基于霍尔效应的转速传感器在核电厂的应用

李小泉　徐广学

摘 要本文重点阐述的是美国ELECTRO-SENSORS公司生产的基于霍尔效应的转速传感器在核电厂汽动泵超速控制系统中的应用，其中包括霍尔传感器的测量原理、转速探头安装注意事项、使用说明等具体内容。通过本文的介绍，让更多的核电仪控工作者了解到霍尔传感器在核电厂仪控系统的应用。

【关键词】仪控系统 转速霍尔效应 仪控汽动泵 核电厂

秦山第二核电厂总共有4台650MW的压水堆机组，每台机组的蒸发器辅助给水系统由两台电动和汽动辅助给水泵及其相应的管道和阀门组成，其中每台汽动泵的超速控制系统主要由转速探头和机柜组成。汽动泵转速探头采用的美国ELECTRO-SENSORS公司生产的基于霍尔效应的转速传感器，本文将分别阐述该转速传感器的测量原理、安装方式以及使用方法，为霍尔传感器在电厂的推广使用做借鉴。

1 霍尔传感器的测量原理及其应用

1.1 霍尔效应的基本原理

置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应。该电动势称为霍尔电势。

1.2 霍尔元件的材料和结构

霍尔元件的输出与灵敏度有关，灵敏度系数越大，输出就越大。灵敏度系数的大小，取决于元件的材料性质和几何尺寸。

霍尔元件常用的半导体材料有N型硅、N型锗、锑化铟等。其中N型锗容易加工，其霍尔系数，温度性能，输出线性都较好，应用非常普遍。

霍尔元件的结构很简单，它由霍尔片，四根引线和壳体组成。霍尔片是矩形半导体单晶片。元件的长度方向的两个端面上焊有a、b两根控制电流端引线。

2 霍尔转速传感器在核电厂的应用

2.1 1101型转速探头的应用原理

秦山二厂汽动泵超速控制系统的转速探头是霍尔传感器在转速测量中的典型应用。

Electro-Sensor公司设计的1101型霍尔效应转速探头与能提供交替极性靶磁体的脉冲发生器一起使用， 其中脉冲发生器固定安装在汽动泵的一个转动轴上面，当脉冲发生盘跟随汽动泵在转速探头前转动时，脉冲发生盘会产生一个交替变化的磁场，在霍尔效应的作用下，转速探头内部的霍尔元件会有相应的感应电压产生，电压的变化与磁场的变化相关，继而推动探头的一个NPN集电极输出一个占空比为50%的方波频率信号，该频率信号与泵的转速成正比，输出频率信号的峰值电压为7.45VAC左右。

2.2 1101型转速探头安装和使用方法

标准的转速探头上面配备一个安装架和两只防松螺母.安装传感器时，应在脉冲发生盘转动时使磁体中心线在转速探头中心的前面通过。当使用脉冲发生盘时，脉冲发生盘的磁化区中心距离脉冲发生盘的中心孔应为7/4英寸（约44mm），如图1中的尺寸B所示。转速探头和脉冲发生盘之间的间隙应为1/4±1/8英寸（约3.18-9.52mm），如图1中的尺寸A所示.通过调整转速探头固定在安装架上面的一颗防松螺母可获得正确的间距。

探头的工作电压为5-25Vdc，现场的提供给探头的工作电压是15Vdc，由控制柜内部的转速处理装置（DSP）提供，探头NPN集电极输出端的接线总共有四根线，分别是红色电源线、透明色的信号线、黑色的地线以及一根屏蔽线。在电源线和信号线之间设计了一个2.2KΩ的上拉电阻，如下图2所示。拆装接线时特别要注意的是，一定要防止电源线和信号线出现短路的现象，一旦短路的话，探头很容易烧毁。因此，在拆接线时最好能够把电源断电，在接线完成后上电之前要再次确认接线方式正确。

2.3 1101型转速探头的校验

1101型转速探头是汽动泵超速保护系统的测量元件，探头的信号送到后端的转速处理装置进行转换并在就地和主控进行显示，因此转速探头的好坏直接影响到超速保护系统能否正常发挥作用的基础，转速探头的校验工作就是用来检查探头的性能是否正常以保证在下面运行周期内能正常工作。

3 结语

1101型霍尔转速探头自现场投运以来，性能稳定，运行状态良好，仪控人员通过日常的维护和系统的学习很好的掌握了霍尔传感器的使用，为日后的同行交流奠定基础。

参考文献

[1]祝诗平，李鸿征，朱杰斌.传感器与检测技术[M].北京：中国林业出版社-北京大学出版社，2006：137.

[2]施湧潮，梁福平，朱春晖.传感器检测技术[M].北京：国防工业出版社，2003： 110.

作者简介

李小泉（1984-），男。2006年毕业于四川大学测控技术与仪器专业，获得大学本科学历。现为中核核电运行管理有限公司工程师，从事核电仪控检修工作。

作者单位

中核核电运行管理有限公司 浙江省海盐县 314300