时，也学到了很多东西，比如焊法、零件的形状和种类、元器件的基本常识等等。让人受益匪浅，体会到不同零件的奇妙组合中展现的人类智慧的结晶。知识的重要性在我心中再次提升，只有知识让自己变得强大起来，在将来日益激烈竞争中脱颖而出，为实现自己的价值和人生目标而奋斗。

电子式传感器 篇3

许多原子由于它们特有的电子结构而具有像针那样有南北极的磁矩。当固体受到机械应力时，通常导致一定的变形能量储存在物体中。然而材料也会产生其他效应，而形成电场。元件受压时改变了磁畴的磁矩，其结果是沿着机械力作用的方向改变磁畴特性。这称为磁弹性效应，是传感器的基础。

当施加垂直力时，由于磁弹效应将产生磁各向异性现象，磁长随时间的变化将在线圈中感应出电压，因此，感应电压取决于次但特性，因为也就取决于所加的力。

１．振弦式传感器

目前振弦式传感器主要用语实验室的电子称和其他小称。在工业上曾用于台秤和皮带称。用质量对两根阵线预加负荷，当未知负荷通过角度的弦线施加负荷连接点时，左弦将受到增强的弦力作用，从而增大了该弦的固有频率。左右弦的频率之差正在与所施加的负荷，传感器的输出与将频率差变成脉冲计数对该脉冲串采样，即可直接读出重量值。绝大多数电子称重选用电阻应变式称重传感器。

应变计基本上是一个电阻，它由平行导线或金属箱作成一定的形状，并嵌入电环氧树脂材料作成的绝缘基底中。电阻变化正比于在弹性提上所施加的力，并被精确地测量出来。

热耗散是限制应变计允许通过电流的因素。其结果也就限制了称重传感器的不平衡电压输出。在传感器弹性体中进行有效的热耗散以获得稳定的测量结果是很必要的。

在电阻应变式称重传感器中，弹性提可以采用不同的形状。如圆环、柱式或弯曲梁筹。

2.电阻应变式称重传感器误差来源分析

电阻体积改变式称重传感器如同所有其他物理元件一样受到各种误差源的影响。零点平衡和灵敏度是误差的两个主要来源。其他的误差为：非线形，滞后，蠕度和不重复性。

在相同的外界条件下，重复测量同一负荷下称重传感器输出的最大差值。不重复度在任何传感器测量系统中都是一个即简单而又十分重要的因素。由于它是随即的因而无法补偿，多仪不能在测量系统中加以校准。因此不重复度是校准过程中的不利因素，也就限制了综合测量准确度的提高。

在称重系统中使用一个以上的传感器时，通常由于传感器之间负荷分配不匀，不可避免地引起称重误差。这成为“四角效应”。如果称重传感器具有相同的特性就可避免这种称重误差。

3.称重传感器的安装

正确的安装称量传感器显然是很重要的。如果传感器安装不正确，哪怕是质量最好的传感器和电子装置，也得不到正确的结果。

没有横向力作用于传感器是极其重要的，尤其对柱式传感器横向力将产生弯曲力矩，使贴在圆柱体表面的应变计感受应变。比应变量比所测量的垂直力产生的应变大得多。

目前一般常用以下三种方法来保护传感器免受横向力的作用：

（1）采用导向承压板，允许传感器在枢轴上转动。

（2）采用自动定位滚珠支座允许支承点横向位移。

（3）采用没有限往的自动定位支承安装系统。

4.静态称重系统中传感器的安装

静态称重包括在台架和平台上的称重，料斗和料槽的称重，以及吊车和运输车辆上的称重。

在设计称台或平台时必须考虑以下三个基本因素：

（1）称台或平台的位移。

（2）称重传感器的负荷分配。

（3）作用于称台或平台的外部水平力。

5.误差来源分析

电阻应变式称重传感器如同所有其他物理元件一样受到各种误差源的影响。零点平衡和灵敏度的温度效应是误差的两个主要来源。然而，在许多承重传感器中这些效应可以被补偿，因而剩下的效应可减少到初始值的10%左右。

6.对基础和承载器的要求

一个稳定的称重系统的先决条件是具有一个刚性支撑结构与（或）基础。同样，承载器（料箱，料斗，平台）上的连接法兰，拖架等必须具有相同的刚度。这样在满负荷时角位移保持最小。

如果放在同一结构上的容器数量超过一个，该结构必须设计成足够的刚度以防止由于大的饶曲引起互相干扰误差。

通常在称重传感器下面放一快厚基板以保证负荷均匀地传递到支撑结构，这一点对混凝土基础尤为重要，通常在基础上配置一快厚钢板，以便把称重传感器安装在上面。

对于具有4个或更多称重传感器的静态系统，传感器组合安装通常用垫片，以保证传感器均匀受载。

7.称台和平台

在设计称台或平台时必须考虑以下三个基本因素：

（1）称台或平台的位移。

（2）称重传感器的负荷配置。

（3）作用于称台或平台的外部水平力。

所有称台受载时将产生一定的位移。位移量采取称台是自由浮动的还是用限位元件紧固的，这两种情况都有不同的误差源。有可能降低系统的准确度。

在自由浮动称台中，称台本身的位移不会引起任何称重误差，但在称重时作用于称台的水平力使秤台碰状到自由浮动秤台四周的缓冲器，摩擦引起力的旁路，从而减少了称重传感器上的负荷。这种随即误差可能相当大，在称重过程中必须防止这种现象的出现。

所有称台受载时将产生一定的位移，位移量取决于称台是自由浮动的还是用限往元件紧固的，这两种情况都有不同的误差源，有可能降低系统的准确度。

电子式传感器 篇4

进行电子动力学的计量学保障工作的迫切性是基于世界范围内不断增长的对完善电子动力学的节能系统、计算及检验方法的需求, 我研究所从事此项研究已有50多年的历史。

测量课题的多样性, 对检查手段准确性及提高效率的高要求, 对高强度及昂贵测量方法、计算机加工及调整结果数据的自动化需求, 都使建立现代测量仪器设备十分复杂性。

对各种检验和调节测量手段的测量设备进行配套是建立在由电测量科研所研制并生产的高精测量及检测设备基础之上, 它包括:

———最大电流60—100安培的三相МК7006虚拟强度的程序已被设定的电源, 保障再现带有在程序中设定的参数的三相和单相交流电的被测物理数值。

———最大主要相对误差0.05%及最大电流60—100安培的三相ЦЭ7008标准瓦特计量表, 保障确定误差、检验有无自动运转、检验敏感极限、测量三相和单相有效能量计量表及三相电抗能量计量表的输入信号参数。

———单相ЦЭ7004标准瓦特计量表, 最大主要相对误差0.2%, 最大电流60安, 保障确定误差及测量有效能量单相计量表的输入信号参数。

———标准测量ЦП7009变流器, 最大主要相对误差0.05%, 保障确定误差及测量测量用变流器的输入信号参数, 该变流器是将交流电强度、交流电有效及电抗强度和频率转换为稳流统一信号。

在上述设备的基础上电测量研究所还研发并生产了下列测量设备:

———测量设备ЦУ7009, 保障调节及自动检验三相电抗能计量表 (0.2及更低精确级) , 三相电抗能计量表 (0.5及更低精确级) , 单相静电计量表并激输入变流器 (1.0及更低精确级, 最大电流小于60或者100安培, 有一个或两个六位机器台)

———测量设备ЦУ7008, 保障高效成组 (16位) 调节自动检验静电单相计量表 (1.0及更低精确级, 最大电流小于60或者100安培, 包括有并激输入变流器的单相静电计量表) 。

———测量设备ЦУ7008, 保障调节和自动检验感应单相计量表 (1.0及更低精确级, 最大电流小于60或者100安培, 有一个或两个10位机器台, 根据预订———为感应和任何静电计量表)

———配套设备, 保障调节和自动化检验, 从1-6单型三相或单相有效能计量表 (精确级0.2或更低) 、三相电抗能计量表 (精确级0.5或更低, 最大电流低于60或100安培)

