模拟式检测仪表设计及实例.doc

第１2章　模拟式检测仪表设计及实例 模拟式检测仪表基本组成 12.1 “表头”的原理与刻度 12.1.1“表头”的原理 一、“表头”的结构――动圈式磁电系测量机构（最常见） 组成结构如图12-1-1所示 ：永久磁铁　 弹性支承　 动圈及指针 二、动圈所受力矩： 1、电磁力矩，是穿过动圈的磁链。 2、弹性力矩， k是弹性支承的弹性系数；θ是动圈的转角。 3、阻尼力矩，D是阻尼系数 三、动圈的运动方程： 1、动态方程： 驱使动圈转动，而、则阻止动圈转动，因此根据转动定律有： 　　　　　　　　 式中J——动圈和与其固定连接的动圈框架及笔尖或指针构成的惯性体的转动惯量。 ——该惯性体的转动角加速度。 将、、代入上式得动圈的动态方程： 　　　　　　　　　　　 2、静态方程： 若信号电流为直流I，在达到稳定之后，上式左边前两项均为零，于是有： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 这就是动圈的静态方程。式中S0称为动圈式磁电系测量机构的静态灵敏度， 　　　　 式中Ig为指针满偏时动圈电流值。 “表头”的灵敏度S0与动圈的满偏电流Ig的倒数――“Ω/V”数成正比。 四、直流电流表和直流电压表――图12-1-2 1、直流电流表――由动圈（内阻为r）并联分流电阻R构成，电流表量程Im为 直流电流与指针偏角成线性正比关系： 　　　 2、直流电压表――由动圈串联分压电阻R构成，电压表的量程Um为 直流电压与指针偏角成线性正比关系： 　　　　 12.1.2“表头”的刻度 刻度（标定）：给仪表输入标准的被测量x，在表头指针的偏转处刻上被测量的数字x。 　 一、线性刻度――适用于线性检测仪表 1、刻度方程： 2、量程上限值为 　　　　　　　 3、仪表的标定： 两点标定(单极性X)：（0，0），（） 三点标定(双极性X)：（0，0），（），（） 二、非线性刻度――适用于非线性检测仪表 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。 12.2调零、调满度与量程切换 12.2.1零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 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，——仪表的零位（x=0）输出或零点漂移； S′——仪表的实际灵敏度。 S′=S+ΔS 式中，ΔS——仪表的灵敏度漂移。 在这种情况下，被测量在仪表度盘上的读数X′与被测量的实际值x就有差距 12.2.2常见的调零电路 传感器调零电路 例1、差动自感传感器零位电压补偿电路――图12-2-1 例2、霍尔传感器零位电压补偿电路――图5-5-10 电桥调零电路 如图8-2-2、图10-2-2、图10-3-11等 放大器输入偏移调零电路 式中，为前级测量电路的零位输出。 图12-2-2 (a)中，须调整Ub，使Ub=Ua 图12-2-2 (b)中，须调整Ub和R2，使Ua/R1=-Ub/R2 图12-2-2 (c)中，须调整Ub使Ub=Ua。 12.2.3 常见的调满度电路 检测仪表的总灵敏度 调电源供电电压（或供电电流） 二、调放大器的增益 三、调表头量程电阻 [例题12-2-1] 解：通常选R1=R2=R0, 先调零：调RP1使R3+RP1=R0，即t=0℃时，U0=0。 再调满度：调RP2, 使t=100℃时，U0=100mV, 即电源电压为 12.2.4常见的量程切换电路 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～ 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。 [例题12-2-2] 图12-2-4 解：电路输出电压为 电子欧姆表量程为 12.3模拟非线性校正 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。 12.3.1非线性校正的数学原