基于霍爾效應(yīng)的轉(zhuǎn)速傳感器在核電廠的應(yīng)用

李小泉　徐廣學(xué)

摘 要本文重點闡述的是美國ELECTRO-SENSORS公司生產(chǎn)的基于霍爾效應(yīng)的轉(zhuǎn)速傳感器在核電廠汽動泵超速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，其中包括霍爾傳感器的測量原理、轉(zhuǎn)速探頭安裝注意事項、使用說明等具體內(nèi)容。通過本文的介紹，讓更多的核電儀控工作者了解到霍爾傳感器在核電廠儀控系統(tǒng)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】儀控系統(tǒng) 轉(zhuǎn)速霍爾效應(yīng) 儀控汽動泵 核電廠

秦山第二核電廠總共有4臺650MW的壓水堆機(jī)組，每臺機(jī)組的蒸發(fā)器輔助給水系統(tǒng)由兩臺電動和汽動輔助給水泵及其相應(yīng)的管道和閥門組成，其中每臺汽動泵的超速控制系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)速探頭和機(jī)柜組成。汽動泵轉(zhuǎn)速探頭采用的美國ELECTRO-SENSORS公司生產(chǎn)的基于霍爾效應(yīng)的轉(zhuǎn)速傳感器，本文將分別闡述該轉(zhuǎn)速傳感器的測量原理、安裝方式以及使用方法，為霍爾傳感器在電廠的推廣使用做借鑒。

1 霍爾傳感器的測量原理及其應(yīng)用

1.1 霍爾效應(yīng)的基本原理

置于磁場中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。該電動勢稱為霍爾電勢。

1.2 霍爾元件的材料和結(jié)構(gòu)

霍爾元件的輸出與靈敏度有關(guān)，靈敏度系數(shù)越大，輸出就越大。靈敏度系數(shù)的大小，取決于元件的材料性質(zhì)和幾何尺寸。

霍爾元件常用的半導(dǎo)體材料有N型硅、N型鍺、銻化銦等。其中N型鍺容易加工，其霍爾系數(shù)，溫度性能，輸出線性都較好，應(yīng)用非常普遍。

霍爾元件的結(jié)構(gòu)很簡單，它由霍爾片，四根引線和殼體組成。霍爾片是矩形半導(dǎo)體單晶片。元件的長度方向的兩個端面上焊有a、b兩根控制電流端引線。

2 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在核電廠的應(yīng)用

2.1 1101型轉(zhuǎn)速探頭的應(yīng)用原理

秦山二廠汽動泵超速控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速探頭是霍爾傳感器在轉(zhuǎn)速測量中的典型應(yīng)用。

Electro-Sensor公司設(shè)計的1101型霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)速探頭與能提供交替極性靶磁體的脈沖發(fā)生器一起使用， 其中脈沖發(fā)生器固定安裝在汽動泵的一個轉(zhuǎn)動軸上面，當(dāng)脈沖發(fā)生盤跟隨汽動泵在轉(zhuǎn)速探頭前轉(zhuǎn)動時，脈沖發(fā)生盤會產(chǎn)生一個交替變化的磁場，在霍爾效應(yīng)的作用下，轉(zhuǎn)速探頭內(nèi)部的霍爾元件會有相應(yīng)的感應(yīng)電壓產(chǎn)生，電壓的變化與磁場的變化相關(guān)，繼而推動探頭的一個NPN集電極輸出一個占空比為50%的方波頻率信號，該頻率信號與泵的轉(zhuǎn)速成正比，輸出頻率信號的峰值電壓為7.45VAC左右。

2.2 1101型轉(zhuǎn)速探頭安裝和使用方法

標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)速探頭上面配備一個安裝架和兩只防松螺母.安裝傳感器時，應(yīng)在脈沖發(fā)生盤轉(zhuǎn)動時使磁體中心線在轉(zhuǎn)速探頭中心的前面通過。當(dāng)使用脈沖發(fā)生盤時，脈沖發(fā)生盤的磁化區(qū)中心距離脈沖發(fā)生盤的中心孔應(yīng)為7/4英寸（約44mm），如圖1中的尺寸B所示。轉(zhuǎn)速探頭和脈沖發(fā)生盤之間的間隙應(yīng)為1/4±1/8英寸（約3.18-9.52mm），如圖1中的尺寸A所示.通過調(diào)整轉(zhuǎn)速探頭固定在安裝架上面的一顆防松螺母可獲得正確的間距。

探頭的工作電壓為5-25Vdc，現(xiàn)場的提供給探頭的工作電壓是15Vdc，由控制柜內(nèi)部的轉(zhuǎn)速處理裝置（DSP）提供，探頭NPN集電極輸出端的接線總共有四根線，分別是紅色電源線、透明色的信號線、黑色的地線以及一根屏蔽線。在電源線和信號線之間設(shè)計了一個2.2KΩ的上拉電阻，如下圖2所示。拆裝接線時特別要注意的是，一定要防止電源線和信號線出現(xiàn)短路的現(xiàn)象，一旦短路的話，探頭很容易燒毀。因此，在拆接線時最好能夠把電源斷電，在接線完成后上電之前要再次確認(rèn)接線方式正確。

2.3 1101型轉(zhuǎn)速探頭的校驗

1101型轉(zhuǎn)速探頭是汽動泵超速保護(hù)系統(tǒng)的測量元件，探頭的信號送到后端的轉(zhuǎn)速處理裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)換并在就地和主控進(jìn)行顯示，因此轉(zhuǎn)速探頭的好壞直接影響到超速保護(hù)系統(tǒng)能否正常發(fā)揮作用的基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)速探頭的校驗工作就是用來檢查探頭的性能是否正常以保證在下面運(yùn)行周期內(nèi)能正常工作。

3 結(jié)語

1101型霍爾轉(zhuǎn)速探頭自現(xiàn)場投運(yùn)以來，性能穩(wěn)定，運(yùn)行狀態(tài)良好，儀控人員通過日常的維護(hù)和系統(tǒng)的學(xué)習(xí)很好的掌握了霍爾傳感器的使用，為日后的同行交流奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

李小泉（1984-），男。2006年畢業(yè)于四川大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)，獲得大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為中核核電運(yùn)行管理有限公司工程師，從事核電儀控檢修工作。

作者單位

中核核電運(yùn)行管理有限公司 浙江省海鹽縣 314300