———配套设备, 保障调节和自动化检验从1-4单型测量交流值的测量用变流器 (交流强度, 有效及电抗强度, 交流频率) 到稳流标准信号。

每套测量用设备中包括个人电脑, 对设备进行操纵, 编制检验和调节图表, 以保存文件形式形成检验记录并打印检验记录。编制有40个状态数的图表并保存在个人电脑里。

推荐的测量用设备可以保障:

———测量的高度准确性

———输入信号参数的高稳定性 (频率, 电压, 电流强度和强度系数)

———由于输入信号设定过程及测量过程的自动化而使操作具有高效率

———检验带有连续和光学连系装置的多功能测量系统的可能性

全部设备已经过认证, 测量用设备及标准测量系统与检验证明书同时供货。

被“电测量研究所”研发及生产的设备应用在电设备制造企业及其它俄罗斯和白俄罗斯工业领域, 其中有俄罗斯股份公司“统一动力系统”, 电能计算方法生产厂, 电站及国家标准化组织。

在第二个方面, 我们准备提交:

———硅平面扩散单独和成组光接收器, 光敏区1-100平方毫米的尺形和压模形, 是各种光学工作范围在0.2—1.1毫微米的设备和系统的重要组成部分

———压力范围0-200千帕的半导体硅传感器

———各种用途的磁阻薄膜集成磁场传感器

———光电子光测量设备, 进行无接触无损坏检测航空航天用热稳碳织物的质量及鉴定

推荐产品的科技水平属世界领先, 与国外同类产品相比成本更低。

项目成熟度较高。

产品具有高度环保性。

电子式传感器 篇5

摘要：介绍了目前用于定位系统中的电子指南针的工作原理，详细论述了磁场传感器芯片KMZ52的工作原理，给出了用KMZ52磁场传感器设计电子指南针的总体设计方案和电路，同时给出了设计中的一些特殊处理方法。

关键词：电子指南针;磁场传感器;KMZ52

1概述

指南针是一种重要的导航工具，可应用在多种场合中。电子指南针内部结构固定，没有移动部分，可以简单地和其它电子系统接口，因此可代替旧的磁指南针。并以精度高、稳定性好等特点得到了广泛运用。

Philips公司生产的半导体器件KMZ52是一种专门用于电子指南针的二维磁场传感器。它采用磁场传感器的磁阻(MR)技术，并用翻转技术消除信号偏移，而用电磁反馈技术来消除温度的敏感漂移。由于外界存在干扰，该系统集成了几种特殊的抗干扰技术来提高系统精度。

本文介绍了电子指南针的工作原理及电路设计，同时给出了其抗干扰设计以及信号和数据的处理方法。

2工作原理与总体方案

图1是KMZ52的内部结构框图和引脚排列。图中，Z1和Z4为翻转线圈，Z2和Z3为补偿线圈。由于环境温度可能会影响系统精度，因此，在高精度系统中，可以通过补偿线圈对其进行补偿。KMZ52内部有两个正交的磁场传感器?分别对应二维平面的X轴和Y轴。磁场传感器的原理是利用磁阻(MR)组成磁式结构，这样可改变电磁物质在外部磁场中的电阻系数。以便在磁场传感器的翻转线圈Z1和Z2上加载翻转电信号后使之能够产生变化的磁场。由于该变化磁场会造成磁阻变化(ΔR)0并将其转化成变化的差动电压输出，这样，就能根据磁场大小正比于输出差动电压的原理，分别读取对应的两轴信号，然后再进行处理计算即可得到偏转角度。

整个电子指南针系统主要由传感器单元、信号调整单元(SCU)、方向确定单元(DDU)和显示单元四部分组成。电子指南针的总体设计框图如图2所示。图中，磁场传感器KMZ52用于将地磁场信号转化成电信号输出，信号调整单元用于将磁场传感器单元中的输出信号成比例放大，并将其转换成合适的信号hex和hey，同时消除信号的偏移。对于保证系统的精度来说，SCU是最重要的部件。通过DDU可将信号调整单元输出的两路信号hex和hey进行放大，然后再按下式计算出偏转角度α：

α=arctan?hey/hex?

这样根据抗干扰技术算法对α进行处理就可得出该磁场的偏转角度，最后通过显示单元进行输出。

3硬件设计

该电子指南针系统的电路设计如图3所示。由于KMZ52内部桥式结构的磁阻输出是差动电压，通过运算放大器可以成比例放大，因此，在测量地磁场信号时，为了将两个磁场传感器信号放大同样的倍数，可以将二者的翻转线圈串联，并对差动电压选用同样的运放结构。翻转信号从①口输入，X、Y轴差动电压信号则分别从②、③口输出。然后通过处理系统对传来的`信号进行A/D采样、数值处理和校正后，即可得到所求的角度。

4数值处理

由于KMZ52的输出信号很微弱，故信号干扰较大。在输出幅值很小的位置上，通常有300mV左右且变化很大的干扰;而在输出幅值时则近似保持恒值。两路信号幅值与角度的关系如图4所示。

为使二者的比值接近tanα?0<α<90°?的变化，可以在幅值较大且数值变化较小的角度范围内，使幅值保持基本不变;而在幅值较小且数值变化较大的角度范围内，用一个函数改变其幅值变化曲线。具体实现时，可按照一定角度对曲线进行分段，并对各段用一次函数y=ax+b去拟合。这样，就可以使幅值变化曲线接近tanα。角度划分越细，精度越高。磁场传感器KMZ52的精度为3°，若按15°划分，可将精度提高到1°。若按5°对其划分，精度可高达0.3°。如划分更细，精度还可进一步提高。若采用高阶函数去拟合，也可以提高精度。实际上，在精度要求不高的情况下，通常以15°划分就可以达到要求。

5干扰校正

有时候，某些外来磁场叠加会产生一个恒定磁场，这个磁场对系统指示将造成影响。故可采用如下方法对其进行校正：

让整个系统在水平面上旋转一周，干涉磁场与地球磁场叠加会有一个最大值Vmax和一个最小值Vmin，记录下这两个值和达到最大值(或最小值)的角度φ，再经过校正，即可消除磁场的影响。现以图5所示的干扰校正方案为例来加以说明。

设地球磁场的大小为Vear，干扰磁场的大小为Vdis?则有：Vear=(Vmax+Vmin)/2?

Vdis=(Vmax-Vmin)/2?

这样，由正弦定理Vear/sinφ=Vdis/sinγ可求出γ。然后在α上加上γ角即可消除干扰磁场的影响。

6结束语

电子式传感器 篇6

【关键词】汽车检测 电子传感器 应用 探索

一、电子控制系统在检测汽车车速表误差的应用

汽车车速表作为司机在行车过程中的主要参照仪表之一，关系到日常行车的安全。如果车速表出现问题，就会导致司机的误判，带来交通事故。电子车速表的工作主要受到转速传感器的影响。因此，在车速表误差检测上主要利用电子技术，通过使用转速传感器把信号传输到电脑进行处理。转速传感器在汽车检测中工作原理：

现在我国对汽车车速表的示值误差进行检测主要是使用滚筒式车速检测台。检测时汽车驱动轮置于滚筒上，由汽车发动机经传动系驱动车轮旋转，车轮借助于摩擦力带动滚筒旋转。这旋转的滚筒相当于移动的路面，以驱动轮在滚筒上旋转来模拟汽车在路面上行驶的实际状态。通过滚筒端部带动测速发电机（即速度传感器，当前使用比较广泛的是光敏管、霍尔传感器等）。测速发电机所发出的电压（光敏管、霍尔传感器等发出的脉冲数）随滚筒转速增加而增加，而滚筒的转速与车速成正比，因此测速发电机的电压与车速成正比。

滚筒的转速和圆周长、线速度之间的关系如下式：

U = L·n ·60 ·10-6

式中：u表示滚筒的线速度，km/h；

L表示滚筒的圆周长，mm；

n表示滚筒的转速，r/min。

车轮的线速度与滚筒的线速度相等，所以公式计算值即为汽车真实的车速。该值在车辆检测试验时，由试验检测台与电脑联网在工位控制机上可以读取、存储和显示。

车轮在滚筒上转动的同时，车辆的驾驶台车速表实时显示的车速值，即车速表指示值。把检测试验台上在工位机上示值与被检测车辆车速表实时显示的车速值进行比较即可求出车速表的误差。

