第四篇-检测技术及仪表显示仪表.pptx

显示仪表主要外语词汇显示仪表主要外语词汇display instruments,analog display instruments,digital display instruments,moving-coil instrument,electronic auto-balance instrument,electric potentiometers,balance amplifier教学的主要内容教学的主要内容6.1 动圈式显示仪表动圈式显示仪表1、动圈仪表的原理与结构、动圈仪表的原理与结构2、动圈仪表的误差分析、动圈仪表的误差分析3、动圈仪表的测量线路、动圈仪表的测量线路6.2自动平衡式显示仪表自动平衡式显示仪表1、自动平衡式显示仪表的工作原理、自动平衡式显示仪表的工作原理2、自动平衡式显示仪表的结构组成与特性分析、自动平衡式显示仪表的结构组成与特性分析3、自动平衡式显示仪表的测量电路、自动平衡式显示仪表的测量电路教学重点及难点教学重点及难点1.教学重点：教学重点：1）显示仪表的工作机理及特性分析）显示仪表的工作机理及特性分析2）测量电路的设计思路及计算方法）测量电路的设计思路及计算方法2.教学难点：教学难点：1）配热电偶的动圈表与配热电阻的动圈表测量电路的原）配热电偶的动圈表与配热电阻的动圈表测量电路的原 理区别理区别2）自动电位差计与自动平衡电桥测量电路的设计思路及）自动电位差计与自动平衡电桥测量电路的设计思路及方法方法 实验教学内容：实验教学内容：1、动圈表的校验及改量程的调校、动圈表的校验及改量程的调校2、自动电位差计测量电路设计及调校、自动电位差计测量电路设计及调校 引言：前面我们先后给大家介绍了用于检测现场引言：前面我们先后给大家介绍了用于检测现场的压力、温度等各种热工参量的仪表，这些仪表的压力、温度等各种热工参量的仪表，这些仪表由于大都是直接和现场的物理参量打交道，所以由于大都是直接和现场的物理参量打交道，所以习惯上人们又常将这些仪表称为一次仪表，如热习惯上人们又常将这些仪表称为一次仪表，如热电偶、热电阻都属于一次仪表。一次仪表的主要电偶、热电阻都属于一次仪表。一次仪表的主要作用一般是设法将现场的被测量转变为电量，但作用一般是设法将现场的被测量转变为电量，但是，要直观地将这些电量客观反映被测量的大小是，要直观地将这些电量客观反映被测量的大小往往还需要配接显示仪表，一般我们又常把显示往往还需要配接显示仪表，一般我们又常把显示仪表称为二次仪表，从今天起我们开始学习第四仪表称为二次仪表，从今天起我们开始学习第四篇：显示仪表。篇：显示仪表。(1)(1)模拟式显示仪表，是以仪表的指针模拟式显示仪表，是以仪表的指针(或记或记录笔录笔)的偏转角度或位移量来模拟显示被测参数的的偏转角度或位移量来模拟显示被测参数的连续变化。连续变化。(2)(2)数字式显示仪表，则是以数字形式直接显数字式显示仪表，则是以数字形式直接显示被测参数，它大都是由电子器件直接构成，而示被测参数，它大都是由电子器件直接构成，而避免使用电磁偏转机构或其它机电机构，因而测避免使用电磁偏转机构或其它机电机构，因而测量速度快、精度高、并且读数直观。量速度快、精度高、并且读数直观。(3)(3)图像显示仪表则是以屏幕的方式将被测图像显示仪表则是以屏幕的方式将被测参数的变化用图形和数字直接显示出来，所以说参数的变化用图形和数字直接显示出来，所以说它是一种集模拟显示和数字显示之优点的新型显它是一种集模拟显示和数字显示之优点的新型显示仪表。示仪表。显示仪表的分类显示仪表的分类目前常用的显示器有四类：模拟显示、数字目前常用的显示器有四类：模拟显示、数字显示、图象显示及记录仪等显示、图象显示及记录仪等 模拟显示模拟显示的的特点特点：直观直观光柱也属于模拟显示光柱也属于模拟显示光柱显示光柱显示的特点：的特点：一目了然一目了然数字式仪表数字式仪表数字式仪表数字式仪表的特点：的特点：准确，但最准确，但最后一位经常后一位经常跳动不止。跳动不止。热敏电阻热敏电阻 LED亮度高、耐振动；亮度高、耐振动；LCD耗电省、集成度高，耗电省、集成度高，但不利于夜间观察。但不利于夜间观察。LED、LCD的特点：带背光板的带背光板的LCD可以在夜间观看可以在夜间观看 图像显示图像显示 特点特点能显示复杂的能显示复杂的图形和曲线，图形和曲线，但价格昂贵。但价格昂贵。