WB系列电量隔离传感器/变送器选型

    摘要：在概述了电量隔离传感器/变送器的基本特性及功能的基础上全面介绍了WB系列电量隔离传感器的主要用途、分类特点和选型方法，给出WB系列电量隔离传感器/变送器的命名方法和各种类型器件的引脚排列。最后给出了几种WB系列器件的电路连接方法。

    关键词：电量  测量  隔离  传感器  变送器  WB系列

1 概述

    WB系列电量隔离传感器/变送器是根据自动控制和数据采集技术发展的需要而研制开发的新一代高性能电量检测产品。

    电量隔离传感器/变送器可以对电流、电压、频率、功率、相角、功率因数等电参量进行高速、高精度的隔离测量和变换，也可以对微弱的电量信号进行高速、高精度地隔离放大和传送，将其变换调理成符合国际通用标准的电压、电流、频率等模拟信号输出，或将其变换成数字量、开关量状态输出等。它即可以和传统的指针式仪表相接，也适合于与现代的数字式自控仪表、各种A/D转换器以及计算机系统直接配接。

    WB系列电量隔离传感器诞生于80年代中期，目前我国已有400多种型号、上千种规格的系列产品。WB系列电量隔离传感器/变送器的体积小、功耗低、频响宽、精度高，可以解决自动检测及多路数据采集中的隔离、变换、传送和共地、共电源等关键技术问题，能有效克服共模干扰，提高系统精度，简化系统设计，降低系统成本。WB系列电量隔离传感器与传统的电测器具相比，体积缩小了8～15倍，重量减轻了10～30倍，功耗减小了4～10倍，通频带拓展到20kHz，而价格只有同类进口产品的1/10～1/3。

    目前中国国内生产该类电量隔离传感器的单位有西南自动化研究所、深圳市峨嵋实业有限公司（CE系列）等。

2 主要用途

    WB系列电量隔离传感器的主要用途如下：

    ●取代各种低压互感器、仪器仪表用互感器和电量变送器；

    ●高速、高精度的模拟信号隔离采集系统；

    ●要求性能价格比较高的隔离放大器和电量隔离转换器；

    ●模拟信号的高精度隔离传输驱动和接收；

    ●压力、温度等非电量传感器的配套变送器；

    ●各种电信号的调理变送器；

    ●电压、电流信号监测用的越限报警传感器；

    ●需要进行信号变换的特殊环境等。

3 分类及特点

    根据WB系列电量隔离传感器/变送器的工作原理，可将其分为光电隔离型、霍尔效应型、频率变换型和电磁隔离型几大类，用户可以根据系统设计的要求自由选择。

3.1 光电隔离型

    这一类型的电量隔离传感器/变送器采用光电隔离放大和线性补偿原理，它的特点是频响宽、精度高、响应快。适用于对精度和速度都有较高要求的场合，也可以用作宽频带隔离放大器。

3.2 霍尔效应型

该类型的电量隔离传感器/变送器采用霍尔效应原理进行电-磁-电隔离转换方式来感应测量大电流。其特点功耗低、耐冲击、过载能力强、可靠性高，特别适合于交、直流输入的大电流测量方面的应用。

3.3 频率变换型

    这一类型的隔离传感器/变送器采用的是频率调制、光电隔离原理，该类型的主要特点是精度高、稳定性好、抗干扰能力强、适用于直流电量的隔离测量和信号的远距离传输，可以直接与压力、温度等非电量传感器相匹配，可用做高精度隔离放大器或配套变送器。

3.4 电磁隔离型

    该类型的传感器/变送器采用电磁隔离原理，其特点是精度高、可靠性好、功耗低（典型功耗值为30mW）、漂移小、稳定性好，特别适合于工频率至中频电流、电压、功率等参数的测量，或用来作无源交流采样器。

3.5 智能变送器

    智能变送器一般采用专用IC芯片、MCU技术、高精度数字变换技术和特殊专用软件算法来实现电参量的真有效值隔离测量。其特点是精度高、稳定性好，适用于在复杂环境中进行电参量的精确测量，智能变送器一般不受谐波成分的影响，因而抗干扰能力较强。

4 选型方法

    WB系列电量隔离传感器/变送器的品种较齐、型号多，同一输入类型的产品有多种输出组合，即使输入、输出类型都相同的传感器/变送器，由于工作原理不同，其结构形式也不尽相同，因而可能有几个供选择型号，其性能也各有异同。怎样才能选出满意的型号呢？

    首先要确认被测电量的类型，是电流、电压、频率还是功率？是交流、直流、脉冲直流还是交、直流混合信号？交流电量是普通正弦波还是畸变严重的复杂波形？只有将“输入类型”确定后，才能从诸多产品型号中，准确地选用最适宜的一种。

