化工仪表与自动化61.docx

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化工仪表与自动化61

《化工仪表及自动化》教案

课题

第六章显示仪表

授课教师

授课日期

授课班级

课时

2学时

课程类型

新课

教学方法

教学设备

仪表实训室

教学目标

知识与技能

1．熟悉自动平衡电子电位差计和自动平衡电桥工作原理

2．掌握自动平衡电子电位差计和自动平衡电桥工作故障分析方法

3．了解新型显示仪表

过程与方法

实训、讲解、多媒体展示。

情感与态度

创设问题情境，激发学生探索，求知欲望，使学生积极观察、分析，主动参与，

强化学生主体地位。

教学重点

自动平衡电子电位差计和自动平衡电桥工作原理

自动平衡电子电位差计和自动平衡电桥工作故障分析方法

教学难点

自动平衡电子电位差计和自动平衡电桥工作故障分析方法

重、难点解决措施

教学过程

教师活动

学生活动

时间分配

教学步骤

教学内容

实训

教学活动一、观摩教学

一、认识电子电位差计

1．基本用途

2．面板结构

二、认识无纸记录仪操作

1．基本用途

2．面板结构

三、熟悉模拟式、数字式、屏幕式显示仪表

观摩

20分种

理论教学（讲解）

重点：

原理及各电阻作用

重点：

平衡电桥原理及桥臂电阻的作用

重点：

自动电子平衡电桥与自动电子电位差计用法差异

重点：

自动平衡电桥故障分析

教学活动二、理论教学

显示仪表：

凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表。

分类：

模拟式显示仪表、数字显示仪表、屏幕显示仪表

二次仪表：

凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表统称为显示仪表（二次仪表）

第一节模拟式显示仪表

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（毫伏级）,当它与热电偶配合时,可以用来测量和显示温度。

1．手动电位差计

I电流恒定，当Et>UCB,C点右移，反之左移，直至检流计读数为零。

根据这种电压平衡原理来进行工作。

2．自动电子电位差计

（1）原理如图所示

图6-1电子电位差计原理图

图6-2电子电位差计原理方框图

结论：

电子电位差计既保持了手动电位差计测量精度高的优点，而且无须用手去调节就能自动指示和记录被测温度值。

1．自动电子电位差计的测量桥路

图6-3XW系列电位差计测量桥路原理图

桥路中各电阻的作用

（1）滑线电阻RP与工艺电阻RB改变滑动触点在RP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。

（2）始端（下限）电阻RGRG的大小取决于测量下限的高低。

（3）量程电阻RMRM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。

（4）上支路限流电阻R4把上支路的工作电流限定在4mA。

（6-1）

（5）冷端温度补偿电阻R2降低了测量误差。

（6）下支路限流电阻R3它与R2配合，保证了下支路回路的工作电流为2mA。

（6-2）

二、电子自动平衡电桥

（1）平衡电桥测温原理

利用平衡电桥来测量热电阻变化。

当被测温度为下限时，Rt有最小值Rt0，滑动触点应在RP的左端，此时电桥的平衡条件是

（6-3）

图6-5平衡电桥

当被测温度升高后的平衡条件是

（6-4）

用式（6-4）减式（6-3），则得

（6-5）

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。

并且可以看到触点的位移与热电阻的增量呈线性关系。

（2）自动电子平衡电桥

图6-6自动平衡电桥工作原理

6-7电子平衡电桥原理方框图

为了准确地指示出被测温度的数值，将热电阻的连接采用三线制接法，并加外接调整电阻。

三、自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较

1．相同处：

与这两种仪表配套的测温元件（热电偶、热电阻）在外形结构上十分相似。

仪表的外形及其组成：

如放大器、可逆电机、同步电机及指示记录部分都是完全相同的。

2．不同处：

它们测量的电量形式不相同；两者的作用原理不同；测温元件与测量桥路的连接方式不同。

3．当用热电偶配电子电位差计测温时，其测量桥路需要考虑热电偶冷端温度的自动补偿问题；而用热电阻配电子平衡电桥测温时，则不存在这个问题。

第二节数字式显示仪表

一、数字式显示仪表的原理及其特点

数字式显示仪表是能将被测的连续电量（模拟量）自动地变成断续量,然后进行数字编码,并将测量结果以数字显示的电测仪表。

图6-8数字式显示仪表方框图

特点：

准确度、灵敏度高;读数方便、清晰直观、不会产生视差。

测量速度快，从每秒几十次到每秒上百万次;

