最好的化工儀表理論課件

第四章顯示儀表凡是能將生產(chǎn)過程中各種參數(shù)進行指示、記錄或累積的儀表

統(tǒng)稱為顯示儀表（二次儀表)。按照能源來分：可分為電動顯示儀表、氣動顯示儀表；按照顯示方式來分：可分為模擬式、數(shù)字式和圖像顯示三種。

模擬式顯示儀表，是以儀表的指針(或記錄筆)的線性位移或角位移來模擬顯示被測參數(shù)連續(xù)變化的儀表。這類儀表大多數(shù)要使用磁電偏轉(zhuǎn)機構(gòu)或機電式伺服機構(gòu)，因此，測量速度較慢，精度較低、讀數(shù)容易造成多值性。但它結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格低廉且又能反映出被測值的變化趨勢，因而大量應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。這類儀表測量速度快、精度高、讀數(shù)直觀，對所測參數(shù)便于進行數(shù)值控制和數(shù)字打印記錄，尤其是它能將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，便于和數(shù)字計算機或其他數(shù)字裝置聯(lián)用，得到迅速的發(fā)展。

圖像顯示，就是將圖形、曲線、字符和數(shù)字等直接在屏幕上進行顯示。它是隨著電子計算機的推廣應(yīng)用而相應(yīng)發(fā)展起來的一種新型顯示儀器，其中應(yīng)用比較普遍的是液晶顯示器。

數(shù)字顯示儀表，是直接以數(shù)字形式顯示被測參數(shù)值大小的儀表。

第四章顯示儀表第一節(jié)動圈式顯示儀表動圈式顯示儀表是我國中小型企業(yè)廣泛使用的模擬式儀表。

它具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、靈敏可靠等優(yōu)點。如XCZ型動圈儀表可指示被測參數(shù)；

而XCT型動圈儀表除對參數(shù)指示外，還有控制功能。動圈式儀表的輸入信號：可以是直流毫伏信號，如檢測元件或傳感器或變送器送來的直流毫伏信號；也可以是非電勢信號但必須經(jīng)過適當轉(zhuǎn)換電路后能轉(zhuǎn)換成電勢信號的參數(shù)。1.測量機構(gòu)及作用原理

結(jié)構(gòu)：(1)、勻強永久磁場：一對徑向同心永磁極芯（場強處處相等）(2)、動圈：置于永久磁場中的矩形可動線圈（漆包線繞制）(3)、張絲支撐：（鈹青銅）彈性吊帶，兼作電流導(dǎo)線

注：“勻強”僅相對而言，僅在動圈活動的范圍內(nèi)近似，磁場難于做到真正的“均勻”。（相對動圈弧形運動而言，有效范圍內(nèi)）用張絲把動圈吊置在永久磁鋼的空間磁場中。當測量信號通過張絲加在動圈上時，便有電流流過動圈。此時載流線圈將受磁場力作用而轉(zhuǎn)動，動圈的轉(zhuǎn)動使張絲扭轉(zhuǎn)，此時，張絲就產(chǎn)生反抗動圈轉(zhuǎn)動的力矩，這個反力矩隨著張絲扭轉(zhuǎn)角的增大而增大。當兩力矩平衡時，動圈就停留在某一位置；由于動圈的位置與輸入毫伏信號相對應(yīng)，當面板刻成溫度標尺時，指針就指示出被測對象的溫度數(shù)值。1.測量機構(gòu)及作用原理當給“動圈”通以定向電流時，該電流沿電線縱向“切割”磁力線，從而引起動圈水平方向的旋轉(zhuǎn)（方向依右手定則判斷）1.測量機構(gòu)及作用原理其實動圈的旋轉(zhuǎn)直接解釋為：勻強磁場的方向及強弱是恒定的；由于被測電流在動圈內(nèi)感生的被激磁場的強弱與被測電流成正比；兩個磁場的因方向夾角及強弱大小產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩恰好與張絲的反旋轉(zhuǎn)力矩平衡。電旋轉(zhuǎn)力矩：M磁＝N·I·B·S；F＝BI·L；S＝L·2r；

N－動圈匝數(shù)；I－被測電流值；B－場強；S－線圈面積；

L－線圈高度（磁場中載流導(dǎo)線的有效長度）。由張絲吊帶扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的對動圈的反旋轉(zhuǎn)力矩：

