电子电位差计在工业中的应用资料.docx

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电子电位差计在工业中的应用资料

论文题目

电子电位差计在工业中的应用

摘要

随着测量数据在企业质量和生产经营管理中的作用日益重要，人们越来越关注产生测量数据的测量系统是否稳定可靠。

测量不确定度作为一个评价测量结果质量高低的参数，出现在很多场合。

测量系统使用数理统计和图表的方法对测量系统的误差进行分析，以评估测量系统对于被测量的参数来说是否合适，并确定测量系统误差的主要成份。

使学员掌握测量系统变差分析的方法； 通过测量系统分析了解所有生产过程中使用的量具的变差，并对不合格的量具进行分析、 改进，提高检验、测量、试验数据的真实性和报告的准确性；减少产品在检验、测量、试验过程中误判的可能性。

一种基于PSD的激光三角法非接触式光电转轴测量系统.阐述了系统的工作原理和结构设计,进行了转速和偏心度的测量实验.结果表明,该系统能够在测量转速的同时,准确地得到转子的偏心度,理论分辨力可达14μm,测量相对误差均不大于5%.该系统具有结构简单、精度高、可靠性好等优点,可实现在线实时测量.

关键词：

电子电位差计测量系统

目录

第一章引言1

1．1现况概述1

1．2电子电位差计测量系统技术指标1

1．3电子电位差计在工业中的应用1

第二章电子电位差计及电子平衡电桥的工作原理3

2．1电子电位差计的基本原理和功能3

2．2电子电位差计的测量线路3

2．2．1测量线路3

2．3电子电位差计及平衡电桥的结构4

2．3．1按其外形及指示，记录形式可分为：

4

2．3．2XWB型晶体管式仪表的特点及结构4

2．3．3XWG型晶体管式中型仪表的特点及结构5

第三章电子电位差计在测量和控制温度过程中故障分析7

3．1热电偶线路可能出现的故障7

3．2测量系统的故障分析7

3．2．1电子电位差计测量系统的故障7

3．2．2电子平衡电桥测量系统的故障8

3．3电子电位差计及电子平衡电桥的检查与修理9

3．3．1测量系统的检查与修理9

3．3．2测量系统的修理10

3．3．3连接及开关的修理10

参考文献12

设计体会12

第一章引言

1．1现况概述

电子电差计和电子平衡电桥主要是与变送器（如热电偶，辐射热电堆，热电阻等）一起用来测量、记录和控制温度，也可以用来连续测量电流、电压和电阻以及能转换成电压和电阻的其它物理量。

由于电子电位差计和电子平衡电桥的高度精准和灵敏，以及适应远距离操纵和集中管理等优点，采用这类仪器后，劳动生产率因而提高，劳动条件得到改善。

因此电子电位差计和电子平衡电桥在工业和科学研究部门中得到了广泛的应用。

随着工业生产的发展，要求对生产过程的多个物理参数（温度、压力、流量、液位等）进行自动检测和调节，实现综合自动化。

单元组合仪表就担负着这个任务。

电子电位差计可以作为一个单元来参与这种工作。

电子电位差计主要由测量系统，放大器（电压放大和功率放大）可逆电动机，由同步电动机，指标记录机构和调节机构组成。

其原理是基于补偿测量法，电路中共有一个已知的准确的电势，此电势与被测电势相比较，若相等，则被测电势等于测量系统中的已知电势，并且能从标尺刻度（温度和电势刻度）上读出来，同时记录在记录纸上，若不等，则此不平衡电势被送入电子放大器中放大，驱动可逆电动机，使测量系统趋于平衡。

1．2电子电位差计测量系统技术指标

1、必须采用足够高的准确度

2、流过电桥的电流必须是恒定不变的

3、必须自动清除冷端温度变化对热电偶所产生的电势的影响

4、要求详细计算测量系统元器件

1．3电子电位差计在工业中的应用

电子电位差计和电子平衡电桥主要是与变送器（如热电偶，辐射热电堆，热电阻等）一起用来测量、记录和控制温度，也可以用来连续测量电流、电压和电阻以及能转换成电压和电阻的其它物理量。

