熱工顯示儀表課件

第三篇熱工顯示儀表第三篇熱工顯示儀表

直接變換式儀表

模擬式顯示儀表

按照儀表各組成環(huán)節(jié)之間的關(guān)系

平衡式儀表手動平衡式儀表自動平衡式儀表動圈式顯示儀表手動平衡電橋手動電位差計自動平衡電橋自動電子電位差計

數(shù)字式顯示儀表直接變換式儀表模擬式顯示儀表按照儀表各組

由指針的位移顯示被測參數(shù)的變化?？梢詼y量電流、電壓，或者與熱電偶、熱電阻或其他輸出為直流毫伏和電阻變化的測量元件配合后相應(yīng)指示被測介質(zhì)的溫度或其他參數(shù)。一動圈式顯示儀表由指針的位移顯示被測參數(shù)的變化?？梢詼y量電流、電壓，1.動圈式顯示儀表的基本結(jié)構(gòu)測量機構(gòu)轉(zhuǎn)動系統(tǒng)專用電氣系統(tǒng)：指動圈表內(nèi)部的串、并聯(lián)電阻。動圈：用有絕緣層的細銅線繞制的可以轉(zhuǎn)動的矩形線圈。指針：反映被測參數(shù)變化。支承系統(tǒng)：張絲－支承動圈，產(chǎn)生彈性反力矩，引入電流。磁路系統(tǒng)：由永久磁鐵與圓柱形鐵芯形成徑向均勻恒磁場。一、動圈式顯示儀表的工作原理1.動圈式顯示儀表的基本結(jié)構(gòu)測量機構(gòu)轉(zhuǎn)動系統(tǒng)專用電氣系統(tǒng)：指2.動圈式顯示儀表的工作原理：通電導(dǎo)體在恒磁場中受力的大小與通過導(dǎo)體的電流強度成正比。

這兩個力的合成使動圈受到一個電磁力矩M的作用，M=nBLIb。

在電磁力矩作用下，動圈以張絲為軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，在偏轉(zhuǎn)同時使張絲發(fā)生彈性扭轉(zhuǎn)變形，產(chǎn)生與扭轉(zhuǎn)角度成正比的彈性反力矩Mf，Mf=k。

在某個偏轉(zhuǎn)角度下，電磁力矩與彈性反力矩相平衡，即M=Mf時，線圈停在某一位置。nBLIb=k

動圈中流過電流I時，兩有效邊受到大小相等、方向相反的電磁作用力F，F(xiàn)=nBLI。

張絲扭轉(zhuǎn)角度，即指針的偏轉(zhuǎn)角度反映流過動圈的電流大小。2.動圈式顯示儀表的工作原理：通電導(dǎo)體在恒磁場中受力的大小與二、工作溫度對動圈式顯示儀表的影響1.用動圈式顯示儀表測量電流時2.用動圈式顯示儀表測量電壓時二、工作溫度對動圈式顯示儀表的影響1.用動圈式顯示儀表測量電改變量程前后，流過動圈的滿量程電流相等。并聯(lián)電阻RB三、動圈式顯示儀表的串、并聯(lián)電阻:用于測量電流、電壓時改變儀表的量程。2.測量電壓時例2：用動圈表測量電壓，RD=80歐姆，初始量程為0~50mV,現(xiàn)要把量程改為0~150mV，試問應(yīng)連接多大的電阻？串聯(lián)電阻RC1.測量電流時例1：用動圈表測量電流，RD=80歐姆，初始量程為0~100mA,現(xiàn)要把量程改為0~200mA，試問應(yīng)連接多大的電阻？改變量程前后，流過動圈的滿量程電流相等。并聯(lián)電阻RB三、動圈1.與熱電偶配套測量溫度（XCZ-101動圈式顯示儀表）四、動圈式顯示儀表在熱工測量中的應(yīng)用注意：動圈式顯示儀表的內(nèi)部線路阻保持不變。動圈式顯示儀表的外接線路電阻為定值，一般規(guī)定為15歐姆。

被測溫度t→熱電勢E→電流I→指針偏轉(zhuǎn)角度1.與熱電偶配套測量溫度（XCZ-101動圈式顯示儀表）四、2.與熱電阻配套測量溫度（XCZ-102動圈式顯示儀表）

被測溫度t→熱電阻Rt→不平衡電橋輸出電壓Ucd→電流I→指針偏轉(zhuǎn)角度2.與熱電阻配套測量溫度（XCZ-102動圈式顯示儀表）注意：熱電阻元件和顯示儀表的連接有兩種典型的接線方式-二線制和三線制。

