煤礦架空乘人裝置霍爾元件電流傳感器

隨著 《 煤礦安全規(guī)程 》 （ 2016 ）的公布，對(duì)煤礦架空乘人裝置又提出更高的要求，即第三百八十三條規(guī)定了“架空乘人裝置必須裝設(shè)超速、打滑、全程急停、防脫繩、變坡點(diǎn)防掉繩、張緊力下降、越位等保護(hù) … … ”、“應(yīng)當(dāng)設(shè)置斷軸保護(hù)措施?！钡鹊?。其中大部分保護(hù)裝置均可設(shè)行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行限位．如全程急停、變坡點(diǎn)防掉繩、越位等。多年運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)告訴我們架空乘人裝置的不安全因素在于，一是鑰絲繩應(yīng)力扭轉(zhuǎn)把吊椅翻轉(zhuǎn)，造成刮碰巷壁或鉤到橫梁及其他吊椅：二是人員在斜坡上下車(chē)點(diǎn)上下時(shí)產(chǎn)生偏擺，固定抱索器觸碰到托繩輪。這咤觸碰鋼絲繩均會(huì)產(chǎn)生卡阻，速度就應(yīng)有變化，電流也有變化，如果此時(shí)及時(shí)停車(chē)，能夠有效的防止事故擴(kuò)大。因此選用精度高、反應(yīng)快、經(jīng)久耐用的檢測(cè)元件，對(duì)礦井架空乘人裝置的安全使用及維護(hù)是非常重要的，我們經(jīng)過(guò)多次比較．樁爾電流、電壓傳感器／變送器模塊是近十幾年發(fā)展起來(lái)的測(cè)量控制電流、電壓的傳感器，是一種新型的高性能電氣檢側(cè)元件?；魻栐谱鞯膫鞲衅髂軌蜻m合煤礦井下惡劣的上作環(huán)境．

1 霍爾元件的性能特點(diǎn)和應(yīng)用

1.1霍爾元件可測(cè)量任意波形的電流。霍爾元件模塊能測(cè)量任意波形的電流參數(shù)，脈沖波形直=、交流和直流。還可以測(cè)量瞬態(tài)峰值參數(shù)，二次回路能真實(shí)反映一次側(cè)電流波形。這種普通的變壓器是無(wú)法與之相比的。由于普通變壓器一般只適用于SOHz正弦波：

1.2 霍爾元件精度高。普通的霍爾元件電流傳感器模塊在事情區(qū)域內(nèi)的精度優(yōu)于偉，該精度適合于任何波形的測(cè)扭，而一般互感器精度普通為 3 ％～5％，適合于 50Hz 的正弦波形：

1.3線性度優(yōu)于 0.5 ％

1.4具有良好的動(dòng)態(tài)性能?；魻栐K的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間一般小于7us，跟蹤速度di/dt大于50a/us。電流傳感器模塊以其優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能為提高現(xiàn)代控制系統(tǒng)（無(wú)傳感器元件）的性能提供了關(guān)鍵依據(jù)。一般變壓器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間為10-20us，顯然不再適合工業(yè)控制系統(tǒng)（電感部件）的發(fā)展。

1.5帶寬。它能在O-ZOKHZ頻率范圍內(nèi)正常工作。

1.6過(guò)載能力強(qiáng)，測(cè)量范圍寬(0~10000 A)

1.7有界性強(qiáng)，平均無(wú)故障工作5×10000小時(shí)以上

1.8小尺寸，最小重量，易于安裝，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成任何損失。我們?cè)陔娍叵到y(tǒng)采用霍爾元件電流傳感器及A/D轉(zhuǎn)換模塊與 PLc 結(jié)合實(shí)現(xiàn)電機(jī)電流的精確檢測(cè)（精度±0.5％） ，同時(shí)能對(duì)電機(jī)過(guò)流、缺相進(jìn)行速斷保護(hù)。除了安裝接線、即時(shí)校準(zhǔn)、注意傳感器的工作環(huán)境外，還可以通過(guò)以下方法提高側(cè)測(cè)量精度：首先，將原導(dǎo)線盡量放在傳感器內(nèi)孔的中心位置。不允許偏差；第二，原導(dǎo)線應(yīng)充滿傳感器的內(nèi)孔，不允許偏差。第三，測(cè)量電暈所需的電流應(yīng)接近傳感器的標(biāo)準(zhǔn)額定IPN，且兩者之間的差異不應(yīng)太大。由于條件的限制，只有一個(gè)具有較高額定值的傳感器，測(cè)量中的電流值遠(yuǎn)低于額定值。為了提高端面的精度，可將原絲再繞幾次，使其接近額定值。例如，當(dāng)用額定值為100A的傳感器測(cè)量10A的電流時(shí)，為了提高精度，可以將原始導(dǎo)線纏繞在傳感器內(nèi)孔的中心（一般情況下，即=L：內(nèi)孔中的一個(gè)圓，np=2；…）。九圈，np 2 10，則np x 10a=10oa等于傳感器的額定值，可以提高精度。第四，當(dāng)被測(cè)電流值為IPN8O時(shí)，在25℃時(shí)仍然具有很高的精度。

