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1、项目五 显示仪表的校验与安装,任务一 模拟式显示仪表的故障检查 任务二 数字温度显示仪表的联校 任务三 无纸记录仪的安装,返回,任务一 模拟式显示仪表的故障检查,【任务描述】 在学习模拟式显示仪表工作原理的基础上，了解模拟式显示仪表的故障检查方法。 【知识链接】 模拟式显示仪表是用标尺、指针、曲线等方式连续显示、记录被测变量数值的一种仪表，例如动圈式仪表、自动平衡电子电位差计、自动平衡电子电桥等都属于模拟式显示仪表。 模拟式显示仪表可靠性高、价格低廉，能反映和记录被测量的数值及变化趋势，具有一定的精确度。但是，模拟式显示仪表的读数不够直观，易造成读数误差。对于自动平衡式的显示仪表来说，虽能获得
2、较高的精度，但是结构一般较为复杂，而且显示速度不够迅速。,下一页,返回,任务一 模拟式显示仪表的故障检查,一、自动平衡电子电位差计 电位差计是用来测量电势或电位的。自动平衡电子电位差计可以和热电偶、毫伏信号、变送器等配合，显示、记录被测参数。在工业生产过程中，经常使用自动平衡电子电位差计和热电偶配合来显示和记录温度。 1.自动平衡电子电位差计的工作原理 自动平衡电子电位差计是依据电压平衡原理而自动地进行测量的。图5-1是自动平衡电子电位差计的简单原理图，图5-2是其原理方框图。 由热电偶输入的热电势与测量桥路产生的已知直流电压相比较，其比较后的差值（即不平衡信号）经放大器放大后，其输出可达到足
3、以驱动可逆电机转动的功率，使可逆电机通过一套传动系统去带动滑动触点C移动，直到UCB=Et时为止。这时放大器的输入信号为零，输出信号也为零，可逆电机不再转动，测量线路达到了平衡，这时UCB就可以代表被测量的Et值。,上一页,下一页,返回,任务一 模拟式显示仪表的故障检查,并且，可逆电机在带动滑动触点C移动的同时，还带动指针和记录笔，随时可以指示和记录被测电势的数值。记录机构由同步电机驱动，使记录纸匀速移动。由此可知，自动平衡电子电位差计既保持了手动电位差计测量精度高的优点，又无需用手去控制就能自动指示和记录被测温度值。 2.自动平衡电子电位差计的测量桥路 图5-1仅是自动平衡电子电位差计的测量
4、原理图。在实际应用中，还要解决冷端温度补偿、量程匹配、工作电流设置等问题。图5-3是我国统一设计的测量桥路原理线路，它已普遍应用于各厂生产的XW系列自动平衡电子电位差计中。 测量桥路由稳压电源1 V供电，分上、下两个支路。上支路由始端电阻RG、滑线电阻Rp、工艺电阻RB、量程电阻RM和限流电阻R4组成。下支路由冷端补偿铜电阻R2和限流电阻R3组成。桥路的不平衡电压与热电偶的热电势比较后，其差值送至放大器。,上一页,下一页,返回,任务一 模拟式显示仪表的故障检查,下面对桥路中各电阻的作用作进一步分析。 （1）滑线电阻Rp与工艺电阻RB。滑线电阻Rp是测量系统中一个很重要的部件。改变滑动触点在Rp
5、上的位置，可以产生不同的桥路输出电压以平衡热电偶的热电势。仪表的示值误差、记录误差、变差、灵敏度以及仪表运行的平滑性等都和滑线电阻的优劣有关。因此，除了要求装配牢靠外，对材料的耐磨、抗氧化、接触的可靠性以及绝缘性能都有很高的要求，尤其是对滑线电阻的线性度要求更高，在0.5级的仪表中，希望能把非线性误差控制在0.2%范围内。由于工艺上的原因，Rp很难绕得十分精确，其数值也不便增减，为此，和Rp并联一个电阻RB（工艺电阻），其并联后数值为90 （或300 ），这样，把两个电阻作为一个整体来考虑，便于统一规格和成批生产。 （2）始端（下限）电阻RG。RG的大小取决于测量下限的高低。当滑动触点C左移至
