电力装置中的电气量测量传感器

电力是以电能作为动力的能源，电力系统是指由发电、输电、变电、配电、用电等环节构成的电力生产、传输与消费系统。电力系统中常见的发电机、变压器、开关柜、电动机等均为电力装置。 电力装置中的电气量测量传感器主要包括测量电流、电压、电阻、电功率、相位、电能等电气量的传感器。电气量测量传感器的常用检测方法大体可分为两类：一是利用电磁作用原理制成的直读式电气量指示仪表，另一是将被测电气量与作为标准器的同类电气量进行比较，从而确定该被测量大小。 电气量测量传感器具有结构简单，安装灵活，成本低，稳定性和可靠性高，使用维修方便，易于实现远距离测量等一系列优点，因而使用极为广泛。电气量测量传感器 /仪表品种规格繁多，按测量对象的名称 (或单位 )分：有电流表 (安培表、毫安表、微安表 )、电压表 (伏特表、千伏表、毫伏表、微伏表 )、功率表 (瓦特表、千瓦表 )、相位表 (功率因数表 )、电能表 (瓦时表、电度表 )、频率表、电阻表（欧姆表、兆欧表）和具有多种测量用途的万用表等。按传感器的工作电流的种类分：有直流仪表、交流仪表和交直流两用仪表。 电气量测量传感器的工作原理主要有磁电式、电磁式、电动式、铁磁电动式、感应式、整流式、静电式和热电式等类别。各种典型传感器类别的工作原理分述如下。 磁电式传感器 磁电式传感器是利用永久磁铁的磁场和载流线圈所产生的磁场相互作用而工作的（见图 1），用于测量直流电压、直流电流及电阻等。因而此类传感器可用于制成电流表、电压表、电阻表、检流计或钳形表等，优点是刻度均匀；灵敏度和准确度高（可高达 0.05级）；阻尼强；消耗电能量小（小于 100mW）；受外界磁场影响小。缺点是只能测量直流；价格较高；不能承受较大过载。其测量范围为：电流 10-11～ 102A，电压 10-3～103V。 电磁式传感器 电磁式传感器是利用由载流线圈的磁场吸动铁片的吸引力或由载流固定线圈里的动铁片与定铁片之间的排斥力所产生的偏转力矩而工作的，用于测量交流电压和交流电流等，基于此原理可做成交流电流表和交流电压表、相位表、同步表、钳形表等。优点是构造简单；价格低廉；可用于交直流；能测量较大的电流；允许较大的过载。缺点是刻度不均匀；易受外界磁场及铁片中磁滞和涡流（测量交流时）的影响，因此准确度不高（最高准确度 0.1级）。其测量范围为：电流 10-3～102A，电压 1～103V。频率为工频，但可扩展到 5kHz。 电动式传感器 电动式传感器是利用两只固定线圈和一只活动线圈间磁场相互作用所产生的偏转力矩而工作的，由此制作电压表、电流表、功率表。优点是能测量交流的真有效值，准确度高（可高达 0.05级），且可 交直流两用，不受交流频率的影响（通常应用频率不超过2.5kHz）。不足是制造成本较高，功率损耗较磁电式大，过载能力小，且本身磁场弱，测量易受外磁场干扰。其测量范围为：电流 10-3～102A，电压 1～103V。频率工频，但可扩展到 5kHz。 铁磁电动式传感器动作原理类同于电动式，不同之处是在电动式仪表固定线圈中加入了铁磁体组成磁路，以增加磁场。特点是消耗功率较小，最高准确度可达 0.2级，不足是过载能力小。制成仪表类型有电压表、电流表、功率表、频率表、相位表。其测量范围为：电流 10-7～102A，电压 10-1～103V，工频。 感应式传感器 感应式传感器主要用来计量电能，故通常称之为交流电能表，表内的旋转力矩是由通有交流电流的电流线圈与在可动铝盘中感应的涡流相互作用而产生的，功耗小中，最高准确度可达 0.5级，过载能力大。常见的感应式电测量仪表有单相有功电能表、单相无功电能表、三相二元件有功电能表、三相二元件无功电能表、三相四线三元件有功电能表和三相四线三元件无功电能表等。 整流式传感器 整流式传感器主要是利用整流器将被测交流电变为直流电，再用磁电式测量机构进行测量。特点是功耗小，最高准确度为 1.0级，过载能力小。其仪表类型有电流表、电压表、欧姆表、频率表、相位表、万用表等。其测量范围为：电流 10-5～10A，电压 1～103V，频率工频，但可扩展到 5kHz。 静电式传感器 静电式传感器是利用电荷同性相斥、异性相吸的原理产生偏转力矩而工作的，能测量真有效值，应用范围广（可在直流和交流 10Hz至几 MHz范围内使用），损耗极小，最高准确度可达 0.1级，过载能力大，常用于制作电压表、功率表、象限计等。其测量范围为：电压10～5×105V，频率可达 108Hz。 热电式传感器 热电式传感器是利用磁电式测量机构测量由被测电流通过热电偶产生的热电动势而工作的，由此构成的仪表类型有电压表、电流表和功率表等。可适用于交流和直流场合，功耗小，最高准确度可达 0.1级，但过载能力小。其测量范围为：电流 10-3～10A，电压 10～103V，频率＜ 108Hz。 数字式传感器/仪表 随着微处理器技术的发展，在传统模拟式传感器的基础上，诞生了新一代的数字式传感器 /仪表。这些综合了电子技术和计算机技术的最新成果而发展起来的数字仪表，尽管品种繁多，型号各异，但主要都是由模拟调理、模数转换、数码显示和其它各类专用芯片（如锁存、驱动、计算等芯片）等主要部分所组成。概括而言，是一种以逻辑控制实现自动检测，通过数／模转换，并以数码形式直接显示测量结果的仪表。由于它们具有测量速度快、准确度高（一般均可达 0.5级，甚至 0.2级）、数字显示、分辨力高、重复性好、抗干扰能力强（串模抑制比 SMR可达 100dB，共模抑制比 CMR可达 120dB，如采用数字滤波等， CMR甚至可达 180dB）、适用于多种参数测量和集中控制等一系列优点，使得该类传感器 /仪表得到广泛应用。 随着生产的发展以及科技的进步，电气检测传感器技术得以跃升，其被测对象也扩展到相当大的检测范围，如可以测出电流小到 10-17Ａ，大到数十万安；电压从 10-9V到上千万伏；电阻从百分之几微欧到 1018Ω；频率从 10-6Hz到 1012Ｈz等等。随着时间的推移，被测对象可检测的范围还会进一步扩大，性能还会进一步提升。