材料工程計算機測控溫度傳感器及儀表.ppt

1、教學(xué)大綱,1、緒論（2學(xué)時） 介紹本課程性質(zhì)、地位、主要內(nèi)容以及本課程的學(xué)習(xí)方法、教學(xué)目標、考試要求等。 2、常用測控參數(shù)與傳感器 （6學(xué)時） 溫度測量方法、測溫與溫標、膨脹式溫度計、熱電偶、熱敏電阻測溫元件、輻射溫度計、PN節(jié)測溫元件等的原理特點及應(yīng)用。 測試儀表、 動圈式儀表、數(shù)字式測溫儀表的原理及應(yīng)用。熱電偶使用方法及爐膛溫度場測量教學(xué)實驗設(shè)計。 壓力、流量、真空、氣體成分等測量以及位移、速度等參量的測試傳感器及原理。,1,教學(xué)大綱,3、材料加工測控參數(shù)的計算機測量（12學(xué)時） 計算機測量系統(tǒng)的組成與工業(yè)控制計算機、輸入輸出技術(shù)；模擬量輸入輸出通道；數(shù)字量輸入輸出通道；數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)處理

2、、抗干擾技術(shù)；工業(yè)計算機接口技術(shù)等?；贗PC的溫度測量系統(tǒng)，多通道爐膛溫度計算機實時檢測系統(tǒng)實驗設(shè)計。,2,教學(xué)大綱,4、材料加工測控參數(shù)的計算機控制（12學(xué)時） 自動控制系統(tǒng)的基本概念、工業(yè)計算機常規(guī)控制技術(shù)；數(shù)字PID控制算法、數(shù)字PID控制算法的改進、數(shù)字PID控制器的工程實現(xiàn)、數(shù)字PID控制參數(shù)的整定；執(zhí)行器，如電磁閥、可控硅等的基本原理及應(yīng)用；基于IPC的溫度測量與控制系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)。多功能計算機檢測與控制系統(tǒng)實驗設(shè)計。,3,教學(xué)大綱,1、緒論（2學(xué)時） 介紹本課程性質(zhì)、地位、主要內(nèi)容以及本課程的學(xué)習(xí)方法、教學(xué)目標、考試要求等。 2、常用測控參數(shù)與傳感器 （6學(xué)時） 掌握溫度測量方法

3、、測溫與溫標、膨脹式溫度計、熱電偶、熱敏電阻測溫元件、輻射溫度計、PN節(jié)測溫元件等的原理特點及應(yīng)用，掌握測試儀表、 動圈式儀表、數(shù)字式測溫儀表的原理及應(yīng)用。進行熱電偶使用方法及爐膛溫度場測量教學(xué)實驗設(shè)計。掌握壓力、流量、真空、氣體成分等測量以及位移、速度等參量的測試傳感器及原理。 重點支持畢業(yè)要求指標點12.2，1.3 3、材料加工測控參數(shù)的計算機測量（12學(xué)時） 掌握計算機測量系統(tǒng)的組成與工業(yè)控制計算機、工業(yè)計算機輸入輸出技術(shù)、模擬量輸出通道、模擬量輸入通道、數(shù)字量輸入輸出通道、 數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)處理、抗干擾技術(shù)、工業(yè)計算機接口技術(shù)等。掌握基于IPC的溫度測量系統(tǒng)，進行多通道爐膛溫度計算機實時

4、檢測系統(tǒng)實驗設(shè)計。 重點支持畢業(yè)要求指標點12.2，1.3，3.2 4、材料加工測控參數(shù)的計算機控制（12學(xué)時） 掌握自動控制系統(tǒng)的基本概念、工業(yè)計算機常規(guī)控制技術(shù)、數(shù)字PID控制算法、數(shù)字PID控制算法的改進、數(shù)字PID控制器的工程實現(xiàn)、數(shù)字PID控制參數(shù)的整定，以及執(zhí)行器，如電磁閥、可控硅等的基本原理及應(yīng)用，掌握基于IPC的溫度測量與控制系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)。進行多功能計算機檢測與控制系統(tǒng)實驗設(shè)計。,4,材料成型設(shè)備控制基礎(chǔ) 劉立君 電氣控制及PLC PID控制 焊接、鑄造計算機控制 沖壓與塑性成型控制,5,材料工程計算機測控 王振清 參數(shù)測試與傳感器 參數(shù)測試計算機配置 參數(shù)計算機控制 順序控制

5、 串行通信與局域網(wǎng),參考教材,6,7,8,9,10,授課目標 1、單片機C語言； 2、單片機基本結(jié)構(gòu)； 3、單片機控制電路設(shè)計； 4、單片機程序設(shè)計； 5、單片機系統(tǒng)調(diào)試； 6、單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)、調(diào)試。,項目1：廣告燈的分析與制作 項目2：數(shù)字時鐘控制器的分析與設(shè)計 項目 3：智能尋跡小車的設(shè)計與制作 項目4：網(wǎng)絡(luò)溫度測量控制系統(tǒng)的設(shè)計,如何看待MOOC,我覺得慕課作為一種課堂的記錄 能夠很好的幫助我們來復(fù)習(xí)鞏固 但是我認為完全沒必要當作任務(wù)去完成 而當作是一個平臺來解決學(xué)習(xí)中遇到的問題 在這里可以很方便的蹭到各大名校的黃金課程，并且學(xué)習(xí)時間很靈活，可以好好利用這種資源，多學(xué)點東西。