6、滑线电阻的起点时，桥路输出电压UCD应该相应于温度标尺下限时的热电势。在上支路电流I1为定值（4 mA）的情况,上一页,下一页,返回,任务一 模拟式显示仪表的故障检查,下，RG越大，在下限时的UCD也越大，即测量下限越高，反之亦然。仪表的标尺下限有多种规格，改变RG就可以满足不同标尺下限的要求。 （3）量程电阻RM。电阻RM是决定仪表量程大小的电阻。它的大小由仪表测量范围与所采用的热电偶分度号来决定。 当滑动触点C由滑线电阻的左端移至最右端时，UCD应该相应于在标尺上限时的热电势。前面已经说过，滑线电阻Rp与工艺电阻RB并联后的阻值是统一规格的，那么如何使两端的电位差能够满足不同量程的要求呢？
7、其方法是在滑线电阻两端再并联一个量程电阻RM。RM的值越小，它从上支路回路工作电流I1中所分流出的电流IM越大，则流过Rp的电流越小，仪表的量程就越小。反之，RM值越大，则仪表量程越大。从另一个角度来分析，并联了量程电阻后，它与滑线电阻总的等效阻值就减少，尽管总电流I1不变，滑线电阻两端的电位差减小。这样，改变RM值就会改变仪表的量程。,上一页,下一页,返回,任务一 模拟式显示仪表的故障检查,（4）上支路限流电阻R4。为了使滑动触点C的位置与桥路输出电压成对应关系，上支路的电流I1必须恒定，本测量桥路规定上支路电流I1为4 mA。稳压电源的电压E是固定的（1 V），RM取决于仪表量程，RG取决
8、于仪表下限，为了使上支路电流恰好为规定值，故串联一个限流电阻R4，它的数值应为 式中，Rnp为Rp、RB、RM三电阻并联后的等效电阻值。 R4值减小，当滑动触点C移至滑线电阻最右端时，桥路输出电压UCD就增加，这就使仪表的测量上限增加。反之，R4值增加，仪表的测量上限降低。所以R4又称终端电阻。,上一页,下一页,返回,任务一 模拟式显示仪表的故障检查,在需要改变仪表的量程和测量上、下限时，一般只需改变RM、RG、R4的阻值就可以了，而Rp和RB都不需改变，这就给滑线电阻制造的规格化带来了方便。 （5）冷端温度补偿电阻R2。我们知道，热电偶是以t0=0为基准来分度的。如果热电偶冷端温度为0，滑动
9、触点C的位置所对应的是被测的真实温度。但是在实际应用中，热电偶冷端温度常常不是0，而是室温。假定室温高于0，此时，热电偶输出的热电势就会减小，相应的温度指示就要偏低，于是造成测量误差。为了解决这个问题，在下支路中增加一个用铜丝绕制的电阻R2，该电阻装在仪表后接线板上，与热电偶的冷端处于同一温度。当冷端温度升高时，热电偶的热电势就会减少，与此同时，铜电阻R2的阻值随着温度升高而增加，在下支路电流I2一定的情况下，D点电位升高，相应的桥路输出电压UCD降低，如配置得当，使冷端温度升高时UCD的降低值正好等于热电势的减少值，那么，就可以起到冷端温度补偿的作用。,上一页,下一页,返回,任务一 模拟式显
10、示仪表的故障检查,例如，用镍铬镍硅热电偶测量温度，其热端温度不变，而冷端温度从0升高到25，这时热电势将降低1 mV，仪表指针的指示偏低。然而，如果把R2做成随温度变化的电阻，且使阻值在温度从0升高到25时，其增加量R2=0.5，假定下支路的电流I2规定为2 mA，则电阻R2上的电压降UDB增大，UDB=R2I2=1 mV。因为测量桥路的输出电压UCD=UCB-UDB，现在UDB增加了1 mV，那么UCD就会减少1 mV。由于UCD的变化与热电势的变化相等，滑动触点C的位置不因冷端温度改变而改变，故能起到温度补偿作用，使仪表的指示值不受冷端温度变化的影响。 通常情况下，在下支路电流I2取2 m
11、A的桥路中，当配用镍铬镍硅热电偶时R2=5.33 ；配用镍铬铜镍热电偶时R2=8.9 ；配用铂铑10-铂热电偶时R2=0.74 。注意，以上的数值都是指在25的情况下的数值。如果自动平衡电子电位差计是毫伏刻度，则R2采用锰铜丝绕制。,上一页,下一页,返回,任务一 模拟式显示仪表的故障检查,（6）下支路限流电阻R3。在测量桥路中，为了统一规格，上支路的电流规定为4 mA，下支路的电流规定为2 mA（也有的表规定I1=2mA；I2=1mA）。为了保证下支路的电流为规定值，下支路增加一只固定阻值的锰铜电阻R3，它的阻值为 实际上，由于铜电阻R2的阻值随温度而变化，所以下支路工作电流I2只是在仪表的标
