传感器及应用 第2版 教学课件 ppt 作者 王煜东 传感器第11章

传感器及应用 第11章,要点： 1.动圈式指示仪表的结构、测量线路、型号及选用 2.动圈调节仪表的型号及选用 3.自动平衡显示仪表的原理、类型及使用注意事项 4.电动单元组合仪表的意义、主要组成单元、信号制、联络方式 5.数字显示调节仪表的组成、线性化方案 6.数字面板表的概念 7.数字显示仪表的安装与接线,第11章 显示与调节仪表,主要内容, 11.1 模拟式仪表 1.动圈指示调节仪表 2.自动平衡显示仪表 3.电动单元组合仪表 11.2 数字式仪表 1.数字式显示调节仪表的分类与组成 2.数字面板表 3.数字式显示调节仪表,11.1 模拟式仪表 模拟式仪表主要有动圈式指示与调节仪表、自动平衡显示仪表和电动单元组合仪表等。 11.1.1 动圈式显示与调节仪表 动圈式仪表的测量机构是一个磁电系检流计。如图11-1a所示，它由永久磁铁、可动线圈、张丝、指针、刻度标尺、铁心等构成。测量机构与测量线路组成动圈式指示仪表，若再配以给定机构可组成调节仪表。动圈式仪表结构简单，价格低廉，易于维护，精度可达1.0级,与相应传感器、变送器配合，广泛用于温度、压力、成分、物位等物理量的测量与控制。,图11-1 动圈式指示仪表的组成 a）测量机构 b）测量线路 1可动线圈 2张丝 3铁心 4永久磁铁 5指针 6刻度标尺,1.动圈式指示仪表 我国统一设计生产的动圈指示仪表型号为XCZ系列，如图11-1所示，它由测量机构和测量线路组成。,动圈指示仪表的内部线路： 由串联量程调整电阻RM、串联温度补偿电阻RT和与RT并联的线性补偿电阻RB等组成。RM用锰铜丝绕制，阻值一般在2001000之间，调整RM可得到所需要的量程；RT用来补偿动圈电阻RD的温度特性，在20时选RT=68；RB=50为锰铜丝电阻，用来补偿RT的非线性。 动圈指示仪表的外接电阻： 为了给仪表定度，规定外部电阻为15。仪表出厂时配带一只15的锰铜丝线绕电阻，使用时拆去一部分，拆去部分等于被测电路工作状态下的电阻值，将剩余部分串接在回路中。但对于使用霍尔式传感器的压力或差压仪表，其传感器等效内阻为120，配外接电阻后应为135；对于带有前置放大器的动圈指示仪表，型号为XFZ，其输入阻抗很高，对外接电阻无严格要求。,（1）动圈指示仪表的测量线路,图11-2 XCZ-101动圈仪表电路,配热电偶的动圈式温度指示仪表： 型号为XCZ-101，其电路如图11-2所示。图中，配接的冷端温度补偿器在电桥平衡时的等效内阻为1；将测量时RCu随温度变化对电桥等效电阻的影响忽略；再事先计算或测量热电偶在使用状态下的电阻值，便可确定外接电阻R外的大小。,（2）动圈式温度指示仪表,配热电阻的动圈式测温指示仪表： 型号为XCZ-102，其电路如图11-3所示。热电阻测温电桥采用三线制接法。如果使用5的定值导线，当环境温度在050范围内时，附加误差不超过±5%。为限制桥臂电阻发热，要求I1在测量下限时（此时电桥平衡，电流较大）的值I10不超过6mA，国产仪表R2+R3=800，I10实际只有5 mA。,图11-3 XCZ-102动圈仪表电路,（3）动圈仪表的安装使用及维护 仪表选择：根据系统和环境条件的实际情况选用符合质量要求的仪表。例如，从功能考虑，确定选XCZ型或XCT型，从调节精度考虑，确定调节方式的选择；量程范围不能太大也不能太小，应使被测参数值为量程上限的23为宜；环境适应条件，应考虑现场环境温度、湿度、振动、腐蚀等；其他还应综合考虑仪表的可靠性、维护性、安全性、经济性、以及寿命、能源消耗、服务程度等等。 仪表安装：仪表安装人员必须掌握仪表安装手册的有关知识，了解仪表的性能特点。仪表安装地点的环境温度为050，不要靠近热源，空气不能太潮湿，不得有腐蚀性气体，不应有大的震动和强电磁场。仪表应安装在控制框上部的表盘开孔内并应保持水平。