6、課程對我來說很合適，希望老師繼續(xù)為我們做視頻，做更好的視頻，成就更好的學(xué)生,11,本來就是門選修課，還搞這么重的學(xué)習(xí)任務(wù)，耽誤我考研的復(fù)習(xí)時間.,第二講 材料參數(shù)測試與傳感器（溫度測量）,材料工程計算機測控,傳感器的作用及分類 溫度定義與意義 傳感方式及溫標 測溫元件及儀表 膨脹法 熱電偶 熱敏電阻 輻射計 PN結(jié),溫度信號的測試傳感,1 傳“感”器一詞出自人的“感”覺定義： 視覺-觀感；味覺-口感；嗅覺-鼻感； 觸覺-皮感；聽覺-耳感；-“五官” 傳感器定義：（senser） A、 傳感器是將被測的物理、化學(xué)、生物等信息按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用的輸出信息的器件。-（電“五官”） B 、傳感

7、器是從一個系統(tǒng)接收功率，再以另一種形式將功率送到第二個系統(tǒng)中的器件。 -吸收、轉(zhuǎn)換、傳送能量的器件；,一、傳感器的作用及分類,3 傳感器的作用,2. 變換作用：將非電量變換成電量。,傳感器是控制系統(tǒng)中的第一個環(huán)節(jié)，它具有兩個作用：,1. 敏感作用：感受物理量的變化，以完成對被測信號的拾取。,對應(yīng)這兩個作用，傳感器一般由兩部分組成，即敏感元件與變換元件，二者有時很容易分開，有時合二為一。,傳感器隨物理量及變換原理的不同而不同。,一、傳感器的作用及分類,4 傳感器的分類,按輸出信號是模擬量還是數(shù)字量，可分成模擬傳感器與數(shù)字傳感器。（I(t)，V(t)，數(shù)字量，頻率量）。 按變換原理，可分為參量型與

8、發(fā)電型。 參量型：被測量使傳感器本身的電參量R、L、C改變，這種傳感器工作時必須有外加電源。通常將其接入電橋，諧振電路等信號調(diào)節(jié)器中，再變換成電壓或電流量。 發(fā)電型：被測量使傳感器產(chǎn)生電動勢、電流、電荷，可直接接入放大器或記錄儀器，一般不需外加電源，如熱電偶、壓電傳感器等。但由于能量有限，通常還要接放大器。,發(fā)電型,參量型,傳感器作用及分類,5 傳感器工作原理與標定,任何一種傳感器其工作原理都是基于某一種物理現(xiàn)象或化學(xué)現(xiàn)象。這種現(xiàn)象抽象成若干個物理量（其中有一個電量）按一定規(guī)律相互影響，可用一個數(shù)學(xué)公式來表示（建立一個數(shù)學(xué)模型），即： 通常為電量的 y=f(x1,x2,xn) （通常為非電量）

9、 如： R=L/A 就描述了四個物理量間的關(guān)系。,如果我們能夠讓被測量影響某一個參數(shù)，而通過另一個電參數(shù)的變化來反映被測量的大小，那么一個傳感器就制造出來了。所以一種傳感器的設(shè)計、研制都要基于某種物理效應(yīng)，在此基礎(chǔ)上再設(shè)計出敏感部分的結(jié)構(gòu)以及變換部分的結(jié)構(gòu)。,傳感器作用及分類,傳感器在使用之前一般要進行標定，即確定輸入與輸出的關(guān)系，通常由于制作誤差和原理的理想化，使輸入輸出不能嚴格滿足理想的物理公式。所以，只有給定已知輸入，確定輸入、輸出二者間關(guān)系后才能使用。,傳感器作用及分類,5 傳感器的標定,y=kx,意義,是一個表征物體冷、熱程度的物理量，它反映分子熱運動平均動能的大小。,鍛、鑄、焊等工

10、藝均是在特定溫度下進行； 熱處理中的相變對應(yīng)著精確的溫度變化； 電鍍槽液、塑料成型及現(xiàn)代加工工程等都涉及嚴格的溫度要求。,溫度是材料加工過程中最重要的工藝參數(shù)，也是七個基本物理量之一。,二 溫度定義與意義,定義,材料加工中,三、傳感方式與溫標,3.1 溫度傳感方式及原理 3.2 溫標的定義 3.3 各種不同溫標的表示方法,3.1 溫度傳感方式及原理,為了給溫度以定量描述，并保證測量結(jié)果的精確性和一致性，需要建立一個科學(xué)的、嚴格的、統(tǒng)一的標尺，簡稱“溫標”。 作為一個溫標，應(yīng)包含三條基本內(nèi)容： 具有可重現(xiàn)的固定溫度點； 具有固定點溫度上的標準溫度計； 具有確定相鄰固定溫度點間的內(nèi)插公式。 目前使

