《热工仪表文件》PPT课件.ppt

热工测量及仪表(四),第五章 显示仪表,测量仪表的显示部分是仪表与观察者相联系的环节,是仪表的输出部分,被测量参数的数值最终由它反映出来.显示仪表分类 按显示方式:模拟式、数字式、图形显示式三种.按仪表结构特点:带微处理器、不带微处理器两类.按使用性质:标准式、实验室用、工业用三种.按系统构成方式:串联(开环式)、反馈(闭环式)两种.,模拟式显示仪表 模拟式显示仪表是以模拟量(如指针的转角、记录笔的位移)来显示或记录被测量值的一种自动化仪表.按工作原理分类:a、磁电式显示与记录仪表(动圈式显示仪表)b、自动平衡式显示与记录仪表(平衡电位差计、平衡电桥)c、光柱式显示仪表、LED光住显示仪(发光二极管)特点:结构简单可靠,价格低廉,可直观反映测量值的变化趋势,因此,在数字化和微处理器快速发展的今天,它仍有难以取代的位置.,数字式显示仪表 数字式显示仪表是一种以十进制数码形式显示被测量值.按功能分类:a、显示型:对工艺参数进行数字显示.b、显示报警型:显示各种被测量参数,并对有关参数越限报警.c、显示调节型:具有测量、显示功能外,并可按一定规律将工艺参数控制在一定范围;两位调节、三位调节、时间比例调节、连续PID调节等.d、巡回检测型:定时对各信号进行巡回检测和显示.特点:读数直观方便,无读数误差,准确度高,响应速度快,易和计算机联机进行数据处理.,第一节 动圈式显示仪表,动圈仪表实际上是一种测量电流的仪表,被指示的参数首先要由相应的原件转换成电势或电阻信号,然后再经过测量电路转换成流过动圈的微安级电流,电流的大小可由动圈偏转角度指示出来.,特点:体积小,重量轻,结构及线路简单,价格低廉,易于维护,并有相当的精度(1.0级);既能单独用做显示仪表,又能兼有显示、调节和报警功能.应用范围:测量电压、电流、电阻、交流电参数(配上适当器件和线路)测量温度、压力、流量、多种非电量参数(配上传感器、变换器),一、动圈式仪表的工作原理 1、电磁力矩 将漆包细铜线绕成的无框架可动线圈置于永久磁铁的磁场B中,当线圈中流过电流I时,可动线圈两垂直边的角边都将受到大小相等,方向相反的电磁作用力F.F=nLBI n-线圈匝数 L-有效边长度 B-磁场强度 I-线圈中的电流量,这两个力F的合成使可动线圈受到一个电磁力矩M的作用.M=nBAIcos Nm A-可动线圈的面积 A=2rL-永久磁铁磁力线与动圈平面夹角.,当动圈处同心圆形磁场中,动圈所受到的力矩M为M=nBAI,2、反作用力矩 产生反作用力矩的方法取决于动圈支撑机构张丝.张丝扭转后产生反作用力矩 Mn=K k-张丝性能与张力系数-动圈偏转角度 当两力矩平衡时:M=Mn 即:nBAI=K 令 C=常数 灵敏度 则有:=CI 动圈的偏转角度流过动圈的电流I成正比.,3、动圈表的结构:动圈系统、磁路系统、电气线路组成.动圈表中的无框架线圈及张丝支承结构如图:平衡锤用来调节可动部分重心位置,使可动部分重心与转轴中心重合,可以减少误差.,仪表的磁路系统:由两块圆弧立式永久磁铁、两块极靴铁、柱式铁芯、环形接铁组合形成立式磁场.将动圈置于空隙中,磁分路调节片用来调节空隙中磁感应强度,用来微调指针.,动圈式显示仪表工作原理简图 测量线路把被测量（热电势或热电阻值）转换为测量机构可以直接接受的信号。测量机构是电磁式毫伏计，仪表的核心部分。,二、测量线路电阻的温度补偿 在测量时，为了使热电偶的热电势E(t，t0)与动圈的电流有严格的对应关系,应该使测量线路总电阻R总为定值.R总=Rw+Rn,才能有I=Ui/(Rw+Rn)为恒定。,RW动圈表的外部电阻,由热电偶、补偿线等组成.Rn动圈表的内部电阻,由Rc、RT、RB、RD组成.其中Rc量程调整电阻.RC=2001000,RT热敏电阻,负温度系数电阻.RB锰铜电阻,不随温度变化.RD动圈电阻,正温度系数电阻.动圈仪表内电阻的温度补偿分析.T0RD RT RK=Rn=RC+RK+RD恒定 对RD进行温度电阻补偿I=恒定,RW动圈表的外电阻,RW=15定值,RW由热电偶电阻、补偿导线电阻、连接导线电阻、冷端补偿器(补偿电桥)电阻、外接线路的调整电阻RL.,三、测量线路1、配热电偶线路,仪表原来的量程0E1mv,则通过动圈的满刻度(量程)电流为 I=改变量程后0E2mv,相应的串联电阻RC2I=由于=,有=则RC2=(R总+RC1)-R总,例:用动圈表测量直流电压,设动圈电阻RD=80,满量程电流为050mv,现要把量程改为0150mv,问应串联多大的电阻.