山东建筑大学热工检测课课件.pptx
模拟式显示仪表原理：用指针的线位移或角位移来模拟显示被测参数连续变化的。方式：利用标尺、指针等方法组成：由一些必需的机械运动机构：磁电偏转机构优点：工作可靠、价格低廉，能够反映和记录测量值的变化趋势,能够大量应用。缺点：结构较复杂，读数不够直观，测量速度不够迅速，测量重现性不好第1页/共52页数字式显示仪表功能：直接用数字形式显示被测变量值大小的仪表。方式：数字式组成：由一些必要电路组成，没有模拟式显示仪表中所必需的机械运动机构。特点：显示清晰直观，无读数视差。测量和显示速度、测量准确性高，重现性好。第2页/共52页屏幕显示仪表特点：将图形、曲线和字符数字等直接在屏幕上进行显示。计算机控制系统的必要组成DCS第3页/共52页第1节 动圈式显示仪表该仪表是一种发展比较早的模拟式显示仪表，但目前仍然被广泛使用，尤其是在一些中小型企业，应用极该仪表是一种发展比较早的模拟式显示仪表，但目前仍然被广泛使用，尤其是在一些中小型企业，应用极为广泛。它不仅可以与热电偶、热电阻等传感器配合用来显示温度，还可以对压力等其他工艺变量检测的为广泛。它不仅可以与热电偶、热电阻等传感器配合用来显示温度，还可以对压力等其他工艺变量检测的直流毫伏信号进行显示。直流毫伏信号进行显示。第4页/共52页第5页/共52页动圈式显示仪表测量机构图动圈式显示仪表测量机构图l l永永久久磁磁铁铁；2 2、6 6张张丝丝；3 3软软铁铁芯芯；4 4热热电电偶偶；5 5动动圈圈；7 7刻刻度度面面板板；8 8仪仪表指针表指针 第6页/共52页动圈偏转角动圈偏转角第7页/共52页第8页/共52页第2节平衡式显示仪表及测量电桥一 电位差计二 电子电位差计三 测量电桥第9页/共52页由由于于动动圈圈式式显显示示仪仪表表实实际际上上是是一一种种测测量量电电流流的的仪仪表表，所所以以，凡凡是是能能引引起起电电流流变变化化的的各各种种干干扰扰因因素素都都会会导导致致测测量量误误差差，而而且且这这种种误误差差单单凭凭提提高高仪仪表表的的加加工工精精度度是是不不能能弥弥补补的的。另另一一方方面面，它它的的可可动动部部分分容容易易损损坏坏，怕怕震动，且不便于自动记录。震动，且不便于自动记录。第10页/共52页 目目前前常常用用的的自自动动平平衡衡式式显显示示仪仪表表有有自自动动电电子子电电位位差差计计和和自自动动平平衡衡电电桥桥两两类类，分分别别与与热热电电偶偶和和热热电电阻阻相相配配用用，通通过过自自动动调调节节电电位位差差或或电电阻阻值值使使电电位位差差计计或或电电桥桥达达到到平平衡衡，并并自自动动指指示示和和记记录录测测量量结结果果，从从而而实实现现对对温温度度变变量量的的自自动动、连续检测和显示。同时克服了动圈式显示仪表的缺点，提高了测量精度。连续检测和显示。同时克服了动圈式显示仪表的缺点，提高了测量精度。第11页/共52页一 电位差计 用已知电压来补偿未知电压，使测量线路的电流等于零。用这种方法测量电用已知电压来补偿未知电压，使测量线路的电流等于零。用这种方法测量电压比较精确，因为没有电流通过测量线路，也就不存在线路电阻影响问题。压比较精确，因为没有电流通过测量线路，也就不存在线路电阻影响问题。第12页/共52页E Ex x为为被被测测电电压压，线线性性度度很很高高的的线线绕绕电电阻阻R R与与稳稳压压电电源源E E组组成成一一闭闭合合回回路路，因因此此流流过过R R上上的的电电流流I I是是恒恒定定的的，这这样样也也就就可可将将R R的的标标尺尺刻刻成成电电压压数数值值；G G是是一一灵灵敏敏度度较较高高的检流计。的检流计。第13页/共52页测测量量未未知知电电压压的的方方法法:调调节节滑滑动动触触点点B B的的位位置置，使使滑滑线线电电阻阻R R在在BABA段段的的电电阻阻R RBABA上上的的电电压压降降U UBABA变变化化，当当U UBABA=IR=IRBABA=E=Ex x时时，流流过过检检流流计计G G的的电电流流为为零零，这这时时触触点点B B所指示的电压值即为未知电压所指示的电压值即为未知电压E Ex x。