表头的原理动圈的运动方程课件

n1 1 模拟式仪表的设计模拟式仪表的设计n2 2 数字式仪表的设计数字式仪表的设计n3 3 微机化检测仪表的设计微机化检测仪表的设计12.1“表头表头”的原理与刻度的原理与刻度 12.1.1“表头表头”的原理的原理一、一、“表头表头”的结构的结构动圈式磁电系测量机构（最常见）动圈式磁电系测量机构（最常见）组成结构如图组成结构如图12-1-1所示所示：n永久磁铁永久磁铁n弹性支承弹性支承n动圈及指针动圈及指针 图 1211 动圈式磁电系测量机构图 1211 动圈式磁电系测量机构 当动圈中流过电流当动圈中流过电流i时，动圈的两个有效边时，动圈的两个有效边L就要受到大小相就要受到大小相等方向相反的两个电磁力等方向相反的两个电磁力F1和和F2的作用，电磁力的大小与动圈的作用，电磁力的大小与动圈中流过电流中流过电流i成正比成正比12.1.1“表头表头”的原理的原理二、动圈所受力矩：二、动圈所受力矩：1、电磁力矩、电磁力矩 ，是穿过动圈的磁链。是穿过动圈的磁链。2、弹性力矩、弹性力矩 ，k是弹性支承的弹性系数；是弹性支承的弹性系数；是动是动 圈的转角。圈的转角。3、阻尼力矩、阻尼力矩 ，D是阻尼系数是阻尼系数12.1.1“表头表头”的原理的原理三、动圈的运动方程：三、动圈的运动方程：1、动态方程：、动态方程：n驱使动圈转动，而驱使动圈转动，而 、则阻止动圈转动，因此根据则阻止动圈转动，因此根据转动定律有：转动定律有：n式中式中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。的惯性体的转动惯量。n 该惯性体的转动角加速度。该惯性体的转动角加速度。12.1.1“表头表头”的原理的原理三、动圈的运动方程：三、动圈的运动方程：1、动态方程：、动态方程：将将 、代入上式得动圈的动态方程：代入上式得动圈的动态方程：12.1.1“表头表头”的原理的原理三、动圈的运动方程：三、动圈的运动方程：2、静态方程：、静态方程：n若信号电流为直流若信号电流为直流I，在达到稳定之后，上式左边前两项均为零，在达到稳定之后，上式左边前两项均为零，于是有：于是有：n这就是动圈的静态方程。式中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称为动圈式磁电系测量机构的静态灵敏度，静态灵敏度，n式中式中Ig为指针满偏为指针满偏 时动圈电流值。时动圈电流值。“表头表头”的灵敏度的灵敏度S0与动圈的满偏电流与动圈的满偏电流Ig的倒数成正比。的倒数成正比。12.1.1“表头表头”的原理的原理四、直流电流表和直流电压表四、直流电流表和直流电压表图图12-1-21、直流电流表、直流电流表由动圈（内阻为由动圈（内阻为r）并联分流电阻）并联分流电阻R构构成，电流表量程成，电流表量程Im为为n直流电流与指针偏角成线性正比关系：直流电流与指针偏角成线性正比关系：12.1.1“表头表头”的原理的原理四、直流电流表和直流电压表四、直流电流表和直流电压表图图12-1-22、直流电压表、直流电压表由动圈串联分压电阻由动圈串联分压电阻R构成，电压表的量构成，电压表的量程程Um为为n直流电压直流电压 与指针偏角与指针偏角 成线性正比关系：成线性正比关系：12.1.2“表头表头”的刻度的刻度刻度（标定）：给仪表输入标准的被测量刻度（标定）：给仪表输入标准的被测量x，在表头指针的，在表头指针的偏转处刻上被测量的数字偏转处刻上被测量的数字x。一、线性刻度一、线性刻度适用于线性检测仪表适用于线性检测仪表 12.1.2“表头表头”的刻度的刻度一、线性刻度一、线性刻度适用于线性检测仪表适用于线性检测仪表 1、刻度方程：、刻度方程：12.1.2“表头表头”的刻度的刻度一、线性刻度一、线性刻度适用于线性检测仪表适用于线性检测仪表 2、量程上限值为、量程上限值为12.1.2“表头表头”的刻度的刻度一、线性刻度一、线性刻度适用于线性检测仪表适用于线性检测仪表 3、仪表的标定：、仪表的标定：n两点标定两点标定(单极性单极性X)：（：（0，0），（），（）n三点标定三点标定(双极性双极性X)：（：（0，0），（），（），（），（）12.1.2“表头表头”的刻度的刻度二、非线性刻度二、非线性刻度适用于非线性检测仪表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、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与被测与被测量量x呈非线性函数关系：呈非线性函数关系：12.1.2“表头表头”的刻度的刻度二、非线性刻度二、非线性刻度适用于非线性检测仪表适用于非线性检测仪表2、刻度方程、刻度方程非线性刻度：非线性刻度：12.1.2“表头表头”的刻度的刻度二、非线性刻度二、非线性刻度适用于非线性检测仪表适用于非线性检测仪表3、仪表标定、仪表标定:n1)多点标定。