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?！钡鹊取Ｆ渲写蟛糠直Ｗo(hù)裝置均可設(shè)行程開關(guān)進(jìn)行限位．如全程急停、變坡點防掉繩、越位等。多年運(yùn)行的經(jīng)驗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點上下時產(chǎn)生偏擺，固定抱索器觸碰到托繩輪。這咤觸碰鋼絲繩均會產(chǎn)生卡阻，速度就應(yīng)有變化，電流也有變化，如果此時及時停車，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)久耐用的檢測元件，對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)展起來的測量控制電流、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和應(yīng)用

1.1霍爾元件可測量任意波形的電流?；魻栐K能測量任意波形的電流參數(shù)，脈沖波形直=、交流和直流。還可以測量瞬態(tài)峰值參數(shù)，二次回路能真實反映一次側(cè)電流波形。這種普通的變壓器是無法與之相比的。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具有良好的動態(tài)性能?；魻栐K的動態(tài)響應(yīng)時間一般小于7us，跟蹤速度di/dt大于50a/us。電流傳感器模塊以其優(yōu)良的動態(tài)性能為提高現(xiàn)代控制系統(tǒng)（無傳感器元件）的性能提供了關(guān)鍵依據(jù)。一般變壓器的動態(tài)響應(yīng)時間為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過載能力強(qiáng)，測量范圍寬(0~10000 A)

1.7有界性強(qiáng)，平均無故障工作5×10000小時以上

1.8小尺寸，最小重量，易于安裝，不會對系統(tǒng)造成任何損失。我們在電控系統(tǒng)采用霍爾元件電流傳感器及A/D轉(zhuǎn)換模塊與 PLc 結(jié)合實現(xiàn)電機(jī)電流的精確檢測（精度±0.5％） ，同時能對電機(jī)過流、缺相進(jìn)行速斷保護(hù)。除了安裝接線、即時校準(zhǔn)、注意傳感器的工作環(huán)境外，還可以通過以下方法提高側(cè)測量精度：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，只有一個具有較高額定值的傳感器，測量中的電流值遠(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的傳感器測量10A的電流時，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)被測電流值為IPN8O時，在25℃時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)臺的輸入軸與所測量的旋轉(zhuǎn)軸相連接。當(dāng)測得的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，固定在磁轉(zhuǎn)臺附近的霍爾元件可在小磁鐵通過磁轉(zhuǎn)臺時產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖，并可檢測到單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)，從而可以知道所測速度。決定了傳感器在測量轉(zhuǎn)速時的分辨率是磁性轉(zhuǎn)盤L中的小磁鐵數(shù)量。圖（b）

2.1 檢測裝笠組成

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，鋼絲繩帶動托繩輪轉(zhuǎn)動，托繩輪！盆 B00O 轉(zhuǎn)動一圈給霍爾元件12 個脈沖。

2.2 速度計算方法

以三菱 FxZN 系列 PLC 為例，霍爾元件信號輸出端接入 PLC 高速計數(shù)器輸入端x0, P比高速計數(shù)器C235自動統(tǒng)計X0輸入端脈沖數(shù)．測速托輪轉(zhuǎn)動一圈（托輪外徑 16c 口，周長為 50 , 26cm ） ．高速計數(shù)器得到 12 個脈沖數(shù)， PLC 通過循環(huán)計算單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)來計算鋼絲繩的運(yùn)行速度。以300Oms作為一個計算周期， 3000ms內(nèi)高速計數(shù)器得到 71 個脈沖數(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

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)及時更換。

3開關(guān)型霍爾元件的應(yīng)用

為了防止人員在斜坡下車點沒有做好下車準(zhǔn)備而發(fā)生事故，我們在下車點前巧米設(shè)登語音報苦裝五，原理同轉(zhuǎn)速傳感器類似，只在托繩輪面上安裝1個小磁鐵，當(dāng)工作點“開”的磁感應(yīng)強(qiáng)度，比“關(guān)”的磁感應(yīng)強(qiáng)度張。當(dāng)人員通過繩輪時，傳感器輸出一個較低的電平。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度下降到作用點時，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。電平的滯后使開關(guān)動作更為可靠。當(dāng)開關(guān)動作后使語音報警裝置觸動，必須通過延時，形成有效的提醒，并及時做好下車的準(zhǔn)備。

4 結(jié)論

霍爾元件具有結(jié)構(gòu)堅固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便、功耗低、頻率高（達(dá)到LZZZ）、抗振動、不怕灰塵、油、水蒸氣和鹽霧污染或腐蝕等優(yōu)點?；魻栐€性度好，精度高，霍爾元件器件無接觸，無磨損，輸出波形清晰，無抖動，無回彈，位置重復(fù)精度高?；魻栐a(bǔ)償保護(hù)裝置工作溫度范圍寬。檢測受檢對象上人為設(shè)置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信息的載體，通過它，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)生變化的時問等，轉(zhuǎn)變成電最來進(jìn)行檢測和控制．霍爾元件通過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)動的設(shè)備設(shè)施。