12、准工作温度（取25）时才为规定值。但由于R3远远大于R2，故由R2的变化引起工作电流的变化可以忽略不计。R3电阻的精度直接影响到下支路电流I2的大小，因此，对它的精度有较高的要求，一般在0.2%以内。 从上述可以看出，测量桥路的各个电阻的数值是与采用的热电偶种类有关的。因此，自动平衡电子电位差计在使用时要与规定的热电偶相配套，不可任意更换。小型长图自动平衡电子电位差计如图5-4所示。,上一页,下一页,返回,任务一 模拟式显示仪表的故障检查,二、电子自动平衡电桥 电子自动平衡电桥与热电阻或电阻式传感器配套使用，是工业自动化中应用很广、精度较高的自动记录指示仪表。 1.平衡电桥测温原理 电子自动平
13、衡电桥是利用平衡电桥来测量热电阻阻值变化的。图5-5是平衡电桥的原理简单示意图。图中Rt为热电阻，它与R2、R3、R4、RP组成电桥，电源电压为E0，RP为带有刻度数值的滑线电阻。 当温度在量程下限时，Rt有最小值Rt0。滑动触点应移至RP的左端，此时电桥的平衡条件是 B上的检流计。,上一页,下一页,返回,任务一 模拟式显示仪表的故障检查,当温度升高后，假定热电阻变化了Rt，要使平衡继续保持，滑动触点必须右移，滑动触点将电阻RP分为左、右两部分，分别为r1、r2，并有r2=RP-r1，此时电桥的平衡条件是 将式（5-4）减去式（5-3），便得 所以 从上式可知，在测量范围内，当电桥达到平衡时，
14、滑动触点B的位置就可以反映电阻的变化，亦即反映了温度的变化。假定滑线电阻是线性的，那么触点的位移就与热电阻阻值的增量呈线性关系。,上一页,下一页,返回,任务一 模拟式显示仪表的故障检查,如果我们将检流计G换成电子放大器，利用放大器所放大的不平衡电压去驱动可逆电机，再把可逆电机的转动经一套机械传动机构去带动滑动触点B，使输入放大器的不平衡电压为零，这样就构成了电子自动平衡电桥。 电子自动平衡电桥 目前我国生产的电子自动平衡电桥有XD系列（交流平衡电桥）和XQ系列（直流平衡电桥）两种。其中直流电源为1 V，交流电源为6.3 V。采用交流电桥时，输出的不平衡电压是交流值，可以省去变流级而直接送到交流
15、放大器，结构比较简单。但因交流电桥在输入端无法装滤波网络，故抗干扰能力差。采用直流供电可以克服这个缺点，从而获得较高的精度。 图5-6是电子自动平衡电桥的原理图。除了测量桥路外，其余部分基本上与电子自动电位差计是相同的。,上一页,下一页,返回,任务一 模拟式显示仪表的故障检查,电子自动平衡电桥中的热电阻采用三线制接法。这是由于当采用与热电阻相配的电桥来测量温度时，热电阻安装在被测温度的现场，而电桥的其他电阻则放置在控制室的电子自动平衡电桥内，因此连接热电阻与仪表的导线往往很长。如果用图5-5所示的平衡电桥来测量，那么连接热电阻的两根导线都分布在桥路的Rt这个桥臂上，因此两根连接导线的电阻值随环
16、境温度的变化，将同热电阻阻值的变化一起加在电桥的一个桥臂上，使测量产生较大的误差。为了克服这一缺点，由热电阻引出三根导线，与热电阻两端相连的两根导线分别接入桥路的两个相邻桥臂上，而第三根导线与稳压电源相连，如图5-6所示。这样，由于环境温度变化引起的连接导线电阻值的变化对测量的影响就能基本得到克服。始刻度的电阻，r6作刻度微调用。,上一页,下一页,返回,任务一 模拟式显示仪表的故障检查,在工业现场，热电阻和电子自动平衡电桥之间的距离千差万别，为了克服因连接导线的长度不同而引起附加在桥臂上连接导线电阻值的变化，在图5-6中，增加两个外线路调整电阻R1，以便通过调整它们来满足加在桥臂上的两根连接导线的电阻值为规定值的要求，在电子自动平衡电桥中，此规定值一般为2.5 。 由图5-6可以看出，电子自动平衡电桥的工作过程是这样的：当被测温度升高时，Rt阻值增大，桥路失去平衡，这一不平衡电压由电桥的对角线引至电子放大器进行放大，驱动可逆电机，使它带着滑线电阻上的滑动触点移动，以改变上支路两个桥臂电阻的阻值比例，最后使桥路达到新的平衡状态。与此