由于电子电位差计和电子平衡电桥的高度精准和灵敏，以及适应远距离操纵和集中管理等优点，采用这类仪器后，劳动生产率因而提高，劳动条件得到改善。

因此电子电位差计和电子平衡电桥在工业和科学研究部门中得到了广泛的应用。

由于社会建设的迫切需要，电子电位差计一方面在原有基础上不断改进仪器机构性，采用新元件，新工艺以提高生产效率并使其准确度更高，工作更可靠，操作更简便（如采用程序调节），一机能多用（多笔、多量程和多控制等），体积小，重量轻等等；另一方面，在探讨新的测量原理，以求满足新的更高要求。

随着工业生产的发展，要求对生产过程的多个物理参数（如温度、压力、流量、液体等）进行自动检测和调节，实现综合自动化。

电子电位差计主要由测量系统、放大器（电压放大和功率放大）、可逆电动机、同步电动机、指示记录机构和调节机构组成。

第二章电子电位差计及电子平衡电桥的工作原理

2．1电子电位差计的基本原理和功能

电子电位差计以补偿法或者叫零值法作为测量的基本原理。

图1电子电位差计原理框图

电子电位差计的功能是以热电偶作为变送器,用来自动测量、记录和控制温度。

热电偶的电势很小（0.001~60毫伏之间），测量系统就是用来补偿这些微笑电势的装置。

一个被测电位，可以用一个已知的电位与其比较，通过检零装置的指示，使两者平衡之后，那么，已知电位就是被策电位的读书，这便是电压补偿测量方法的概念。

利用已知电位与被测量的一个最突出的特点是：

在理论上，当被测量电势（电位）与已知电位平衡时，测量回路中没有电流通过，这样，因不消耗被测量对象功率，测量精度可以做到很高。

2．2电子电位差计的测量线路

2．2．1测量线路

电子电位差计的测量线路要考虑到下述原则：

必须保证够高的准确度；流过电桥的电流必须是恒定不变的；必须自动消除冷端温度变化所产生电势的影响。

·2．2．2电子平衡电桥的基本原理及测量线路

电子平衡电桥用热电阻作为变送器，热电阻通常由铂导线，铜导线作成。

当温度变化时，电阻随之改变，于是把温度的变化转换成电阻的变化。

其测量线路的原理与一般平衡电桥类似（所谓平衡电桥是在平衡时获得测量结果的电桥）。

而其余部分（电子放大器及传动机构等）与电子电位差计类似。

2．3电子电位差计及平衡电桥的结构

2．3．1按其外形及指示，记录形式可分为：

1、圆图记录电子电位差计（根据其外形尺寸又可分为大型、中型两种）。

2、长图记录电子电位差计。

3、旋转标尺的电子电位差计。

圆图记录电子电位差计及电子平衡电桥

2．3．2XWB型晶体管式仪表的特点及结构

XWB型系列晶体管式大形圆图仪表，由于其元件，工艺，性能方面的优点，将代替EWY型圆图仪表。

其主要特点是：

1、测量电路中采用滤波单元，提高了抗横向干扰的性能；

2、滑线电阻之滑动臂与指示指针固定同一轴上使传动引起静态误差减到最小；

3、采用稳压电源和晶体管放大器；

4、采用单元组合方式，便于维修校检；

5、多用齿轮作机械传动，以减少因传动所产生的误差；

6、附加控制装置采用电接点，因而是控制较灵敏，易于调整且较安全；

7、记录墨水用虹吸及毛细原理引入记录笔尖，故不需常上墨水，减少的维护工作。

仪表结构:

1、测量单元。

在仪表中Rg、Ru、Rs、R4及R2（毫伏规格），均安装于一块印刷版上，同时微调电阻rg、rm是和Rg、Rm相串联的调节电阻，ru调整始端刻度，rm调整仪表量程（可作终端刻度的调整）。