11、用的主要溫標有攝氏溫標、華氏溫標、熱力學(xué)溫標及國際溫標；分別定義如下：,3.2 溫標的定義,1、華氏溫標 Fahrenheit 規(guī)定一種氯化銨和冰水混合的溫度為零度，把冰的熔點規(guī)定為32度，水的沸點為212度。兩點之間為180等分，每份為1度（記為1）。 攝氏溫度與華氏溫度之間的換算關(guān)系為： =9/5 +32 ( 1-1） 例如攝氏20相當于68。,3.3 各種溫標表示方法,2、 攝氏溫標（A.Celsiua） 分度方法是規(guī)定標準大氣壓下，水的冰點是零度，水的沸點是100度。 選用測溫物質(zhì)是水銀（Hg），認為它的體膨脹隨溫度變化是線性的。 把從水的冰點到沸點之間水銀體膨脹值分成100等份，每份

12、為1度。即攝氏1度（記1）。,3.3 各種溫標表示方法,3、熱力學(xué)溫標 由氣體壓力定律（查理定律）知： P=P0 (1+C) （1-2） =(1/273.15)/（氣體壓力系數(shù)），當C=-273.15時，P=0 Pa，這是一種極限情況。 開爾文創(chuàng)立了把-273.15作為零度的溫標，叫做熱力學(xué)溫標（絕對溫標），而分度法與攝氏分度法相同，以K表示。即攝氏0時為273.15 K 。絕對溫度與攝氏溫度的關(guān)系為 T=T0+C=(273.15+C) K （1-3） 絕對零度是低溫極限，能無限接近，但不能達到。,3.3 各種溫標表示方法,4、國際實用溫標 為了復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標，且有利于國際上量值的傳遞，通過國

13、際協(xié)議，制定了國際實用溫標。 它是利用氣體溫度計測出一系列化學(xué)純物質(zhì)的相平衡點溫度，在這些固定點之間用規(guī)定傳遞儀器（例如鉑電阻或鉑銠熱電偶）和內(nèi)插公式分度溫度值。1968年制定的稱為“國際實用溫標IPTS-1968”，標記為“K”。 國際實用溫標是協(xié)議性溫標，由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，這個溫標的數(shù)值不斷向熱力學(xué)溫標靠近，每過若干年將對其修正一次，1990年將改為ITS-90。,3.3 各種溫標表示方法,四、測溫元件及儀表,4.1 膨脹式溫度計,液體膨脹式： 玻璃棒式水銀（酒精）溫度計。 體溫計（3542，0.1 ） 工業(yè)用水銀溫度計（0200，1） 2. 固體膨脹式： 雙金屬式，雙金屬螺旋管，一

14、端固定，一端為自由端，與指針相連。膨脹系數(shù)不同，溫度變化時其曲率發(fā)生變化，從而帶動指針轉(zhuǎn)動。 抗震性好，讀數(shù)方便，但精度不高，600 ,4.1 膨脹式溫度計,3. 氣體膨脹式： 壓力式溫度計，由壓力表結(jié)構(gòu)顯示指示。由溫包、毛細導(dǎo)管、彈簧管構(gòu)成密封系統(tǒng)，內(nèi)充以氣體。溫包受熱，內(nèi)氣壓增加，彈簧管體積增大變形，自由端產(chǎn)生位移，帶動指針轉(zhuǎn)動。用于小型鍋爐上。,五 熱電偶,工作原理：兩種金屬導(dǎo)體接成閉合回路，如果兩端所處溫度不同，其中會產(chǎn)生熱電勢，回路中有電流流過（賽貝克效應(yīng)） * 物理本質(zhì)：接觸電勢和溫差電勢。,4.2 熱電偶,產(chǎn)生熱電勢的條件？ 1. AB 2. TT0,實用熱電偶？性價比,發(fā)電型傳

15、感器,4.2 熱電偶,工業(yè)常用熱電偶,熱電勢大、容易加工制備、重復(fù)性好等,毫伏溫度對照表 冷端0 熱電勢值E（T,0）,發(fā)電型傳感器,4.2 熱電偶,熱電偶分度表,發(fā)電型傳感器,4.2 熱電偶,裝配式熱電偶,鎳鉻-銅鎳熱電偶,高溫貴金屬熱電偶,微細鎧裝熱電偶,壓簧固定熱電偶,手柄式鎧裝熱電偶,所以，當兩種材料A、B組成一個閉合回路時，設(shè)0時，回路中總電勢為,結(jié)論： 1）如熱電偶兩電極相同，則無論兩接點溫度如何，總熱電勢0 2）如兩接觸點的溫度相同，盡管A.B材料不同，回路的總電勢0 3）熱電偶的電勢只與材料和接點溫度有關(guān)，與電極的形狀和尺寸無關(guān) 4）兩個電極選定后，熱電勢是兩接點溫度的函數(shù),式

