第8章自动检测仪器、仪表（课件）- 《传感器与检测技术基础》同步教学（北京理工版）

第8章自动检测仪器、仪表 8. 1模拟仪器仪表 8. 2数字式仪表 8. 3虚拟仪器及网络化检测系统 8. 1模拟仪器仪表 8.1.1动圈式仪器 1.动圈测量机构的工作原理 动圈机构是利用永久磁铁与载流线圈相互作用的原理制成的。它的测量机构如图8一1所示。在均匀辐射的磁场里放入一只动圈，当动圈通过游丝通过电流时，它与磁力线垂直的两个侧边将产生作用力，其方向可用左手定则确定。在图示的磁场里，动圈里通入图示方向的电流，则动圈将按顺时针方向旋转，在转动力矩的作用下，动圈将产生偏转。若没有反作用力矩与其平衡，则不论被测电流的大小，动圈都将转到极限位置。因此，为了指示出被测量的数值，必须加反作用力矩。磁电式仪表中，反作用力矩通常由游丝或张丝的扭矩产生，而且，反作用力矩的大小与可动部分的转角成正比。当反作用力矩与电磁作用力矩相平衡时， 下一页 返回 8. 1模拟仪器仪表 动圈就稳定在某一个位置上。也就是说，偏转角与通过动圈的电流I成正比，被测量的大小可以用偏转角表示。 2.动圈式笔式记录仪 笔式记录仪是用笔尖(墨水笔、电笔等)在记录仪纸上描绘被测量相对于时间或某一参考量之间函数关系的一种记录仪器。 如图8一2所示为笔式记录仪的核心部件，仍是前面所讲的磁电式动圈测量机构。 下一页 返回 上一页 8. 1模拟仪器仪表 8. 1. 2平衡式仪器 1.平衡式仪器的基本工作原理 平衡式仪器框图如图8 -3所示。它由测量电路、放大电路、可逆电机和指示、记录机构等几部分组成。工作时，以已知的信号与未知的被测信号进行比较。如果两者不等，则差值将经放大器放大，驱动可逆电动机和平衡机构，带动指示、记录机构动作，与此同时，改变已知信号的大小，直到与被测信号平衡，使输送给放大器的信号等于零。此时，指示机构和记录机构反映的读数即为被测量的大小。 下一页 返回 上一页 8. 1模拟仪器仪表 2.函数记录仪 函数记录仪通常由衰减器、测量元件、放大元件、伺服电动机一测速机组、齿轮系及绳轮等组成，其工作原理如图8一4所示。系统的输入(给定量)是待记录电压，被控对象是记录笔，笔的位移是被控量。系统的任务是控制记录笔位移，在纸上描绘出待记录的电压曲线。 8.1.3电动单元组合仪器 电动单元组合仪器是把各个仪表之间用统一规格的电信号进行联系，将各种独立仪表进行不同的组合，从而构成适用于各种不同场合的自动检测系统。 下一页 返回 上一页 8. 1模拟仪器仪表 单元组合仪器可分为变送单元、执行单元、调节单元、转换单元、运算单元、显示单元，给定单元和辅助单元8类，如图8一5所示。 返回 上一页 8. 2数字式仪表 8. 2. 1数字式仪器的概念 1.数字式仪器的分类 (I)按输入信号的形式分类，可分为电压型和频率型两类 (2)按被测信号的点数分类，可分为单点和多点两种。 (3)按仪表的功能分类，可分为显示仪、显示报警仪、显示输出仪、显示记录仪及具有复合功能的数字显示报警输出记录仪等。 (4)按调节方式分类，可分为继电器触点输出的二位调节、三位调节，时间比例调节，连续PID调节。 2.数字式仪器的组成 数字式仪器的构成如图8一6所示 下一页 返回 8. 2数字式仪表 3.数字式仪器的基本构成方案 (1)模拟线性化方案。模拟线性化方案是在模拟电路部分实现线性化。其特点是线路简单、可靠，可以直接输出线性化的模拟信号，但精度低、通用性差 (2)模/数转换线性化方案。模/数转换线性化方案是用非线性A/ D转换器完成的，结构紧凑，精度也高，但通用性差、测量范围窄。 (3)数字线性化方案。数字线性化方案是在数字电路部分实现线性化的方案，其特点是精度高，适用面广，但是线路较复杂，给仪表的可靠性带来一些影响。 下一页 返回 上一页 8. 2数字式仪表 8.2.2数字式面板仪器 数字式面板仪器即数字显示仪器，通常是将检测元件或变送器或传感器进来的电流或电压信号，经前置放大器放大。然后经A/ D转换成数字量信号，最后由数字显示器显示其读数。由于检测元件的输出信号与被测变量之间往往具有非线性关系，因此数字式仪器必须进行非线性补偿;在生产过程中的显示仪表须直接显示参数值，例如温度、压力、流量、物位等大小，而A/D转换后的数字量与被测变量值往往并不相等，故数字显示器的显示值并不是被测变量值。为了使读数直观，往往须进行信号的标准化和标度变换，使