《传感器检测技术及仪表》第11章PPT

第11章模拟式检测仪表11.1“表头”的原理与刻度11.1.1“表头”的原理一、表头的结构——动圈式磁电系测量机构二、动圈所受力矩：1、电磁力矩2、弹性力矩3、阻尼力矩三、动圈的运动方程：1、动态方程：转动定律：动圈的动态方程：2、静态方程：四、直流电流表和直流电压表1、直流电流表2、直流电压表11.1.2“表头”的刻度一、线性刻度――适用于线性检测仪表xS1、刻度方程：2、量程上限值：3、仪表的标定：（1）两点标定(单极性X)：（2）三点标定(双极性X)11.1.2“表头”的刻度二、非线性刻度――适用于非线性检测仪表xS1、非线性的产生：由于传感器存在非线性，而测量电路中又没有加入非线性校正电路，使测量电路输出电压Ux与被测量x呈非线性函数关系：2、刻度方程――非线性刻度：3、仪表标定:1)多点标定。标定点n越多，刻度越精密。2)直线拟合。若f(x)的非线性不太严重，可按最佳的拟合直线刻度。11.2调零.调满度与量程切换11.2.1零点和灵敏度漂移产生的误差：检测仪表标定时的输入——输出关系（表头指针偏角与被测量的关系）式中，S——仪表的标称灵敏度温度变化、电源波动等原因使检测仪表实际的输入——输出关系变为式中，θ0——仪表的零点漂移；ΔS——仪表的灵敏度漂移。因此被测量在仪表度盘上的读数X′与被测量的实际值x就有误差：要消除此误差就必须消除零点漂移和灵敏度漂移，也就是重新调零和调满度。11.2.2常见的调零电路一、传感器调零电路例1、差动自感传感器零位电压补偿电路例2、霍尔传感器零位电压补偿电路――图4-5-10图11－2－2放大器输入偏移法调零电路二、电桥调零电路例如图8-2-2、图10-2-2、图10-3-11三、放大器输入偏移调零电路11.2.2常见的调满度电路检测仪表的总灵敏度S表示仪表的标称量程xmax与满度偏转角θmax的比例关系因此调满度也称调灵敏度常见调满度即调灵敏度的电路：一、调电源供电电压（即调SX）二、调放大器的增益K三、调表头量程电阻R实例：铂电阻测温电路调零和调满度11.2.3常见的量程切换电路实例——电子电阻表电路为提高模拟仪表的读数精度，通常应使表头指针偏转在1/2满度～接近满度的区域。当表头指针超出满度时，就要切换到大一档的量程；当表头指针偏转较小时，就要切换到小一档的量程。量程切换实质上就是以换挡方式改变仪表的灵敏度。最常见的是切换放大器的增益电阻。11.3模拟非线性校正12.3.1非线性校正的数学原理一、数学原理非线性产生的原因：大多是由于传感器的非线性。非线性产生的危害：非线性刻度容易产生读数误差非线性校正的目的：就是使“表头”能采用线性刻度。二、反函数运算电路11.3.2非线性校正的实现方法一、采用与已知传感器特性函数相反的运算电路电量与非电量呈现平方关系的传感器接开方电路电量与非电量呈现开方关系的传感器接平方电路电量与非电量成反比的传感器接反比电路。二、采用多项式运算电路从标定实验数据中选取３个插值点（XK，UK）（K=1,2,3），求解如下３个方程：求得三个系数a0,a1,a2,用乘法、加法电路组合成的多项式运算电路或AD538等集成运算电路来实现二次多项式：三、采用折线近似的函数放大器电路一般采用由二极管开关和电阻组成非线性网络取代反相放大器的输入电阻或反馈电阻，使反相放大器的输出输入关系呈多段折线逼近曲线。11.4环境及温度误差校正11.4.1环境及温度因素对测量的影响一、环境因素对测量的影响理想情况：只有被测量x才是决定测量结果y的唯一因素，即系统的输入——输出特性为一元函数实际情况：除了被测量x外，还有许多环境（干扰）参量如温度、气压、电源压等等，系统的输入——输出特性为多元函数设计测量系统时应使系统输出对被测量x的灵敏度最高，系统输出对环境（干扰）参量的灵敏度应限制在相对最低的水平。二、温度因素对测量的影响在影响测量结果的环境因素中，最常见的也是影响最大的环境因素是温度。减小系统对温度的有害灵敏度的原则：减小检测系统输出零点对温度的灵敏度，减小检测系统灵敏度对温度的敏感性。11.4.2环境及温度误差的硬件校正法一、平衡法两个原理和特性完全相同的传感器置于同一环境中：一个既接受输入信号也接受环境影响一个不接受输入信号只接受环境影响二者输出相减，保留输入x的作用，消除环境因素的影响。实例：图4-5-1４补偿电桥图10-1-7补偿片图11-4-1补偿块图11－4－1补偿块法原理11.4.2环境及温度误差的硬件校正法二、差动法两个原理和特性完全相同的传感器置于同一环境中：一个接受输入量的正向变化dx，一个接受输入量的反向变化(-dx)二者输出相减，灵敏度增加一倍，而环境影响却被消除。实例：光电式压力传感器差动结构图10-1-13差动电阻传感器电桥图3－１－１2(c)(d)三、抵消法将正温度系数的传感器或电路与负温度系数的传感器或电路串联起来，使温度变化产生的影响相互抵消。实例：图4-5-13、图4-5-14、图12-4-2。图12－4－2温漂补偿原理实例1声速校正具图8-4-2实例2三点取压法测液位四、参比法通过比例运算消除影响输出结果的环境（干扰）变量。图11－4－4比率A/D转换抵消激励电源波动的影响实例3ADC与电桥共用同一电源11.5模拟式仪表实例11.5.1DDZ-Ⅲ型仪表简介一、DDZ仪表概述1、仪表类型按信号传输方式划分：电动仪表――以电量为传输信号的仪表气动仪表――使用压缩空气来传递信号的仪表按组成系统的方式划分：基地式仪表、单元组合式仪表组件组装式仪表2、电动单元组合（DDZ）仪表三个阶段：DDZ—I型、DDZ—Ⅱ型、DDZ—Ⅲ型。电动单元组合仪表是针对应用时的通用性而产生的，这种仪表往往只完成单一的功能，例如变送单元、调节单元、显示单元等，而各单元仪表间通过统一制式的信号进行连接，所以可根据需要选择不同的单元仪表灵活地构建系统。图11－5－1简单控制系统结构图实例：采用电动单元组合式仪表所形成的简单控制系统：3、集中统一供电统一由电源箱供给各单元24V直流电源4、整套仪表可构成安全火花型防爆系统二、DDZ—Ⅲ型系列仪表特点1、采用线性集成电路2、采用国际标准信号制图11-5-2现场传输信号为4～20mA直流电流控制室联络信号为1～5V直流电压图11－5－3电压－电流变换器的外部连接三、电压－电流变换器11.5.2MF107型万用表剖析图11－5－4MF107型万用表的电路图