16、中，AB為熱電偶靈敏度。,發(fā)電型傳感器,4.2 熱電偶, 中間導(dǎo)體定律：在由A、B兩種導(dǎo)體組成的熱電偶回路中，將冷端斷開，接入第三種或更多種導(dǎo)體，只要保證接入端的溫度相同，則回路總電勢不變。 (可用于對液體或固體金屬表面溫度的測量),發(fā)電型傳感器,3. 熱電偶基本定理, 均勻電路定律：由單一的金屬構(gòu)成的回路中不存在熱電勢。,4.2 熱電偶,中間溫度定理,一般熱電偶的分度表（輸出特性）是在冷端為0時給出的，若測量時冷端不為0，則可據(jù)此修正。,發(fā)電型傳感器,4.2 熱電偶,熱電偶相配定理,有時熱電偶的兩個極A、B的分度表不知，但知道AC、BC的分度表，據(jù)此則可獲得A、B的分度表。,發(fā)電型傳感器,2

17、,1,4.2 熱電偶,4. 熱電偶傳感器及其應(yīng)用,熱電偶是一種發(fā)電型傳感器，其輸出信號可直接接入記錄儀器。利用熱電偶還可測量兩點溫差及溫度場中多點的平均溫度，在實際使用時，還可利用不同被測對象構(gòu)成熱電偶，如測磨削溫度；可用車刀與零件構(gòu)成一對熱電偶，有關(guān)方面知識還可參考其它專著。,發(fā)電型傳感器,4.2 熱電偶,六 熱電阻,電阻溫度計是根據(jù)金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化之一性質(zhì)做成的。 它廣泛應(yīng)用于中、低溫范圍（500以下）的溫度測量。一般金屬當溫度升高時電阻增加。而半導(dǎo)體當溫度升高時，電阻反而減小，而且比金屬靈敏的多。 鉑電阻：0630，1900 銅電阻：50180,4.3 熱敏電阻,型號：F

18、MS2105，Pt100 品牌：德國UST 溫度測量范圍-200+1000 精度：1/10din ro值有pt100、pt500、pt1000、pt2000 這種傳感器可以是2線、3線、4線連接 在400使用溫度以內(nèi)使用銀-鈀合金線,在更高的溫度下使用鉑金線或者鎳覆蓋的鉑金線； 這種鉑金-溫度傳感器可以被制成不同的形狀,它的電阻值可以標準化或按顧客要求生產(chǎn),鉑電阻溫度傳感器,六 熱電阻,半導(dǎo)體熱敏電阻：通常采用金屬氧化物材料，通過 特殊的陶瓷工藝制成 正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻：鈦酸鋇微量稀土氧化物，適用于過流保護、節(jié)能燈延時等 負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻：過渡金屬氧化物燒結(jié)而成 ，適用于

19、溫度補償、溫度檢測和測控溫等 臨界溫度（CTC）熱敏電阻：V2O5、P2O5、SiO2等添加CaO等，適用于溫度檢測和溫度控制 特點：靈敏度高、體積小、響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單、成本低，使用方便。,4.3 熱敏電阻,七 輻射計,輻射溫度計，它是利用測量輻射體全光譜輻射能量的方法來測定溫度。這種非接觸測溫方法常用來測量900-1800的高溫。 紅外溫度計：任何物體，只要溫度高于絕對零度，就會向周圍輻射紅外光。紅外光的特點是具有光熱效應(yīng)，物體的溫度越高，輻射出來的紅光越多,4.4 輻射計,七 輻射計,PN結(jié)測溫元件：半導(dǎo)體硅二極管（PN結(jié)）的正向特性曲線受溫度影響，不同溫度下，其電壓與電流呈近似線性關(guān)系。

20、因此，利用這一特性，可以使其在恒流工作條件下，用檢測PN結(jié)電壓的方式測出其所處溫度。一般測量范圍為： -100150 熱敏電阻：靈敏度高，溫度范圍窄，輸出非線性 熱電偶：測溫范圍寬，熱電勢低，線性差 鉑電阻：測溫范圍寬，線性較好，但靈敏度低， PN結(jié)：輸出線性好，靈敏度高,4.5 PN結(jié)測溫元件,磁性溫度傳感器,名 稱: 磁性溫度傳感器 型 號: DA-02-ZH 品牌標記: Gxp 特 點: 1. 測溫范圍: -30200 。 2. 互換精度: 優(yōu)于0.5 。 3. 8 3.5鈕扣形金屬外殼,環(huán)氧封裝,聚四氟乙烯引線長度為50mm，強磁性,能吸附在一切順磁性物體上. 適用范圍: 特別適應(yīng)測量

