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(guò)程中各種參數(shù)進(jìn)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(lái)分：可分為電動(dòng)顯示儀表、氣動(dòng)顯示儀表；按照顯示方式來(lái)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(lái)模擬顯示被測(cè)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(jī)構(gòu)或機(jī)電式伺服機(jī)構(gòu)，因此，測(cè)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(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)格低廉且又能反映出被測(cè)值的變化趨勢(shì)，因而大量應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。這類儀表測(cè)量速度快、精度高、讀數(shù)直觀，對(duì)所測(cè)參數(shù)便于進(jìn)行數(shù)值控制和數(shù)字打印記錄，尤其是它能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，便于和數(shù)字計(jì)算機(jī)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(jìn)行顯示。它是隨著電子計(jì)算機(jī)的推廣應(yīng)用而相應(yīng)發(fā)展起來(lái)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(cè)參數(shù)值大小的儀表。

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

它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、靈敏可靠等優(yōu)點(diǎn)。如XCZ型動(dòng)圈儀表可指示被測(cè)參數(shù)；

而XCT型動(dòng)圈儀表除對(duì)參數(shù)指示外，還有控制功能。動(dòng)圈式儀表的輸入信號(hào)：可以是直流毫伏信號(hào)，如檢測(cè)元件或傳感器或變送器送來(lái)的直流毫伏信號(hào)；也可以是非電勢(shì)信號(hào)但必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)轉(zhuǎn)換電路后能轉(zhuǎn)換成電勢(shì)信號(hào)的參數(shù)。1.測(cè)量機(jī)構(gòu)及作用原理

結(jié)構(gòu)：(1)、勻強(qiáng)永久磁場(chǎng)：一對(duì)徑向同心永磁極芯（場(chǎng)強(qiáng)處處相等）(2)、動(dòng)圈：置于永久磁場(chǎng)中的矩形可動(dòng)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(qiáng)”僅相對(duì)而言，僅在動(dòng)圈活動(dòng)的范圍內(nèi)近似，磁場(chǎng)難于做到真正的“均勻”。（相對(duì)動(dòng)圈弧形運(yùn)動(dòng)而言，有效范圍內(nèi)）用張絲把動(dòng)圈吊置在永久磁鋼的空間磁場(chǎng)中。當(dāng)測(cè)量信號(hào)通過(guò)張絲加在動(dòng)圈上時(shí)，便有電流流過(guò)動(dòng)圈。此時(shí)載流線圈將受磁場(chǎng)力作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)使張絲扭轉(zhuǎn)，此時(shí)，張絲就產(chǎn)生反抗動(dòng)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，這個(gè)反力矩隨著張絲扭轉(zhuǎn)角的增大而增大。當(dāng)兩力矩平衡時(shí)，動(dòng)圈就停留在某一位置；由于動(dòng)圈的位置與輸入毫伏信號(hào)相對(duì)應(yīng)，當(dāng)面板刻成溫度標(biāo)尺時(shí)，指針就指示出被測(cè)對(duì)象的溫度數(shù)值。1.測(cè)量機(jī)構(gòu)及作用原理當(dāng)給“動(dòng)圈”通以定向電流時(shí)，該電流沿電線縱向“切割”磁力線，從而引起動(dòng)圈水平方向的旋轉(zhuǎn)（方向依右手定則判斷）1.測(cè)量機(jī)構(gòu)及作用原理其實(shí)動(dòng)圈的旋轉(zhuǎn)直接解釋為：勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向及強(qiáng)弱是恒定的；由于被測(cè)電流在動(dòng)圈內(nèi)感生的被激磁場(chǎng)的強(qiáng)弱與被測(cè)電流成正比；兩個(gè)磁場(chǎng)的因方向夾角及強(qiáng)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(dòng)圈匝數(shù)；I－被測(cè)電流值；B－場(chǎng)強(qiáng)；S－線圈面積；

L－線圈高度（磁場(chǎng)中載流導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度）。由張絲吊帶扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的對(duì)動(dòng)圈的反旋轉(zhuǎn)力矩：

