11 热工显示仪表

1、第三篇,热工显示仪表,第十一章,热工显示仪表,第十一章,热工显示仪表,本章主要介绍,模拟式显示仪表,组成原理及测量线路分析,数字式显示仪表,工作原理,仪表抗干扰措施,从事仪表检修、维修工作经,常涉及的问题,11.1,模拟式仪表,包括：动圈式显示仪表和平衡式显示仪表,11.1.1,动圈式显示仪表,动圈式显示仪表是我国自行设计制造的系列仪表,产品，命名为系列。系列按其功能有指,示型（）和指示调节型（）两个系,列,动圈式显示仪表结构简单，使用方便,级精,度和价格便宜，因此在工业生产中，尤其是在中,小型企业得到广泛应用,动圈表可以与各种传感器、变送器配合，经测量,线路转换为微安或毫安级电流，驱动动圈偏

2、转,指示被测过程变量的值,一、动圈式显示仪表工作原理,动圈式仪表测量机构的核心部件是一个磁电式毫,伏计,动圈是具有绝缘层的细铜线制成的矩形框，用张,丝支承（张丝还兼作导流丝），置于永久磁钢的,空间磁场中，有电流流过时，动圈在电磁力矩的,作用下产生转动,动圈的偏转使张丝扭转，从而产生反抗动圈转动,的力矩。当两力矩平衡时，动圈就停在某一位置,上，指示该瞬时被测量的大小,动圈的偏转角与流过动圈的电流成正比。动圈带,动指针偏转，可以直接指示出变量数值,由于动圈的位置与输入毫伏信号相对应，当面板,直接刻成温度标尺时，装在动圈上的指针就指示,出被测介质的温度值,二、测量线路中电阻的温度补偿,Rw,外部电阻

3、,Rn,内部电阻,量程电阻,Rc,使用锰铜丝绕制，仪表出厂前已调,整好，其值随仪表量程而异。以限制流过动圈的,电流，使量程上限时，指针正好指示在满刻度上,即流过动圈的最大电流不变,温度补偿电阻,Rk,因为动圈用铜电阻绕制，随仪,表所处环境温度变化产生阻值变化，导致电流变,化，引起示值变化，产生温度附加误差,温度附,加误差主要是由于动圈铜电阻变化产生的,由于温度上升，铜电阻上升，热敏电阻随温度升,高而降低，与动圈电阻变化趋势相反，但,热敏电,阻,Rt,的温度特性是非线性的，并联一,锰铜电阻,R,B,使,Rk,Rt R,B,的特性近似为线性，与,动圈电,阻,R,D,串联后可以很好地进行温度补偿,三

4、、配热电偶的动圈仪表测量线路,由于我国生产的热电偶均符合,ITS-90,国际温标所,规定的标准，其一致性非常好，所以国家又规定了与,每一种标准热电偶配套的仪表，它们的显示值为温度,而且均已线性化。与,K,型热电偶配套的动圈仪表型号,为,XCZ-101,或,XCT-101,等。数字式仪表也有,指示,型,XMZ,和指示调节型,XMT,等几种系列品种,动圈表要求输入毫伏信号，当配热电偶测温时,它可以直接与热电偶温度传感器连接；热电偶,产生热电势,毫伏信号加在动圈表上,动圈式仪表与热电偶配套测温时，热电偶、连,接导线（补偿导线）、调整电阻和显示仪表组,成了一个闭合回路,外接电阻及外接调整电阻,为了使流

5、过动圈的电流只与热电势或所测温度成,正比，在动圈仪表进行刻度时，采用规定外线路,电阻数值为定值的办法来解决这一问题,配热电,偶的动圈表统一规定,w,1,欧,此值标注在仪,表表面上,所以，无论在刻度或使用时，外线电阻都应该保,持这个数值，不是欧的,应借助调整电阻,仪表附件，由猛铜丝绕成）来凑足欧,利用,调整电阻补足它的差值，然后按接线图将调整电,阻接入测量回路中,四、配热电阻的测量线路,配接热电阻时要使用不平衡电桥将热电阻阻值变,化转换成直流电压信号,1,工作原理,测量桥路是一不平衡电桥，采用两级硅稳压管的,稳压电源为其供电。通常取,R3=R4,Rw+R2,R,t0,Rw,R0,其中,R,t0,