图像显示（续）图像显示（续）带带RS-232接口的万用表及图像显示接口的万用表及图像显示特点特点 能在能在计算机中计算机中存储测量存储测量到的波形到的波形及数据，及数据，可随时重可随时重放，价格放，价格适中。适中。记录仪记录仪 主要主要用来记录用来记录被检测对被检测对象的动态象的动态变化过程。变化过程。无纸记录仪无纸记录仪 主要用主要用来记录和存来记录和存储被检测对储被检测对象的动态变象的动态变化过程。化过程。6.1 动圈式显示仪表动圈式显示仪表 它与热电偶、热电阻、霍尔变送器或压力变送器它与热电偶、热电阻、霍尔变送器或压力变送器等相配合，可用来指示（或显示）、工业对象中的温等相配合，可用来指示（或显示）、工业对象中的温度、压力、流量、成份、物位等多种非电量参数。这度、压力、流量、成份、物位等多种非电量参数。这些非电量参数大都是要首先由检测元件将这些非电量些非电量参数大都是要首先由检测元件将这些非电量参数转换成电量信号，然后再经过测量电路转换成流参数转换成电量信号，然后再经过测量电路转换成流过动圈的微安电流，而动圈偏转的角度又反映了流过过动圈的微安电流，而动圈偏转的角度又反映了流过动圈中的电流大小，所以说尽管动圈表可以用于指示动圈中的电流大小，所以说尽管动圈表可以用于指示多种工业参数，但它实质上是一种用于测量电流的仪多种工业参数，但它实质上是一种用于测量电流的仪表。表。动圈表就其功能而言不仅仅限于指示，附加必要动圈表就其功能而言不仅仅限于指示，附加必要的电子线路还可以使动圈表兼有自动报警、自动调节，的电子线路还可以使动圈表兼有自动报警、自动调节，甚至还可以有自动记录的功能。甚至还可以有自动记录的功能。动圈表的突出优点是用途广泛、结构简单、易于动圈表的突出优点是用途广泛、结构简单、易于维护、价格低廉，且具有一定的精度。维护、价格低廉，且具有一定的精度。1 动圈仪表的原理与结构动圈仪表的原理与结构 1.基本原理基本原理 动圈式仪表的实质就是一种动圈式仪表的实质就是一种磁电式直磁电式直流电流表流电流表，其测量机构的核心部件是由处，其测量机构的核心部件是由处于永久磁铁气隙中的可以转动的矩形线圈，于永久磁铁气隙中的可以转动的矩形线圈，用于支承线圈的游标或叫张丝，以及用于用于支承线圈的游标或叫张丝，以及用于指示的指针和标尺等组成，而其中指示的指针和标尺等组成，而其中可以转可以转动的线圈是这类仪表的突出特征动的线圈是这类仪表的突出特征，因此这，因此这类动圈式指示仪表又常有类动圈式指示仪表又常有动圈仪表动圈仪表之称。之称。动圈仪表的基本原理是建立在动圈仪表的基本原理是建立在安培定安培定律律的基础上，利用了在磁场中通电导体总的基础上，利用了在磁场中通电导体总要受到力的作用这一基本规律而设计的。要受到力的作用这一基本规律而设计的。力的方向由左手定则判断力的方向由左手定则判断图图1 动圈测量机构原理动圈测量机构原理 在均匀磁场中载流直导线所受的力符合在均匀磁场中载流直导线所受的力符合以下关系：以下关系：已知：载流直导线在均匀磁场中所受的已知：载流直导线在均匀磁场中所受的力：力：F=BIL (1)式中：式中：B：磁感应强度：磁感应强度，I：电流：电流 L：导线长度：导线长度 F：力：力 图图1表示由一匝导线所构成的矩形线表示由一匝导线所构成的矩形线圈处在均匀平行的磁场之中，当线圈中圈处在均匀平行的磁场之中，当线圈中有按图所示的方向流过电流时，在矩形有按图所示的方向流过电流时，在矩形线圈垂直于磁力线的两个边上将产生作线圈垂直于磁力线的两个边上将产生作用力用力F1和和F2，受力方向如图，受力方向如图1所示（依所示（依左手定则），但如果线圈平面与磁力线左手定则），但如果线圈平面与磁力线之间的夹角为之间的夹角为，则垂直于线圈平面的分，则垂直于线圈平面的分力为力为F1和和F2，其值为，其值为：F1同同F2，只是方向相反，但大小相等。，只是方向相反，但大小相等。注意，注意，真正使线圈产生旋转力矩的力是真正使线圈产生旋转力矩的力是F1和和F2，而不是，而不是F1和和F2。如果线圈的宽度为如果线圈的宽度为b，则由，则由F1和和F2所形成的力矩为：所形成的力矩为：转动力矩：转动力矩：（3）（2）式（式（3）表明，转动力矩）表明，转动力矩M不仅与电流不仅与电流I有关，而且有关，而且与线圈所处的角度与线圈所处的角度有关，即有关，即M不仅是电流不仅是电流I的函数，的函数，也是线圈所处的角度也是线圈所处的角度的函数。如果动圈仪表的指的函数。