M反＝k·Φ；Φ－動(dòng)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(duì)熱電勢(shì)測(cè)量的前提條件是回路中總電阻R為定值2.整機(jī)線路分析流過(guò)動(dòng)圈的電流不僅和熱電偶的熱電勢(shì)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(guò)動(dòng)圈的電流應(yīng)為：1、現(xiàn)實(shí)中由于熱電偶距顯示儀表的距離長(zhǎng)短不一，規(guī)定外線路電阻R外=15Ω；當(dāng)時(shí)，表內(nèi)設(shè)有外線路調(diào)整電阻，R調(diào)（電位器）2.整機(jī)線路分析2、R串：這個(gè)恒定電阻較大，使動(dòng)圈電阻隨溫度變化而引起測(cè)量的相對(duì)誤差減少。用錳銅絲繞制，數(shù)值可按量程大小選擇。R動(dòng)R串R調(diào)RTRB動(dòng)圈表實(shí)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(shí)，對(duì)應(yīng)于不同熱電偶的不同測(cè)溫范圍所產(chǎn)生的熱電勢(shì)，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(dòng)圈本身是用銅導(dǎo)線繞制而成的，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，電阻就增大，在相同的毫伏信號(hào)輸入的情況下，回路內(nèi)電流將會(huì)減少，儀表的指示值就偏低。因此，也需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償RT//RB。2.整機(jī)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(bǔ)償就過(guò)頭了，因此再用一個(gè)錳銅絲繞制的電阻R并(50Ω)和熱敏電阻RT(20℃時(shí)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(dòng)圈式顯示儀表

XCZ—102型動(dòng)圈儀表與熱電阻相配套構(gòu)成熱電阻溫度計(jì)。

其原理線路如圖所示。由圖可知，它是由穩(wěn)壓電源、動(dòng)圈儀表和不平衡測(cè)量橋路組成。動(dòng)圈式儀表實(shí)際上是一個(gè)磁電式毫伏計(jì)，所以要求輸入信號(hào)是直流毫伏信號(hào)。當(dāng)配接熱電阻測(cè)溫時(shí)，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(hào)。為了準(zhǔn)確地指示出被測(cè)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(zhǎng)短不同而引起的測(cè)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(shí)，就帶有3個(gè)用錳銅絲繞制而成的電阻，其阻值每個(gè)為5Ω，稱之為外接調(diào)整電阻。在校驗(yàn)儀表時(shí)，必須把這3個(gè)外接調(diào)整電阻分別接在儀表的接線端子上。在實(shí)際使用時(shí)，若每根連接導(dǎo)線電阻不足5Ω時(shí)，則須用外接調(diào)整電阻來(lái)補(bǔ)足，使外接電阻湊足為5Ω。二、XCZ—102型動(dòng)圈式顯示儀表3.幾點(diǎn)要說(shuō)明的問(wèn)題(1)動(dòng)圈式儀表的型號(hào)為XCZ，

有附加裝置進(jìn)行自動(dòng)控制的型號(hào)為XCT。(2)在使用時(shí)，必須注意與測(cè)溫元件配套的問(wèn)題。在儀表面板上注有與測(cè)溫元件配套的分度號(hào)。否則將產(chǎn)生極大的人為誤差。(3)要會(huì)使用外接調(diào)整電阻。在動(dòng)圈儀表安裝位置不變的情況下，安裝一次測(cè)溫元件時(shí)，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(shí)，R外＝15Ω。配用熱電阻時(shí)，R外＝5Ω。(4)儀表出廠時(shí)將短路端子用導(dǎo)線短路，實(shí)際上就是將動(dòng)圈本身短接成一回路，構(gòu)成一個(gè)磁感應(yīng)阻尼器。電位差計(jì)的工作原理是根據(jù)平衡法(也稱補(bǔ)償法、零值法)將被測(cè)電勢(shì)與已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)相比較，當(dāng)兩者的差值為零時(shí)，被測(cè)電勢(shì)就等于已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)。圖中R為線性度很高的錳銅線繞電阻，通過(guò)它的電流I是恒定的。G為檢流計(jì)，它是個(gè)靈敏度很高的電流計(jì)。測(cè)量時(shí)，可調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸點(diǎn)C的位置，以使RCB上的壓降UCB變化，則得UCB=IRCB;一、手動(dòng)電位差計(jì)這樣，當(dāng)UCB＞Et時(shí)或UCB＜Et時(shí)，檢流計(jì)中就有電流流過(guò)，指針就發(fā)生偏轉(zhuǎn)；