这检测原理很好地利用了计算机、电子控制、机械台体相结合通过网络一体化实现了车辆全自动检测。其核心是以电子控制（传感器的作用）把模拟信号转换成数字信号，再传输到电脑进行运算处理得出检测数据。

二、电子控制系统在检测汽车轴荷、轮荷的应用

汽车的压力主要表现为轴荷或轮荷，轴荷、轮荷的准确数值，直接影响车辆检测制动力时的计算结果。根据现行的《机动车运行安全技术条件》国家标准（GB 7258—2012）规定，车辆的制动力判断是否合格（即刹车力）判断依据是：依靠车辆轴制动力的大小与车辆轴荷的百分比进行判断。车辆轴荷、轮荷的检测，直接推动了电子压力传感器在汽车检测工业中的应用和推广。

现在通过分析华工邦元信息技术公司生产的型号为BY-ZZ-1000A的汽车轮（轴）重检验台进一步认识其工作原理及结构。

型号为BY-ZZ-1000A的汽车轮（轴）重检验台结构及工作原理。机械部分由两个结构相同的称重台组成，可分别测量汽车同轴的左、右轮质量。每个称重台包括称重平台、下承架、电子压力传感器和传感器电桥板（一般装在下承架内），装在下承架上的电子压力传感器支撑称重平台的两边，并联于传感器接线板，输出电信号。这样无论车辆在检测过程中，车轮落到平台上的任何点，都能通过电子压力传感器，把模拟信号传输到智能处理机运算后，再把已转换的数字信号传输到工业控制机进行处理，即可以准确无误地显示测量值。电子压力传感器采用这种布局，克服了力的作用点对测量值的影响。电子压力传感器信号的输出端就是下承架一侧的接线端子。

电子压力传感器应用在汽车轮（轴）荷检测试验台上，直接推动了汽车检测行业的进步和革新。当前我国汽车检测线上就广泛使用了这种产品。

三、电子位移传感器在汽车检测侧滑性能的应用

汽车的稳定性在很大程度上依赖于前轮定位，前轮定位不准确就会使汽车转向沉重等一系列的问题，影响驾驶员的操作，给驾驶员操作带来难度，也可能导致车轮侧滑量过大。对汽车侧滑性能的检测关系到汽车运行的平稳性和安全性。目前在电子控制系统上主要采用位移传感器对汽车侧滑进行检测。位移传感器的工作原理：位移传感器内的电子通过电路产生脉冲，形成一个旋转磁场，当这个磁场碰到其他磁场的时候，就会发生伸缩效应，传感器里的波导丝会产生相应的扭动。这种扭动会被传感器内的部件捕捉到并转化成电流脉冲。两种脉冲会有相应的时间差，通过这种时间差就能够相应的判断需要测试的位移。

四、电子传感器的发展和改进趋势

（一）智能传感器的使用

电子控制采用智能传感器，能够在检测中解决人工检测的难度。电子传感器采用的检测系统比人力检测更快捷，更彻底，对检测数据的分析更准确，智能化是未来电子传感器检测的主要改进方向，不久的将来智能电子传感器在工业实践应用中得到普及将会变成现在。

（二）智能电子传感技术与计算机应用相结合

计算机具有远程操控能力和智能计算能力，计算机系统能够为电子传感器应用在汽车检测工业创建一个实践平台，智能地对汽车检测数据进行分析，使汽车检测变得更方便，更快捷，检测结果更可靠。

五、总结

随着我国汽车工业的发展，也促进了汽车检测工业的发展、提高。电子传感器对推动汽车检测工业的进步将是不争的事实。国内汽车检测行业当前正走向全自动化，智能化；对电子传感器的技术要求和技术进步起了反推的作用。今后在汽车检测行业中电子传感器的智能化将成主流。电子传感器的智能化是当前和今后必须探索和发展的方向。将高新科技应用到检测中，是未来汽车检测的发展方向。

参考文献：

[1]張小兰.汽车检测诊断关键技术问题探讨[J].交通世界，2011-9.

[2]喻涛.浅谈汽车检测诊断技术的改进[J].中国新技术新产品，2013-8.

基于磁阻传感器的电子罗盘设计 篇7

1 原理及磁阻传感器简介

系统使用的磁阻传感器是霍尼韦尔公司的HMC1052、HMC1051,它们和同系列的HMC1001具有相同的工作原理。这两款芯片最小可以感应到0.1毫高斯的磁场强度,而且具有1mV/V/Gauss的灵敏度以及-6～+6高斯的量程。地球磁场强度大约0.6高斯,此时传感器的输出最大为0.6mV,这样的输出电压太小不适合直接进行A/D转换。系统中使用运算放大器对该电压信号放大100倍之后再进行转换。系统调试时发现,对经放大后的60mV输出电压进行A/D转换,其结果已经足以保证指向的正确性了。地球磁场磁力线具有水平方向和垂直方向的分量,HMC1052具有双轴输出,用于测量水平面上的磁分量;HMC1051具有单轴输出,用于测量垂直方向的磁场分量。

如图1,在大地坐标系的水平面上,假设磁北和X轴(前向)的夹角为α,而X方向的磁分量为Mx,Y方向(右向)的磁分量为My,则a=arctan(My/Mx),这是电子罗盘定向的基本原理。实际应用中,电子罗盘并不总是能保持在水平面上,如图2一样存在俯仰角(与X轴夹角)和横滚角(与Y轴夹角)。将罗盘坐标系(Z轴向下)3个轴的磁分量投影到水平面上可以得到水平投影XH,YH其中X,Y,Z为罗盘坐标系下的磁感应值:XH=Xcosφ+Ysinφsinθ-Zsinφcosθ;YH=Ycosθ+Zsinθ

则相应的a=arctan(YH/XH),而俯仰角和横滚角的测量则由三轴加速度传感器KXM52-1050完成。由于加速度传感器的灵敏度为660mV/g,因此其输出不用进行放大。但是加速度传感器工作时散热比较明显,因此系统中加入了温度传感器,温度传感器采用AD公司的AD592,TO-92的封装可以使AD592直接压于加速度传感器之上,这种通过热传导的检测使得温度测量更加准确。通过温度测量的结果对KMX52的输出进行温度补偿,校正加速度计的输出温漂,使得倾角的测量更加准确。

2 系统结构模型

电子罗盘的系统结构如图3所示,其中箭头表示数据流方向:

磁阻传感器的三路输出信号经过放大后输入到A/D转换芯片ADS8364中进行转换,加速度传感器的三路输出信号直接输入到ADS8364进行转换,而温度传感器的模拟输出则接入DSP微控制器MC56F8366片上的A/D转换模块进行转换。ADS8364转换出的数字信号也送到MC56F8366中进行处理。

3 A/D转换芯片及微控制器介绍

系统中的另一个核心芯片是ADS8364,它负责对磁传感器和加速度传感器的输出模拟信号进行数字转换。它包括3对共6个,16位,单路最快250KHz的A/D转换通道,可以满足磁传感器和加速度计每个3轴,共6路输入信号的转换,因此温度传感器的A/D转换工作只能由MC56F8366来完成。ADS8364支持差分输入和单端输入两种模式,系统中使用较为简单的单端输入模式。

单端模式中的-IN端的输入为各通道的公共电压Vcm,+IN端为传感器的输出电压,也即将要转换的模拟电压信号。模拟输入的电压范围为Vcm-Vref～Vcm+Vref,系统实现中,参考电压设为Vref=Vcm,因此输入电压范围为0～2Vref。

ADS8364转换有硬件和软件控制两种方法,分别将undefined,undefined和undefined(统一记作undefined)的管脚电平拉低可以独立的控制A、B、C三组通道的转换,例如将undefined拉低可以使A组通道A0和A1立即开始转换。系统实现时将这三个输入引脚接在了一起,这样一个低电平的触发使六个通道同时开始转换。

ADS8364有D15～D0共16个数据I/O管脚,有一个BYTE输入管脚,当BYTE为高时,16位转换输出数据以两个8位的形式发送给微控制器;当BYTE为低时,数据以16位的形式发送给微控制器。

