李小泉　徐廣學(xué)

摘 要本文重點(diǎn)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(dòng)泵超速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，其中包括霍爾傳感器的測(cè)量原理、轉(zhuǎn)速探頭安裝注意事項(xiàng)、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】?jī)x控系統(tǒng) 轉(zhuǎn)速霍爾效應(yīng) 儀控汽動(dòng)泵 核電廠

秦山第二核電廠總共有4臺(tái)650MW的壓水堆機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組的蒸發(fā)器輔助給水系統(tǒng)由兩臺(tái)電動(dòng)和汽動(dòng)輔助給水泵及其相應(yīng)的管道和閥門組成，其中每臺(tái)汽動(dòng)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(dòng)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(cè)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(cè)量原理及其應(yīng)用

1.1 霍爾效應(yīng)的基本原理

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

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(jiǎn)單，它由霍爾片，四根引線和殼體組成?；魻柶蔷匦伟雽?dǎo)體單晶片。元件的長度方向的兩個(gè)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(dòng)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(cè)量中的典型應(yīng)用。

Electro-Sensor公司設(shè)計(jì)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(dòng)泵的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上面，當(dāng)脈沖發(fā)生盤跟隨汽動(dòng)泵在轉(zhuǎn)速探頭前轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，脈沖發(fā)生盤會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交替變化的磁場(chǎng)，在霍爾效應(yīng)的作用下，轉(zhuǎn)速探頭內(nèi)部的霍爾元件會(huì)有相應(yīng)的感應(yīng)電壓產(chǎn)生，電壓的變化與磁場(chǎng)的變化相關(guān)，繼而推動(dòng)探頭的一個(gè)NPN集電極輸出一個(gè)占空比為50%的方波頻率信號(hào)，該頻率信號(hào)與泵的轉(zhuǎn)速成正比，輸出頻率信號(hào)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(gè)安裝架和兩只防松螺母.安裝傳感器時(shí)，應(yīng)在脈沖發(fā)生盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)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(shí)，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(chǎng)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(hào)線、黑色的地線以及一根屏蔽線。在電源線和信號(hào)線之間設(shè)計(jì)了一個(gè)2.2KΩ的上拉電阻，如下圖2所示。拆裝接線時(shí)特別要注意的是，一定要防止電源線和信號(hào)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(shí)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(yàn)

1101型轉(zhuǎn)速探頭是汽動(dòng)泵超速保護(hù)系統(tǒng)的測(cè)量元件，探頭的信號(hào)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(yàn)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(chǎng)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(jiǎn)介

李小泉（1984-），男。2006年畢業(yè)于四川大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)，獲得大學(xué)本科學(xué)歷?，F(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