6、是对应于仪表刻度始点的热电,阻值,Rw,为外接电阻，包括连接导线电阻,当被测温度为仪表刻度始点时（即,Rt,Rt0,电,桥平衡，无电压输出，流过动圈的电流为零,当热电阻,t,随温度变化时，电桥失去平衡,Ucd,不等于零,此时电流流过动圈，指针指示相应的,温度,电桥输出的电压,U,cd,还与电源电压有关，交流电,经整流滤波，采用了两级硅稳压管稳压的并联稳,压供电。考虑到仪表环境温度对稳压管稳压值的,影响，还接入了铜补偿电阻，以保证电桥供电电,压的稳定性,2,动圈表与热电阻的三线制连接法,不平衡电桥中热电阻连接要采用三线制，以,减,小由于环境温度变化造成连接导线电阻变化所引,起的温度附加误差,热电

7、阻有两个接线柱，连接导线,1,和,2,的一端一同接在热电,阻的一个接线柱上；连接导线,3,的另一端接在热电阻的另,一个接线柱上。然后将连接导线,1,的另一端与稳压电源负,极相连；连接导线,2,和,3,的分别接在电桥的两个桥臂上。这,样，连接导线,2,和,3,分别加在电桥的两个相邻桥臂上,环境,温度引起的导线电阻变化可以相互低消一部分,减小了对,仪表读数的影响，提高了测量的准确性,对,三线制连接法统一规定,Rw,5,使用时，若,每根连接导线电阻不足,5,用调整电阻补足,在满足此规定的条件下，仪表在,0-50,环境温度,下使用，最大温度附加误差不超过,0.5,11.1.2,自动平衡式显示仪表,自动

8、平衡式显示仪表是利用补偿原理进行测量的,自动电子仪表。它与热电偶、热电阻等变送器配,套，可以来测量、记录和控制温度，也可用来连,续测量电流、电压和电阻以及能转换成电压和电,阻的其它物理量,它具有动作迅速、精确度高（一般为,0.5,级），不,仅能指示，而且可以连续记录被测参数，若加上,一些附加装置还可实现多点指示、记录、报警,调节等功能，以及适应性强等优点,常用的有,电子电位差计,和,电子平衡电桥,一、电子电位差计,工作原理,电子电位差计是用来测量电压信号的显示仪表,是用已知电压来平衡（补偿）被测电压，使测量,线路的电流等于零的测量方法。也叫,补偿法,或,零,值法,手动电位差计,图,5-9,测量

9、电压的方法是移动滑动触点,B,使通过,检流计,G,的电流为零，这时触点所指示的电压值,即是被测电压,电子电位差计是根据,电压平衡原理,进行工作的。已,知电压是由不平衡电桥产生的,由测量桥路、放大器、伺服电机、同步电机、指,示记录机构、调节机构等几个主要部件组成,传感器产生的电信号形成外部输入电压,Ex,与测,量桥路电压,Uab,相比较，电压差值经放大器放大,输出驱动伺服电机带动滑线电阻的滑动触点移动,直到,Uab,Ex,使整机电压达到平衡；同时带,动指示和记录机构，指示记录出被测变量的值,二、电子自动平衡电桥,与热电阻配接使用，可作为温度测量的显示仪表,平衡电桥工作原理,图,5-34,热电阻,

10、Rt,为一个桥臂,R1,为可变电阻，调,节可变电阻，使电桥达到平衡，检流计无电流通,过，滑动触点所指示的温度即是被测温度值,电热阻测温电桥的三线连接法,电子平衡电桥是基于,电桥平衡原理,工作的,当被测温度变化时引起热电阻,Rt,变化，电桥不平,衡，不平衡电压经放大器放大，去驱动伺服电机,带动滑动触点以达到电桥平衡；同时带动指针,指示温度数值,电子电位差计与电子平衡电桥的区别,1,原理不同,电子电位差计是电压平衡原理；电,子平衡电桥是电桥平衡原理,2,测量桥路不同,电子电位差计的测量桥路处于,不平衡状态，其不平衡电压要与被测电势相补偿,后，仪表达到平衡；当仪表平衡时，电子平衡电,桥测量桥路处于平

11、衡状态,3,配接的测量元件不同,电子电位差计测量毫伏,级电压信号，配接热电偶实现温度测量；电子平,衡电桥测量电阻信号，在测量温度时可以配接热,电阻，采用三线制接法,4,电子电位差计对桥路,供电电压,要求严格，采用,直流稳压供电；电子平衡电桥可以使用直流供电,也可以交流供电,11.2,数字式显示仪表,数字式显示仪表是把与被测变量（如温度、压力,流量等）成一定函数关系的,连续变化的模拟量,如电信号），变换成,断续的数字量,来显示的仪,表,数字表基本功能,输入信号：一般为电压、电流、频率、脉冲及开关信,号等,测量值显示,0-9,数码和被测量参数的单位符号,对被测参数自动测量,数字形式显示被测值,对被