第14页/共52页用用这这种种“电电压压平平衡衡法法”法法测测量量电电压压，由由于于此此时时流流过过热热电电偶偶内内部部及及连连接接导导线线的的电电流流为零，因此线路电阻变化对测量结果无影响。为零，因此线路电阻变化对测量结果无影响。第15页/共52页二 电子电位差计自动电子电位差计与手动电位差计的区别是用电子放大器代替检流计，用可逆电机及一整套传动机构代替自动电子电位差计与手动电位差计的区别是用电子放大器代替检流计，用可逆电机及一整套传动机构代替手的操作。它主要由测量桥路、放大器、可逆电机、同步电机、指示记录机构、稳压电源、机械传动机构手的操作。它主要由测量桥路、放大器、可逆电机、同步电机、指示记录机构、稳压电源、机械传动机构等构成。等构成。第16页/共52页4图 电子电位差计原理图热电偶测量桥路放大器可逆电机指示机构记录机构同步电机稳压电源 电子电位差计原理框图第17页/共52页测量桥路原理图测量桥路原理图第18页/共52页测量桥路原理图测量桥路原理图(1)(1)(1)(1)滑滑滑滑线线线线电电电电阻阻阻阻 R RP P与与与与工工工工艺艺艺艺电电电电阻阻阻阻 R RB B 改改变变滑滑动动触触点点在在 RP上上的的位位置置,可可以以产产生生不不同同的桥路输出电压以平衡热电偶的热电势。的桥路输出电压以平衡热电偶的热电势。第19页/共52页测量桥路原理图测量桥路原理图(2)(2)(2)(2)始端始端始端始端 (下限下限下限下限)电阻电阻电阻电阻 R RGG RG的大小取决于测量下限的高低。的大小取决于测量下限的高低。第20页/共52页测量桥路原理图测量桥路原理图(3)(3)(3)(3)量量量量程程程程电电电电阻阻阻阻R RMM RM是是决决定定仪仪表表量量程程大大小小的的电电阻阻。它它的的大大小小由由仪仪表表测测量量范范围围与所采用的热电偶分度号来决定。与所采用的热电偶分度号来决定。第21页/共52页测量桥路原理图测量桥路原理图(4)(4)上支路限流电阻上支路限流电阻上支路限流电阻上支路限流电阻R R R R4 4 4 4 把上支路的工作电流限定在把上支路的工作电流限定在4mA。第22页/共52页测量桥路原理图测量桥路原理图(5)(5)(5)(5)冷端温度补偿电阻冷端温度补偿电阻冷端温度补偿电阻冷端温度补偿电阻 R R2 2 降低了测量误差。第23页/共52页测量桥路原理图测量桥路原理图(6)(6)下支路限流电阻下支路限流电阻R3 它与它与R2配合，保证了下支路回路的工作电流为配合，保证了下支路回路的工作电流为2mA。第24页/共52页自动电子电位差计的测量桥路由上、自动电子电位差计的测量桥路由上、下两条支路组成。用电桥电路产生直下两条支路组成。用电桥电路产生直流电压流电压U UCDCD的优点是可以解决仪表量程的优点是可以解决仪表量程问题，实现对热电势（正、负）的双问题，实现对热电势（正、负）的双向测量，同时还能对参比端温度进行向测量，同时还能对参比端温度进行自动补偿。桥路中各电阻的作用如下：自动补偿。桥路中各电阻的作用如下：第25页/共52页铜铜电电阻阻R R2 2,装装在在仪仪表表后后接接线线板板上上以以使使其其与与热热电电偶偶冷冷端端处处于于同同一一温温度度。当当环环境境温温度度改改变变时时，铜铜电电阻阻上上的的电电压压降降变变化化量量等等于于相相应应的的热热电电偶偶冷冷端端温温度度变变化化所所引引起起的的电电势势变变化化值值，起起冷冷端端温温度度补补偿偿作作用用。当当配配用用镍镍铬铬镍镍硅硅热热电电偶偶时时R R2 2=5.33=5.33；配配用用镍镍铬铬考铜热电偶时考铜热电偶时 R R2 2=8.92=8.92；配用铂铑铂热电偶时；配用铂铑铂热电偶时R R2 2=0.74=0.74。第26页/共52页下下支支路路限限流流电电阻阻R R3 3，是是一一个个固固定定电电阻阻，它它与与R R2 2配配合合，保保证证了了下下支支路路回回路路的的工工作作电电流流为为2mA2mA。