如果动圈仪表的指针转角是与力矩针转角是与力矩M成正比的话，那么在这种均匀的成正比的话，那么在这种均匀的平行磁场下，其刻度将是不均匀的，为了避免刻度平行磁场下，其刻度将是不均匀的，为了避免刻度不均匀这种缺点，一般在永久磁铁的两极上都是安不均匀这种缺点，一般在永久磁铁的两极上都是安装凹面极靴，并且在矩形线圈的中央安装固定的圆装凹面极靴，并且在矩形线圈的中央安装固定的圆柱形铁芯，如图柱形铁芯，如图2所示：所示：图图2 极靴设计极靴设计 由于永久磁铁极靴的凹面与圆柱形铁芯的凹面同心，由于永久磁铁极靴的凹面与圆柱形铁芯的凹面同心，所以在由它们构成的环形气隙中其磁力线则呈辐射状均匀所以在由它们构成的环形气隙中其磁力线则呈辐射状均匀分布，于是无论线圈的旋转角度如何，其沿切线方向的力分布，于是无论线圈的旋转角度如何，其沿切线方向的力在整个指针转角范围里都将保持不变，于是公式（在整个指针转角范围里都将保持不变，于是公式（3）中）中的的 ，这样不但可以保证刻度的均匀性，而且由，这样不但可以保证刻度的均匀性，而且由于这种辐射状磁场分布还可以使气隙长度显著缩短。这样于这种辐射状磁场分布还可以使气隙长度显著缩短。这样用同样的永久磁铁，可以使气隙里的磁感应强度用同样的永久磁铁，可以使气隙里的磁感应强度B增大很增大很多，从而使在相同电流下可使动圈得到更大的转动力矩，多，从而使在相同电流下可使动圈得到更大的转动力矩，使仪表的灵敏度得到提高。使仪表的灵敏度得到提高。式（式（3）所给出的仅是一匝线圈在均匀磁场中所受到）所给出的仅是一匝线圈在均匀磁场中所受到的转动力矩，实际中为了使仪表尽量灵敏，仪表的动圈大的转动力矩，实际中为了使仪表尽量灵敏，仪表的动圈大都是由很细的漆包线绕数百匝之多，所以实际线圈的转动都是由很细的漆包线绕数百匝之多，所以实际线圈的转动力矩应乘以匝数力矩应乘以匝数n，即：，即：匝数为匝数为n的转动力矩：的转动力矩：（4）如果用如果用A表示动圈的表示动圈的有效面积（见图有效面积（见图3），），则有则有 。于。于是，是，（4）式又记为）式又记为：图图3 如果仅使仪表受一种力矩即转动力矩的作用，其动圈如果仅使仪表受一种力矩即转动力矩的作用，其动圈只能作旋转运动而不会在某一位置固定，且只能作旋转运动而不会在某一位置固定，且必须设法在动必须设法在动圈上产生一与转动力矩相反的反作用力矩圈上产生一与转动力矩相反的反作用力矩MF，使之与电，使之与电磁转动力矩磁转动力矩M相平衡，只有这样才能使动圈偏转到一定的相平衡，只有这样才能使动圈偏转到一定的位置固定。位置固定。在统一设计的动圈仪表中，在统一设计的动圈仪表中，一般反作用力矩都一般反作用力矩都是张丝产生的。是张丝产生的。指出：张丝大多是由弹性金属材料（磷青指出：张丝大多是由弹性金属材料（磷青铜或玻青铜、锡青铜等，也有用石英的）制成，它一端固铜或玻青铜、锡青铜等，也有用石英的）制成，它一端固定，而另一端与动圈相连。（如图定，而另一端与动圈相连。（如图4）图图42.仪表的测量机构仪表的测量机构(1)(1)磁路结构磁路结构 动圈仪表的环路系统采用的是立柱式外磁钢结动圈仪表的环路系统采用的是立柱式外磁钢结构，具体形式以及各磁路部件的组合关系如图构，具体形式以及各磁路部件的组合关系如图5 5所所示：示：图图5 动圈表的磁路结构动圈表的磁路结构 两块永久性磁钢经由法兰盘形的接铁联接构成串联两块永久性磁钢经由法兰盘形的接铁联接构成串联形式，其上半部分的磁路是经过极靴铁，空气隙和圆柱形形式，其上半部分的磁路是经过极靴铁，空气隙和圆柱形铁芯构成闭合环路，其动圈则置于空气隙中上下用张丝拉铁芯构成闭合环路，其动圈则置于空气隙中上下用张丝拉紧而得到支承。紧而得到支承。图中小标注图中小标注7所指的是所指的是磁分路调节片磁分路调节片，它是由导磁的软，它是由导磁的软磁性材料制成的，磁性材料制成的，其作用是用于调整空气隙中的磁感应强其作用是用于调整空气隙中的磁感应强度度，当磁分路调节片顺时针方向移动时，则经过磁分路片，当磁分路调节片顺时针方向移动时，则经过磁分路片上的磁通量增加，于是空气隙中的磁感应强度值必然降低，上的磁通量增加，于是空气隙中的磁感应强度值必然降低，即即B降低，则动圈的旋转力矩降低，则动圈的旋转力矩M亦减小，其示值也将随之亦减小，其示值也将随之减小。反之，则空气隙中的减小。反之，则空气隙中的B增大，增大，M增大，增大，致使示致使示值增大。有关磁分路片的调整，一般在仪表出厂前都已校值增大。