21、軸承、變壓器、電機、大功率晶體管，固體表面以及集成電路的溫度。,SLST系列數(shù)字溫度傳感器,采用美國Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20,采用不銹鋼外殼封裝, 防水防 潮。高靈敏性，極小的溫度延遲。 SLST溫度傳感器支持“一線總線”接口（1-Wire），測量溫度范圍為 -55C+125C，在-10+85C范圍內(nèi),精度為 0.5C。 1、冷藏庫溫度監(jiān)測 2、藥廠GMP監(jiān)測系統(tǒng) 3、電信機房監(jiān)控 4、啤酒生產(chǎn)5、樓宇自控 6、倉庫溫度監(jiān)測 7、環(huán)境監(jiān)測 8、過程溫度監(jiān)測 9、空調(diào)監(jiān)測,溫度測控用顯示儀表,熱工參數(shù)測控,1、概述 2、動圈式溫度顯示調(diào)節(jié)儀表 3、自動平衡式顯示

22、儀表 4、數(shù)字式顯示儀表 5、新型顯示記錄儀表,主 要 內(nèi) 容,1、概述,溫度顯示儀表類型及特點,顯示型、調(diào)節(jié)型、顯示記錄型、顯示、記錄調(diào)節(jié)型,按使用功能分為：,按結(jié)構(gòu)形式可分為： 機械式、 電子式、 機械-電子混合式 模擬式、 數(shù)字式、 屏幕式 直接變換式 平衡式 以指針或記錄筆的偏轉(zhuǎn)量來指示被測溫度的連續(xù)變化。 直接把工藝參數(shù)用文字、符號、數(shù)字和圖像配合的形式在屏幕上直接顯示出來,動圈式 電位差計、自動平衡電橋,直接以數(shù)字的形式顯示被測溫度,2、動圈式溫度顯示調(diào)節(jié)儀表,一種既能指示，又能自動調(diào)節(jié)和越限報警的磁電式顯示儀表， 核心是處于場中運動的可動線圈,被測溫度,檢測元件,測量電路,電勢

23、or 電阻信號,A級電流 偏轉(zhuǎn)指示,優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、價格便宜、使用壽命長、便于維護、受外界干擾小，能直接反映被測量變化趨勢，集指示調(diào)節(jié)于一身，結(jié)構(gòu)緊湊 缺點：準確度不高，一般1%2.5%；線性度較差，信息轉(zhuǎn)換效率低，耐振性差。,2、動圈式溫度顯示調(diào)節(jié)儀表,全國統(tǒng)一設(shè)計的XC系列（ XCZ 、 XCT） 改進的動圈式溫度顯示調(diào)節(jié)儀表 高輸入阻抗的XF系列 強力矩的XJ系列,X C Z 1/3 09 14 顯示 動圈式 指示儀 設(shè)計 調(diào)節(jié) 配接測 磁電系 序列 方法 溫元件 T 指示調(diào)節(jié)儀,按支撐方式不同：軸尖支撐、張絲支撐 按所配用傳感器不同：直流毫伏式（配熱電偶、輻射感溫器） 不平衡

24、電橋式（配熱電阻）,2、動圈式溫度顯示調(diào)節(jié)儀表,XCT-101 代表動圈式溫度顯示調(diào)節(jié)儀表，高頻振蕩式（固定參數(shù)），二位調(diào)節(jié)，配熱電偶 XCT-192 代表動圈式溫度顯示調(diào)節(jié)儀表，高頻振蕩式（固定參數(shù)），電流PID調(diào)節(jié)，配熱電阻,XF系列動圈指示調(diào)節(jié)儀是一種全量程指示的控制儀表，它與一次測量元件配合使用，能將溫度、壓力、流量、液位、電壓、電流等各種工業(yè)參數(shù)進行指示，并可根據(jù)用戶需要達到自動控制的目的。,XFZ-101,2、動圈式溫度顯示調(diào)節(jié)儀表,動圈式溫度顯示調(diào)節(jié)儀表的組成,斷偶保護機構(gòu),電源,調(diào)節(jié)機構(gòu),測量機構(gòu),二、動圈式溫度顯示調(diào)節(jié)儀表,動圈式溫度顯示調(diào)節(jié)儀表的測量原理,動圈的電磁力矩與其

25、電流成正比 張絲的反作用力矩與其預(yù)期偏轉(zhuǎn)角成正比 二力矩平衡時，轉(zhuǎn)角=C I,測量機構(gòu),二、動圈式溫度顯示調(diào)節(jié)儀表,高頻振蕩器的振蕩頻率fo高頻信號經(jīng)檢波與放大器后輸出約20mA的直流電流，驅(qū)使繼電器吸合，繼電器觸點閉合。當指針上的小鋁旗完全進入檢測線圈的時候，檢測諧振回路對fo呈高阻抗，振蕩器因振蕩條件不得滿足而停振，放大器輸出電流隨之減小，繼電器釋放，觸點斷開。當鋁旗沒有完全進入檢測線圈的時候，檢測諧振回路對fo呈低阻抗，振蕩器正常工作。這是最簡單的二位式調(diào)節(jié)動作。,調(diào)節(jié)機構(gòu),儀表的調(diào)節(jié)機構(gòu)主要由偏差檢測器、高頻振蕩器、檢波與直流放大器及繼電器組成。,當小鋁旗完全進入檢測線圈的間隙之中，這