仪表的量程和被测量的极性可自动转换,可自动检查故障、报警以及完成指定的逻辑程序;可以方便地实现多点测量;可以与电子计算机配合,给出一定形式的编码输出。

二、模-数变换器

主要任务：

将连续变化的模拟量变换成断续的数字量。

工作方法：

主要有间接法和直接法两种。

三、电子计数器

当用间接法进行数码转换时,是先将模拟量转换为与之对应的时间间隔或频率,然后必须再将时间间隔或频率转换为数字量,才能进行计数。

图6-9时间间隔测量原理框图

四、显示器

辉光数码管显示器结构及原理

图6-10辉光数码管示意图

图6-11数码管驱动电路

五、数字式显示仪表的基本组成

图6-12数字式温度显示仪表的基本组成

六、数字模拟混合记录仪

为了使数字式记录仪与模拟式记录仪的优点结合起来,两者相互取长补短,可以在数字式显示仪表的基础上加上模拟式显示记录仪表的记录部分,构成数字模拟混合记录仪。

第三节新型显示仪表

一、无纸记录仪

以CPU为核心采用液晶显示的记录仪，直接把记录信号转化成数字信号后，送到随机存储器加以保存，并在大屏液晶显示屏上加以显示。

图6-13无笔、无纸记录仪的原理方框图

无笔、无纸记录仪的特点：

①液晶全动态显示,并有背光功能。

②输入信号多样化,并以工业专用微处理器CPU为核心,从而实现了高性能、多回路的监测,并随意放大、缩小地显示在显示屏上。

③无纸、无笔、无墨水,无一切机械转动结构,无需日常维护。

④精度高：

实时显示,±0.2%;曲线及棒图显示,±0.5%。

⑤具有与上位机通讯的标准,可靠性高,价格与一般记录仪相仿。

二、虚拟显示仪表

利用计算机强大的功能来完成显示仪表所有的工作。

图6-14虚拟显示仪表原理框图

虚拟显示仪表的特点有：

使用简单方便、结构简单、性能优越。

教学活动三、练一练

例题分析

例6-1用镍铬-镍硅热电偶配电子电位差计测量某炉温,温度的测量范围在400~900℃。

图6-4是电位差计测量桥路。

已知E=1V；I1=4mA；I2=2mA；R2=5.33Ω；RP∥RB=90Ω。

试根据测温要求确定桥路中的其他电阻值。

图6-4电位差计测量桥路

解：

根据镍铬-镍硅热电偶分度表（第五章附录三）查得400～900℃对应的热电势为16.395～37.325mV。

假定由于R2的存在,实现了冷端温度的全补偿,故冷端温度的变化对热电势的影响可以不予考虑。

当温度在测量下限400℃时,滑动触点移至滑线电阻的最左端,此时根据

得

根据测量范围的要求,滑线触点由滑线电阻的最左端移至最右端,电压差应为

因此,RP、RB、RM并联后的等效电阻RnP应为

已知RP∥RB=90Ω,可求得RM≈5.55Ω。

根据式（6-2）,可得

注意：

以上计算都是粗略的,在进行精确的计算时,还要考虑许多实际的情况,例如滑线电阻RP的两端一般是移不到头的。

所以在计算RG、R4时必须考虑这

例6-2图6-5是自动平衡电桥的工作原理图。

请问在下列情况时,仪表的指针（即滑动触点的位置）、起点温度、仪表量程会如何变化?

简述其原因?

（1）温度升高；

（2）仪表停电;（3）加大R6；（4）减小R5；（5）电阻体被烧断。

解：

（1）当温度升高时,滑动触点将向右移动,这是因为当温度升高后,Rt增加,只有滑动触点向右移,使与Rt串联的这个桥臂的电阻值减小,才能使电桥达到新的平衡。

（2）仪表停电时,指针随拨随停,因为此时放大器的输入与输出均没有信号,可逆电机不可能自行转动。

（3）加大R6,滑动触点将向右移动,这是因为R6增加,会使与Rt串联的这个桥臂的电阻值增加,只有滑动触点右移,才能使这个桥臂的电阻值恢复到原来的数值,电桥恢复平衡。

若其他电阻值都不变,增加R6会使起点温度降低,这是因为滑动触点移至最左端时,代表的是起始温度,这时要使电桥平衡,Rt必然要小一些,以抵消增加R6对整个桥臂电阻值的影响。

Rt小,就表示这时的起点温度降低。

（4）减小R5,量程会降低,这是因为R5减小,滑线电阻组件的等效电阻值减小,使滑动触点由最左端移到最右端的电位差变小,故量程减小。

（5）电阻体被烧断,滑动触点将移向最右端,这是因为电阻体烧断后,Rt趋于无穷大,放大器始终有一个正的电位输入,可逆电机转动,直至滑向最右端指针被挡住为止。

听课

听课

55分钟

互动教学

总结（提问）

1．自动平衡电子电位差计和自动平衡电桥工作原理

2．自动平衡电子电位差计和自动平衡电桥工作故障处理

回答

10分种

布置作业

作业（P94）

1、2、3、6、7

5分钟