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1、第三篇 热工显示仪表,直接变换式仪表,模拟式显示仪表,按照仪表各组成环节之间的关系,平衡式仪表,手动平衡式仪表,自动平衡式仪表,动圈式显示仪表,手动平衡电桥,手动电位差计,自动平衡电桥,自动电子电位差计,数字式显示仪表,由指针的位移显示被测参数的变化。可以测量电流、电压，或者与热电偶、热电阻或其他输出为直流毫伏和电阻变化的测量元件配合后相应指示被测介质的温度或其他参数。,一 动圈式显示仪表,1.动圈式显示仪表的基本结构,测量机构,转动系统,专用电气系统：指动圈表内部的串、并联电阻。,动圈：用有绝缘层的细铜线绕制的可以转动的矩形线圈。,指针：反映被测参数变化。,支承系统：张丝支承动圈，产生弹性反
2、力矩，引入电流。,磁路系统：由永久磁铁与圆柱形铁芯形成径向均匀恒磁场。,一、动圈式显示仪表的工作原理,2.动圈式显示仪表的工作原理：通电导体在恒磁场中受力的大小与通过导体的电流强度成正比。,这两个力的合成使动圈受到一个电磁力矩M的作用，M=nBLIb。,在电磁力矩作用下，动圈以张丝为轴发生旋转，在偏转同时使张丝发生弹性扭转变形，产生与扭转角度成正比的弹性反力矩Mf，Mf=k。,在某个偏转角度下，电磁力矩与弹性反力矩相平衡，即M=Mf时，线圈停在某一位置。,nBLIb=k,动圈中流过电流I时，两有效边受到大小相等、方向相反的电磁作用力F，F=nBLI。,张丝扭转角度，即指针的偏转角度反映流过动圈
3、的电流大小。,二、工作温度对动圈式显示仪表的影响,1.用动圈式显示仪表测量电流时,2.用动圈式显示仪表测量电压时,改变量程前后，流过动圈的满量程电流相等。,并联电阻RB,三、动圈式显示仪表的串、并联电阻:用于测量电流、电压时改变仪表的量程。,2.测量电压时,例2：用动圈表测量电压，RD=80欧姆，初始量程为050mV,现要把量程改为0150mV，试问应连接多大的电阻？,串联电阻RC,1.测量电流时,例1：用动圈表测量电流，RD=80欧姆，初始量程为0100mA,现要把量程改为0200mA，试问应连接多大的电阻？,1.与热电偶配套测量温度（XCZ-101动圈式显示仪表）,四、动圈式显示仪表在热工
4、测量中的应用,注意：动圈式显示仪表的内部线路阻保持不变。动圈式显示仪表的外接线路电阻为定值，一般规定为15欧姆。,被测温度t热电势E电流I指针偏转角度,2.与热电阻配套测量温度（XCZ-102动圈式显示仪表）,被测温度t热电阻Rt不平衡电桥输出电压Ucd电流I指针偏转角度,注意：热电阻元件和显示仪表的连接有两种典型的接线方式-二线制和三线制。,二线制,三线制,五、带线性集成运算放大器的XFZ系列动圈式显示仪表,指将被测信号先经集成运算放大器放大后再送入仪表测量机构处理的新型动圈式显示仪表。,特点,由热电偶输入的信号，首先在线性集成运算放大器放大，然后送入动圈，则动圈所受偏转力矩较大，所以也称为
5、强力矩动圈式显示仪表。,采用强力矩张丝作为平衡元件，稳定性好，具有较强抗振能力。,设置线性集成运算放大器，则外电路等效电阻与输入阻抗相比可以忽略不计，仪表的准确度增加。,偏转力矩增大，仪表消耗的功率增加。,使用时必须保证集成运算放大器的线性度，则仪表的成本较高。,六、动圈式显示仪表的特点,结构简单，体积小，价格便宜，性能可靠，容易维护，测量方便。读数受环境温度和线路电阻影响比较大，测量准确度不高，不适用于精密测量。可动部分容易损坏，怕振动，阻尼时间长，不便于实现自动记录。,二 平衡式显示仪表,1.工作电流回路：包括直流电源EB，可变电阻RS，标准电阻RN，滑线电阻RABC。,3.测量回路：包括
6、被测电压Ux(或Et），滑线电阻RABC，检流计G。,2.标准回路：包括已知标准电压EN，标准电阻RN，检流计G。,（一）手动电位差计的基本组成,测量回路,工作电流回路,标准回路,一、手动电位差计,产生可调的已知标准电压与被测电压比较，调整仪表的输出电压与被测电压相等，系统处于平衡状态，由仪表产生的已知标准电压即可知被测电压大小。,1.当开关K置向“标准”位置时，标准回路工作，调整Rs以改变工作电流回路的工作电流I，使检流计G指零：,2.当开关K置向“测量”位置时，测量回路工作，调整电阻RABC的滑动点B使检流计G指零：,（二）手动电位差计的工作过程,被测电压Ux（或Et）的值与滑线电阻RAB
7、C的滑动点B的位置一一对应。,UJ-36直流电位差计的使用,（一）自动电子电位差计的基本组成,二、自动电子电位差计：用于配接热电偶，作为温度、电压等参数的显示和记录仪表。,主要由测量电路、晶体管放大器、可逆电动机、指示记录装置、机械传动机构和走纸机构组成。,1.测量电路：产生已知、可调电势EAB，并与EX比较，输出电势E=EX-EAB。,主要由上下两个支路构成。外接直流稳压电源E=1V,桥路上支路电流I1=4mA,下支路电流I2=2mA。,n-滑线电阻Rp上电压取出系数（n=01）。,测量电路处于平衡状态时，,Ex=EAB,=EAC+ECB,=I1（nRp+R6）-I2R2。,6.走纸机构：与