26、個檢測線圈的固有頻率fo=10.6MHz；當小鋁旗離開檢測線圈時，檢測線圈的電感量增大，檢測諧振回路的固有頻率f10.6MHz。,二、動圈式溫度顯示調(diào)節(jié)儀表,斷偶保護機構(gòu),電源,當熱電偶斷線后，由于Ri阻值較大，起不到對二極管D的短路作用。于是，12V交流電壓在正半周時主要通過D及Ro向Co充電（上的電壓，左正右負）；在負半周時，匯同Co的放電，在Ri上產(chǎn)生上正下負的電壓降，這個電壓足以驅(qū)使動圈偏轉(zhuǎn)直至鋁旗進入檢測線圈中為止，從而使繼電器釋放。,當熱電偶未斷線時，約12V的交流電源在動圈表輸入端只產(chǎn)生毫伏級的交流電壓，從而二極管D呈高阻抗。,2 動圈式溫度顯示調(diào)節(jié)儀表,動圈式溫度顯示調(diào)節(jié)儀表與

27、熱電偶配套使用 參考端溫度補償 溫度恒溫法：使用冰點槽使其恒定在0 計算法： E（t，0）= E（t，t0）+ E（t0，0） 補償電橋法：利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來補償電勢變化 外線路電阻的調(diào)配 （5，15） R0 外= R熱電偶+R補償導(dǎo)線+ R銅導(dǎo)線+ R補償器+ R調(diào)整電阻 機械零位的調(diào)整 采用補償導(dǎo)線+參考端補償器：調(diào)到基準溫度點（20） 采用補償導(dǎo)線：調(diào)到環(huán)境溫度 無補償導(dǎo)線和參考端補償器：調(diào)到零位，計算法補償,3、自動平衡式顯示儀表,通過自動調(diào)節(jié)電位差或電阻值使電位差計或電橋達到平衡，并自動指示和記錄測量結(jié)果，從而實現(xiàn)對溫度變量的自動、連續(xù)檢測和顯示。 自動電子電位差計和自

28、動平衡電橋，分別與熱電偶和熱電阻相配用。,圓圖自動平衡記錄儀,H系列自動平衡記錄（調(diào)節(jié)、報警）儀,XWFJ系列中型長圖自動平衡記錄（調(diào)節(jié)）儀,XWD1系列小型長圖自動記錄儀,3、自動平衡式顯示儀表,自動電子電位差計 ：利用電位差計測量熱電勢是基于電壓平衡法（也叫補償法或零值法）。,補償法原理,手動電位差計,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，這樣就可將R的標尺刻成電壓數(shù)值；G是一靈敏度較高的檢流計。,“電壓平衡法”法測量電壓：調(diào)節(jié)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UBA=IRBA=Ex時，流過檢

29、流計G的電流為零，觸點B所指示的電壓值即為未知電壓Ex。 此時流過熱電偶內(nèi)部及連接導(dǎo)線的電流為零，因此線路電阻變化對測量結(jié)果無影響。,3、自動平衡式顯示儀表,自動電子電位差計的構(gòu)成及測量橋路 自動與手動區(qū)別：用電子放大器代替檢流計，用可逆電機及一整套傳動機構(gòu)代替手的操作。,主要由測量橋路、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 。,3、自動平衡式顯示儀表,（2）自動電子電位差計的構(gòu)成及測量橋路,R2-冷端補償銅電阻；RM-量程電阻； RB-工藝電阻； RP-滑線電阻； R4-終端電阻（限流電阻）；R3-限流電阻；RG-始端電阻；E-穩(wěn)壓電源(1V)； I1-上支

30、路電流(4mA)；I2-下支路電流(2mA),測量橋路原理圖,3、自動平衡式顯示儀表,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。當環(huán)境溫度改變時，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。當配用鎳鉻鎳硅熱電偶時R2=5.33；配用鎳鉻考銅熱電偶時 R2= 892；配用鉑銠鉑熱電偶時R2= 074。 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工作電流為2mA。由于銅電阻的阻值隨溫度而變化，所以，下支路的回路工作電流I2只有在儀表的標準工作溫度（25）時才為2mA。電阻R3的準確度直接影響到下支路電流I2

31、的大小。因此，它的精度要求較高，一般應(yīng)在02以內(nèi)。,3、自動平衡式顯示儀表,上支路限流電阻R4的作用是把上支路的工作電流限定在4mA，即它與Rnp（RP、RB、RM三個電阻的并聯(lián)值）、RG串聯(lián)，使上支路工作電流為4mA。所以，當Rnp和RG的數(shù)值確定后，R4的電阻值也就確定了。 滑線電阻RP，是測量系統(tǒng)中的一個非常重要的部件，儀表的誤差、靈敏度和運行的平滑性等都和滑線電阻的質(zhì)量有關(guān)。因此，除了要求裝配牢固外，對材料的性能要求很高，尤其對滑線電阻的線性度要求更高，在05級的儀表中，希望能把非線性誤差控制在02范圍內(nèi)。由于工藝上的原因， RP很難繞制得十分精確，其數(shù)值也不便增減，為此，和RP并聯(lián)一