当ADS8364的A/D转换完成并将数据锁存到输出寄存器时,它的undefined(End Of Conversion)管脚自动产生一个低电平信号,该信号可以触发微控制器的中断,微控制器也可以通过查询的方式检测该信号。undefined通常在undefined触发转换后的16.5个ADC时钟周期后产生。

通过控制ADS8364的 A2、A1、A0三个管脚的电平状态来控制接口的输出模式。(A2A1A0)=000、001、……、101依次对应A0、A1、B0、B1、C0、C1通道输出寄存器,例如,当(A2A1A0)=010时,通道B0输出寄存器的数据被读取;当(A2A1A0)=110时,输出接口工作在循环模式下,A0～C1依次被读取,ADD(Address)管脚为高时,在发送数据前,首先发送一个带有地址码,标示出当前被读取的是哪路通道的数据;当(A2A1A0)=111时,输出接口工作在FIFO(First In First Out)模式下,这种模式下,若ADD=1,同样首先发送地址码,若ADD=0,则直接发送数据,并不加入地址码。地址码的加入可以使微控制器准确地判断读入的数据来自哪路通道。

同样可以使用纯软件的方法控制ADS8364的转换和数据输出。这时,ADD、A0、A1、A2和undefined需要接地或者接VCC。通过undefined写入八位的控制字来配置或控制AD芯片。

如表1所示,当写入的8比特的最高位为1时,表示这是一个配置操作,第0、1、2、3位分别对应A0、A1、A2、ADD,例如第0位为1时,表示将A0配置为1;当写入的8比特的最高位为0时,为控制操作,如第二行的对应关系所示。

MC56F8366是一款16位的DSP微处理器,包含PWM模块和A/D模块,以及多种对外接口。由于其最高可达60MHz的工作主频,大量的运算工作可以在片上进行。微控制器主要有以下作用:通过配置GPIO管脚来从硬件上控制磁传感器、加速度计以及ADS8364;提供对外的接口,如和PC机通信的SCI口;通过PWM模块提供ADS8364的时钟信号;对A/D的转换结果进行读取并转发至PC或直接片上处理;通过片上的12位精度A/D模块对温度传感器的模拟信号进行转换等。

4 工作流程

图4为系统的工作流程,其中初始化代码包括:使能传感器,使能ADS8364的时钟,将ADS8364复位。虚线标示的流程表示可选控制方案,即等待中断和延迟是二选一的关系。也就是说当开始A/D转换后,有两种模式可供选择,一种是中断机制,一种是延时机制。中断机制等待转换结束的中断信号undefined,中断到来后进入读取过程;因为undefined通常在undefined触发转换后的16.5个ADC时钟周期后产生,针对具体的系统可以计算出实际所需延迟,因此也可采用延时机制。延时机制可以给软件设计带来便利,因此系统软件设计中采用的是实线所标示的流程。

磁传感器桥式电路电阻的不匹配以及温漂会使得在磁通量为零的情况下磁传感器仍有输出电压Vos,称之为偏置电压。对磁传感器的置位/复位脉冲激励可以翻转传感器内磁感应介质的极性,因此当磁传感器输出偏置电压Vos为零时,应有Vset=-Vreset。因为Vos不等于0,则实际上的输出Vreal=Vset-Vos=Vos-Vreset。可以计算出Vreal=(Vset-Vreset)/2。为消除偏置电压,需要分别在set脉冲和reset脉冲后分两次读取转换数据。

在两个读取过程中,都利用了将ADS8364的接口数据缓冲寄存器当作MC56F8366的外部Memory的思想,这样可以大大简化读取的控制过程。

MC56F8366的EMI接口的每个片选信号undefined都可以配置为拥有一段外部存储器地址。实际应用中将undefined(即undefined)的存储器地址的基址映射为0x008000。同时undefined脚接ADS8364的片选信号undefined,MC56F8366的地址线管脚A0、A1、A2分别接ADS8364的管脚A0、A1、A2。当需要读取ADS8364的通道A0的输出时,应该将ADS8364的管脚A2、A1、A0均置低,这就要求将MC56F8366的地址线A2、A1、A0拉低,这就相当于MC56F8366对0x008000号地址的数据访问。

反之,当MC56F8366对外部存储器地址0x008003进行数据读取时,控制器识别出这是对应undefined的地址空间,因此自动将undefined拉低,则undefined被拉低,ADS8364被选中;同时,控制器根据0x008003与基址0x008000的差为3,配置地址线管脚A2=0,A1=1,A0=1,这样就实现了对ADS8364通道B1的数据访问。

因此,实际上可以将ADS8364的各个通道的寄存器当作是MC56F8366的外部存储器。实验系统中,它们之间的地址映射关系如表2所示。

5 结果分析

在具体的实验环境下,将磁传感器在平面上旋转数周之后,输出的数据表现为一个椭圆,椭圆的两个轴分别对应南北和东西两个轴向。但是由于磁传感器附近的磁化物质如钢铁和永磁铁的干扰,会在磁传感器输出的X和Y轴上叠加固定的值,这使得椭圆的中心不在原点。这时直接通过公式计算出的结果可能存在数十度的偏差,应采用坐标平移的方法对这种偏差进行校正。例如在实验者所处的环境中,椭圆的原点大致位于(-500,1500)的位置,则应将所有实验数据(X,Y)修正为(X+500,Y-1500)。用修正后的数据计算出的结果准确度大大提高。

由于A/D转换时,电路中引入的任何电噪声都会被当成磁传感器的输出而进行转换,当X轴或Y轴输出较大值时这种影响较小,而当X轴或Y轴输出值在0左右时,这种影响就比较明显。这也正是实验中发现的45度指向性较优而0度及90度产生一定波动的原因。此时,可以采取多次数据取平均的方法抑制随机噪声,实际试验中也发现这样可以取得较好的效果。

6 结束语

这种基于磁阻传感器的电子罗盘系统的初步实现具有较好的指向性,当磁阻传感器和加速度计经过标定并对加速度计进行温度补偿后,可以取得更好的效果。

摘要：社会生产、生活的许多方面需要用到地磁定向,本文以磁阻传感器为基础,组合加速度计、温度传感器、A/D转换芯片(ADS8364)以及DSP微控制器(MC56F8366)等器件构建了一个具有倾角补偿的电子罗盘,试验表明该系统具有良好的指向能力。

关键词：磁阻传感器,ADS8364,MC56F8366,电子罗盘

参考文献

[1]林继鹏,王君,凌振宝等.HMC1001型磁阻式传感器及应用.传感器技术,2002,21(3):51~52

[2]刘书明,聂丽斌,余爱民.ADS8364的原理及应用.国外电子元器件,2002,10:43~45

电子皮带秤测速传感器的应用 篇8

从称重原理可知, 电子皮带秤所测量物料的瞬时流量的大小取决于两个参数, 即瞬时流量等于称重传感器测量的承载器上物料负荷值q (kg/m) 和测速传感器测量的皮带速度值v (m/s) 两个参数相乘所得, 即:w (t) =qv由此可见, 测速传感器的测量精确度和稳定性与称重传感器的测量精确度和稳定性是同等重要的。目前称重传感器的精确度普遍提高到万分之几, 而测速传感器的精确度大多在千分之几, 所以提高测速传感器精确度是提高电子皮带秤系统精确度有效的途径之一。测速传感器的脉冲信号进入显示仪表后, 通常以3种方式完成与称重传感器信号的相乘运算。第一种方式是测速脉冲信号经整形、放大后转换成0—10V DC模拟信号, 并作为称重传感器的供桥电压, 在称重传感器内实现乘法运算;第二种方式是测速脉冲信号经整形、放大后转换成模拟 (或数字) 信号, 与称重传感器放大后的模拟 (或数字) 信号在专用的乘法器里进行乘法运算;第三种方式是测速脉冲信号整形后直接作为显示仪表中累加器的触发信号, 每接受一个测速脉冲信号, 累加器就对称重传感器的输入信号进行一次采样, 皮带速度越快, 累加器采样的次数越多, 采样值不断累加, 因而以数字方式实行了乘法运算。在电子皮带秤使用过程中, 涉及测速传感器的问题不少, 但由于介绍这方面的资料极少, 用户碰到这些问题往往束手无策。作者根据自身工作中的体会和经验列举一些解决问题的办法, 希望能对读者解决这类问题有所借鉴。

