第四章显示仪表

显示仪表的内容
第一节、动圈式显示仪表 第一节 动圈式显示仪表 第二节、自动电子电位差计 第二节 自动电子电位差计 第三节、自动电子平衡电桥 第三节 自动电子平衡电桥 第四节、数字式显示仪表 第四节 数字式显示仪表
第一节、动圈式显示仪表 第一节 动圈式显示仪表
动圈式显示仪表是我国中小型企业广泛使用的模拟式 仪表。它具有结构简单、价格低廉、灵敏可靠等优点。 XCZ－101动圈指示仪 动圈式显示仪表 XCZ－102动圈指示仪 X 显示仪表 1 单标尺 C 磁电式 Z 指示 02与热电阻配套
R CB = E t R CB = E t = f (E t ) I E
这种测量方法因平衡时
I g＝0
，故与 R 热、R 补、R 铜
的阻值无关。克服了动圈仪的缺陷，测量精度较高。
（2）最简单的手动电位差计 ① 线路图 E 工作电池 RH 工作电流调整电阻 RN 标准电阻 R 滑线电阻 G 检流计 EN 标准电池 K 单刀双掷开关 Et 被测热电势
RT RB
R内＝R 动＋R K
只要RB阻值选择合适，就可以使
∆R 动 ＝ ∆R K
这样
R内＝R 动＋R K＝常数
达到对R动温度补偿之目的。也就保证了R总＝常数 一定的Et便对应一定的弧长L。 R串量程电阻，确定仪表的 量程。 R内
R动
R串
RT RB
• 二、XCZ-102型动圈式仪表 型动圈式仪表
R4=250-10-2.5=237.5（Ω）
c、测量上限为正，下限为负
例 Et
－10－40mv
规定 E＝1000mV I1= 4mA I2 = 2 mA R2 冷端温度补偿电阻 （固定值） K 热电偶 R2＝5.33Ω S热电偶 R2＝0.74Ω E热电偶 R2＝8.92Ω 若使用K 热电偶
当Et＝－10 mv 时，指针应指在最左端 UAC＝UAB－UBC＝I1RG－I2R2＝－10 mv
RG＝0.165Ω RP＝12.5Ω R4＝237.335Ω R2＝5.33Ω R3＝494.67Ω
作业：如果使用S热电偶，测量范围不变，各电阻应如何 计算？
② 冷端温度自动补偿问题 R2为冷端温度补偿电阻，与热电偶冷端处于相同的温度 t0其测量桥路构成补偿电桥。
R2是铜电阻
R2＝R20（1＋α t0） ∆R2＝R20 α t0
R内
Ω
（2） 热电偶阻值将随被测温度变化而变化。 例如 1米 铂铑－铂热电偶 100℃ 1300℃
R 热 = 1.276 R热 = 5 Ω
R外
R （3）仪表连线中有很长的一段铜导线。 铜 随环境温 度变化而变化。
这样就会产生测量误差，影响仪表的测量精度。故动 圈仪的测量精度不高。精度最高为1.5级。
只要R总＝常数 α＝f (E t ) 根据 L＝r α L 弧长 r 指针长度（半径） α 圆心角 这样就将Et转换为指针在标尺的弧长L。 I Et
Et L＝rK R总
2、外接电阻和外接调整电阻 、
E( t, t 0 ) E( t, t 0 ) I= = R总 R 外 + R内 R外 = R热 + R补 + R铜 + R调
只要选择R3＝R4 等式两端的R1就可相互抵消。UAB的输出与R1变化无关。 （要求三根导线的电阻必须相等） 规定R1＝3 × 5Ω （2）电源 为电桥提供稳定的4V直流电压。 4V 因为用不平衡电桥测电阻，桥路的输出电压UAB与电源 电压E有关
（ R 1＋ R t )R 3－(R 2 + R 1 )R 4 U AB＝ E (R 3 + R 2 + R 1 )(R 4 + R t + R 1 )
规定
R外=15Ω
3、动圈的温度补偿 、
（1）为什么要对动圈进行温度补偿 要使L与被测热电势Et的单值对应关系，必须使R总＝常数
R 总＝R内＋R 外
R内也应当是常数
规定 R外=15Ω＝常数 =15Ω＝常数
R内＝R 动
R动
Et
R动是用铜丝绕制的，是一个铜 电阻，铜电阻受环境温度的影响， 其阻值随环境温度变化而变化。
UBC＝Et＝RBCI
因为I＝常数 所以 Et＝f（RBC） 由于采用了标准电池和标准电阻，标准滑线电阻，配上高 灵敏度的检流计，可得到非常高的测量精度。0.1级 常见的手动电位差计有UJ－1、UJ－31、UJ－36 等。
2、电子自动电位差计 用手动电位差计测温，比动圈仪要精确得多，但用 于工业生产中实际温度测量是行不通的，原因是手动 操作跟不上温度变化的速度，在生产过程中,由于温 度在不断的发生变化,前一个温度还未测出来,后一个 温度又变了。因此，一般用手动电位差计通常测量热 电势相对稳定的场合，例如在实验室校验热电偶等。