有关磁分路片的调整，一般在仪表出厂前都已校准，只是在长期使用后若感到指针总是偏转角度不足，则准，只是在长期使用后若感到指针总是偏转角度不足，则可将磁分路片稍稍拉开，以减少外部分路的磁通，以加强可将磁分路片稍稍拉开，以减少外部分路的磁通，以加强气隙中的磁通密度，提高仪表的灵敏度。气隙中的磁通密度，提高仪表的灵敏度。标注标注6所指的压铸铝或铜是磁性材料，主要用于固定两所指的压铸铝或铜是磁性材料，主要用于固定两个极靴。个极靴。(2)动圈动圈 一般仪表的动圈一般仪表的动圈大都采用漆包铜导线绕制大都采用漆包铜导线绕制，而锰铜线则由于其，而锰铜线则由于其电阻率太大而不易应用。电阻率太大而不易应用。一般说来仪表的可动部分应该轻些为好，因为减轻可动部分的重一般说来仪表的可动部分应该轻些为好，因为减轻可动部分的重量，可以提高测量机构的品质系数。量，可以提高测量机构的品质系数。所谓的所谓的“品质系数品质系数”是表征仪表测量机构的机械性能的一个参数，是表征仪表测量机构的机械性能的一个参数，品质系数大，则反映仪表的变差，倾斜误差等小，以及其抗震性、抗品质系数大，则反映仪表的变差，倾斜误差等小，以及其抗震性、抗冲击性能好；从生产的角度上讲，品质系数大则表明工艺性强，质量冲击性能好；从生产的角度上讲，品质系数大则表明工艺性强，质量好。另外从直观上我们亦可想象，仪表的动圈轻，机械阻力小，必然好。另外从直观上我们亦可想象，仪表的动圈轻，机械阻力小，必然其灵敏度高，误差小。其灵敏度高，误差小。以前都是用漆包线在铝制框架上绕制，而目前统一设计的动圈仪以前都是用漆包线在铝制框架上绕制，而目前统一设计的动圈仪表，表，其动圈都采用无框架动圈工艺其动圈都采用无框架动圈工艺，即绕制动圈不用框架，而是，即绕制动圈不用框架，而是采用采用胶合硬化的方法，直接将漆包导线绕制成矩形框架，并胶合坚固成型胶合硬化的方法，直接将漆包导线绕制成矩形框架，并胶合坚固成型，这样不仅可以减轻动圈重量，而且也减少了由于铝闭合框架的存在而这样不仅可以减轻动圈重量，而且也减少了由于铝闭合框架的存在而产生的阻尼力矩。产生的阻尼力矩。另外我们由动圈的驱动力矩，可以看到，另外我们由动圈的驱动力矩，可以看到，在在B、I、A一定一定的情况下，匝数的情况下，匝数n越大，转矩越大，转矩M越大，但是匝数过多要受越大，但是匝数过多要受到许多因素的限制到许多因素的限制。i）匝数增多会导致动圈的重量增加，）匝数增多会导致动圈的重量增加，致使仪表的品质系数降低，阻尼时间增长（因为动圈的惯致使仪表的品质系数降低，阻尼时间增长（因为动圈的惯性增大）；性增大）；ii）匝数增多，会使动圈的体积增大，但永久）匝数增多，会使动圈的体积增大，但永久磁场的空气隙空间是有限的，所以要增加匝数势必要减少磁场的空气隙空间是有限的，所以要增加匝数势必要减少导线的截面积，采用直径较细的导线，然而过细的导线又导线的截面积，采用直径较细的导线，然而过细的导线又会增加动圈本身的内阻。而阻值较小温度补偿比较方便，会增加动圈本身的内阻。而阻值较小温度补偿比较方便，统一设计的动圈仪表大都采用统一设计的动圈仪表大都采用44#漆包导线，绕制漆包导线，绕制匝数为匝数为292匝，动圈内阻在匝，动圈内阻在20C时为时为80。一般动圈仪表的指针是粘贴在动圈上的，且一般动圈仪表的指针是粘贴在动圈上的，且随动圈的转动而转动，在动圈平衡时，则其指针随动圈的转动而转动，在动圈平衡时，则其指针所指的即为被测量的数值。如图所指的即为被测量的数值。如图6所示：所示：图图6 (3)支承结构支承结构 动圈仪表的支承结构所要完成的任务有三动圈仪表的支承结构所要完成的任务有三个，即：个，即：a）支承动圈；）支承动圈；b）传导电流；）传导电流；c）产）产生反生反 作用力矩作用力矩MF。动圈仪表的支承结构常见的有三种形式，动圈仪表的支承结构常见的有三种形式，分别是：分别是：轴尖轴承方式、张丝支承方式和吊丝轴尖轴承方式、张丝支承方式和吊丝方式。方式。A、轴尖轴承方式、轴尖轴承方式 轴尖采用高碳钢，轴承采用宝石（如刚玉）轴尖采用高碳钢，轴承采用宝石（如刚玉）用游丝产生反作用力矩并传导电流，游丝多用磷用游丝产生反作用力矩并传导电流，游丝多用磷青铜、锡锌青铜制成，且绕成平面螺旋形，通常青铜、锡锌青铜制成，且绕成平面螺旋形，通常动圈的上、下游丝按相反的螺旋方向安装。如图动圈的上、下游丝按相反的螺旋方向安装。如图7。