2常用的测速传感器

电子皮带秤上所用测速传感器目前主要有磁阻脉冲式、光电脉冲式两类。模拟式测速发电机式测速传感器早已不再使用, 取而代之的是上述两种输出脉冲信号的数字式测速传感器。

2.1磁阻脉冲式测速传感器磁阻脉冲式测速传感器中, 线圈和磁铁部分都是静止的, 与被测件连接而运动的部分是用导磁材料制成的, 当转动件转动时, 改变了磁路的磁阻, 因而改变了贯通线圈的磁通, 在线圈中产生了感生电势。磁阻脉冲式测速传感器从结构上看有开磁路和闭磁路两种。在一个Ⅱ型永久磁铁上装有两个相互串联的感应线圈, 滚轮与皮带直接摩擦旋转并带动等分齿旋转。当等分齿轮的凸起部分与磁极相对的, 回路磁通最大, 当等分齿轮的凹陷部分与磁极相对时, 回路磁通最小, 感应线圈上便感应随磁通变化的感应电压。感应电压变化的频率f与皮带速度v成正比。这种测速传感器结构简单, 但输出信号幅度小。当皮带运行时, 通过摩擦使滚轮旋转, 并带动转子磁杯转动, 转子磁杯及定子磁杯相对安装, 其圆周端面上都均匀地铣出多个齿槽。当两个磁杯的凸齿相对时, 磁通最大, 当两个磁杯的凸凹齿相对时, 磁通最小, 从而在线圈中感应出随磁通而变化的感应电压。闭磁路测速传感器结构较复杂, 但密封性能好, 输出信号幅值大。磁阻脉冲式测速传感器用于高转速测量时, 因磁路磁滞影响, 使线圈中感应电压太小而不易测量。

2.2光电脉冲式测速传感器光电脉冲式测速传感器由装在输入轴上的开孔圆盘、光源、光敏元件等组成。当圆盘转到某一位置时, 由光源发射的光通过开孔圆盘上的孔照身到光敏元件上, 使光敏元件感光, 产生一个电信号。圆盘上的孔可以是1个或多个, 取决于设备要求的脉冲数。

3应用测速传感器的实例

3.1停用测速传感器对不调速的皮带输送机来说, 皮带速度的变化量大致为± (0.3—0.5) %, 这取决于供电电源频率、电源电压及负荷率, 其中, 供电电源频率影响最大。但对于由大电网供电的用户来说, 由于电网电源频率相当稳定, 所以通常皮带速度的变化率小于±0.2%。我们在现场早、中、晚多次测量不同负载率情况下的皮带速度, 其变化均小于±0.2%。据美国赛摩拉姆齐公司推荐:当皮带速度变化超过±0.2%或称重精确度要求高于±0.5%时, 应该采用测速传感器。反过来说, 当皮带速度变化小于±0.2%或称重精确度要求低于±0.5%时, 则可以考虑不用测速传感器, 那么在电子皮带秤整个系统里是用什么样的方式替代测速传感器的信号呢?在几乎所有的电子皮带秤的显示仪表里都有这样一个功能, 即内脉冲、外脉冲选择功能。当选择外脉冲时, 由安装在皮带输送机上的测速传感器向显示仪表提供脉冲信号;当选择内脉冲时, 则由显示仪表本机内的信号脉冲源提供脉冲信号。

我们厂曾有一台关键的计量皮带秤出现故障, 经检查是测速传感器损坏造成的, 我们给显示仪表供电并调用菜单, 当调到“Tacho.Active” (测速传感器有效) 时, 我们看到可以选择“ye s”或“no” (这里“yes”表示由安装在皮带输送机上的测速传感器向显示仪表提供脉冲信号, “no”则表示由显示仪表本机内的信号脉冲源提供脉冲信号) , 当我们将选择由“yes”改为“no”以后, 又在菜单的下一步“Nominal Speed” (额定速度) 中设置了实际速度值, 皮带秤显示仪表左上方的小光点又开始旋转运动, 表示有测速信号, 皮带秤又重新开始工作了。运行了一两天后, 又有了新的问题, 当皮带机停止运行时, 由于皮带上有剩余物料或皮带不均匀皮重造成显示仪表仍在缓慢跳字, 造成不运物料而积算器仍不断累积。我们又出了两个主意:一是将小信号切除值 (物料瞬时流量低于此值, 积算器不在累积) 适当提高;二是将皮带输送机电气运行触点接入显示仪表的供电回路, 当皮带输送机停止运行时, 显示仪表的电源自动断开。

3.2测速传感器的元件替换我厂原使用由OMRON旋转编码器组装的测速传感器, 其分辨力是1024p/r (p-脉冲) , 因旋转编码器损坏需要更换, 由于要与原有测速滚轮相配, 希望使用原有型号的旋转编码器, 而原有编码器早已淘汰, 外型尺寸一致的现有产品分辨力是1000p/r, 我们用1000p/r的旋转编码器替代, 并在量程时适当作些调整。因为旋转编码器的分辨力虽然降低了民2.4% (相当于速度信号测量值小了2.4%) , 但通过调整量程系数 (如将量程系数增大2.4%) 是可以补偿回来。

3.3用国产测速传感器替代进口产品进口或国产电子皮带秤的测速传感器通常都是输出脉冲信号的, 因而可以使用国产测速传感器替代进口产品。我厂原有一台电子皮带秤使用的是MD-256轴端安装式测速传感器, 由于进水损坏, 送厂家修理需3个月才能从国外返回。我们采用国产CS-40返回皮带安装式光电测速传感器代替, 此时显示仪表显示速度值为0.634m/s, 正好是原先显示速度1.268m/s的一半, 我们就调出菜单, 在速度常数p015中将原来的缺省值100修改为200, 显示值即与原来值一致。由于原先的轴端安装式测速传感器无法固定, 使用时上下摇摆, 实际测速值波动幅度达5%, 采用国产返回皮带安装式测速传感器后, 传感器运行稳定, 实际测速值波动幅度仅 (1-2) %, 反而提高了电子皮带秤的检测精度。国产测速传感器的价格仅为进口的1/3左右, 所以在大多数情况下是有可能用国产测速传感器替代进口测速传感器。

3.4用三线制测速传感器替代两线制测速传感器我厂原有一台电子皮带秤的进口两线制传感器损坏, 该两线制传感器价格昂贵, 我们就想用国产三线制传感器替代, 在实际维修该秤时我们将三线制传感器的正电源、速度信号脉冲两根线按要求接入显示仪表的正电源、速度信号脉冲两输入端, 而将第三根连接线 (电源地) 接到称重传感器的电源地输入端, 皮带秤显示表左上方的小光点又开始旋转运动, 表示此时显示仪表可接收三线制测速传感器的信号, 随后我们又在菜单的速度传输系数一栏中对速度显示值作了修正, 电子皮带秤工作就恢复正常了。

3.5用变频器的脉冲输出替代测速传感器在某些应用场合, 如果皮带机的驱动电机是由变频器控制的, 由于变频器通常带FMP (脉冲波型输出) , 在不存在皮带打滑及测量精度要求不高的情况下, 也可以用变频器FMP脉冲波型输出替代测速传感器接入显示仪表。应该注意的是, 变频器的FMP脉冲波型输出并不是真正的皮带速度测量信号, 而是皮带驱动电机的控制给定信号, 在皮带不打滑的情况下两者是一致的。