二線制注意：熱電阻元件和顯示儀表的連接有兩種典型的接線方式-二線制

三線制三線制五、帶線性集成運算放大器的XFZ系列動圈式顯示儀表

指將被測信號先經(jīng)集成運算放大器放大后再送入儀表測量機構(gòu)處理的新型動圈式顯示儀表。特點

由熱電偶輸入的信號，首先在線性集成運算放大器放大，然后送入動圈，則動圈所受偏轉(zhuǎn)力矩較大，所以也稱為強力矩動圈式顯示儀表。

采用強力矩張絲作為平衡元件，穩(wěn)定性好，具有較強抗振能力。

設(shè)置線性集成運算放大器，則外電路等效電阻與輸入阻抗相比可以忽略不計，儀表的準確度增加。

偏轉(zhuǎn)力矩增大，儀表消耗的功率增加。

使用時必須保證集成運算放大器的線性度，則儀表的成本較高。五、帶線性集成運算放大器的XFZ系列動圈式顯示儀表指六、動圈式顯示儀表的特點

結(jié)構(gòu)簡單，體積小，價格便宜，性能可靠，容易維護，測量方便。讀數(shù)受環(huán)境溫度和線路電阻影響比較大，測量準確度不高，不適用于精密測量?？蓜硬糠秩菀讚p壞，怕振動，阻尼時間長，不便于實現(xiàn)自動記錄。六、動圈式顯示儀表的特點結(jié)構(gòu)簡單，體積小，價格便宜，性能可二平衡式顯示儀表二平衡式顯示儀表1.工作電流回路：包括直流電源EB，可變電阻RS，標(biāo)準電阻RN，滑線電阻RABC。3.測量回路：包括被測電壓Ux(或Et），滑線電阻RABC，檢流計G。2.標(biāo)準回路：包括已知標(biāo)準電壓EN，標(biāo)準電阻RN，檢流計G。（一）手動電位差計的基本組成測量回路工作電流回路標(biāo)準回路一、手動電位差計

產(chǎn)生可調(diào)的已知標(biāo)準電壓與被測電壓比較，調(diào)整儀表的輸出電壓與被測電壓相等，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，由儀表產(chǎn)生的已知標(biāo)準電壓即可知被測電壓大小。1.工作電流回路：包括直流電源EB，可變電阻RS，標(biāo)準電阻R1.當(dāng)開關(guān)K置向“標(biāo)準”位置時，標(biāo)準回路工作，調(diào)整Rs以改變工作電流回路的工作電流I，使檢流計G指零：2.當(dāng)開關(guān)K置向“測量”位置時，測量回路工作，調(diào)整電阻RABC的滑動點B使檢流計G指零：（二）手動電位差計的工作過程

被測電壓Ux（或Et）的值與滑線電阻RABC的滑動點B的位置一一對應(yīng)。工作電流標(biāo)準化1.當(dāng)開關(guān)K置向“標(biāo)準”位置時，標(biāo)準回路工作，調(diào)整Rs以改變UJ-36直流電位差計的使用UJ-36直流電位差計的使用（一）自動電子電位差計的基本組成二、自動電子電位差計：用于配接熱電偶，作為溫度、電壓等參數(shù)的顯示和記錄儀表。

主要由測量電路、晶體管放大器、可逆電動機、指示記錄裝置、機械傳動機構(gòu)和走紙機構(gòu)組成。（一）自動電子電位差計的基本組成二、自動電子電位差計：用于配1.測量電路：產(chǎn)生已知、可調(diào)電勢EAB，并與EX比較，輸出電勢ΔE=EX-EAB。

主要由上下兩個支路構(gòu)成。外接直流穩(wěn)壓電源E=1V,橋路上支路電流I1=4mA,下支路電流I2=2mA。

n-滑線電阻Rp上電壓取出系數(shù)（n=0~1）。

測量電路處于平衡狀態(tài)時，Ex=EAB=EAC+ECB=I1（nRp+R6）-I2R2。1.測量電路：產(chǎn)生已知、可調(diào)電勢EAB，并與EX比較，輸出電6.走紙機構(gòu)：與指示記錄裝置同步運行，利用記錄紙記錄數(shù)據(jù)。2.晶體管放大器：代替檢流計，并把測量電路產(chǎn)生的直流微弱偏差信號放大成足以驅(qū)動可逆電動機轉(zhuǎn)動所需的交流信號E~。3.可逆電動機：將輸入的電信號轉(zhuǎn)換為機械運動的輸出。4.指示記錄裝置：與滑動觸點A連動，指示記錄被測參數(shù)變化。5.機械傳動機構(gòu)：將可逆電動機轉(zhuǎn)動情況轉(zhuǎn)化為指示記錄變化。6.走紙機構(gòu)：與指示記錄裝置同步運行，利用記錄紙記錄數(shù)據(jù)。2（二）測量電路分析1.R2:冷端溫度補償電阻

(1)被測溫度為t，熱電偶冷端溫度為0℃時，若E=0，則E(t,0)–[EAC+ECB]=0。(2)被測溫度為t，熱電偶冷端溫度為t0時，熱電偶熱電勢減少

E(t,0)-E(t,t0)=E(t0,0)

