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1、书名：热工自动检测技术 作者：刘正华 ISBN： 978-7-111-34428-5 出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件,教材详情：请点击查阅 机械工业出版社教材服务网,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,第三章 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。,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,3.1 模拟式仪表 包括：动圈式显示仪表和平衡式显示仪表,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,3.1.1 动圈式显示仪表,动圈式显示仪表是

2、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。,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,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，驱动动圈偏转，指示被测过程变量的值。,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,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

3、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。,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,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。,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,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。,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,二、测量线路中电阻的温度补偿 R

4、w：外部电阻 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。,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,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。,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,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RB，

5、 使Rk（ Rt RB）的特性近似为线性，与动圈电阻RD串联后可以很好地进行温度补偿。,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,三、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。,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,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

6、；热电偶产生热电势,毫伏信号加在动圈表上。,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,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。,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,外接电阻及外接调整电阻 为了使流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w1欧，此值标注在仪表表面上。,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,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

7、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。,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,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+R2Rt0RwR0；其中Rt0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。,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,当被测温度为仪表刻度始点时（即RtRt0 ）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

8、，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。,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,电桥输出的电压Ucd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。,热工自动检测技术 高职高专 ppt 高等职业教育 课件,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

9、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Rw5。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0.5,3.1.2 自动平衡式显示仪表,自动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

10、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

11、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

12、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

13、压供电；电子平衡电桥可以使用直流供电，也可以交流供电。,3.2 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

14、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/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

15、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

16、，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,Ut转换式 转换原理：将输入电压变换成与

17、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UB， 模拟开关K1、K2、K3，积分器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Ui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UB与Ui极性相反，K2接通，积分器反向积分，输出电压U0下降。 当U0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