图图7 B、张丝支承方式、张丝支承方式 所谓张丝就是有弹性的细金属丝，它一端固定在所谓张丝就是有弹性的细金属丝，它一端固定在动圈上，另一端固定在仪表框架的弹簧片上，张丝是动圈上，另一端固定在仪表框架的弹簧片上，张丝是上、下两根，与动圈的接点一定要保证是动圈的轴心上、下两根，与动圈的接点一定要保证是动圈的轴心线，张丝上、下两根对称拉紧，使动圈悬在中央，同线，张丝上、下两根对称拉紧，使动圈悬在中央，同时另一端的弹簧片亦能提供一定的能力，从而使动圈时另一端的弹簧片亦能提供一定的能力，从而使动圈可以牢牢地悬在中央，从而完成其支承作用。而当动可以牢牢地悬在中央，从而完成其支承作用。而当动圈转动时，张丝受到扭曲而变形从而由这种弹性形变圈转动时，张丝受到扭曲而变形从而由这种弹性形变而产生反作用力矩，动圈受电磁力矩的作用偏转的越而产生反作用力矩，动圈受电磁力矩的作用偏转的越大，张丝所产生的反作用力矩也会随其形变的加剧而大，张丝所产生的反作用力矩也会随其形变的加剧而增大，所以在任何一处都可以平衡转动力矩而使动圈增大，所以在任何一处都可以平衡转动力矩而使动圈平衡。平衡。C、吊丝方式：、吊丝方式：结构如图结构如图8：图图8 吊丝方式吊丝方式（3）串、并联电阻串、并联电阻 （a）对仪表量程的影响）对仪表量程的影响 对于电压表，调节串联电阻可以调整量程。对于电压表，调节串联电阻可以调整量程。对于电流表，调节并联电阻可以调整量程。对于电流表，调节并联电阻可以调整量程。但对于电流表而言，增加串联电阻并不影响原但对于电流表而言，增加串联电阻并不影响原来的量程，对于电压表而言，在仪表的输入端子之来的量程，对于电压表而言，在仪表的输入端子之间增加并联电阻也不会影响原来的量程，当然增加间增加并联电阻也不会影响原来的量程，当然增加这些电阻对仪表的输入电阻是要有所改变的，由于这些电阻对仪表的输入电阻是要有所改变的，由于仪表内阻的改变就必然会影响仪表的阻尼特性，也仪表内阻的改变就必然会影响仪表的阻尼特性，也就是说，串并联电阻的使用是要影响仪表阻尼系数就是说，串并联电阻的使用是要影响仪表阻尼系数的。所以我们说，的采用不仅与仪表量程有关，而的。所以我们说，的采用不仅与仪表量程有关，而且与仪表的阻尼程度亦相关，二者必须彼此兼顾。且与仪表的阻尼程度亦相关，二者必须彼此兼顾。（b）对仪表阻尼特性的影响）对仪表阻尼特性的影响 根据目前统一设计的动圈仪表的测根据目前统一设计的动圈仪表的测量机构来看，对于配热电偶的动圈仪表，量机构来看，对于配热电偶的动圈仪表，由于即使在最大量程情况下由于即使在最大量程情况下 值也不值也不会太大，所以阻尼系数较大，故一般不会太大，所以阻尼系数较大，故一般不用用 。而对于配热电阻的动圈仪表，由于热电阻的测量系统而对于配热电阻的动圈仪表，由于热电阻的测量系统总要与一个不平衡电桥共存，其测量信号较大，所以总要与一个不平衡电桥共存，其测量信号较大，所以在大量程情况下在大量程情况下 值会取得较大，致使仪表的阻尼值会取得较大，致使仪表的阻尼作用减弱，形成欠阻尼情况，在这种情况下，如果动作用减弱，形成欠阻尼情况，在这种情况下，如果动圈仪表仅是指示型的，一般指针摆动几下，表现的更圈仪表仅是指示型的，一般指针摆动几下，表现的更灵敏一些往往也是允许的，但对于调节型仪表（即动灵敏一些往往也是允许的，但对于调节型仪表（即动圈表本身带调节）这种欠阻尼情况是不能允许的，故圈表本身带调节）这种欠阻尼情况是不能允许的，故常常要并上常常要并上 ，以增加阻尼，防止调节部分误动作，以增加阻尼，防止调节部分误动作，所以说一般仅是在与热电阻配接的大量程带调节的动所以说一般仅是在与热电阻配接的大量程带调节的动圈指示型仪表才采用。圈指示型仪表才采用。（4）温度补偿）温度补偿 易受环境温度变化的影响，温度升高，增大。易受环境温度变化的影响，温度升高，增大。磁感应强度磁感应强度B亦受温度影响，温度升高，亦受温度影响，温度升高，B减弱。减弱。测量机构的弹性刚度系数测量机构的弹性刚度系数K受温度变化影响，温受温度变化影响，温度升高，度升高，K值减小。值减小。温度补偿主要是针对动圈自身的内阻而言。通常采取温度补偿主要是针对动圈自身的内阻而言。通常采取的手段是利用热敏电阻作为补偿元件，补偿的温度范围是的手段是利用热敏电阻作为补偿元件，补偿的温度范围是050，即任凭环境温度在，即任凭环境温度在050范围内变化。范围内变化。因为随因为随 t 而而 ，所以可用热敏电阻作温度补偿。，所以可用热敏电阻作温度补偿。常取常取20，恒为恒为50 温度特性接近线性；温度特性接近线性；基本不随温度变化。基本不随温度变化。