只有當(dāng)UCB＝Et時(shí)，檢流計(jì)中無(wú)電流流過(guò)，即此時(shí)I檢＝0。也就是說(shuō)，這時(shí)的巳知電壓UCB正好和未知熱電勢(shì)Et平衡，即Et=UCB（條件：I檢=0）根據(jù)滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置．可以讀出UCB，這樣就達(dá)到了對(duì)未知熱電勢(shì)測(cè)量的目的。一、手動(dòng)電位差計(jì)一、手動(dòng)電位差計(jì)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(gè)好辦法。如果用電池代替穩(wěn)壓電源時(shí)，就應(yīng)在工作回路中加調(diào)整工作電流的電位器RH和標(biāo)準(zhǔn)電阻RN。它利用標(biāo)準(zhǔn)電池EN及標(biāo)準(zhǔn)電阻RN來(lái)校準(zhǔn)工作電流I，以確保工作電流恒定。兩種測(cè)量熱電勢(shì)的方法測(cè)得的結(jié)果極為準(zhǔn)確，其原因如下。①由于它們是在全補(bǔ)償時(shí)(亦即檢流計(jì)中無(wú)電流通過(guò)時(shí))進(jìn)行測(cè)量讀數(shù)、因此，被測(cè)熱電勢(shì)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(duì)測(cè)量結(jié)果也無(wú)影響。②測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性是依賴于標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)及測(cè)量回路電阻的精度，而標(biāo)準(zhǔn)電池及電阻一般可以得到較高的準(zhǔn)確性。③應(yīng)用了高靈敏度檢流計(jì)作為監(jiān)測(cè)。一、手動(dòng)電位差計(jì)用可逆電機(jī)代替人工操作（傳動(dòng)機(jī)械），用放大器代替檢流計(jì)。1、測(cè)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(biāo)準(zhǔn)電流回路均可以去掉，再將電源的支路翻下來(lái)，如圖所示。為了提高橋路的靈敏度，用放大器取代檢流計(jì)，并用放大后的不平衡電壓△U輸出驅(qū)動(dòng)“可逆電機(jī)”，通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)滑動(dòng)觸點(diǎn)C，自動(dòng)調(diào)平衡（代替手動(dòng)），直至△U=0，才可以讀數(shù)。二、自動(dòng)電子電位差計(jì)二、自動(dòng)電子電位差計(jì)二、自動(dòng)電子電位差計(jì)暫時(shí)把R//RP//RM看作一個(gè)電阻。為了能使滑線電阻R的滑動(dòng)全范圍時(shí)，對(duì)應(yīng)熱電勢(shì)的變化全范圍，需要在上支路設(shè)置兩個(gè)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(gè)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(guò)改變RM阻值，達(dá)到改變?nèi)齻€(gè)電阻并聯(lián)等效后的結(jié)果阻值。二、自動(dòng)電子電位差計(jì)附滑線電阻R’同R（材料、阻值、規(guī)格）同種材料，接觸電勢(shì)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(diǎn)時(shí)，可以形成軌道。<RR’二、自動(dòng)電子電位差計(jì)

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

正反方向來(lái)帶動(dòng)滑輪（滑動(dòng)觸點(diǎn)）及指針自動(dòng)調(diào)平衡直至

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

墨水、指針等）第三節(jié)自動(dòng)電子平衡電橋電子自動(dòng)平衡電橋也是與熱電阻配套測(cè)溫使用，但它精度較高，能自動(dòng)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(cè)溫,主要是有一個(gè)三線制問(wèn)題,是用電橋法測(cè)溫的特有問(wèn)題。從原理上講，只有當(dāng)熱電阻阻值變化量相對(duì)熱電阻而言可以忽略時(shí)，△U與△Rt近似線性關(guān)系。在準(zhǔn)確性上，受到一定限制。一、平衡電橋的測(cè)溫原理而電子平衡電橋是利用平衡電橋來(lái)測(cè)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(duì)角線A、B接入一檢流計(jì)G；

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

r1—單位刻度對(duì)應(yīng)的電阻值；從上式可以看出：滑動(dòng)觸點(diǎn)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(diǎn)的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。如果將檢流計(jì)換成電子放大器，利用被放大的不平衡電壓去推動(dòng)可逆電機(jī)，使可逆電機(jī)再帶動(dòng)滑動(dòng)觸點(diǎn)B以達(dá)到電橋平衡。這就是自動(dòng)平衡電橋的基本原理。一、平衡電橋的測(cè)溫原理二、自動(dòng)電子平衡電橋目前我國(guó)生產(chǎn)的電子自動(dòng)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(shí)，輸出的不平衡電壓是交流值，可以省去變流級(jí)而直接送到交流放大器，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。但因無(wú)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(gè)缺點(diǎn)，獲得較高的精度。二、自動(dòng)電子平衡電橋如圖所示，同自動(dòng)電子電位差計(jì)一樣，RnP也是由三個(gè)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(diǎn)刻度的電阻；r5、r6作為刻度的微調(diào)用。二、自動(dòng)電子平衡電橋以上所述是自動(dòng)電子平衡電橋的原理圖，而一臺(tái)完整的自動(dòng)電子平衡電橋的方框圖如下圖所示。三、自動(dòng)電子平衡電橋與

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