M反＝k·Φ；Φ－動圈旋轉(zhuǎn)角度（約30o左右）k＝C·2r；C－彈性系數(shù)（在較小的扭轉(zhuǎn)范圍內(nèi)近似常數(shù)）；E＝I×R；對熱電勢測量的前提條件是回路中總電阻R為定值2.整機線路分析流過動圈的電流不僅和熱電偶的熱電勢E(t，t0)有關(guān)，也和回路內(nèi)總的電阻有關(guān)，回路中總的電阻R總是表內(nèi)電阻R內(nèi)和表外電阻R外之和。R＝R內(nèi)＋R外；按歐姆定律，流過動圈的電流應(yīng)為：1、現(xiàn)實中由于熱電偶距顯示儀表的距離長短不一，規(guī)定外線路電阻R外=15Ω；當時，表內(nèi)設(shè)有外線路調(diào)整電阻，R調(diào)（電位器）2.整機線路分析2、R串：這個恒定電阻較大，使動圈電阻隨溫度變化而引起測量的相對誤差減少。用錳銅絲繞制，數(shù)值可按量程大小選擇。R動R串R調(diào)RTRB動圈表實質(zhì)是電流表，儀表指針的偏轉(zhuǎn)角度所限定的電流值，電流一定時，對應(yīng)于不同熱電偶的不同測溫范圍所產(chǎn)生的熱電勢，只要成比例改變回路電阻R，就能適應(yīng)不同量程范圍，R串----量程調(diào)整電阻。3、動圈本身是用銅導(dǎo)線繞制而成的，當環(huán)境溫度升高時，電阻就增大，在相同的毫伏信號輸入的情況下，回路內(nèi)電流將會減少，儀表的指示值就偏低。因此，也需要進行溫度補償RT//RB。2.整機線路分析一般是在線路中串接熱敏電阻RT。

熱敏電阻的電阻值隨溫度的升高而下降，且呈指數(shù)規(guī)律變化。但是，如果只用熱敏電阻補償就過頭了，因此再用一個錳銅絲繞制的電阻R并(50Ω)和熱敏電阻RT(20℃時為68Ω)并聯(lián)，以削弱RT的影響，此并聯(lián)后的特性接近于線性變化。二、XCZ—102型動圈式顯示儀表

XCZ—102型動圈儀表與熱電阻相配套構(gòu)成熱電阻溫度計。

其原理線路如圖所示。由圖可知，它是由穩(wěn)壓電源、動圈儀表和不平衡測量橋路組成。動圈式儀表實際上是一個磁電式毫伏計，所以要求輸入信號是直流毫伏信號。當配接熱電阻測溫時，就得設(shè)法將熱電阻阻值隨溫度的變化轉(zhuǎn)換成毫伏信號。為了準確地指示出被測溫度的數(shù)值，將不平衡電橋采用三線制接法，并加外接調(diào)整電阻。為了克服因連接導(dǎo)線長短不同而引起的測量誤差，一般規(guī)定連接導(dǎo)線的電阻值為3×5Ω，即每根連接導(dǎo)線的電阻值為5Ω。這樣，儀表出廠時，就帶有3個用錳銅絲繞制而成的電阻，其阻值每個為5Ω，稱之為外接調(diào)整電阻。在校驗儀表時，必須把這3個外接調(diào)整電阻分別接在儀表的接線端子上。在實際使用時，若每根連接導(dǎo)線電阻不足5Ω時，則須用外接調(diào)整電阻來補足，使外接電阻湊足為5Ω。二、XCZ—102型動圈式顯示儀表3.幾點要說明的問題(1)動圈式儀表的型號為XCZ，

有附加裝置進行自動控制的型號為XCT。(2)在使用時，必須注意與測溫元件配套的問題。在儀表面板上注有與測溫元件配套的分度號。否則將產(chǎn)生極大的人為誤差。(3)要會使用外接調(diào)整電阻。在動圈儀表安裝位置不變的情況下，安裝一次測溫元件時，都要重新調(diào)整一次外接調(diào)整電阻的數(shù)值，配用熱電偶時，R外＝15Ω。配用熱電阻時，R外＝5Ω。(4)儀表出廠時將短路端子用導(dǎo)線短路，實際上就是將動圈本身短接成一回路，構(gòu)成一個磁感應(yīng)阻尼器。電位差計的工作原理是根據(jù)平衡法(也稱補償法、零值法)將被測電勢與已知的標準電勢相比較，當兩者的差值為零時，被測電勢就等于已知的標準電勢。圖中R為線性度很高的錳銅線繞電阻，通過它的電流I是恒定的。G為檢流計，它是個靈敏度很高的電流計。測量時，可調(diào)節(jié)滑動觸點C的位置，以使RCB上的壓降UCB變化，則得UCB=IRCB;一、手動電位差計這樣，當UCB＞Et時或UCB＜Et時，檢流計中就有電流流過，指針就發(fā)生偏轉(zhuǎn)；

