山東建筑大學(xué)熱工檢測課第5章

模擬式顯示儀表原理：用指針的線位移或角位移來模擬顯示被測參數(shù)延續(xù)變化的。方式：利用標(biāo)尺、指針等方法組成：由一些必需的機械運動機構(gòu)：磁電偏轉(zhuǎn)機構(gòu)優(yōu)點：任務(wù)可靠、價錢低廉，可以反映和記錄丈量值的變化趨勢,可以大量運用。缺陷：構(gòu)造較復(fù)雜，讀數(shù)不夠直觀，丈量速度不夠迅速，丈量重現(xiàn)性不好數(shù)字式顯示儀表功能：直接用數(shù)字方式顯示被測變量值大小的儀表。方式：數(shù)字式組成：由一些必要電路組成，沒有模擬式顯示儀表中所必需的機械運動機構(gòu)。特點：顯示明晰直觀，無讀數(shù)視差。丈量和顯示速度、丈量準(zhǔn)確性高，重現(xiàn)性好。屏幕顯示儀表特點：將圖形、曲線和字符數(shù)字等直接在屏幕上進展顯示。計算機控制系統(tǒng)的必要組成DCS第1節(jié)動圈式顯示儀表該儀表是一種開展比較早的模擬式顯示儀表，但目前依然被廣泛運用，尤其是在一些中小型企業(yè)，運用極為廣泛。它不僅可以與熱電偶、熱電阻等傳感器配合用來顯示溫度，還可以對壓力等其他工藝變量檢測的直流毫伏信號進展顯示。動圈式顯示儀表丈量機構(gòu)圖l—永久磁鐵；2、6—張絲；3—軟鐵芯；4—熱電偶；5—動圈；7—刻度面板；8—儀表指針動圈偏轉(zhuǎn)角第2節(jié)平衡式顯示儀表及丈量電橋一電位差計二電子電位差計三丈量電橋由于動圈式顯示儀表實踐上是一種丈量電流的儀表，所以，凡是能引起電流變化的各種干擾要素都會導(dǎo)致丈量誤差，而且這種誤差單憑提高儀表的加工精度是不能彌補的。另一方面，它的可動部分容易損壞，怕震動，且不便于自動記錄。目前常用的自動平衡式顯示儀表有自動電子電位差計和自動平衡電橋兩類，分別與熱電偶和熱電阻相配用，經(jīng)過自動調(diào)理電位差或電阻值使電位差計或電橋到達平衡，并自動指示和記錄丈量結(jié)果，從而實現(xiàn)對溫度變量的自動、延續(xù)檢測和顯示。同時抑制了動圈式顯示儀表的缺陷，提高了丈量精度。一電位差計用知電壓來補償未知電壓，使丈量線路的電流等于零。用這種方法丈量電壓比較準(zhǔn)確，由于沒有電流經(jīng)過丈量線路，也就不存在線路電阻影響問題。Ex為被測電壓，線性度很高的線繞電阻R與穩(wěn)壓電源E組成一閉合回路，因此流過R上的電流I是恒定的，這樣也就可將R的標(biāo)尺刻成電壓數(shù)值；G是一靈敏度較高的檢流計。丈量未知電壓的方法:調(diào)理滑動觸點B的位置，使滑線電阻R在BA段的電阻RBA上的電壓降UBA變化，當(dāng)UBA=IRBA=Ex時，流過檢流計G的電流為零，這時觸點B所指示的電壓值即為未知電壓Ex。用這種“電壓平衡法〞法丈量電壓，由于此時流過熱電偶內(nèi)部及銜接導(dǎo)線的電流為零，因此線路電阻變化對丈量結(jié)果無影響。二電子電位差計自動電子電位差計與手動電位差計的區(qū)別是用電子放大器替代檢流計，用可逆電機及一整套傳動機構(gòu)替代手的操作。它主要由丈量橋路、放大器、可逆電機、同步電機、指示記錄機構(gòu)、穩(wěn)壓電源、機械傳動機構(gòu)等構(gòu)成。4圖電子電位差計原理圖熱電偶測量橋路放大器可逆電機指示機構(gòu)記錄機構(gòu)同步電機穩(wěn)壓電源電子電位差計原理框圖丈量橋路原理圖丈量橋路原理圖(1)滑線電阻RP與工藝電阻RB改動滑動觸點在RP上的位置,可以產(chǎn)生不同的橋路輸出電壓以平衡熱電偶的熱電勢。