單相電流變送器是一種將電網中的電流信號轉換為標準信號輸出的裝置，廣泛應用于電力系統、工業自動化、能源管理等領域。基于霍爾效應或電磁感應原理，通過電流傳感器將主回路電流轉換為電壓信號。內置的放大電路對微弱信號進行線性化處理，并經濾波電路消除干擾，最終輸出與被測電流成比例的4-20mA恒流信號或0-10V直流信號。該信號可直接接入PLC、DCS等控制系統，實現電流的遠程監測與控制。
單相電流變送器主要由以下幾部分構成：
一、一次電流感知部分
電流互感器（或分流器）
電流互感器：在大多數單相電流變送器中，電流互感器是關鍵部件。它是一種基于電磁感應原理的器件，用于將單相交流電路中的大電流按比例轉換為較小的二次電流。其結構主要包括一次繞組和二次繞組。一次繞組串聯在被測單相電路中，當有電流通過時，會在鐵芯中產生交變磁場。二次繞組纏繞在鐵芯上，由于電磁感應作用，二次繞組會產生感應電流。例如，在一個量程為0-100A的單相電流變送器中，若一次電流為100A，通過合適變比（如100:1）的電流互感器，二次側就會產生1A的電流。這種轉換使得后續電路能夠方便地對電流進行測量和處理，同時實現了電氣隔離，提高了安全性。
分流器：對于一些小量程的單相電流變送器或者在一些特殊應用場景（如測量低電壓、小電流的電子設備電流），可能會使用分流器來感知電流。分流器是一個低電阻的精密電阻元件，它與被測電路串聯。根據歐姆定律，當電流通過分流器時，會在其兩端產生電壓降。這個電壓降與通過的電流成正比，后續電路可以通過測量這個電壓來間接得到被測電流的大小。例如，一個阻值為0.01Ω的分流器，當有10A的電流通過時，其兩端會產生0.1V的電壓降。
二、信號調理部分
整流電路
由于單相交流電流的方向是周期性變化的，而后續的處理電路通常需要直流信號，因此需要整流電路將交流電流信號轉換為直流信號。常見的整流電路有全波整流電路。以單相橋式整流電路為例，它由四個二極管組成，能夠將電流互感器二次側輸出的正弦交流電流轉換為單向脈動直流電流。在這個過程中，交流電流的正負半周分別通過不同的二極管進行導通，使得負載上的電流方向始終保持不變，但電流大小仍會隨時間波動。
濾波電路
整流后的單向脈動直流信號包含較多的交流諧波成分，為了得到平滑的直流信號，需要濾波電路。一般采用電容濾波或電感-電容（LC）濾波。電容濾波是利用電容器的儲能特性，在整流電路輸出端并聯一個電容器。當脈動直流電壓升高時，電容器充電；當電壓降低時，電容器放電，從而平滑輸出電壓。例如，在一個單相電流變送器中，可能會并聯一個較大容量（如幾百微法到幾千微法）的電解電容器，將整流后的脈動直流信號中的大部分交流成分濾除，使輸出信號更加平穩，便于后續的精度處理和轉換。
放大電路
經過濾波后的信號可能需要進行放大處理。放大電路的作用是將微弱的電流或電壓信號放大到適合后續處理（如模數轉換或驅動輸出負載）的幅度。通常采用運算放大器等放大器件。運算放大器可以通過選擇合適的反饋電阻和輸入電阻，將輸入的小信號放大到所需的倍數。例如，如果濾波后的信號幅度較小，無法直接驅動輸出電路，通過一個增益為10的放大電路，就可以將信號幅度放大到合適的范圍，以滿足輸出要求。
精度補償電路
為了提高測量精度，單相電流變送器通常會包含精度補償電路。由于電流互感器或分流器的特性可能存在誤差，以及溫度變化等因素會影響電路的性能，精度補償電路可以對這些誤差進行修正。例如，通過添加電阻、電容等元件進行溫度補償，或者通過調整放大器的增益和偏置來校正電流互感器的變比誤差。這些補償措施可以確保在不同的工作條件下，變送器的測量精度都能保持在較高的水平。
三、輸出部分
輸出驅動電路
根據不同的輸出方式（如電壓輸出或電流輸出），會有相應的輸出驅動電路。對于電壓輸出型變送器，驅動電路通常是一個簡單的緩沖放大器，它將經過調理后的信號進一步緩沖和放大，以確保輸出電壓的穩定性和帶負載能力。例如，在0-5V電壓輸出的變送器中，輸出驅動電路可以將信號放大到合適的幅度，并且能夠為外部連接的數據采集設備提供穩定的電壓信號。
對于電流輸出型（如4-20mA）變送器，輸出驅動電路一般包括一個電壓-電流轉換電路。這個電路可以將經過調理后的電壓信號轉換為標準的電流信號。通常采用專用的電壓-電流轉換芯片或者由運算放大器等元件組成的轉換電路。例如，通過一個三極管和電阻網絡組成的簡單電壓-電流轉換電路，可以將輸入的電壓信號線性地轉換為4-20mA的電流輸出，并且能夠保證輸出電流的準確性和穩定性。
輸出接口
單相電流變送器的輸出接口用于與外部設備相連。常見的接口類型有接線端子、插頭插座等。接線端子通常用于工業環境中，便于將變送器的輸出信號連接到其他設備的輸入端，如可編程邏輯控制器（PLC）、數據采集器等。插頭插座則在一些便攜式或小型設備中使用，方便用戶插拔連接。這些接口的設計要考慮到電氣連接的可靠性、接觸電阻等因素，以確保輸出信號能夠準確地傳輸到外部設備。
四、輔助電源部分
電源輸入電路
單相電流變送器需要一個輔助電源來為其內部電路提供工作所需的電能。電源輸入電路負責將外部提供的電源（如交流220V或直流24V等）引入變送器內部。對于交流電源輸入，通常會有一個降壓變壓器將高電壓的交流電轉換為合適的低電壓交流電，然后再通過整流、濾波等電路將其轉換為直流電供內部電路使用。對于直流電源輸入，可能只需要簡單的濾波和穩壓電路就可以為內部電路提供穩定的電源。
穩壓電路
為了保證變送器內部電路在各種工作條件下都能穩定工作，需要穩壓電路。穩壓電路可以采用線性穩壓器或者開關穩壓器。線性穩壓器具有結構簡單、輸出紋波小等優點，但效率相對較低。開關穩壓器則效率較高，但可能會產生一定的電磁干擾。通過穩壓電路，可以為變送器的電子元件提供穩定的直流電壓，確保其正常工作，避免因電源電壓波動而導致測量誤差或故障。
更新時間：2025-04-27 
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