只有當UCB＝Et時，檢流計中無電流流過，即此時I檢＝0。也就是說，這時的巳知電壓UCB正好和未知熱電勢Et平衡，即Et=UCB（條件：I檢=0）根據(jù)滑動觸點的位置．可以讀出UCB，這樣就達到了對未知熱電勢測量的目的。一、手動電位差計一、手動電位差計由上述可知，要想使工作電流I等于定值，用穩(wěn)壓電源供電是一個好辦法。如果用電池代替穩(wěn)壓電源時，就應(yīng)在工作回路中加調(diào)整工作電流的電位器RH和標準電阻RN。它利用標準電池EN及標準電阻RN來校準工作電流I，以確保工作電流恒定。兩種測量熱電勢的方法測得的結(jié)果極為準確，其原因如下。①由于它們是在全補償時(亦即檢流計中無電流通過時)進行測量讀數(shù)、因此，被測熱電勢本身引起的壓降損失和導(dǎo)線上的壓降損失就不存在了，對測量結(jié)果也無影響。②測量結(jié)果的準確性是依賴于標準電池的電動勢及測量回路電阻的精度，而標準電池及電阻一般可以得到較高的準確性。③應(yīng)用了高靈敏度檢流計作為監(jiān)測。一、手動電位差計用可逆電機代替人工操作（傳動機械），用放大器代替檢流計。1、測量橋路分析：gcEExR++--由于采用了穩(wěn)壓電源供電，原電路中的調(diào)整工作電流電阻RH以及標準電流回路均可以去掉，再將電源的支路翻下來，如圖所示。為了提高橋路的靈敏度，用放大器取代檢流計，并用放大后的不平衡電壓△U輸出驅(qū)動“可逆電機”，通過傳動系統(tǒng)帶動滑動觸點C，自動調(diào)平衡（代替手動），直至△U=0，才可以讀數(shù)。二、自動電子電位差計二、自動電子電位差計二、自動電子電位差計暫時把R//RP//RM看作一個電阻。為了能使滑線電阻R的滑動全范圍時，對應(yīng)熱電勢的變化全范圍，需要在上支路設(shè)置兩個電阻

RG-下限電阻；R4–上限電阻（上支路限流4mA）。RP—工藝電阻：由于R是手工繞制的滑線電阻，阻值難以精確控制，故需要并聯(lián)一個碳膜電阻，并使RP//R=90Ω，整體考慮，統(tǒng)一生產(chǎn)。RM—量程電阻：通過改變RM阻值，達到改變?nèi)齻€電阻并聯(lián)等效后的結(jié)果阻值。二、自動電子電位差計附滑線電阻R’同R（材料、阻值、規(guī)格）同種材料，接觸電勢相抵消（引出導(dǎo)線的用途）閉合回路內(nèi)處處等電位，甩掉小辮子；平行布置，用滾子作觸點時，可以形成軌道。<RR’二、自動電子電位差計

2、整機結(jié)構(gòu)：（1）電子放大器（JF-12型）交流放大（機械斬波，飄移小）輸入—橋路不平衡電勢△U輸出—驅(qū)動可逆電機的控制電流（2）可逆電機（伺服電機）根據(jù)放大器放大后的△U正負，有

正反方向來帶動滑輪（滑動觸點）及指針自動調(diào)平衡直至

△U=0（停轉(zhuǎn)）（3）同步記錄機構(gòu)同步電機拖動記錄紙均速轉(zhuǎn)動（記錄筆夾

墨水、指針等）第三節(jié)自動電子平衡電橋電子自動平衡電橋也是與熱電阻配套測溫使用，但它精度較高，能自動記錄，是工業(yè)上應(yīng)用很廣泛的儀表之一。關(guān)于熱電阻測溫,主要是有一個三線制問題,是用電橋法測溫的特有問題。從原理上講，只有當熱電阻阻值變化量相對熱電阻而言可以忽略時，△U與△Rt近似線性關(guān)系。在準確性上，受到一定限制。一、平衡電橋的測溫原理而電子平衡電橋是利用平衡電橋來測量熱電阻變化的。圖中Rt為熱電阻、它與R2、R3、R4、RP組成電橋，電源電壓為E0；

對角線A、B接入一檢流計G；

RP為一帶刻度的滑線電阻。一、平衡電橋的測溫原理當被測溫度為下限時，Rt有最小值Rto，滑動觸點應(yīng)在RP的左端，此時電橋的平衡條件是:當被測溫度升高后的平衡條件是:

r1—單位刻度對應(yīng)的電阻值；從上式可以看出：滑動觸點B的位置就可以反映熱電阻的變化，亦即反映了溫度的變化。并且可以看到觸點的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。如果將檢流計換成電子放大器，利用被放大的不平衡電壓去推動可逆電機，使可逆電機再帶動滑動觸點B以達到電橋平衡。這就是自動平衡電橋的基本原理。一、平衡電橋的測溫原理二、自動電子平衡電橋目前我國生產(chǎn)的電子自動平衡電橋有XD系列(交流平衡電橋)、XQ系列（直流平衡電橋）兩種。

其中直流電源為1V，交流電源為6.3V。采用交流電橋時，輸出的不平衡電壓是交流值，可以省去變流級而直接送到交流放大器，結(jié)構(gòu)比較簡單。但因無法在輸入端裝濾波網(wǎng)絡(luò)，故抗干擾能力差。采用直流供電可以克服這個缺點，獲得較高的精度。二、自動電子平衡電橋如圖所示，同自動電子電位差計一樣，RnP也是由三個元件所組成(RP、RB、R5十r5)，RP與RB并聯(lián)后的電阻規(guī)定為90Ω；

R5十r5是調(diào)整儀表量程的電阻；

R6十r6為調(diào)整儀表起始點刻度的電阻；r5、r6作為刻度的微調(diào)用。二、自動電子平衡電橋以上所述是自動電子平衡電橋的原理圖，而一臺完整的自動電子平衡電橋的方框圖如下圖所示。三、自動電子平衡電橋與

自