丈量橋路原理圖(2)始端(下限)電阻RGRG的大小取決于丈量下限的高低。丈量橋路原理圖(3)量程電阻RMRM是決議儀表量程大小的電阻。它的大小由儀表丈量范圍與所采用的熱電偶分度號來決議。丈量橋路原理圖(4)上支路限流電阻R4把上支路的任務(wù)電流限定在4mA。丈量橋路原理圖(5)冷端溫度補償電阻R2降低了丈量誤差。丈量橋路原理圖(6)下支路限流電阻R3它與R2配合，保證了下支路回路的任務(wù)電流為2mA。自動電子電位差計的丈量橋路由上、下兩條支路組成。用電橋電路產(chǎn)生直流電壓UCD的優(yōu)點是可以處理儀表量程問題，實現(xiàn)對熱電勢〔正、負(fù)〕的雙向丈量，同時還能對參比端溫度進展自動補償。橋路中各電阻的作用如下：①銅電阻R2,裝在儀表后接線板上以使其與熱電偶冷端處于同一溫度。當(dāng)環(huán)境溫度改動時，銅電阻上的電壓降變化量等于相應(yīng)的熱電偶冷端溫度變化所引起的電勢變化值，起冷端溫度補償作用。當(dāng)配用鎳鉻－鎳硅熱電偶時R2=5.33Ω；配用鎳鉻—考銅熱電偶時R2=8.92Ω；配用鉑銠－鉑熱電偶時R2=0.74Ω。②下支路限流電阻R3，是一個固定電阻，它與R2配合，保證了下支路回路的任務(wù)電流為2mA。由于銅電阻的阻值隨溫度而變化，所以，下支路的回路任務(wù)電流I2只需在儀表的規(guī)范任務(wù)溫度〔25℃〕時才為2mA。電阻R3的準(zhǔn)確度直接影響到下支路電流I2的大小。因此，它的精度要求較高，普通應(yīng)在±0.2％以內(nèi)。③上支路限流電阻R4的作用是把上支路的任務(wù)電流限定在4mA，即它與Rnp〔RP、RB、RM三個電阻的并聯(lián)值〕、RG串聯(lián)，使上支路任務(wù)電流為4mA。所以，當(dāng)Rnp和RG的數(shù)值確定后，R4的電阻值也就確定了。④滑線電阻RP，是丈量系統(tǒng)中的一個非常重要的部件，儀表的誤差、靈敏度和運轉(zhuǎn)的平滑性等都和滑線電阻的質(zhì)量有關(guān)。因此，除了要求裝配結(jié)實外，對資料的性能要求很高，尤其對滑線電阻的線性度要求更高，在0.5級的儀表中，希望能把非線性誤差控制在0.2％范圍內(nèi)。由于工藝上的緣由，RP很難繞制得非常準(zhǔn)確，其數(shù)值也不便增減，為此，和RP并聯(lián)一個電阻RB〔稱為工藝電阻〕，并聯(lián)后其數(shù)值為90Ω，這樣，把兩個電阻作為整體來思索，便于一致規(guī)格和成批消費⑤量程電阻RM是決議儀表量程大小的電阻。它的大小由儀表丈量范圍及所配用的熱電偶分度號來決議。電阻RM與滑線電阻并聯(lián)，RM越大，它從上支路回路任務(wù)電流I1中所分流出的電流IM越小，儀表的量程就越大；反之，RM越小，其量程也就超小。因此，假設(shè)要制造不同量程的儀表，只需改動RM、RG和R4的阻值，滑線電阻RP和工藝電阻RB那么不需求改動。⑥始端〔下限〕電阻RG的大小取決于丈量下限的高低。當(dāng)滑動觸點C向左移至滑線電阻的起點F時，橋路的輸出電壓UCD應(yīng)該等于溫度為標(biāo)尺下限時的熱電勢值。RG越大，在下限時的UCD也越大，即丈量下限越高，反之亦然。三丈量電橋電橋是丈量電阻、電容和電感的電路，通常采用直流電橋來丈量電阻的大小1用手動平衡電橋丈量熱電阻電橋平衡時c、d兩點間電位差為0，檢流計中無電流經(jīng)過，有當(dāng)R2=R31用手動平衡電橋丈量熱電阻R1為帶刻度的滑線電阻，電橋到達平衡〔即檢流計G中的電流為零〕時，滑動觸點的位置可確定熱電阻阻值。