解:设串联电阻为RC,根据改量程后流过动圈的满量程电流相等的原则,可列出下式:可得RC=160,2、配热电阻测量线路 动圈仪表与热电阻配套用于测量温度时,必须首先将电阻随温度的变化值转换成毫伏信号,热电阻Rt与R0、R2、R3、R4组成平衡电桥.当被测量温度为仪表刻度起始点温度t0时,Rt=Rto Ucd=0,动圈电流为零,当tto时,RtRt0,Ucd0,动圈表流过电流.,四、动圈式显示仪表的型号 动圈表的型号由三节组成第一节 三位汉语拼音字母 代表仪表工作原 理,指示方式第二节 数字表示 代表设计序列和种类,仪表 的功能,配接传感器类型,尾注-特点.第三节 数字表示,表示设计序号,第二节 自动平衡式显示仪表,热工测量中采用的自动平衡式显示仪表均应用了电气平衡原理,电压平衡法.特点:精确度高,反应快,灵敏度高,功能全,被广泛采用的一类显示仪表,多数平衡式仪表具有记录功能,常称为记录仪.自动平衡式显示仪表分类:电子电位差计,电子平衡电桥,电子差动仪.,一、电位差计 电位差计的工作原理就是根据平衡法原理,将被测电势与已知的标准电势相比较,当两者的差值为零时,被测电势就等于标准电势.测量标准电压的方法:分压线路、桥式线路.,通过滑线电阻RABC的电流I1，用电流表A显示其数值，当改变滑线电阻上滑动触点B的位置，直到检流计G中通过的电流I2=0时，I1RAB=E(t，t0)，即用RAB代表E(t，t0)，即触点B的相应位置，可以直接刻度毫伏值。,1、分压线路工作原理,Uab为恒定值，R1R2R3R4不变，此时Uef的值决定于滑线变阻器滑动触点B的位置，调节B点位置，使检流计G的电流为零，则有Uef=E（t，t0），即E（t，t0）的数值是由滑动触点B的位置来反映，所以滑动触点B的相应位置可以直接刻度到毫伏数。,2、桥式线路工作原理,利用标准电池EN，标准电阻RN及检流计G组成的回路用来校准工作电流I1，使用方法如下:,3、手动电位差计,校准工作电流 首先将开关K合在“标准”位置调节RS,使检流计G指示为零,此时RN=EN I=因为EN和RN都是已知的标准值.所以,此时电流I为该仪表设计时的规定值,I=C常数.测量未知热电势E 工作电流校准后,将开关K合在“测量”位置上,断开校准回路,接通测量回路,移动滑动触点B的位置,使检流计指示为零,此时,E=UAB=IRAB=RBC=CRBC,所被测热电势E可由滑动触点B的位置来确定.,动圈式仪表与平衡式仪表的区别,动圈式仪表电流型仪表，被测信号是电流，仪表是根据电流大小值来显示 平衡式仪表电压型仪表，被测信号是电压，仪表是根据电压高低值来显示,二、电子电位差计 它与手动电位差计原理相同,不同之处是用电子放大器代替检流计G,用可逆电机及一套机械传动机构代替人的手工操作.由测量桥、放大器、伺服电机、传动机构、指示或记录机构组成.,工作原理 电子电位差计是采用桥式线路来测量电势的,将热电势E与UAB相比较,其比较后的差值(即不平衡信号)经放大器放大后,其输出功率可以达到驱动可逆电机转动,使可逆电机的转动量通过一套传动机构去带动滑动触点B的移动,直到E=UAB为止.这时放大器的输入信号为零,输出信号也为零,可逆电机不再转动,测量线路达到平衡.,2、电子电位差计的组成及作用1)测量桥路冷端温度补偿电阻R2下支路限流电阻R3起始值电阻RG上支路限流电阻R4滑线电阻RP工艺电阻RB量程电阻RM2)稳压电源,供给稳定电压,国产稳压电源提供1V直流电压,工作电流210mA.3)晶体管放大器 把测量桥路输出的微弱偏差信号(一般几十微伏)放大为能推动伺服可逆电机旋转的输出功率.,三、电子电位差计的抗干扰问题,干扰源:电磁场、电场、漏电流、其他因素影响造成影响:示值误差增大和不稳定 灵敏度下降,不灵敏区增大.指针运行缓慢,全行程时间增加.带调节器的仪表会在给定点处摆动,引起继电器跳动.干扰的方式:串模干扰、共模干扰,串模干扰:(端间干扰、横向干扰)在仪表输入端之间出现的交流信号,与被测信号串在一起.来源:大功率变压器、交流电机、强电流导线；抗串模干扰的措施:a、热电偶连接导线外面加屏蔽.b、热电偶连接导线远离强磁场.c、在仪表的输入加滤波电路.,共模干扰:(对地干扰、纵向干扰)在仪表任一输入端与地之间产生交流的干扰信号.来源:电炉漏电至热电偶丝上;在地电势(用电设备旁)引入仪表高压电场影响.抗共模干扰的措施:a、热电偶悬空安装.b、放大器“浮空”,将放大器与仪表外壳(大地)绝缘.c、采用三线热电偶.d、热电偶的保护套管接地.e、旁路电容法.f、等电位屏蔽.,四、自动平衡显示仪表的型号由两节组成第一节 三位英文字母,仪表仪表工作原理,外 形及指示方式.第二节 三位数字,代表指针和笔的数量,功能 特性.,动圈式测温仪表,手动电位差计,