。適當(dāng)選擇R2，使其滿足ECB=-E(t0,0)

，則E(t,t0)–[EAC+(ECB)’]=[E(t,0)-E(t0,0)]–[EAC+(ECB+ECB)]=[E(t,0)-E(t0,0)]–{EAC+[ECB-E(t0,0)]}=E(t,0)–[EAC+ECB]=0。（二）測量電路分析1.R2:冷端溫度補償電阻(1)被測溫度2.R3:下支路限流電阻

與R2配合，保證下支路電流I2=2mA。3.R6:量程起始值電阻滑線電阻Rp滑動觸點位于最左端，電橋輸出電壓與被測電壓最小值平衡，儀表測量下限Exmin=I1R6-I2R2（n=0）。4.RP：量程電阻滑線電阻Rp滑動觸點位于最右端，電橋輸出電壓與被測電壓最大值平衡，儀表測量上限Exmax=I1（R6+RP）-I2R2（n=1）。則儀表量程A=Exmax-Exmin=I1RP。5.R4：上支路限流電阻-與R6、RP配合，保證上支路電流I1=4mA。2.R3:下支路限流電阻3.R6:量程起始值電阻4（三）自動電子電位差計的工作過程分析1.Ex=EAB,E=Ex-EAB=0時2.Ex=EAB條件下,Ex增加，E=Ex-EAB>0時3.Ex=EAB條件下,Ex減少，E=Ex-EAB<0時（三）自動電子電位差計的工作過程分析1.Ex=EAB,E=三、手動平衡電橋

Rx是被測電阻，R1、R2是用錳銅線繞制的固定電阻，R是滑線電阻，G是檢流計。

調(diào)整R的大小使檢流計G指零，電橋處于平衡狀態(tài)，則R1Rx=nRR2（n＝0~1）。即。

被測電阻Rx的大小與滑動點的位置一一對應(yīng)。三、手動平衡電橋Rx是被測電阻，R1、R2是用錳銅線五、自動平衡電橋:用于配接熱電阻，作為溫度、電阻等參數(shù)的顯示和記錄儀表。五、自動平衡電橋:用于配接熱電阻，作為溫度、電阻等參數(shù)的顯示（二）自動平衡電橋的工作過程分析1.橋臂電阻R1R3=R2R4時2.被測電阻RX增大，R1增大，R1R3R2R4時3.被測電阻RX減小，R1減小，R1R3R2R4時（一）自動平衡電橋的基本組成

設(shè)AC間電阻為R1，CB間電阻為R2，BD間電阻為R3，DA間電阻為R4。（二）自動平衡電橋的工作過程分析1.橋臂電阻R1R3=R2討論：自動電子電位差計與自動平衡電橋的比較1.供電電源不同：自動電子電位差計電路供電是直流穩(wěn)壓電源；自動平衡電橋電路供電分為交流和直流兩種情況。2.配用信號不同：自動電子電位差計與熱電偶或直流毫伏電勢信號配用，輸入電勢信號；自動平衡電橋與熱電阻或電阻信號配用，輸入電阻信號。3.測量電路工作狀態(tài)不同：輸入信號不變，自動電子電位差計測量電路間有不平衡電壓EAB，它與被測電勢Ex平衡；自動平衡電橋處于平衡狀態(tài)，測量電路輸出電壓等于零。討論：自動電子電位差計與自動平衡電橋的比較1.供電電源不同：三數(shù)字式顯示儀表一、數(shù)字式顯示儀表的特點顯示直觀，沒有人為視覺誤差，測量速度快，準確度高，便于和計算機連接作為計算機的輸入通道。三數(shù)字式顯示儀表一、數(shù)字式顯示儀表的特點二、數(shù)字式顯示儀表的基本組成被測參數(shù)感受件變送器前置放大器模數(shù)轉(zhuǎn)換器非線性補償標(biāo)度變換顯示記錄裝置二、數(shù)字式顯示儀表的基本組成被測參數(shù)感受件變送器前置放大器模1.前置放大器：將感受件輸出信號或其他輸入信號放大，便于模數(shù)轉(zhuǎn)換器或非線性補償電路正常工作。2.模數(shù)轉(zhuǎn)換器：將連續(xù)變化的模擬輸入信號變換成與其成比例斷續(xù)變化的數(shù)字信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程

采樣、保持：以一定的時間間隔采集模擬信號的瞬時值，并將上一次采集到的信號保持到下一次取樣之前，便于滿足量化編碼過程的時間要求。

量化：以一個或幾個基準量，即量化單位與采樣信號進行比較，確定信號相當(dāng)于多少個量化單位的過程。

編碼：將量化的結(jié)果變換成對應(yīng)的二進制碼或其他碼制的過程。1.前置放大器：將感受件輸出信號或其他輸入信號放大，便于模數(shù)3.非線性補償：用顯示值和數(shù)字式顯示儀表輸入信號間具有的一