便于修改刻度范围，调整误差。

滑线电阻用镍铬铁合金带做成，紧箍在圆形滑线盘上，有较

好的抗腐蚀性能，滑动臂有三根直径0.3毫米的合金丝在上面滑动，以多点触动方式使其保持良好接触。

2、稳压单元。

在该单元中串接了绕于金属骨架上的温度补偿电阻R143，而且把第二级稳压管放在金属骨架中间，再在外面罩上一金属罩，使其有较好的稳定性。

在输出回路上串接有电位器W141作为微调工作电流用，该电位器装在组件的连接板上。

3、滤波单元。

为消除由交变电磁场所产生的干扰，在测量桥路中加接了三级阻容滤波器，滤波器装在一块印刷版上，做成一单元。

对50赫兹干扰信号衰减约60分贝左右。

4、电容单元。

与可逆电动机连接的电容器（可逆电机激磁绕组的串接电容由0.47微法电容并联而成）及可逆电机的九脚插座，按装在一块印刷板上，构成一个电容单元，放大器的电源由此单元上侧三个连接端子过渡引出。

5、连接单元。

仪表中用连接板实现各单元间线路的连接，并起机械固定作用。

在连接板上还装有电流微调电位器及阻尼调整电位器。

放大器的输入变压器、振动变流器、功率级、电源变压器及灵敏度调节电位器均安装在底壳上面。

底壳内部有电压放大级印刷电路板及连接线路板。

放大器底部之角板除作安装外还起屏蔽作用。

放大器是浮空安装的，放大器的安装螺钉与放大器底壳是绝缘的，取下放大器时，只要全部旋松安装螺钉，把放大器向前推即能提出放大器。

2．3．3XWG型晶体管式中型仪表的特点及结构

1．特点：

1、仪表中采用JF-69型晶体管放大器

2、滑线电阻采用抗氧化，耐磨损，对铜热电势极小的卡玛合金丝。

3、有热电偶断路信号电阻，当热电偶断线时，仪表指针可自动跑向终点，可作为事故保护。

4、调节电接点为表面定值，有上，下限两个定值指针，与指示同样在550毫米圆弧形刻度尺上，可以用手移动，定值精度高。

2．主要技术特性

1、只能用来指示和记录一个被测量值。

2、消耗功率不超过14毫安（EWY型仪表不超过50伏安）。

3、指示值的基本误差不超过0.5%。

4、环境温度在20±10℃，相对温度在80%以下的情况下，记录误差不超过测量范围的1%。

5、环境温度自20℃每变化10℃所引起的附加误差不超过测量范围的±0.1%。

6、电源电压由额定电压值变化±10%，频率自额定值变化±5%时，仪表的指示误差分别不超出基本允许误差。

7、灵敏度不大于测量范围的0.1%。

8、示值的变差不应超过所允许的基本误差。

9、电子电位差计测量系统中，热电偶和引线的电阻不得超过100欧姆；XW系列不超过1000欧；平衡电桥测量系统中，热电偶的A、B引线及附加电阻之和应分别为5或2.5欧。