2 霍爾元件轉(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用

所述磁轉(zhuǎn)臺(tái)的輸入軸與所測(cè)量的旋轉(zhuǎn)軸相連接。當(dāng)測(cè)得的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，固定在磁轉(zhuǎn)臺(tái)附近的霍爾元件可在小磁鐵通過(guò)磁轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖，并可檢測(cè)到單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)，從而可以知道所測(cè)速度。決定了傳感器在測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)的分辨率是磁性轉(zhuǎn)盤(pán)L中的小磁鐵數(shù)量。圖（b）

2.1 檢測(cè)裝笠組成

我們利用托繩輪輪面，在輪面 L 等分 12 分鉆孔，將小磁鐵固定在孔內(nèi)．正對(duì)小磁鐵的位置安裝霍爾元件脈沖傳感器，當(dāng)架空乘人器運(yùn)行時(shí)，鋼絲繩帶動(dòng)托繩輪轉(zhuǎn)動(dòng)，托繩輪！盆 B00O 轉(zhuǎn)動(dòng)一圈給霍爾元件12 個(gè)脈沖。

2.2 速度計(jì)算方法

以三菱 FxZN 系列 PLC 為例，霍爾元件信號(hào)輸出端接入 PLC 高速計(jì)數(shù)器輸入端x0, P比高速計(jì)數(shù)器C235自動(dòng)統(tǒng)計(jì)X0輸入端脈沖數(shù)．測(cè)速托輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈（托輪外徑 16c 口，周長(zhǎng)為 50 , 26cm ） ．高速計(jì)數(shù)器得到 12 個(gè)脈沖數(shù)， PLC 通過(guò)循環(huán)計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)來(lái)計(jì)算鋼絲繩的運(yùn)行速度。以300Oms作為一個(gè)計(jì)算周期， 3000ms內(nèi)高速計(jì)數(shù)器得到 71 個(gè)脈沖數(shù)，則鑰絲繩的速度 S=（50.26÷12 ）X71÷3÷100=0.9 m／ s 。

2.3 注意事項(xiàng)

一是固定在架空乘人裝置托繩輪輪面的小磁鐵，必須均等分的孔內(nèi)，以得到較精確的脈沖數(shù)．二是托繩輪面與霍爾元件必須保持平行．三是托繩輪的固定及與鋼絲繩的接觸而必須經(jīng)常檢查，托繩膠輪礴損應(yīng)及時(shí)更換。

3開(kāi)關(guān)型霍爾元件的應(yīng)用

為了防止人員在斜坡下車(chē)點(diǎn)沒(méi)有做好下車(chē)準(zhǔn)備而發(fā)生事故，我們?cè)谙萝?chē)點(diǎn)前巧米設(shè)登語(yǔ)音報(bào)苦裝五，原理同轉(zhuǎn)速傳感器類(lèi)似，只在托繩輪面上安裝1個(gè)小磁鐵，當(dāng)工作點(diǎn)“開(kāi)”的磁感應(yīng)強(qiáng)度，比“關(guān)”的磁感應(yīng)強(qiáng)度張。當(dāng)人員通過(guò)繩輪時(shí)，傳感器輸出一個(gè)較低的電平。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度下降到作用點(diǎn)時(shí)，傳感器輸出電平保持不變，傳感器從低電平跳到高電平，直至達(dá)到釋放點(diǎn)。電平的滯后使開(kāi)關(guān)動(dòng)作更為可靠。當(dāng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作后使語(yǔ)音報(bào)警裝置觸動(dòng)，必須通過(guò)延時(shí)，形成有效的提醒，并及時(shí)做好下車(chē)的準(zhǔn)備。

4 結(jié)論

霍爾元件具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、安裝方便、功耗低、頻率高（達(dá)到LZZZ）、抗振動(dòng)、不怕灰塵、油、水蒸氣和鹽霧污染或腐蝕等優(yōu)點(diǎn)?；魻栐€性度好，精度高，霍爾元件器件無(wú)接觸，無(wú)磨損，輸出波形清晰，無(wú)抖動(dòng)，無(wú)回彈，位置重復(fù)精度高。霍爾元件補(bǔ)償保護(hù)裝置工作溫度范圍寬。檢測(cè)受檢對(duì)象上人為設(shè)置的磁場(chǎng)，用這個(gè)磁場(chǎng)來(lái)作被檢測(cè)的信息的載體，通過(guò)它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位皿、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)問(wèn)等，轉(zhuǎn)變成電最來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和控制．霍爾元件通過(guò)煤礦架空乘人裝置中的應(yīng)用，我們認(rèn)為霍爾元件在其他設(shè)備還能應(yīng)用更廣泛，特別是需要檢側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備設(shè)施。