由由于于铜铜电电阻阻的的阻阻值值随随温温度度而而变变化化，所所以以，下下支支路路的的回回路路工工作作电电流流I I2 2只只有有在在仪仪表表的的标标准准工工作作温温度度（2525）时时才才为为2mA2mA。电电阻阻R R3 3的的准准确确度度直直接接影影响响到到下下支支路路电电流流I I2 2的的大大小小。因因此此，它它的的精精度度要要求求较较高高，一一般般应应在在0.20.2以内。以内。第27页/共52页上上支支路路限限流流电电阻阻R R4 4的的作作用用是是把把上上支支路路的的工工作作电电流流限限定定在在4mA4mA，即即它它与与R Rnpnp（R RP P、R RB B、R RMM三三个个电电阻阻的的并并联联值值）、R RG G串串联联，使使上上支支路路工工作作电电流流为为4mA4mA。所以，当所以，当R Rnpnp和和R RG G的数值确定后，的数值确定后，R R4 4的电阻值也就确定了。的电阻值也就确定了。第28页/共52页 滑滑线线电电阻阻R RP P，是是测测量量系系统统中中的的一一个个非非常常重重要要的的部部件件，仪仪表表的的误误差差、灵灵敏敏度度和和运运行行的的平平滑滑性性等等都都和和滑滑线线电电阻阻的的质质量量有有关关。因因此此，除除了了要要求求装装配配牢牢固固外外，对对材材料料的的性性能能要要求求很很高高，尤尤其其对对滑滑线线电电阻阻的的线线性性度度要要求求更更高高，在在0.50.5级级的的仪仪表表中中，希希望望能能把把非非线线性性误误差差控控制制在在0.20.2范范围围内内。由由于于工工艺艺上上的的原原因因，R RP P很很难难绕绕制制得得十十分分精精确确，其其数数值值也也不不便便增增减减，为为此此，和和R RP P并并联联一一个个电电阻阻R RB B（称称为为工工艺艺电电阻阻），并并联联后后其其数数值值为为9090，这这样样，把把两两个个电电阻阻作作为为整整体体来来考考虑虑，便于统一规格和成批生产便于统一规格和成批生产第29页/共52页量量程程电电阻阻R RMM是是决决定定仪仪表表量量程程大大小小的的电电阻阻。它它的的大大小小由由仪仪表表测测量量范范围围及及所所配配用用的的热热电电偶偶分分度度号号来来决决定定。电电阻阻R RMM与与滑滑线线电电阻阻并并联联，R RMM越越大大，它它从从上上支支路路回回路路工工作作电电流流I I1 1中中所所分分流流出出的的电电流流I IMM越越小小，仪仪表表的的量量程程就就越越大大；反反之之，R RMM越越小小，其其量量程程也也就就超超小小。因因此此，如如果果要要制制作作不不同同量量程程的的仪仪表表，只只需需改改变变R RMM、R RG G和和R R4 4的阻值，滑线电阻的阻值，滑线电阻R RP P和工艺电阻和工艺电阻R RB B则不需要改变。则不需要改变。第30页/共52页 始始端端（下下限限）电电阻阻R RG G的的大大小小取取决决于于测测量量下下限限的的高高低低。当当滑滑动动触触点点C C向向左左移移至至滑滑线线电电阻阻的的起起点点F F时时，桥桥路路的的输输出出电电压压U UCDCD应应该该等等于于温温度度为为标标尺尺下下限限时时的的热热电电势势值值。R RG G越越大大，在在下下限限时时的的U UCDCD也也越越大大，即即测测量量下下限限越越高高，反之亦然。反之亦然。第31页/共52页三 测量电桥电桥是测量电阻、电容和电感的电路，通常采用直流电桥来测量电阻的大小第32页/共52页1用手动平衡电桥测量热电阻电桥平衡时c、d两点间电位差为0，检流计中无电流通过，有当R2=R3第33页/共52页1用手动平衡电桥测量热电阻R1为带刻度的滑线电阻，电桥达到平衡（即检流计G中的电流为零）时，滑动触点的位置可确定热电阻阻值。第34页/共52页1用手动平衡电桥测量热电阻存在的问题：Rt与R1和RL都有关系，而RL与温度有关。第35页/共52页改进：采用三线制电桥的平衡条件：第36页/共52页2 用不平衡电桥测量热电阻通过动圈表的电流只是Rt的函数，动圈表指针的偏转角就代表Rt的大小第37页/共52页 数显仪表普遍采用中、大规模集成电路，数显仪表普遍采用中、大规模集成电路，线路简单，可靠性好，耐振性强。