综上所述, 当我们较为透彻的了解了测速传感器的工作原理、信号类别及显示仪表的关系后, 就有可能根据现场情况灵活应用, 以满足生产现场各种要求。

摘要：介绍电子皮带秤测速传感器的工作原理, 常用测速传感器的分类, 以及现场应用的实例。

关键词：电子皮带秤,测速,传感器

参考文献

电子式传感器 篇9

奥地利微电子开发的手势检测功能利用四个定向二极管来感知反射的红外线能量, 然后将该数据转换为物理运动信息, 包括速度、方向和距离。

TMG399x手势识别软件目前支持优化的安卓驱动, 同时提供可用于高通Snapdragon 6xx和8xx处理器系列上的ADSP的库文件, 实现了四个方向的手势传感、环境光传感、接近传感和其他所有标准功能。奥地利微电子的软件提供了拓展的手势识别功能, 包括支持八个方向的手势传感、按钮和轻击功能。奥地利微电子正着手开发基于其他业内领先的传感器集线器方案的完整方案。

手势识别功能模块能够自动消除环境光的影响、排除光学串扰, 配备2个8位模数转换器、可节省功耗的交互延迟、32数据集FIFO和12C通信接口, 既能满足简单的“东南西北”手势传感也能实现复杂的虚拟按键和轻击等广泛的手势检测要求。可调整的红外LED输出和优化的手势算法将功耗和噪音降至最低。

TM G399x产品系列还集成了颜色传感器。精确的颜色及亮度控制是在日光灯、白炽灯和太阳光等多种光源下执行便携式设备显示屏管理的决定性要素。接近检测由红外LED和传感器构成, 经优化可用于探测100mm以内的物体, 也可用于简化产品用户界面, 如智能手机触屏的智能开关控制。接近检测通过了100mm距离的工厂校准, 使原始设备制造商无需在生产线上进行校准, 帮助简化终端产品的制造过程。

电子式互感器校验新方法 篇10

琴韵变电站是南方电网首个数字化最彻底的220kV变电站,某网络结构采用双套独立双网、网采网跳模式,数据由电子式互感器采集。电子式互感器是琴韵变电站的重要设备,是琴韵变电站数字化、智能化的基础,所以其校验工作显得尤为重要。

1 变电站电子式互感器简介

1.1 基本结构

琴韵变电站采用与气体绝缘开关(GIS)配套使用的有源电子式互感器(电流、电压组合型互感器)。电流互感器采用低功率铁芯线圈(LPCT)传感测量电流,采用空芯线圈(罗氏线圈)传感保护电流,这样可使电流互感器具有较高的测量准确度、较大的动态范围及较好的暂态特性;电压互感器采用同轴电容分压器传感测量电压。

琴韵变电站电子式互感器的远端模块及合并单元采用双重化冗余配置,以保证互感器的可靠性;电子式互感器利用光纤传送信号,不仅抗干扰能力强,而且减少了变电站二次电缆,适应了数字化变电站技术发展要求。电子式互感器结构如图1所示。

1.2 电流传感器

电流互感器利用低功率铁芯线圈及空芯线圈传感被测一次电流。低功率铁芯线圈的工作原理与常规TA相同,仅输出功率很小,因此铁芯截面较小。空芯线圈是一种密绕于非磁性骨架上的螺线管,如图2所示;它不含铁芯,具有很好的线性度。空芯线圈的输出信号e与被测电流i的关系为:

式中,μ0为真空磁导率;n为线圈匝数密度;S为线圈截面积。

根据式(1),利用电子电路对线圈的输出信号进行积分变换可求得被测电流。

1.3 电压传感器

电压互感器利用同轴电容分压器测量电压。如图3所示,为了提高电压测量精度,改善电压测量暂态特性,在电容分压器的输出端并联一精密小电阻。电容分压器的输出信号uo(t)与被测电压ui(t)的关系为:

式中,C1为高压电容;C2为低压电容。

根据式(2),利用电子电路对电压传感器的输出信号进行积分变换可求得被测电压。

1.4 远端模块

电流传感器和电压传感器的输出信号均是被测量的微分。远端模块的主要作用是同时采集电流传感器和电压传感器的输出信号,转换成数字信号后进行积分变换,还原被测电流和被测电压信号,最后按约定格式以串行数字光信号的形式输出。远端模块的供电电压为DC110V;接有1根光缆,用于传送采集处理后的电流、电压信号。

2 电子式互感器校验方案

2.1 同一间隔电子式互感器的校验

在220kV琴韵变电站中,同一间隔有两种互感器配置方式:两组完全独立的电子式互感器分别用于同一间隔的主Ⅰ和主Ⅱ保护;电子式互感器加常规互感器。对于第一种配置方式,因两组电子式互感器采集的一次模拟量均来自同一间隔,故相同,且两组电子式互感器的变比通常也相同(即使变比不同,在实施比较过程中,也可通过软件乘以倍数来解决),因此,根据这些特点,可对同一间隔不同组别的电子式互感器进行比较校验。

2.2 不同间隔电子式互感器的校验

在220kV琴韵变电站中,同一段母线上不同间隔的电子式电压互感器测量的一次电压相同,均为该段母线电压。根据该特点,可对同一母线上不同间隔的电子式电压互感器进行比较校验。此外,母联开关合上时,并列运行的两段母线上的不同间隔的电子式电压互感器同样可进行比较校验。

3 电子式互感器校验实例

(1)同一间隔的不同组电子式电流互感器的数字量实时自动比较。此方案的原理构成如图4所示,P1、P2为保护组,M1、M2为计量组。对于同一间隔的两组电子式电流互感器,它们采用完全独立的传感单元、采集单元及合并单元。比较两组采集单元中的保护组、计量组数据,可达到自动诊断的目的。若比较结果偏差较大,则立即向后台传送报警信号,提示工作人员处理。两组合并单元输出比较如图5所示。

(2)同一间隔的一组电子式电流互感器的数字量和一组常规电流互感器的模拟量(经测控装置采集后转换为数字量)的实时自动比较。此方案的原理构成如图6所示。由于220kV琴莲甲线间隔既有电子式电流互感器,又有常规电流互感器,因此将电子式电流互感器的数字量和一组常规电流互感器的模拟量(经测控装置采集后转换为数字量)进行实时自动比较,达到自动诊断的目的。若比较结果偏差较大,则立即向后台传送报警信号,提示工作人员处理。两组合并单元与常规互感器输出比较如图7所示。

(3)母联开关在合位时,同一电压等级的Ⅰ、Ⅱ段母线的数字式电压互感器的数字量实时自动比较。此方案的原理构成如图8所示。当母联开关在合位时,两段母线电压一次值应相等,因此可将不同母线的电子式电压互感器输出数字量进行实时比较,达到自动诊断的目的。若比较结果偏差较大,则及时通知运维人员检查。两段母线电压互感器合并单元输出比较如图9所示。

4 结束语

基于一次侧同源测量比较的实时自动诊断技术,是对电子式互感器校验技术的有效补充。该技术有效解决了实时监测运行中电子式互感器测量误差的问题,实现了自动报警的功能,大幅提高了电子式互感器运行的可靠性和安全性,为智能变电站的大规模建设和运行提供了可能,同时促进了电子式互感器运行可靠性、稳定性研究工作的开展,将产品的可靠度量化,为产品的实用化、市场化发展提供理论及试验依据。

参考文献

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[5]李瑞生,李燕斌,周逢权.智能变电站功能架构及设计原则[J].电力系统保护与控制,2010,38(21):24-27

[6]Q/GDW 383—2009智能变电站技术导则[S]

[7]李孟超,王允平,李献伟,等.智能变电站及技术特点分析[J].电力系统保护与控制,2010,38(18):59-62

[8]刘娇,刘斯佳,王刚.智能变电站建设方案的研究[J].华东电力,2010,38(7):0975-0977

[9]刘有为,邓彦国,吴立远.高压设备智能化方案及技术特征[J].电网技术,2010,34(7):1-4

电子式传感器 篇11

摘要：变电站的数字化是一种发展趋势，数字化变电站指信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站，数字信号可以用光纤传输，从根本上解决抗干扰问题。电子式互感器的优越性在于能够直接提供数字信号给计量保护装置，可简化二次设备，提高整个系统的准确度和可靠性。随着电力系统的不断发展，新一代电子式互感器逐渐取代了传统CT，使得电力系统的运行状态更稳定、更高效。本文重点介绍了电子式互感器的原理、特点及其在数字化变电站中的应用。