多点标定。，标定点，标定点n越多，刻度越精密。越多，刻度越精密。n2)直线拟合。若直线拟合。若f(x)的非线性不太严重，可按最佳的拟合直线刻的非线性不太严重，可按最佳的拟合直线刻度。度。12.2调零、调满度与量程切换调零、调满度与量程切换 12.2.1零点和灵敏度漂移产生的误差：零点和灵敏度漂移产生的误差：n检测仪表标定时的输入检测仪表标定时的输入输出关系输出关系 式中，式中，S仪表的标称灵敏度仪表的标称灵敏度 n温度变化、电源波动等原因使检测仪表实际的输入温度变化、电源波动等原因使检测仪表实际的输入输出关输出关系变为系变为式中，式中，仪表的零位（仪表的零位（x=0）输出或零点漂移；）输出或零点漂移；S仪表的实际灵敏度。仪表的实际灵敏度。S=S+S 式中，式中，S仪表的灵敏度漂移。仪表的灵敏度漂移。12.2.1零点漂移和灵敏度漂移产生的误差：零点漂移和灵敏度漂移产生的误差：n在这种情况下，被测量在仪表度盘上的读数在这种情况下，被测量在仪表度盘上的读数X与被测量与被测量的实际值的实际值x就有差距就有差距 12.2.2常见的调零电路常见的调零电路一、传感器调零电路一、传感器调零电路n例例1 差动自感传感器零位电压补偿电路差动自感传感器零位电压补偿电路图图12-2-1图 1221 差动自感传感器零位电压补偿电路12.2.2常见的调零电路常见的调零电路二、二、电桥调零电路电桥调零电路n图图10-2-2图 1022 电桥式电阻温度计的原理图12.2.2常见的调零电路常见的调零电路三、放大器输入偏移调零电路三、放大器输入偏移调零电路n式中，式中，为前级测量电路的零位输出。为前级测量电路的零位输出。n图图12-2-2(a)中，须调整中，须调整Ub，使，使Ub=Uan图图12-2-2(b)中，须调整中，须调整Ub和和R2，使，使Ua/R1=-Ub/R2n图图12-2-2(c)中，须调整中，须调整Ub使使Ub=Ua。图 1222 放大器输入偏移法调零电路12.2.3常见的调满度电路常见的调满度电路检测仪表的总灵敏度检测仪表的总灵敏度 （12-1-15）一、调电源供电电压（或供电电流）一、调电源供电电压（或供电电流）二、调放大器的增益二、调放大器的增益三、调表头量程电阻三、调表头量程电阻12.2调零、调满度与量程切换调零、调满度与量程切换 图 1223 铂电阻测温电路调零和调满度12.2.3常见的调满度电路常见的调满度电路例题例题12-2-1 解：通常选解：通常选R1=R2=R0,n先调零：调先调零：调RP1使使R3+RP1=R0，即，即t=0时，时，U0=0。n再调满度：调再调满度：调RP2,使使t=100时，时，U0=100mV,即电源电压为即电源电压为 12.2.4常见的量程切换电路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，即满度接近满度的区域，即 当表头指针超出满度时，就要切换到大一档的量程；当表头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。是以换挡方式改变仪表的灵敏度。12.2.4常见的量程切换电路常见的量程切换电路例题例题12-2-2 图图12-2-4 解：电路输出电压为解：电路输出电压为 电子欧姆表量程为电子欧姆表量程为 图 1224 电子电阻表电路13 条图显示式仪表的条图显示式仪表的“表头表头”电路电路图图13-1-7 LM3914条图（点条图（点/条）显示驱动器条）显示驱动器 例13.1-1图 酒精测试仪电路 14.1主机和人机接口主机和人机接口 14.1.1基于单片机的主机电路基于单片机的主机电路一、微机化检测系统采用的微型计算机类型：一、微机化检测系统采用的微型计算机类型：1、PC机机2、单片机、单片机中型检测系统和便携式测控仪器大多采用单片机中型检测系统和便携式测控仪器大多采用单片机二、单片机的特点：二、单片机的特点：n可靠性高、易扩展、控制功能强、存储器容量小、体积小、开可靠性高、易扩展、控制功能强、存储器容量小、体积小、开发周期短、成本低。发周期短、成本低。14.1.2显示器接口显示器接口一、一、LED显示器接口显示器接口二、二、LCD显示器接口显示器接口14.1.3 键盘原理与接口键盘原理与接口图 1411 键盘接口电路（中断工作方式）