8、指示记录装置同步运行，利用记录纸记录数据。,2.晶体管放大器：代替检流计，并把测量电路产生的直流微弱偏差信号放大成足以驱动可逆电动机转动所需的交流信号E。,3.可逆电动机：将输入的电信号转换为机械运动的输出。,4.指示记录装置：与滑动触点A连动，指示记录被测参数变化。,5.机械传动机构：将可逆电动机转动情况转化为指示记录变化。,（二）测量电路分析,1.R2:冷端温度补偿电阻,(1)被测温度为t，热电偶冷端温度为0时，若E=0，则E(t,0)EAC+ECB=0。,(2)被测温度为t，热电偶冷端温度为t0时，热电偶热电势减少 E(t,0)-E(t,t0)=E(t0,0)。适当选择R2，使其满足 E
9、CB=-E(t0,0)，则E(t,t0)EAC+(ECB)=E(t,0)-E(t0,0)EAC+(ECB+ECB)=E(t,0)-E(t0,0)EAC+ECB-E(t0,0)=E(t,0)EAC+ECB=0。,2.R3:下支路限流电阻 与R2配合，保证下支路电流I2=2mA。,3.R6:量程起始值电阻 滑线电阻Rp滑动触点位于最左端，电桥输出电压与被测电压最小值平衡，仪表测量下限Exmin=I1R6-I2R2（n=0）。,4.RP：量程电阻 滑线电阻Rp滑动触点位于最右端，电桥输出电压与被测电压最大值平衡，仪表测量上限Exmax=I1（R6+RP）-I2R2（n=1）。则仪表量程A=Exmax
10、-Exmin=I1RP。,5.R4：上支路限流电阻-与R6、RP配合，保证上支路电流I1=4mA。,（三）自动电子电位差计的工作过程分析,1.Ex=EAB,E=Ex-EAB=0时,2.Ex=EAB条件下,Ex增加，E=Ex-EAB0时,3.Ex=EAB条件下,Ex减少，E=Ex-EAB0时,三、手动平衡电桥,Rx是被测电阻，R1、R2是用锰铜线绕制的固定电阻，R是滑线电阻，G是检流计。,调整R的大小使检流计G指零，电桥处于平衡状态，则R1Rx=nRR2（n01）。,即。,被测电阻Rx的大小与滑动点的位置一一对应。,五、自动平衡电桥:用于配接热电阻，作为温度、电阻等参数的显示和记录仪表。,（二）
11、自动平衡电桥的工作过程分析,1.桥臂电阻R1R3=R2R4时,2.被测电阻RX增大，R1增大，R1R3R2R4时,3.被测电阻RX减小，R1减小，R1R3R2R4时,（一）自动平衡电桥的基本组成,设AC间电阻为R1，CB间电阻为R2，BD间电阻为R3，DA间电阻为R4。,讨论：自动电子电位差计与自动平衡电桥的比较,1.供电电源不同：自动电子电位差计电路供电是直流稳压电源；自动平衡电桥电路供电分为交流和直流两种情况。2.配用信号不同：自动电子电位差计与热电偶或直流毫伏电势信号配用，输入电势信号；自动平衡电桥与热电阻或电阻信号配用，输入电阻信号。3.测量电路工作状态不同：输入信号不变，自动电子电位
12、差计测量电路间有不平衡电压EAB，它与被测电势Ex平衡；自动平衡电桥处于平衡状态，测量电路输出电压等于零。,三 数字式显示仪表,一、数字式显示仪表的特点 显示直观，没有人为视觉误差，测量速度快，准确度高，便于和计算机连接作为计算机的输入通道。,二、数字式显示仪表的基本组成,被测参数,感受件,变送器,前置放大器,模数转换器,非线性补偿,标度变换,显示记录装置,1.前置放大器：将感受件输出信号或其他输入信号放大，便于模数转换器或非线性补偿电路正常工作。,2.模数转换器：将连续变化的模拟输入信号变换成与其成比例断续变化的数字信号。,模数转换的过程,采样、保持：以一定的时间间隔采集模拟信号的瞬时值，并
13、将上一次采集到的信号保持到下一次取样之前，便于满足量化编码过程的时间要求。,量化：以一个或几个基准量，即量化单位与采样信号进行比较，确定信号相当于多少个量化单位的过程。,编码：将量化的结果变换成对应的二进制码或其他码制的过程。,3.非线性补偿：用显示值和数字式显示仪表输入信号间具有的一定规律的非线性关系，克服感受件、变送器的非线性特性，最终使输入信号与被测参数成线性关系。,4.标度变换：对测量信号进行量纲运算，从而使数字式显示仪表能以被测原始参数值的形式直接反映被测参数的大小。,模拟量的标度变换：在模拟信号输入的前置放大器中，通过调整放大器的放大倍数实现的标度变换。,数字量的标度变换：在模拟/数字转换后，数字脉冲信号进入计数器计数前进行系数运算，即原脉冲信号乘以某系数，扣除多余脉冲个数，最终使显示数字值与被测物理量的数值和单位得到统一。,5.显示记录装置：直接显示记录测量结果。,