10、记录纸速度的误差不超过±15分钟。

记录曲线应是连续的，其宽度不得不大于0.6毫米。

11、在温度为20±10℃和相对湿度不超过80%的情况下，线路对于外壳和电路本身间的绝缘电阻不应小于20兆欧。

12、记录笔的校正器应保证记录笔能向两旁各移动5毫米。

13、位置调节器触头的动作误差不大于测量范围的±1%。

第三章电子电位差计在测量和控制温度过程中故障分析

3．1热电偶线路可能出现的故障

热电偶作为电子电位差计的变送器，其热端位置被测量温度处，将被测量点温度情况以热电势形式传给仪表测量电桥的两端。

热电偶所生电势的大小，简单的说，取决于冷端与热端的温度差。

热电偶产生的故障与它的安装情况工作条件有很大关系，同时也与它的构造有关。

一般地说，带弯度的热电偶比不带弯度的热电偶容易发生短路现象。

在盐浴炉中使用的热电偶又比较在空气炉中使用的热电偶容易发生短路现象。

而最易出现故障的是用来测量金属液体（铜、铝、钢等）的热电偶。

1、短路

热电偶两极之间的短路。

热电偶补偿线短路。

电极通过保护套管短路。

2、接触不良

补偿导线与热电偶接头或接向仪表的端头接触不好。

指针指向最大或上下摆动。

3断路

断路多半是电极自身，原因是由于电极受到机械碰伤或长期加热变质，此时指针所指的温度将随时间而有很大的变化。

而这种变化是跳跃式的。

3．2测量系统的故障分析

3．2．1电子电位差计测量系统的故障

仪表的测量系统是一个电流标准化了的电桥。

正常时它加于放大器的是一个可以平衡的电势或零电势。

指针指向最大或最小的根本原因，是功率放大器输入级有不平衡电势，即放大器中有电流流过，而且不平衡电势大到足够使平衡可能由测量系统的故障所引起。

测量系统平衡时UBA=Ex,UBA-Ex=0,流过放大器中的电流为零，仪表指针不动，当UBA＞Ex时，流过放大器的电流方向由B到A，可逆电动机将带动滑动触点向刻度值小的一方移动，指针向刻度小的方向指示，而当Ex＞UBA时，流过放大器的电流方向由A到B，可逆电动机将带动滑动触点向刻度值大的方向移动，指针向刻度大的方向指示。

来分析下电桥的任一侧短路或断路（电阻的增大或者减小会使仪表的误差增大，这通常用定期校验的方法来解决），引起的不平衡信号的大小和方向，从而确定指针的移动方向。

设配EU热电偶的电位差计，其测量范围为0~600℃，热电偶两端短路。

〈1〉桥路电阻断路

〈2〉桥路电阻短路

1、Rw短路

流过放大器的电流方向由B到A，所以指针跑向最小的一端。

2、R2短路

流过放大器的电流方向由A到B，故触点向最大方向滑行。

3、R1短路

流过放大器的电流方向由A到B，触点向最大方向滑行。

当滑至某一位置组成新的平衡电桥，放大器中无电流通过，故停于某一位置。

4、R4短路

由于R4的值很大，使得桥路的平衡遭到严重的破坏，即Uba的电压大为增高，流过放大器的电流方向由B到A，仪表指针指向刻度最小。

5、Rm短路

Rm短路后，滑线电阻也相当于短路，Uba的电压将大为降低，即B点的电位将远低于A点，流经放大器的电流自A到B，仪表指针将指向刻度的终端。

上述分析是以热电偶短路为前提的，当有外加电势时，电阻Rw短路或Rm断路，由于他们的电阻很小，故不能使指针指向刻度的端点。

6、滑线电阻RH的故障

在实际工作中，由于滑线电阻与其触点经常处于相对运动中，受到摩擦，在检修、维护、清洗时又常被移动（如需进行紧固等），因此，出现故障的机会较其它电阻为多，特别是在EW系列的仪表中，（因其滑线电阻的锰铜线直接绕在作为母线的漆包铜线上，而不是绕在母线上面的丝包漆包铜线的线缝中）。

滑线电阻接触不良相当于开路（这种情况较多）。

若开路在其始端，RH上没有电流流过，Rb和RM两端电压增高，指针跑向最小。

若开路在中间段，则当触点A在开路点点左方（接近刻度始端的一方），且Uba小于被测电势时，由于自动平衡作用，可逆电动机将带动触点A向右滑动，但当超过开路点时，A点电位突然升高，此时Uba大于被测电势，可逆电动机又带动触点向右移动，如此循环不已，引起仪表指针在中断处不断摆动。