1用手動平衡電橋丈量熱電阻存在的問題：Rt與R1和RL都有關(guān)系，而RL與溫度有關(guān)。改良：采用三線制電橋的平衡條件：2用不平衡電橋丈量熱電阻經(jīng)過動圈表的電流只是Rt的函數(shù)，動圈表指針的偏轉(zhuǎn)角就代表Rt的大小數(shù)顯儀表普遍采用中、大規(guī)模集成電路，線路簡單，可靠性好，耐振性強。由于儀表采用模塊化設(shè)計方法，即不同種類的數(shù)顯儀表都是由為數(shù)不多的、功能分別的模塊化電路組合而成，因此有利于制造、調(diào)試和維修，降低消費本錢。數(shù)顯儀表種類繁多，配接靈敏，可輸入多種類型丈量信號，輸出一致規(guī)范的電流信號〔0～10mA直流電流或4～20mA直流電流〕和報警信號。第三節(jié)數(shù)字式顯示儀表模擬式顯示儀表中的信號都是隨時間延續(xù)變化的模擬量，如用熱電偶測溫度，熱電勢是延續(xù)變化的模擬量。其中的丈量電橋、放大器等都是模擬電路，與其相應(yīng)的顯示方式是標(biāo)尺、指針、記錄筆畫曲線等。而數(shù)字式顯示儀表也是先用傳感器將待測變量如壓力、物位、流量、溫度等轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的物理量，普通為電信號，再經(jīng)模／數(shù)轉(zhuǎn)換〔ADC〕成數(shù)字信號〔脈沖信號〕，由數(shù)字電路處置后直接以數(shù)字方式顯示被測結(jié)果。一原理與根本組成數(shù)字式顯示儀表普通應(yīng)具備模／數(shù)轉(zhuǎn)換〔ADC〕、非線性補償、標(biāo)度變換三部分。一原理與根本組成17二模數(shù)轉(zhuǎn)換雙積分ADC的根本原理是對輸入模擬電壓和參考電壓分別進展兩次積分，將輸入電壓平均值變成與之成正比的時間間隔，然后利用時鐘脈沖和計數(shù)器測出此時間間隔，進而得到相應(yīng)的數(shù)字量輸出。由于該轉(zhuǎn)換電路是對輸入電壓的平均值進展變換，所以它具有很強的抗工頻干擾才干，在數(shù)字丈量中得到廣泛運用。任務(wù)過程分兩步：采樣積分時間：K1閉合，Ui經(jīng)過R向C充電，充電時間長度為t1任務(wù)過程分兩步：比較丈量時間t2：K1斷開，K2閉合，UB經(jīng)過R向C反充電，計數(shù)開場，C上電壓開場下降；C上電壓過零時計數(shù)停頓，K2斷開，K3閉合使C電荷清零。輸入電壓越大，t2時間間隔越大，計數(shù)器所計的數(shù)也越大。從而完成了模數(shù)轉(zhuǎn)換三電信號的規(guī)范化與標(biāo)度變換信號的類別不同，電平高低相差懸殊。信號的規(guī)范化:將不同性質(zhì)的信號或不同電平的信號一致同來，稱為信號的規(guī)范化國內(nèi)采用的統(tǒng)不斷流信號電平有：0～10mV,0～30mV,0～50mV標(biāo)度變換本質(zhì)就是比例尺的變卦四非線性輸入信號的線性化多數(shù)傳感器都具有非線性特性，既不利于讀數(shù)和丈量結(jié)果的分析處置，而且是產(chǎn)生丈量誤差的主要緣由之一。為了減小或消除非線性誤差，必需進展非線性補償。方法可分為開環(huán)式、閉環(huán)式這些補償方法都是要求在丈量回路中參與某個線性化器，利用線性化器的非線性函數(shù)去補償傳感器的非線性特性。用假設(shè)干段直線銜