由于仪表线路简单，可靠性好，耐振性强。由于仪表采用模块化设计方法，即不同品种的数显仪采用模块化设计方法，即不同品种的数显仪表都是由为数不多的、功能分离的模块化电表都是由为数不多的、功能分离的模块化电路组合而成，因此有利于制造、调试和维修，路组合而成，因此有利于制造、调试和维修，降低生产成本。数显仪表品种繁多，配接灵降低生产成本。数显仪表品种繁多，配接灵活，可输入多种类型测量信号，输出统一标活，可输入多种类型测量信号，输出统一标准的电流信号（准的电流信号（0 010mA10mA直流电流或直流电流或4 420mA20mA直流电流）和报警信号。直流电流）和报警信号。第三节 数字式显示仪表数字式显示仪表第38页/共52页模拟式显示仪表中的信号都是随时间连续变化的模拟量，如用热电偶测温度，热模拟式显示仪表中的信号都是随时间连续变化的模拟量，如用热电偶测温度，热电势是连续变化的模拟量。其中的测量电桥、放大器等都是模拟电路，与其相应电势是连续变化的模拟量。其中的测量电桥、放大器等都是模拟电路，与其相应的显示方式是标尺、指针、记录笔画曲线等。而数字式显示仪表也是先用传感器的显示方式是标尺、指针、记录笔画曲线等。而数字式显示仪表也是先用传感器将待测变量如压力、物位、流量、温度等转换成相对应的物理量，一般为电信号，将待测变量如压力、物位、流量、温度等转换成相对应的物理量，一般为电信号，再经模数转换（再经模数转换（ADCADC）成数字信号（脉冲信号），由数字电路处理后直接以数）成数字信号（脉冲信号），由数字电路处理后直接以数字形式显示被测结果。字形式显示被测结果。第39页/共52页一原理与基本组成数字式显示仪表一般应具备模数转换（ADC）、非线性补偿、标度变换三部分。第40页/共52页一原理与基本组成17第41页/共52页二模数转换双积分ADC的基本原理是对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变成与之成正比的时间间隔，然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，进而得到相应的数字量输出。由于该转换电路是对输入电压的平均值进行变换，所以它具有很强的抗工频干扰能力，在数字测量中得到广泛应用。第42页/共52页工作过程分两步：采样积分时间：K1闭合，Ui通过R向C充电，充电时间长度为t1第43页/共52页工作过程分两步：比较测量时间t2：K1 断开，K2闭合，UB通过R向C反充电，计数开始，C上电压开始下降；C上电压过零时计数停止，K2断开，K3闭合使C电荷清零。第44页/共52页输入电压越大，t2时间间隔越大，计数器所计的数也越大。从而完成了模数转换第45页/共52页三电信号的标准化与标度变换信号的类别不同，电平高低相差悬殊。信号的标准化:将不同性质的信号或不同电平的信号统一起来，称为信号的标准化国内采用的统一直流信号电平有：010mV,0 30mV,0 50mV第46页/共52页标度变换实质就是比例尺的变更第47页/共52页四 非线性输入信号的线性化多数传感器都具有非线性特性，既不利于读数和测量结果的分析处理，而且是产生测量误差的主要原因之一。为了减小或消除非线性误差，必须进行非线性补偿。方法可分为开环式、闭环式 这些补偿方法都是要求在测量回路中加入某个线性化器，利用线性化器的非线性函数去补偿传感器的非线性特性。第48页/共52页用若干段直线连接成一条折线来近似表示所需的非线性输出输入特性曲线(复杂的解析表达式也可描绘成曲线)折线逼近法，在实际中获得了广泛应用。常用的折线逼近法有两种第49页/共52页图 折线逼近法 截线近似法：折线的转折点都位于被逼近的曲线上，如图a第50页/共52页图 折线逼近法 D近似法：在预定的误差D内，在被逼近的函数f(x)附近作两个新的函数f(x)+D和f(x)-D，在这两个新函数之间来回作穿越f(x)的最长折线，如图b第51页/共52页感谢您的观看。第52页/共52页