关键词：数字化变电站  电子互感器  罗氏线圈

0 引言

随着社会经济的持续发展，人们对电能的需求越来越多，输电系统不断扩容，同时不断提升运行电压等级，以往电磁式电流、电压互感器或电容式电压互感器，暴露出如绝缘要求高、磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、频带窄以及有油易燃、易爆炸等一系列缺点。电子式互感器是采用磁光、电光变换原理或由无铁芯线圈构成的新型互感器，能够向计量保护装置直接传输数字信号，在保证电力系统稳定、高效运行的同时精简了二次设备[1]。目前，数字化和信息化已延伸到了电力系统中，电力系统升级改造势在

必行。而当前，各种自动化变电站和各个市区、乡镇的电

网系统改造已开始使用电子式互感器这种先进的数字系统。[2][3]。

1 电子式互感器的基本原理

1.1 电子式电流互感器原理

当前，中压领域（40.5kV及以下）的电子式电流互感器原理主要有两种：罗氏线圈[4]互感器和低功率线圈互感器。

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图1  罗氏线圈电流互感器原理

图1为罗氏线圈电子式电流互感器原理，它由罗氏线圈、积分器、A/D转换等单元构成，把一次侧大电流转换为二次的低电压模拟量输出或数字量输出。由没有磁饱和的罗氏线圈得到与一次电流I1的时间微分成比例的二次电压E2，将该二次电压E2进行积分处理，得到与一次电流成比例的电压信号。

将模拟积分和数字积分技术应用在二次回路中，辅以去除直流偏置回路及不完全积分器技术，经过数据计算，攻克了因直流偏置造成积分值急剧增大的技术难题，同时保证了作为叠加值DC分量的电流信号客观可靠， 在电流互感器的控制下，不完全积分器始终在合理的数值范围内浮动。二次回路也应用了抑制雷电过电压及操作过电压的技术措施，使互感器更加耐冲击。采用电磁兼容设计技术供给电源，并输送主讯号，有效改进新型互感器抗干扰性能，从而使之高效、稳定的完成运行工作。

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图2  低功率线圈电流互感器原理图

由低功率线圈组成的电子式电流互感器原理详见图2。图中，Ra表示分流电阻，I1表示一次电流，I2表示二次电流，U2表示二次电流I2在分流电阻Ra两端的电压降。

从该装置的构造和应用特点可预见经典感应电流互感器的未来发展趋势。它的主体构造包括一次绕组、小铁芯、损耗最小化的二次绕。二次绕组与Ra相连。在电流互感器主体构造中，Ra采用一体化设计，能使互感器的功率效率近似零值。U2与I1成比例，按照运行要求，U2的取值范围要求在0～5V之间。与以往所用的互感器装置相比，新型互感器的电流测量范围更大，并且具有测量功能和保护功能，功能较以往而言有所改进。

1.2 电子式电压互感器原理

目前中压领域（40.5kV及以下）的电子式电压互感器主要采用了电阻分压原理的电压互感器，如图3所示。

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图3  电子式电压互感器分压原理

新型电子互感器的高、低压电阻均经过优化设计，并且应用了高性能分压器，兼具测量与保护功能，测量精度0.2级，保护级3P级。电子式电压互感器的二次电压与一次电压成正比关系，二次电压取值范围为0-5V，基于与二次智能化设备接口，实现数字化、智能化的测量保护功能。并且该装置内部无铁芯，因而不会引起铁磁谐振。

2 电子式互感器的特点

①与传统互感器相比较，电子式互感器的测量范围更广， 并且不存在电磁饱和的问题。

②无油，不存在爆炸的风险。

③体积小，重量轻，所需空间小，安装流程简单。尤其是光电互感器，它的重量通常只有电磁式电流/电压互感器重量的1/10。

④不存在电磁辐射的问题。运行时，能源利用率高，消耗小，迎合了当前绿色发展的主题。

⑤具有良好的绝缘性能，补漏电;高低压完全隔离，具有优良的绝缘性能和优越的性价比，安全性高。

⑥信号传输系统具有高强抗辐射干扰、抗电磁干扰性能，受地电位影响小，频带宽，并且在提高传输速率的前提下进行了扩容，通讯质量良好，有利于实现电力系统自动化改造标准。

⑦便于组网，其内部结构的设计迎合了数字电网的发展要求。

⑧不存在二次保护电抗信号输入干扰的问题，能保证电网稳定运行，对实现电网自动化改造目标有积极的意义。

⑨二次设备的安全性、可靠性基本达标，因而可省去仪表保安系统的设计。

⑩二次设备不用承受动热稳定电流，设备运行成本大幅缩减。

■不必大量施作二次电缆，省材又省工。

■电子式电压互感器、电子式电流互感器不存在开路和短路问题，从而提高了系统的稳定性和安全性。

3 电子式互感器的应用

电子式电流电压互感器是一种可计量电压电流参量，兼具测量、保护功能的新型电力设备。电子式电流互感器可达到测量级0.2或0.2S级，保护级5P级;电子式电压互感器可达到测量级0.2级，保护级3P级。电子式互感器输出数字信号，信号输送与二次设备处理都不会产生附加误差，进一步提高了测量精度，保护功能也有所改进。数字智能电网改造与建设已是大势所趋，并且电子式互感器的应用也将成为智能电网一个未来发展趋势。

在电网自动化升级改造中，智能开关设备与光电式互感器机电一体化设备的研发与应用，使智能电网迎来了数字时代。在高压和超高压变电站中，电力数据的测控与保护、故障录波，以及A/D变换、光隔离器件、控制操作回路等其他自动装置的I/O单元，都将成为智能一次设备的主题架构。智能一次设备中的控制回路和传感器均采用数字化设计。而在中低压变电站则将保护、监控装置小型化、紧凑化，完整地安装在开关柜上，实现了变电站机电一体化设计。

从物理角度来分析，数字化变电站自动化系统主要由智能化的一次设备与网络化的二次设备组成。以一个间隔为例，其结构拓扑图如图4。

在电子式互感器下边采用光电采集部分。采用的是TI公司生产的高性能数字处理芯片[5]DSP2407，该芯片可提供40MHz的处理速度，同时采用128点采样，这样提高了系统的精确度。经过数字处理芯片的逻辑控制后，通过光纤将电流和电压的数字信号传输到主控室的保护屏上。采用双看门狗的结构方式，提高系统的稳定性。同时通过对电源回路进行检测，提高系统的可靠性。采用光纤的传输方式后，提高了系统运行过程中的抗干扰能力。简化了系统的接线方式，同时节省了投运成本。工作电源部分采用可靠性极高的宽温高容量稳压电源，提高了电源部分的稳定性，也就提高了系统在运行过程中的稳定性。

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图4  数字化变电站拓扑图

4 结论

综上所述，新型电子式互感器在电网系统智能化、数字化的升级改造中的应用，可以说是提高电网服务与运行质量的一次大胆尝试，对改进电网运行质量，提高电力数据输送的稳定性和安全性有积极的意义，并且这也是国内互感器行业的一次颇具轰动效果得技术革命。

电子式互感器体积小、重量轻，能很方便地将其置于各种小型化电器成套设备中，这对减少变电站占地面积、减少设备制造、运输、包装成本、减少对资源的占用，降低变电站建设和运营维护成本，实现资源的合理配置都具有重要的现实意义和深远的历史意义。

电子式电流电压互感器的发展正处于产业化发展的初期，它的广泛使用还将带动相关行业的发展，其产业化前景极为广阔。

参考文献：

[1]阎石.数字电子技术基础（第四版）[M].北京：高等教育出版社，1998.

[2]国家标准互感器第7部分：电子式电压互感器[M].北京：中国标准出版社，2007.

[3]国家标准互感器第8部分：电子式电流互感器[M].北京：中国标准出版社，2007.

[4]国家质量监督检验检疫总局.GB 20840.8-2007互感器第八部分：电子式电流互感器[S].北京：中国标准化出版社，2007.