R20＝4.83Ω （t0＝0℃的电阻值）
α ＝4.140710－3Ω／℃（0－25℃）
在工业温度测量中，我们通常使用电子自动电位 差计测温。
（1）电子自动电位差计的方块图
t
热电耦
Et _
n
∆U
调节机构
∆I 放大器 可逆电机 指示机构
t t
记录机构
UAB
测量电桥
E
稳压电源
同步电机
（2）电子自动电位差计的工作原理 电子自动电位差计和手动电位差计一样，都是根据电 压平衡原理进行测量的。 它是用 ① 电子放大器代替了检流计。 ② 可逆电机及机械传动机构代替了手的操作。 ① 基本测量线路
2 × 5.33－10 R G＝ ＝0.165 Ω） （ 4
R3＝500－5.33＝494.67（Ω） 当Et＝40mv 时，指针应指在最右端 UAC＝UAB－UBC ＝40mv RP两端的电压为40－（－10）＝50 mv U 50 R P＝ AB ＝ ＝ .5 Ω 12 I1 4 R4＝250－12.5－0.165＝237.335（Ω）
E 稳压电源 E＝1000mv 为桥路提供稳定的直流电压 RP 滑线电阻 产生桥路电压 UAB＝I × r (已知电压) Et 被测热电势 （未知电压） R4 限流电阻 使电流 I＝4mA
r
F 电子放大器 > 输入信号 ∆U＝Et－UAB =0 < 输出信号∆ I＝K ∆ U ∆ I > 0 正转 D 可逆电机 ∆ I = 0 不转 ∆I < 0 反转 Et>UAB Et=UAB Et<UAB
01 与热电偶配套
一、XCZ-101动圈指示仪 1、测量原理 依据力矩平衡原理
M 测＝C1I
M 反＝C 2α
M测 M反 C1
测量力矩 反馈力矩
仪表常数（与动圈的匝数、磁感强度、平均直径等有关）
C2 张丝的弹性系数 I 流过动圈的电流强度 α 指针的偏转角度
当力矩平衡时
M 测＝M 反
Et C1 α＝ I＝KI＝K C2 R总
如图所示为电位差计的原理图
Et
未知电压 (被测电压)
U CB 已知电压 (平衡电压)
G 检流计 E 电源电压 RAB滑线电阻
I=
U CB＝I × R CB
当
E ＝常数 R AB
E t ≠ U CB 时，检流计电流 I g ≠ 0
调节 R CB
即调节 U CB
使检流计电流
I g＝0
E t = U CB = I × R CB
② 测量过程 t↑→Et↑→ ∆ U↑（Et>UAB）→ ∆ I↑→电机正转→带动指针 右移→UAB↑→Et＝UAB→ ∆ U＝0→ ∆ I＝0→电机停转（指 针指示Et）
（3）测量桥路 ① 桥路的形式及电阻的计算
a、测量下限为零，上限为正 例 Et 0－40mv
桥路的作用是提供标准电压 UAB与热电势Et平衡。 规定 E=1000 mv I=4mA UAB＝0
使用电位差计进行测量，就会克服上述问题，提高测量精 度。（0.2－0.5级）
手动电位差计 电位差计 自动电位差计 1、手动电位差计 测量原理 根据电压平衡原理进行测量，用已知电压平衡未知电 压的测量方法。
E1 未知电压 当E1
E2已知电压
≠
E2时
Ig ≠
0
调节E2 使 I g＝0 E1= E2 电位差计就是根据这个原理来工作的。
② 使用步骤 i 标定工作电流 将开关K置“1”位置，电阻RN两端的电压UAB与标准电压EN 进行比较。 当检流计电流 UAB＝I RN
Ig ≠ 0
说明 UAB
≠ EN
I=
RH
E + RN + R
I g＝0
调节RH 即调节I也就是调节UAB直至 说明UAB＝EN＝I RN
EN I= RN
标准电流
（标准电流） ii 测量 将K置“2”位置，UBC与Et 进行比较 UBC＝RBCI 调整滑线电阻RBC，使检流计电流 I ＝0 g
当Et＝0 时，指针应指在最左端
当Et＝40mv 时，指针应指在最右端 UAB＝40mv
U AB 40 R P＝ ＝ ＝10 Ω） （ I 4
为保证 I=4mA
E 1000 R 4＋R P＝ ＝ ＝250 Ω） （ I 4
R4＝250－10＝240（Ω）
b、测量上、下限均为正 例 Et 10－50mv
基于这种设想，在内电路增加一个半导体电阻RT 电阻RT 温度补偿电阻
R内＝R 动＋R T
因为 导体电阻随温度变化 每升高一度
R动
R内

电阻增加 0.4～0.6％
半导体电阻随温度变化 每升高一度 电阻减小 2～6％
当环境温度升高时
∆R 动 < ∆R T
出现过补偿现象 要想克服过补偿，可在RT 并联一个电阻RB 电阻RB 温度校正电阻， 材料是锰铜丝（受温度影 响极小） RB RT＝RK R动 R内