12、测参数设定报警,当被测参数达到预定值时给出控制信号,数字打印,一、数字式显示仪表的原理及组成,在工业生产过程中，大量的生产过程变量经,传感,器,变送器后，转换成模拟电量输出，由于传感,器、变送器输出的电信号较小，通常须经,前置放,大,然后进行,模,数,A/D,转换,把连续变化的,模拟量变换成断续变化的数字量，并以工程单位,数值形式显示出来,由于大多数传感器输入信号和输出信号之间呈,非线性关系，但在显示仪表上必须以绝对值和,量刚反映出被测参数,数字式仪表必须配以线性化补偿装置进行,非线,性补偿,以及对各种转换系数的,标度变换,装置,使过程变量按十进制工程单位方式显示,由前置放大器、模数转换器,A

13、/D,非线性,补偿、标度变换和显示装置等组成,数字式显示仪表一般应具有,模数转换器,非,线性补偿,和,标度变换,三部分,三种组成方案,模拟非线性补偿方案：把模拟信号线性化，准,确度只能达到,0.5,1. 0,非线性,A/D,变换补偿方案：采用专门的非线性模,数转换装置，使,A/D,转换和非线性补偿在同一部,件内完成，结构简单，精度高，多用于固定面,板型仪表中,数字式非线性补偿方案：在,A/D,转换后，对数字,量进行非线性补偿和标度变换，适用面广，主,要用于直接数字控制系统等较大规模测量和控,制系统，随着集成电路的发展，应用已十分广,泛,二、模数转换,数字式显示仪表的,核心部分,是模数转换器,模

14、数转换的任务是将连续变化的模拟量转换,为断续变化的数字量，以便进行数字显示。如,将,0-10V,电压输入转化为,0-2000,的数字量,表征模拟量的电信号可在其测量范围内的低限与,高限之间变化，且可在其间取任意的数值，即,模,拟量是连续变化的量,表征数字量的电信号，只能取两个离散电平的一,个值，即,0,或,1,这两个二进制中的任一个状态。即,数字量是非连续的量,一定位数的二进制数可表达一个确定的被测量,它们也可以转化为十进制数。因而，一定的被测,量，可用足够位数的十进制数来表达其数值，即,进行数字显示,比如把热电势经线性化及放大处理的电压值转,变为相应的温度值,首先要,将连续变化的模拟量电压信

15、号转换成脉,冲信号,再送往电子计数器进行电子计数,电子计数器对其输入脉冲按照一定的时间间隔进,行脉冲计数，即得反应模拟量输入电压大小的脉,冲个数的数字量信息,然后，对的数字量信息进行寄存、译码和显示,测量结果在数字显示器以十进制数字形式显示出,来,双积分型模数转换器,U,t,转换式,转换原理：将输入电压变换成,与其平均值成正,比的时间间隔,然后由脉冲发生器和计数器来,测量此时间间隔而得到数字量,先将输入模拟量（电压）转换为时间,t,再利用,周期为,q,的脉冲在时间,t,内计数，脉冲计数器上,得到的脉冲数,N,即为量化结果的数字量,工作原理,它由基准电压,U,B,模拟开关,K1,K2,K3,积,

16、分器,A,检零比较器，控制器，时钟脉冲，计数,器组成。整个转换过程是在控制器协调下进行,工作过程分为,采样积分,时间和,比较测量,时间两,个阶段,采样积分阶段：控制器发出一个计数器清零脉,冲，同时使开关,K2,K3,断开,K1,接通,积分,器在一固定时间,t1,内,对输入电压,U,i,进行积分,经历,t1,后，控制器发出一个脉冲,开关,K1,断开,同时启动计数器，进入比较测量阶段,比较测量阶段：基准电压,U,B,与,U,i,极性相反,K2,接通,积分器反向积分,输出电压,U,0,下降,当,U,0,为零时,检零比较器动作，输出一个信号,使控制器发出积分器复位信号,K3,接通,K1,K2,断开,确保积分器复位到零,同时使计数器停止计数，这时计数器显示为,N,在反向积分时间,t2,内，有,t2,与