滑线电阻RH局部磨损。

在运行时间较长而又在固定温度范围内使用的仪表中常易出现。

它使电阻值增加，使指示值偏低，并使仪表刻度不均匀。

磨损部分易使触点A与RH接触不良，仪表指针在磨损出产生摆动现象。

滑线电阻RH短路。

这里有两种情况，一种是RH全部短路。

原因是滑线电阻RH受机械损伤，使其两端部的绝缘漆剥脱与母线接触。

因此，与RM短路的情形相似，仪表指针向最大跑。

另一种情况是局部短路，使滑线电阻的整个阻值变小，而使短路部分的阻值近于零，使仪表指示偏高，特别是在短路部位附近尤为明显，因此刻度将不均匀。

3．2．2电子平衡电桥测量系统的故障

电子平衡电桥可能出项的故障，在测量部分与电子也电子电位差计基本相同，而其于部分则完全一样。

现简述于下。

（一）指针指终端

故障原因可能是R1断，上支路的RL接触不良，外部线路或Rt接地。

在特殊情况下也可能是电阻Rz、R2短路。

（二）指针指始端

故障原因可能是R1或者其连接线短路。

在特殊情况下，也可能是下支路的线路附加电阻RL及电阻Rz、R2断路。

（三）指针动作缓慢

测量系统电源未接通或有故障，放大器输入端接触不良，滑线电阻RH接触不良。

若平衡电桥不工作或需要系统检查时，可参阅关于电子电位计的检查与修理。

3．3电子电位差计及电子平衡电桥的检查与修理

3．3．1测量系统的检查与修理

1.故障检查概述

故障分析是使我们对于故障情况有一大概的了解，而要确定故障的部位和情况，则需要通过检查作出正确的判断。

一般来说，检查仪表的故障就是测量其线路中各部分的电压，电流和电阻的数值，但并不需要测量所有上述值，而只需要选择其中一种进行测量就可以，应该根据工作条件和手续的简繁程度，决定我们测量什么量。

检查仪表时，可以系统的检查，即逐一测量仪表各部分（测量电桥，放大器等）的参数值，然后发现其中的问题。

另一种是基于分析的方法。

当发现故障时，直接检查被怀疑的部分，而不进行全面的检查。

实际上要严格区分这两种方法是困难的，也没有必要的，因为进行系统检查时，也不需要进行分析。

2.测量系统的检查方法

a.电阻法

电阻法就是测量电桥中的电阻值。

在检查测量电桥电阻时，不要将组成电桥各线圈的电阻，挨个地焊下，测量检查，这样既浪费时间，又很难恢复电桥原来的面貌。

我们知道，电桥的引线都集中在一个接线板上，因此，电桥的检查应该在这个接线板上进行。

b.电流法

电流法就是测量电桥中的电流。

利用测量桥形电路中电流的方法，同样可以很迅速地找到故障。

测量系统的故障在许多情况下都是由于接触不良所造成的；电桥电阻线圈断线的情况很少。

所以，线路的连接，开关接点要经常进行检查和清洗。

有比较才能鉴别。

通常用完好的零件代替有故障嫌疑的零件（如导线代替开关），比较代换前后仪表的工作情况，是个简单有效的检测故障的方法。

在检查那些欲断未断的导线时，应在测量时将其扭折几次，千万不要轻信其是良好的。

如果测量电桥的电阻结果表明电桥完好，而当测量电流时不指示或指示很小，这显然是干电池回路（调整工作电流的可变电阻及其连线）断路或短路（没有电流的情形为断路）。

c.电压法

电压法就是用测量电桥各部分分压值来确定电桥的故障，其道理与以上所述类似。

3．3．2测量系统的修理

修理测量电桥及其电路，主要的就是制作电阻。

此外，更换电桥电阻到各接线端子板间的连线，修改电阻值，调整切换开关等也是测量系统的修理内容。

电阻的制作可按下述步骤进行：

1.选取材料

电子电位差计及电子平衡电桥测量系统中的电阻，除冷端温度补偿外，均由电阻温度系数很小的锰铜电阻线做成。

锰铜电阻线的电阻也温度有关。

2.绕组

为了绕制电阻线圈，有时需要新做一个骨架，骨架通常用电木或夹布胶制做（也可以用其他有机绝缘材料制作），此时应该注意骨架应留出四个焊头的两根铜引线的位置，两个头作为与线路连接用，以避免在将电阻焊入线路时，引起电阻值的变化。