图图9 动圈温度补偿电路动圈温度补偿电路2 动圈仪表得误差分析动圈仪表得误差分析一一.基本误差基本误差 动圈仪表在加工、制造过程中，由于加工动圈仪表在加工、制造过程中，由于加工工艺、元器件质量等各方面的影响，很难得证工艺、元器件质量等各方面的影响，很难得证实际的仪表产品与理论设计的要求完全一致，实际的仪表产品与理论设计的要求完全一致，习惯上我们把由于仪表本身的内部特性和器件习惯上我们把由于仪表本身的内部特性和器件质量等因素造成的测量误差称为动圈仪表的基质量等因素造成的测量误差称为动圈仪表的基本误差，它主要由以下几种误差组成。本误差，它主要由以下几种误差组成。1.变差变差 所谓变差是指在外界条件不变的情况下，使所谓变差是指在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对同一参数进行正反行程的测量时，用同一仪表对同一参数进行正反行程的测量时，所得到的测量结果并不相同，其二者之差即为变所得到的测量结果并不相同，其二者之差即为变差。差。动圈仪表所出现的变差主要是由仪表可动部动圈仪表所出现的变差主要是由仪表可动部分的摩擦和机械配合中的间隙等因素带来的，一分的摩擦和机械配合中的间隙等因素带来的，一般说来，这种变差在轴承、轴支承方式的动圈表般说来，这种变差在轴承、轴支承方式的动圈表中表现较突出，而对采用支承的仪表，由于不存中表现较突出，而对采用支承的仪表，由于不存在机械摩擦而变差很小。在机械摩擦而变差很小。支承的仪表变差很小。支承的仪表变差很小。2.不完全平衡误差不完全平衡误差 由于仪表可动部分的重心与转轴不能完全重由于仪表可动部分的重心与转轴不能完全重合而带来的测量误差我们称为不完全平衡误差，合而带来的测量误差我们称为不完全平衡误差，这主要是由于可动部分的重心与支撑点不重合必这主要是由于可动部分的重心与支撑点不重合必然会产生一定的重力矩，这种重力矩的存在必然然会产生一定的重力矩，这种重力矩的存在必然会导致仪表所受到的实际驱动力矩与原理论上设会导致仪表所受到的实际驱动力矩与原理论上设计的驱动力矩不符，从而产生误差，造成这种误计的驱动力矩不符，从而产生误差，造成这种误差的原因多是由于仪表可动部分的平衡事先调整差的原因多是由于仪表可动部分的平衡事先调整不准，如平衡锤没有调整到位，以及动圈杆等发不准，如平衡锤没有调整到位，以及动圈杆等发生机械变形所致。生机械变形所致。可动部分的中心调整不准及机械变形所致。可动部分的中心调整不准及机械变形所致。3.刻度误差与调整误差刻度误差与调整误差 所谓刻度误差是指在印制刻度盘时，本身就所谓刻度误差是指在印制刻度盘时，本身就没有将分度刻准而引入的误差，而调整误差是指没有将分度刻准而引入的误差，而调整误差是指即使刻度标尺本身印制是准确的，但由于在装配即使刻度标尺本身印制是准确的，但由于在装配时调整不准而带来的误差，对于后一种误差，一时调整不准而带来的误差，对于后一种误差，一般通过细心调整是可以纠正的。般通过细心调整是可以纠正的。动圈仪表除了由于自身内部特性和质量等因动圈仪表除了由于自身内部特性和质量等因素所造成的基本误差之外，在具体的应用中还常素所造成的基本误差之外，在具体的应用中还常常会因各种外界因素的影响而带来测量误差，我常会因各种外界因素的影响而带来测量误差，我们常把这类误差称为动圈仪表的附加误差。们常把这类误差称为动圈仪表的附加误差。二二.附加误差附加误差 仪表在正常工作条件下，由于外界仪表在正常工作条件下，由于外界原因而引起的误差我们称为仪表的附加原因而引起的误差我们称为仪表的附加误差。附加误差主要由以下几方面的因误差。附加误差主要由以下几方面的因素造成。素造成。1.外线路电阻值不符合规定所带来的误差外线路电阻值不符合规定所带来的误差 首先明确几个电阻的定义，我们知道动圈仪首先明确几个电阻的定义，我们知道动圈仪表测量机构的基本电路如下图。表测量机构的基本电路如下图。从节点向虚线框内看的等效电阻为从节点向虚线框内看的等效电阻为 ；从；从节点向虚线框外看的等效电阻为节点向虚线框外看的等效电阻为 ，整个回路，整个回路的电阻称为的电阻称为 。图图10 动圈测量机构动圈测量机构（配热电偶的仪表，规定 ）动圈电流：动圈电流：2.环境温度变化产生的误差环境温度变化产生的误差 环境温度的变化总会对回路电阻环境温度的变化总会对回路电阻 产生影响，必产生影响，必然要带来误差。然要带来误差。