开孔尺寸为,152+1mm×76+1mm，最小间距大于120mm，距后墙约800mm，高度约1.5m。接线前应先检查仪表分度号与热电偶分度号是否一致，热电偶与所配冷端补偿器是否一致，接线柱极性是否正确等，一一核实无误后方可接线。 仪表使用：仪表在使用时，应根据不同的冷端补偿方法调整指针机械零位。例如，使用20时调节平衡的冷端补偿器，应把指针机械零位调到20处；不使用冷端补偿器且要求精度不高时，可将指针调到与环境温度（参比端温度）一致。 仪表校验：动圈仪表的准确度统一规定为1.0级，应定期校验。平时应定期检查、维护，若发生故障应及时处理并做好记录。 仪表常见故障及排除措施：以XCZ-101型仪表为例，常见故障及排除措施见表11-1。,2.动圈式调节仪表 动圈式调节仪表（XCT或XFT）是在动圈指示仪表的基础上附加给定机构和控制电路或放大电路组成，具有显示及越限报警和对被测参数的控制调节功能。常用的调节方式有双位调节、三位调节、时间比例调节和PID调节。 （1)动圈式双位调节仪表 双位调节仪表只有“全开”和“全关”两个状态，可实现“通”和“断”两种状态的控制。利用仪表的通断信号，还可组成顺序控制系统，以提高生产率、保障生产安全。除了双位控制外，这类仪表常用于报警系统，当被监视的参数超出允许范围时，利用它的开关信号接通声光报警电路。如果将通断信号接至连锁保护电路：万一疏忽而违反操作程序，也不致损坏重要设备。 配热电偶的仪表型号为XCT-101型，配热电阻的为XCT-102型。,（2）动圈式三位调节仪表 三位调节仪表的调节动作有“通”、“部分通”和“断”三种状态。用于报警时，可进行声光报警，超下限时绿灯亮，超上限时红灯亮。正常情况下，指针在上、下限两个给定值之间指示，这个范围称为中间带。用三位调节仪表比用双位调节仪表控制时，被调参数波动小。根据中间带的范围大小，三位调节仪表分为宽带和狭带两种。 宽带三位调节仪表：宽带三位调节仪表的中间带较宽，可在标尺全长的5100范围内调节。其型号有XCT-121(配热电偶)和XCT-122(配热电阻)。 狭带三位调节仪表：狭带三位调节仪表的中间带为标尺的210。其型号有XCT-111和XCT-112。 位式调节连续性不好，被调参数波动大。若想提高调节效果，可采用时间比例调节(脉宽调功法)或动圈式连续电流输出PID调节仪表。,1.自动平衡显示仪表基本原理 自动平衡显示仪表基本原理如图11-5 所示，与动圈式相比，仪表提高了灵敏度、精度和速度，具有多种功能，与热电偶，热电阻及其他测量元件（或变送器）配套后，可以自动地连续测量并记录温度、压力、流量、物位等参数的变化规律。,11.1.2 自动平衡显示仪表,图11-5 自动平衡显示仪表框图,2.自动平衡显示仪表的类型与命名 按原理，自动平衡仪表可分为：自动电位差计，自动平衡电桥和差动变压器式自动平衡仪表，它们的区别仅在于反馈回路中的测量桥路。 自动电位差计用于测量直流电压或电流。因此，它可配热电偶测量温度，其型号为XW系列。自动平衡电桥为XQ系列，与热电阻配合，用来测量温度。自动平衡显示仪表的型号命名方法见表11-2。,3.自动平衡显示仪表的使用注意事项 有冷端温度补偿器时热电偶的接法：对于配热电偶用的以温度为刻度的XWC类仪表，测量桥路中的冷端补偿铜电阻RCu必须装在仪表背部的端子上，以保证RCu与热电偶的参比端（冷端）处于同一温度。传输信号的导线必须用与该热电偶相应的补偿导线，连接在仪表端子板的“+”、“-”端子上，连接时注意极性，如图11-6a所示。,图11-6 自动平衡显示仪表的外接线图 a）自动电位差计的外接线图 b）自动电桥的外接线图,无冷端温度补偿器时热电偶的接法：对于以毫伏刻度的XWC型仪表，其输入信号导线应直接接到仪表的端子板的“+”、 “-”端子上。对于不接冷端温度补偿电阻RCu而以摄氏单位刻度的XWC型仪表，测量桥路中的RCu应以锰铜电阻Rm代之，并注意热电偶参比端的修正。 