将截取好的电阻线的两端焊在电木柱的引线上，然后绕在电木柱上，即按双线绕法绕制，其目的在于消除电感。

电阻线的末端留出调整余量（一般以30毫米为合适）后，用丝线将其固定，并浸以绝缘漆，以防导线松动，要特别注意焊接质量。

3.测量和调整

进行过上述处理的电阻就可以进行测量和调整了。

在调整10欧以下的电阻时，应在电阻的铜引线焊两块截面积不小于20平方米的铜片。

以便接到测量电阻的仪器上时，减少他们之间的接触电阻。

电阻的调整可分为粗调和细调两步。

粗调可以用惠斯登电桥测量，调整之电阻精确度为0.1%。

调整方法可用锡来短路一段电阻线减少电阻值，均匀挫小或刮一段电阻线来增大电阻值。

这样调整好的电阻，其值还会有微小的变化，必须细调，细调前电阻应该经过数天自然老化。

细调时，必须使用精密惠斯登电桥或其他精密电桥。

细调后的电阻应涂上绝缘漆。

调整电阻时最好在20±5℃的条件下进行。

电阻RM或（R3）、R1（调整电阻）的调整工作，应在电子电位计上进行，当将电阻连接到电子电位差计的测量线路上后，将其置于校验状态，看其误差大小，然后进行调整。

3．3．3连接及开关的修理

电桥电阻到各接线端子板间的连线，由于经常揉折（开关表门）容易折断，特别是用单股塑胶铜线的连线，因而需要更换。

更换导线需要注意截取新导线时，其长度应该合适，它们并不是一样长的，应将整个连线从仪表上拆下，并焊下一个头的端子，然后拆下连线的套管，量出每根导线的长度，以便按此长度截取新的导线。

某些仪表中，有两根连线不易用到（特别是在气温经常不高的地方），这两根连线是从1号端子板到4号端子板的标准电池备用连线（在4号端子板上的1、2号连线）。

它可以用来代替已断的连线使用，在全部更换成软线时，也可以将其更换成6根，即把这两根线除掉。

调整开关片时，要用合适的平口钳调整某一弹簧片的全部，使整个弹片有相对于原来位置不大的倾角，而不要弯折弹簧片的某一小部分，使其产生弯曲现象，甚至将弹簧片弄断。

有时也需要更换弹片，弹片的材料用磷青铜片，弹片上的触点可用直径2毫米的银铜合金线在小车床上车制，然后铆上去。

参考文献

[1]晶体管电路清华大学工艺自动化系编（2006年）

[2]刘汉凡电子电位差计也平衡电桥的修理机械工艺出版社（1996年）

[3]康华光电子技术基础华中工学院（1981年）

[4]童诗白模拟电子技术（上、下册）清华大学出版社

[5]徐君毅单片微型计算机原理与应用上海科学技术出版社（2001年）

[6]小长图自动平衡显示仪表上海自动化仪表三厂XD1系列（2004年）

附:

设计体会

通过对电子电位差计的学习，我体会深刻，在这次设计中，本人主要对测量系统进行研究，发现测量系统在整个设计过程中占有很重要的一部分，，在设计中会发生仪表故障，测量不精确等问题，影响生产的正常进行，影响产品的质量，一起测量的精度，甚至会产生严重的后果。

因此，在设计过程中要先进行研究，还要经过反复调整，把不足的地方慢慢改进，使之能在工业生产中正常使用。