对于动圈内阻对于动圈内阻 随温度的变化可以通过热敏电阻的随温度的变化可以通过热敏电阻的负温度特性进行补偿，尽管不能完全补偿，但至少可以在负温度特性进行补偿，尽管不能完全补偿，但至少可以在一定的温度变化范围内进行补偿，因此在一定的温度范围一定的温度变化范围内进行补偿，因此在一定的温度范围内，如内，如2050范围内可以近似认为是一个恒定的常范围内可以近似认为是一个恒定的常数，但对于数，但对于 随环境温度的变化一般是很难补偿的，因随环境温度的变化一般是很难补偿的，因为这种变化往往是依外接导线的长短而异，同时也与外部为这种变化往往是依外接导线的长短而异，同时也与外部导线所处的环境状况有关，一般很难事先估计。另外信号导线所处的环境状况有关，一般很难事先估计。另外信号源本身的内阻往往也会随被测参数的变化而变化，这些情源本身的内阻往往也会随被测参数的变化而变化，这些情况都会给测量结果带来误差。况都会给测量结果带来误差。对于大量程仪表，因为对于大量程仪表，因为 ，所以该项附加误差较小，但对于小量程所以该项附加误差较小，但对于小量程仪表由于仪表由于 一般较小，一般较小，不能不能 ，此项误差较大。，此项误差较大。3.外界电磁场干扰会引入的测量误差外界电磁场干扰会引入的测量误差 如果动圈仪表的工作环境处于较强如果动圈仪表的工作环境处于较强的电磁场干扰之中，仪表工作是不易稳的电磁场干扰之中，仪表工作是不易稳定的，并且会给测量结果带来附加误差，定的，并且会给测量结果带来附加误差，虽然仪表内部大都配有金属屏蔽罩，但虽然仪表内部大都配有金属屏蔽罩，但在安装时，仍应使仪表及连接导线尽量在安装时，仍应使仪表及连接导线尽量远离大电机、大变压器、大电炉等较强远离大电机、大变压器、大电炉等较强的电磁干扰源，以减小外电磁场对仪表的电磁干扰源，以减小外电磁场对仪表的影响。的影响。3 动圈仪表的测量线路动圈仪表的测量线路 由于与热电偶、热电阻相配用以检由于与热电偶、热电阻相配用以检测温度的动圈仪表，和一般用于检测直测温度的动圈仪表，和一般用于检测直流电压的动圈仪表不同，因为与热偶、流电压的动圈仪表不同，因为与热偶、热阻相配的动圈仪表对其测量电路有一热阻相配的动圈仪表对其测量电路有一些特殊的要求，理解并熟悉这些特殊性些特殊的要求，理解并熟悉这些特殊性是十分必要的。下面我们就专门讨论一是十分必要的。下面我们就专门讨论一下这个问题。下这个问题。由于我国生产的热电偶均符合由于我国生产的热电偶均符合ITS-90国际温标所国际温标所规定的标准，其一致性非常好，所以国家又规定了与规定的标准，其一致性非常好，所以国家又规定了与每一种标准热电偶配套的仪表，它们的显示值为温度，每一种标准热电偶配套的仪表，它们的显示值为温度，而且均已线性化。国家标准的而且均已线性化。国家标准的动圈式显示仪表命名为动圈式显示仪表命名为XC系列系列。有指示型（。有指示型（XCZ）和指示调节型（）和指示调节型（XCT）等系列品种。与等系列品种。与K型热电偶配套的动圈仪表型号为型热电偶配套的动圈仪表型号为XCZ-101或或XCT-101等。数字式仪表也有等。数字式仪表也有指示型指示型（XMZ）和指示调节型（）和指示调节型（XMT）等几种系列品种。等几种系列品种。XCZ系列指针式显示仪表系列指针式显示仪表 XC系列系列动圈式仪表测动圈式仪表测量机构的核心部件是一个磁量机构的核心部件是一个磁电式毫伏计。动圈式仪表与电式毫伏计。动圈式仪表与热电偶配套测温时，热电偶、热电偶配套测温时，热电偶、连接导线（补偿导线）、调连接导线（补偿导线）、调整电阻和显示仪表组成了一整电阻和显示仪表组成了一个闭合回路。个闭合回路。1热电偶热电偶 2补偿导线补偿导线 3冷端补偿器冷端补偿器 4外接调整电阻外接调整电阻 5铜导线铜导线 6动圈动圈 7张丝张丝 8磁钢（极靴）磁钢（极靴）9指针指针 10刻度面板刻度面板 XMZ系列智能数字显示仪表系列智能数字显示仪表 特点特点：1、带冷端温度、带冷端温度自动补偿自动补偿；2、单片机智能化设计，仪表零点、量程等全部参数、单片机智能化设计，仪表零点、量程等全部参数可可按键设定按键设定；3、具有软件校验功能，可通过按键对仪表进行、具有软件校验功能，可通过按键对仪表进行校准校准；4、具有超量程指示、断线指示等、具有超量程指示、断线指示等故障自诊断故障自诊断功能；功能；5、采用、采用开关电源开关电源，电压适应范围宽，仪表体积小、，电压适应范围宽，仪表体积小、重量轻。重量轻。6、220VAC或或24VDC供电电源供电电源。