32、個電阻RB（稱為工藝電阻），并聯(lián)后其數(shù)值為90，這樣，把兩個電阻作為整體來考慮，便于統(tǒng)一規(guī)格和成批生產(chǎn)。,3、自動平衡式顯示儀表,量程電阻RM決定儀表量程大小。它的大小由儀表測量范圍及所配用的熱電偶分度號來決定。電阻RM與滑線電阻并聯(lián)，RM越大，它從上支路回路工作電流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，如果要制作不同量程的儀表，只需改變RM、RG和R4的阻值，滑線電阻RP和工藝電阻RB則不需要改變。 始端（下限）電阻RG的大小取決于測量下限的高低。當滑動觸點C向左移至滑線電阻的起點F時，橋路的輸出電壓UCD應(yīng)該等于溫度為標尺下限時的熱電勢值。R

33、G越大，在下限時的UCD也越大，即測量下限越高，反之亦然。 上述電阻除R2和RP外都是采用溫度系數(shù)很小的錳銅絲無感雙線繞制而成，并進行老化處理。,3、自動平衡式顯示儀表,平衡、記錄機構(gòu)由可逆電機、齒輪傳動系統(tǒng)、滑線電阻盤、拉線輪、指示記錄筆及走紙系統(tǒng)所組成。 放大器驅(qū)動可逆電機正向或反向旋轉(zhuǎn)，通過傳動齒輪帶動滑點在滑線電阻器上滑動。同時，傳動齒輪通過拉線使記錄筆及指針與滑線電阻的滑點同步移動，從而指示出被測溫度值，并用記錄筆在記錄紙上畫出溫度變化曲線。 走紙系統(tǒng)由走紙同步電機帶動卷紙輥勻速轉(zhuǎn)動，記錄紙兩邊帶有間隔均勻的小孔，由卷紙輥上兩邊的齒尖撥動，使記錄紙恒速移動，從而使記錄筆畫出溫度隨時間

34、變化的曲線。,l-可逆電機；2-傳動齒輪；3-拉絲輪；4-拉線；5-導(dǎo)線輪；6-記錄筆與指針； 7-記錄紙； 8-卷紙輥； 9-導(dǎo)向輥； 10-收紙輥；11-儲紙輥；12-滑動觸點；13-滑線電阻盤,平衡和記錄機構(gòu),三、自動平衡式顯示儀表,電子電位差計故障分析：,故障分析：,表內(nèi) 外部線路,橋路 放大器/ 可逆電機,放大器 可逆電機,電子電位差計顯示儀表,三、自動平衡式顯示儀表,電子自動平衡電橋是與熱電阻配合用以測量和顯示溫度，也可與其他能轉(zhuǎn)換成電阻值變化的變送器、傳感器等配合使用，測量并顯示生產(chǎn)過程中的各種變量，因而在化工生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。,3、電子自動平衡電橋,電子自動平衡電橋組成方框

35、圖,電子自動平衡電橋主要由測量橋路、放大器、可逆電機、同步電機等部分構(gòu)成,3、自動平衡式顯示儀表,（1）平衡電橋的工作原理： 自動平衡電橋與自動平衡電位差計都是具有負反饋的閉環(huán)隨動系統(tǒng)，其平衡原理雖然相同，但兩者的作用原理卻完全不同。,電子自動平衡電橋,滑動觸點A的位置反映了電阻的變化，亦即反映了溫度的變化，并且可以看出觸點的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。 自動平衡電橋是用電子放大器取代檢流計，利用被放大的不平衡電壓驅(qū)動可逆電機，用可逆電機再帶動滑動觸點A以使電橋達到平衡。,（2）電子自動平衡電橋 國產(chǎn)的電子自動平衡電橋目前有XD系列（交流平衡電橋）和XQ系列（直流平衡電橋）兩種。其中直流電源

36、為1V，交流電源為63V。 當采用交流電橋時，輸出的不平衡電壓是交流值，可以省去直流信號變交流的過程直接送到交流放大器，結(jié)構(gòu)比較簡單。但抗干擾的能力較差。直流電橋的抗干擾能力強，精度較高。,當Rt的阻值隨被測溫度變化時，電橋失去平衡，這一不平衡電壓從電橋的對角線引至電子放大器進行放大，然后驅(qū)動可逆電機，由可逆電機帶動滑線電阻的滑動觸點移動，以改變上支路兩個橋臂阻值的比例，直至使電橋恢復(fù)平衡狀態(tài)?？赡骐姍C同時帶動指針，指示出被測溫度值。,首先確定故障所處的部位是在儀表的內(nèi)部，還是在表外： 將電子平衡電橋連接熱電阻的三根導(dǎo)線A、B、C拆除其中任意一根，儀表指針有如下反應(yīng)，說明故障發(fā)生在儀表外部。反