    其次是根据系统设计的需求确定输出类型。WB系列电量传感器不仅可提供常规变送器所具有的直流电压输出（Vz）和直流电流输出（Iz）,而且还能提供独具特色的跟踪电压输出（VG）、跟踪电流输出（IG）、频率输出（FK）和开关量界限状态输出（TK、RK）等。

    直流电压输出（Vz）是目前最受欢迎的输出方式之一，适当选择输出的标称值可以直接与各种A/D转换器直接配接，也可直接与数字面板表或其它指示仪器相接。

    跟踪电压输出（VG）和跟踪电流输出（IG）方式的精度较高、响应快（Us级），适合于交流实时采样系统和峰值采校系统。

    频率输出（Fk）适合于用在模拟信号的高精度远距离传输系统中，还可以省去A/D转换器，直接与数字电路或计算机接口连接。

    电流输出（Iz、IG）方式能够克服信号因长距离传输中的线路损耗而造成的测量误差，4～20mA的Iz输出还能对输出回路的开路状态给出指示。WB系列产品的电流输出均可以接共地负载，符合国际通用标准。

    开关量状态输出（Tk、Rk）是根据预先设定的阀值自动给出越限报警信号。可直接用于接通显示或执行控制动作。

    了解了这些输出形式的特点后，再结合其他参数（如精度等级、负载能力、响应时间、外形结构等）的要求，在综合权衡之后再确定所需要的传感器型号。传感型号确定后，须进一步确定传感器的输入/输出规格。输入规格可以在厂方产品型号中的“输入标称值”一栏给出的系列值中选取，也可以在输入下限值与上限值之间自主确定。输出规格可以选择“输出标称值”一栏中给出的标称值，也可以根据需要自主确定。

    本文以西南自动化研究所的产品为例进行介绍，图1是WB系列产品的命名方法。其引脚排列及外型如图2所示。

5 接线方法示例

    所有电流输出型（Iz、I`z）传感器/变磅器的输出均为共地电流源，其接线原理如图3（a）所示。

    二线制电流输出型（Iz）传感器/变送器的接线原理如图3（b）所示。

    频率输出型（Fk、F`k）传感器/变送器的输出级为集有电极开路门（NPN管）结构，使用须外接电阻RL，接线方法如图3（c）所示。

    WB I414aD1型变送器的输出端第4脚是输出基准设定端，在Ix=0条件下，调节2kΩ电位器可使6脚的Iz输出为4mA，其接线原理如3（d）所示。

6 术语定义和符号说明

6.1 术语定义

    为了便于用户了解产的有关术语，现对有些术语说明如下：

    ●精度等级（准确度等）是指传感器的准确度，由基本误差极限和由影响量（如温湿度变化、电源波动、频率改变等）引起的改变量极限确定。例如，0.1级传感在线性测量范围内的基本误差不超过输出标称值的0.1%。

    ●输入频响是指输入为标准正弦波信号时，传感器的通频带。

    ●响应时间是指在输入端施加一个0～标称输入值的正阶跃信号（对于交流断续的标称输入值）输出0上升到90%标称值所需要的时间。

    ●负载能力表示传感器在保持规定的准确度的条件下，其输出端所能承受的负载量的大小。对于电压输出型（VG、Vz）传感器，负载能力用其输出端所能提供的最大电流（mA）来表示；对于电流源输出型（IG、Iz）隔离传感器，则用其输出回路所允许的最高电压（V）来表示。对于开路门频率输出型（Fk）传感器，其负载能力用开路门导通时允许灌入的最大电流（mA）来表示。

    ●脉动直流是指整流而未滤波或纹波含量>10%的直流信号。

6.2 符号定义

    下面是WB系列电量隔离传感器/变送器的有关符号的定义：

    Vx：被测电压；

    Ix：被测电流；

    Fx：被测频率；

    VG：输出电压的波形和有效值，跟踪输入信号的变化而输出电压，亦称为跟踪型电压输出；

    Vz：电压绝对值变换，表示按有效值定标的直流电压输出；

    V`z：电压真有效值变换，直流电压输出；

    IG：输出电流源的电流波形和有效值，跟踪输入信号的变化，亦称为跟踪型电流源输出；

    Iz：电流绝对值变换，表示按有效值定标的直流电路源输出；

    I`z：电流真有效值变换，为直流电流源输出；

    Fk：频率绝对值变换，为按有效值定标的开路门频率输出；

    F`k：频率真有效值变换，为开路门频率输出；

    GND：传感器输出信号和辅助电源公共地；

    Tk：集电极开路门输出；