XMZ系列智能数字显系列智能数字显示仪表外形示仪表外形 XMT系列热电偶智能数字显示控制仪表的特点系列热电偶智能数字显示控制仪表的特点带冷端温度自动补偿；带冷端温度自动补偿；具有超量程指示、断线指示等故障自诊断功能；具有超量程指示、断线指示等故障自诊断功能；双屏显示、副屏显示内容可设定；双屏显示、副屏显示内容可设定；最多可带最多可带4路报警控制继电器输出；路报警控制继电器输出；每个报警控制点的回差可设定；每个报警控制点的回差可设定；每个报警控制点的报警方式（上限报警或下限报警）可分每个报警控制点的报警方式（上限报警或下限报警）可分别设定。别设定。其他与热电偶的配套的仪表其他与热电偶的配套的仪表 数字式温度数字式温度显示调节仪显示调节仪 DDZDDZ型电动单元组合型电动单元组合 仪表中仪表中的变送单元之一：的变送单元之一：轨装式温度变送器轨装式温度变送器 它能将热电偶（或热电阻）的输它能将热电偶（或热电阻）的输入信号线性地转换成与温度成比例的入信号线性地转换成与温度成比例的电流（电压）信号，供给显示、控制电流（电压）信号，供给显示、控制仪表及计算机集散系统，广泛用于冶仪表及计算机集散系统，广泛用于冶金、石油化工、热电站、纺织、造纸金、石油化工、热电站、纺织、造纸等行业的测温控制系统中。等行业的测温控制系统中。一一.配热电偶动圈仪表的测量线路配热电偶动圈仪表的测量线路 热电偶在测量温度时输出的是毫伏信号，热电偶在测量温度时输出的是毫伏信号，因此当它与动圈仪表配用时，是可以直接相连因此当它与动圈仪表配用时，是可以直接相连的，而不需要附加什么变换装置，这是一个非的，而不需要附加什么变换装置，这是一个非常重要的方便之处。但是与热电偶配用的动圈常重要的方便之处。但是与热电偶配用的动圈仪表其指示精度与它与热电偶的正确配接有着仪表其指示精度与它与热电偶的正确配接有着密切关系，如果彼此配接不当会产生明显的测密切关系，如果彼此配接不当会产生明显的测量误差，下面我们根据热偶的测温原理和动圈量误差，下面我们根据热偶的测温原理和动圈仪表的结构特点，给出以下几个在使用中应注仪表的结构特点，给出以下几个在使用中应注意的问题：意的问题：1.热电偶冷端温度补偿问题：热电偶冷端温度补偿问题：根据热偶的测温原理我们知道，要使热电根据热偶的测温原理我们知道，要使热电偶能正确的被测温度的变化，其冷端温度必须偶能正确的被测温度的变化，其冷端温度必须固定，也就是说，必须采取适当的冷端处理措固定，也就是说，必须采取适当的冷端处理措施之后，热电偶所提供的热电势才能和热端温施之后，热电偶所提供的热电势才能和热端温度之间有严格的依从关系，所以在动圈仪表与度之间有严格的依从关系，所以在动圈仪表与热电偶配接的问题上，我们首先应注意的就是热电偶配接的问题上，我们首先应注意的就是热电偶冷端温度补偿问题。热电偶冷端温度补偿问题。动圈仪表内部是没有热电偶冷端温度补偿装置的，虽动圈仪表内部是没有热电偶冷端温度补偿装置的，虽然它内部也有一个温度补偿电路，但那是补偿仪表动圈电然它内部也有一个温度补偿电路，但那是补偿仪表动圈电阻的温度变化特性的，也就是说动圈仪表内部的温度补偿阻的温度变化特性的，也就是说动圈仪表内部的温度补偿电路只解决了仪表本身在一定的环境温度范围内指示程度电路只解决了仪表本身在一定的环境温度范围内指示程度不受温度影响，但并没有考虑所配用的热电偶的冷端补偿不受温度影响，但并没有考虑所配用的热电偶的冷端补偿问题。一般说来，与热电偶配套的动圈仪表都是直接按照问题。一般说来，与热电偶配套的动圈仪表都是直接按照热电偶的热电势分度表进行刻度的，而热电偶的分度表都热电偶的热电势分度表进行刻度的，而热电偶的分度表都是在冷端为是在冷端为0时测定的，这就是说动圈仪表都是按热电时测定的，这就是说动圈仪表都是按热电偶的冷端温度为标准偶的冷端温度为标准0的情况下刻度的，因此如果热电的情况下刻度的，因此如果热电偶冷端温度不是偶冷端温度不是0，则动圈仪表的读数便不能真实地反，则动圈仪表的读数便不能真实地反映被测温度值，而是产生一个随冷端温度变化地误差，所映被测温度值，而是产生一个随冷端温度变化地误差，所以动圈仪表在与热偶配接时，必须考虑热偶冷端温度补偿以动圈仪表在与热偶配接时，必须考虑热偶冷端温度补偿问题。问题。使用冷端补偿电桥和补偿导线使用冷端补偿电桥和补偿导线 将冷端补偿电桥和补偿导线一起配合使用的将冷端补偿电桥和补偿导线一起配合使用的方法适用于仪表工作环境温度变化范围较大的情方法适用于仪表工作环