电子式互感器配置问题探讨 篇12

近年来,基于IEC61850的数字化变电站成为变电站自动化技术的发展新方向,在我国得到快速发展。电子式互感器作为数字化变电站过程层中的关键设备,具有传统电磁式互感器所不具备的众多优点[1,2],如何有效地将其应用于电力系统,替代传统电磁式互感器并实现相应功能,避免电气主接线中因互感器的配置问题而影响系统运行安全和扩大事故范围,成为亟待解决的问题。

1 电子式互感器的研究现状

电子式互感器是一大类非常规互感器的总称[3,4],按其高压侧是否需要电源,分为有源式电流/电压互感器ECT/EVT(Electronic Current/Voltage Transformer)和无源式电流/电压互感器OCT/OVT(Optical Current/Voltage Transformer),根据测量原理的不同又可细分为不同类型。其中罗氏线圈型电流互感器RCT(Rogowski Current Transformer)和低功率线圈型电流互感器LPCT(Low Power Current Transformer)因测量精度不同,通常采取两者的组合以满足测量、保护对精度的不同要求;集磁环型OCT通常用于小电流测量、故障诊断和故障定位等特殊场合,在日本应用较多[5],在我国还处于理论研究阶段。电子式互感器的分类框图如图1所示。

2 电子式互感器的配置问题

截至目前,我国已建数字化试点站80余座,其中500 kV 12座、330 kV 2座、220 kV 19座、110 kV40座、10~66 kV 8座,另外还有部分尝试IEC61850标准的常规站点。数字化变电站的实现基础体现在数据采集的稳定性、二次系统的冗余性、设备的互操作性和通信的安全性等环节[6]。电子式互感器作为电量采集的重要设备,如何通过合理选型及有效配置以实现以上要求,是数字化变电站建设中面临的重要问题。

2.1 电子式互感器的选择

鉴于无源式OVT在国内尚无相关成熟产品,数字化变电站中主要选用有源式EVT实现电压量的采集与传输。出于传感元件性能与绝缘水平等方面的考虑,电阻分压型EVT[7]具有理想的测量品质和暂态响应,但消耗功率,一般应用于66 kV及以下的电压等级场合,而电容分压型EVT不存在电磁单元,主要应用于110 kV及以上的电压等级场合。

电子式电流互感器实用化产品种类较多,各自的原理与性能存在着较大差别,如表1所示。

有源式ECT由于技术实现较容易,产品实用化较早,投运站点多并积累了一定经验,长期运行的可靠性成为其一大优势;无源式OCT基于法拉第磁光效应原理,较有源式ECT彻底消除了铁心的影响,具有更快的响应速度、更宽的响应带宽以及更好的动态测量品质,绝缘性和抗电磁干扰能力也显著提高。目前工程上从技术性和经济性[8]出发,一般推荐110 kV及以上电压等级采用无源式OCT,66 kV及以下电压等级采用有源式ECT。

2.2 电子式互感器的配置

数字化变电站中,电子式互感器一方面参照传统互感器的配置原则进行配置,一方面根据“面向间隔实施监控”的思想按间隔配置,每个间隔作为一个独立的保护和监控单元,简化接线,提高保护和监控的可靠性。目前投运的EVT与常规电压互感器的结构类似,配置也基本相同;ECT与常规电流互感器的差别较大,分采集单元与合并单元2部分分别配置。

2.2.1 传统互感器的配置方式

传统互感器通过配置,在电力系统中实现以下功能:将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压(100 V)和小电流(5 A或1 A),正确反映电气设备的正常运行和故障情况;将二次设备与高压部分隔离,且互感器二次侧接地,保证设备和人身的安全。电压互感器的配置比较简单,一般根据应用场合进行配置,电流互感器配置则相对较为复杂、影响因素多。传统互感器的参考配置方式如表2所示[9]。另外,根据连接二次设备的不同要求选择不同精度:一般性测量用0.2、0.5、1或3级,特殊性测量用0.2 S或0.5 S级,暂态保护用TPX、TPY或TPZ级,稳态保护用5P或10P级。

2.2.2 电子式互感器的配置方式

IEC61850-3提出“故障弱化”要求[10],即当数字化变电站系统中任一通信元件发生故障时,变电站仍是持续可操作的,为此,电子式互感器采用冗余技术保证系统可靠性。

采集单元分为单回路和双回路配置,每一回路包括独立的传感元件、光纤信号通道和光纤电源/光源通道。主变间隔、母线间隔、220 kV及以上电压等级间隔一般按照保护双重化原则配置双回路采集单元,分别供2套保护用;110 kV及以下电压等级间隔一般配置单回路采集单元。以线圈型ECT与磁光玻璃型OCT为例,其采集单元双回路配置方式如图2所示,后者在无法保证磁光玻璃性能可靠的前提下,也可采取2块磁光玻璃通过4条光纤的方式实现双回路配置。

常规电流互感器应保护双重化的要求一般采用2台独立电流互感器串接的配置方式,而电子式电流互感器采用磁光材料代替以往的电磁绕组作为传感元件,绝缘性能好,便于集成,双回路采集单元可以集中在一根绝缘套管内,简化了互感器的配置,节省了占地空间。

合并单元MU(Merging Unit)对应采集单元进行配置,双母线接线方式下还应配置专门合并单元实现母线电压并列,经间隔合并单元切换后,供检同期功能使用。220 kV间隔的合并单元一般置于室内的合并单元屏;110 kV间隔的合并单元可以置于合并单元屏,也可根据一次设备的选型和运行习惯布置,例如与智能操作箱就地下放到气体绝缘开关设备GIS(Gas Insulated Switchgear)汇控柜内;35 kV及以下电压等级在常规站中将保护测控装置下放到开关柜,数字化变电站可延续这一方式。

3 电子式互感器的参考配置方案

文献[11]给出了电子式互感器的配置方案,并在实际中得到广泛应用。在此基础上,以双母线接线的220/110/35 kV电压等级的数字化变电站为例,表3列出了参考配置方案,主变间隔采用数字输出且性能一致的无源式OCT以及OCT与EVT相结合的组合式CVT;220 kV、110 kV间隔采用数字输出的OCT和CVT。鉴于35 kV保护测控装置已下放到开关柜,且电子式互感器在精度、绝缘和造价等方面的优势都难以体现,此时互感器按2种情况配置:涉及到跨间隔应用(如母线设备间隔),选用模拟输出的LPCT,其他情况选用常规互感器,并采用常规保护测控一体化装置的配置方案。

注:110 kV间隔的出线若为有源线,则其A相增配1台EVT(0.2,同期用),含1路独立输出回路和1个采集单元。

图3和图4描绘了电子式互感器在220 kV下的单相配置与35 kV下的三相配置情况。母线EVT的输出既用于母线保护,又作为线路重合闸检同期元件的电压输入。当线路保护的重合闸采用检同期方式时,需进行电压切换,母线间隔的合并单元(MU5,MU6)将并列后的电压传送到各间隔合并单元(MU1~MU4)内,根据线路隔离刀闸的位置在其中完成电压切换,并同时接收本间隔的电流、电压量,最后将所有的采集信息转换成IEC61850-9-1/2格式输出至二次设备;当线路保护的重合闸采用不检重合,则不需进行电压切换;另外,对于如变压器保护等没有重合闸功能的装置,由于本间隔已有完整的电流、电压量,因而无需进行电压切换[12,13]。35 kV侧的就地采集单元按双重化配置,当某回路异常时,只会影响本间隔,而不影响其他间隔。

4 故障案例分析

4.1 江陵换流站差动保护动作跳闸事件

江陵换流站在其直流系统以及交流滤波器中大量采用了有源式ECT,由于使用经验不足,导致在2004年至2005年试运行期间发生多起交流滤波器差动保护动作跳闸事件[14]。原因之一就是有源式ECT中使用了大量的电子元器件,电子回路的集成度不高,当某一元件发生故障时会导致整个电路板不能正常工作。

4.2 富村站变差动速断保护误动事件

110 kV富村站一次系统引入了有源式ECT和EVT代替传统的电磁式互感器。2008年4月,处于冷备用状态的高压侧桥开关,由于C相采集单元的采样回路中滤波电路元件虚开或虚短引入高电平而导致A/D芯片输入端电位异常,从而错误传输异常信号,导致主变差动速段保护误动作[15]。

5 结语