37、之說明故障在儀表內(nèi)部。 當拆除A線時，儀表指針指向最大（終點）。 當拆除B線時，儀表指針指向最?。ㄊ键c）。 當拆除C線時，儀表指針停留在任意位置不動。 電橋的外部故障一般常見的有電阻體短路或斷路，連接電纜線接觸不良等。如果熱電阻斷路，儀表指針指向最大位置；如果熱電阻短路，儀表指針指向最小位置。當電橋和熱電阻之間的連接電纜接線不良時，A線接觸不良，儀表指示高；B線接觸不良，儀表指示低；C線接觸不良時影響不大。 當故障發(fā)生在儀表的內(nèi)部時，檢查方法同電子電位差計一樣，分步確定儀表故障是在測量橋路系統(tǒng)，還是在放大器及可逆電機部分。,（3）自動電子平衡電橋的故障分析 ：,4、數(shù)字式顯示儀表,模擬式顯示儀

38、表中的信號都是隨時間連續(xù)變化的模擬量，如用熱電偶測溫度，熱電勢是連續(xù)變化的模擬量。其中的測量電橋、放大器等都是模擬電路，與其相應(yīng)的顯示方式是標尺、指針、記錄筆畫曲線等。 數(shù)字式顯示儀表也是先用傳感器將待測變量加壓力、物位、流量、溫度等轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的物理量，一般為電信號，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）成數(shù)字信號（脈沖信號），由數(shù)字電路處理后直接以數(shù)字形式顯示被測結(jié)果。 幾點區(qū)別：？,4、數(shù)字式顯示儀表,數(shù)字式顯示儀表的分類：,按輸入信號的形式,按被測信號的點數(shù),根據(jù)儀表所具有的功能,電壓型的輸入信號是電壓或電流；頻率型的輸入信號是頻率、脈沖及開關(guān)信號。,4、數(shù)字式顯示儀表,數(shù)字式顯示儀表的原理及特點：,

39、數(shù)字式顯示儀表是直接用數(shù)字量顯示被測值。所以首先要把連續(xù)變化的模擬量變換成斷續(xù)變化的數(shù)字量，完成這一功能的裝置稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置（簡稱AD轉(zhuǎn)換器）。如果輸入的信號是數(shù)字量，則直接進行計數(shù)顯示。,相對于模擬式儀表，數(shù)字式顯示儀表有以下特點： （1）準確度和靈敏度高； （2）測量速度快，每秒鐘從幾十次到上百萬次； （3）儀表的量程和被測量的極性可以自動轉(zhuǎn)換，自動檢查故障、 報警以及完成指定的邏輯程序； （4）可以方便地實現(xiàn)多點測量； （5）可以與計算機配合，給出一定形式的編碼輸出。,4、數(shù)字式顯示儀表,模數(shù)轉(zhuǎn)換：,（a） （b） 圖 模擬量數(shù)字量的整量化示意圖,使連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成與其成比例的、

40、斷續(xù)變化的數(shù)字量，便于進行數(shù)字顯示。 要完成這一任務(wù)必須用一定的計量單位使連續(xù)量整量化，以便得到近似的數(shù)字量。計量單位越小，整量化數(shù)字的誤差也就越小，也就越接近連續(xù)量的實際值。,4、數(shù)字式顯示儀表,電子計數(shù)器：,計數(shù)器通常由多個雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器串聯(lián)而成。可以對接受的脈沖數(shù)進行逢十進一的累計。另外，還能通過譯碼器將其譯成十個狀態(tài)（09），驅(qū)動數(shù)碼管，將被測數(shù)據(jù)顯示出來。 顯示器： 在數(shù)字式顯示儀表中，測量結(jié)果都是以數(shù)字的形式直接顯示的。數(shù)字顯示的方式很多，如半導(dǎo)體數(shù)碼管顯示器、輝光數(shù)碼管顯示器、液晶顯示器等。,半導(dǎo)體數(shù)碼管的基本元件多采用磷砷化鎵做成的PN結(jié)，當外加正向電壓時，能發(fā)出清晰的光線。單個PN結(jié)可以封裝成發(fā)光二極管；多個PN結(jié)可以分段封裝成半導(dǎo)體數(shù)碼管。發(fā)光二極管的工作電壓為153V，工作電流為幾毫安到幾十毫安。,4、數(shù)字式顯示儀表,顯示器：,半導(dǎo)體數(shù)碼管分為7個字段，每段為一發(fā)光二極管，選擇不同的字段發(fā)光，可以顯示出不同的字型。如當 a、b、c、d、e、f、g 七個字段全亮?xí)r，顯示數(shù)字8；a、b、c三個字段亮?xí)r，顯示數(shù)字7。,（a）共陽極 （b）共陰極 半導(dǎo)體數(shù)碼管的兩種接法,半導(dǎo)體數(shù)碼管中的七個發(fā)光二極管有共陽極和共陰極兩種形式。前者，某一字段接低電平時發(fā)光；后者，接高電平時發(fā)光。使用時每個管都要串聯(lián)限流電阻。,4、數(shù)字式顯示儀表,數(shù)字式顯示儀表