热电阻的接法：对于配热电阻的XQC型仪表必须采用三线制接法。如图11-6b所示。对连接A、B两端子的导线应各串一阻值为2.5的可调电阻RW使连接导线和RW的总电阻值为2.5。 滑线电阻的保养：滑线电阻是决定仪表精度的关键元件，除制造时充分保证外，使用时应定期清洗其滑动部分，以保证其接触可靠，绝缘良好，阻值稳定。 抗干扰措施：自动平衡显示仪表在安装使用时必须采取相应的抗干扰措施。如XWC和XQC型仪表的输入信号线必须和电源线分开，由专用的穿线孔引入仪表，最好把信号线绞成麻花状再套以金属导管，但绝不能与电源线同套一管。此金属导管应与地浮空，在其终端焊一导线接至仪表端子板的P点，如图11-6所示。输入信号的接线最好采用带屏蔽层的软导线，并将屏蔽层也接至P端。,11.1.3 电动单元组合仪表 电动单元组合仪表，是根据检测和调节系统中各个环节的功能，将整套仪表分为若干个能独立完成某项功能的典型单元。各单元之间的联系都采用统一的标准电信号。单元的品种不多，但可以按照生产工艺的需要加以组合，可构成多样的、复杂程序各异的自动检测或自动调节系统。 1.电动单元组合仪表调节系统 如图11-7 所示是由电动单元组合仪表构成的简单调节系统的方框图，图中调节对象代表生产过程中的某个设备，其输出为被调参数（如压力、流量、温度等工艺参数）。这些工艺参数经变送单元转换成相应的电信号后，一方面送到显示单元供指示或记录，另一方面又送到调节单元中，与给定单元送来的给定值相比较。调节单元按照比较后输出的偏差，经过某种运算后发出调节信号，控制执行单元的动作，直到被调参数与给定值相等为止。,图11-7 电动组合仪表调节系统,对不同的调节对象，只需更换一个或几个单元（如变送、执行单元等），就可以满足不同的调节要求。 2.电动单元组合仪表的信号制 DDZ系列仪表的组成单元主要有变送单元、调节单元、执行单元、显示仪表、给定单元、计算单元、转换单元、辅助单元。 DDZ-系列仪表以晶体管为主要元件，采用交流220V电源，各单元之间的联络信号为直流010mA，精度一般为0.5级。各单元仪表串联，可保证各单元接受的信号完全一致；适合于远距离传送；与磁场作用可产生机械力，便于利用力平衡原理；信号的起始值为零，便于对模拟量进行运算，但无法识别断线，不易避开元件的死区和非线性段。,DDZ-系列的绝大多数核心电路是线性运算放大器或逻辑组件，采用420mA信号制，提高了可靠性和带负载能力，克服了DDZ-系列的弊端，已基本取代DDZ-系列仪表。如图11-8 所示，DDZ-系列各单元仪表采用现场串联，室内并联（并联250电阻可转换为15V的电压信号）的联络方式，直流24V集中供电（在电路内部分成+14V和-10V双电源），采用低压供电易于构成安全火花防爆系统。 DDZ-型差压变送器采用两线制，只需将直流24V电源、差压变送器、250电阻三者串联起来，根据差压的大小来决定通过电流的大小，从而在 250电阻两端得到相应的电压，其电压输出范围为15V。采用两线制不仅节约了导线，而且在易燃易爆的危险现场使用时，可以少用安全栅。,图11-8 DDZ-系列仪表的联络方式,11.2 数字式仪表 数字式仪表可与多种传感器（或变送器）相连接，对温度、压力、流量、液位以及电工量、机械量进行测量，并将被测变量变换成数字量，以数字形式显示出来，或对被测变量进行调节。 11.2.1 数字式显示调节仪表分类与组成 1.数字式显示仪表的分类 按输入信号的形式分类：可分为电压型和频率型两类。 按被测信号的点数分类：可分为单点和多点两种。 按仪表的功能分类：可分为显示仪、显示报警仪、显示输出仪、显示记录仪、及具有复合功能的数字显示报警输出记录仪等。 按调节方式分类：继电器触点输出的二位调节、三位调节，时间比例调节，连续PID调节。,2.数字显示调节仪表的组成 如图11-9所示，数字显示调节仪表一般由信号转换、前置放大、线性化、模数转换、标度变