-
-
手机阅读
原帖转自http://www.chuandong.com/cdbbs/2008-12/4/0812445C2B4203.html
0 引 言
在自动化领域中，动圈式仪表在工业中应用广泛，它能与热电偶、热电阻或辐射感温器配合来测量温度；与霍尔压力变送器或滑线电阻式运转压力计配合测量压力；与电感式膜片差压计配合测量差压。而且还能实现对这些热工参数的自动控制和越限报警。因其核心部件是处于磁场中运动的可动线圈，所以，称之为动圈式指示调节仪表。
1 动圈式仪表的基本工作原理
它的核心结构是一个框形可动线圈，处于永久磁铁分布均匀的磁场中。当动圈有电流流过时，在动圈与磁场方向垂直的两有效边上产生大小相等、方向相反的力F，并形成力矩使动圈在磁场中偏转。为使动圈的每个偏转位置对应于一定的电流强度，动圈的上 、下各由一根张丝（铍铜或锡锌青铜薄带）支持，动圈偏转时使张丝产生弹性扭变，产生反作用力矩。当这个反作用力矩和作用在动圈上的电磁力矩相平衡时，动圈便停在一个平衡位置。此时，动圈的偏转角度α与流过动圈的电流I成正比，即：
d＝CI
式中，C———仪表灵敏度常数，与磁感应强度、动圈结构、张丝材料及几何尺寸等因素有关。
I———通过动圈的电流
电流I可由下式求出：
式中，R总是仪表回路的总电阻，等于仪表内阻R内和外线路电阻R外之和。当R总一定时，I与热电势E（t、t0）一一对应，也就是α与E（t、t0）一一对应。这就是动圈式仪表的基本工作原理。如图1所示。
2 带连续电流输出PID调节的动圈式仪表
PID调节是对被调对象进行比例（P）、积分（I）和微分（D）的调节。带三位PID调节的动圈式仪表为双继电器输出。两个继电器与JDZ型直行程电机配合，一只继电器使直行程电机正转（即打开阀门），另一只继电器使直行程电机反转（即关闭阀门）；而阀门的位置又与炉温的偏差有比例、积分、微分关系。带有连续电流输出PID调节的动圈式仪表具有统一的直流信号（0～10mA）输出，输出信号是连续变化的，其大小与炉温的偏差有比例、积分、微分关系。方框图如图2。
由测量电路、动圈机构、偏差检测机构、高频振荡器、直流放大器及负反馈回路(PID回路)部分组成。它如图3所示为（XCT－191）连续电流输出PID调节电路。
在此电路中，经三极管G2集电极流入RL的电流是作为仪表输出电流，RL为仪表输出负载与负载电阻RL并接的电位器R13用作取出反馈电压。R9、R10、R12、C12、C11、R11组成PID反馈网路。反馈电压从电位器R13中间触头取出，经过PID运算后加在R11上，经电阻R14反馈至振荡器的变容二极管D1，从而影响振荡器的工作情况。稳压管D6提供变容二极管D1的反向偏压，D6的正极经R11和R14接在D1的负极。
在PID反馈网络中，比例调节作用的实现是由电阻分压，即由R9、R10分压的。通过改变R13中间触头的位置，使反馈电压增或减少，可以改变比例带的大小。积分作用通过R11和C11组成的微分电路来实现，因此，改变R1的阻值就能得到不同的积分时间。而微分作用则通过R9、R10的分压及R12和C12组成的积分电路来实现。将比例、积分和微分电路迭加在一起，就组成一个PID调节的反馈网络。
3 带PID调节的动圈式仪表用于煤气炉温度调节系统时的控制过程
在工业上应用的各种热处理设备中，也有很多是利用煤气、重油或蒸汽来加热的。带PID调节的XCT－191型动圈仪表用于煤气炉温度调节系统时的示意如图4所示。
从图4可以看出，煤气炉内温度的控制，是通过动圈调节仪（XCT－191）调节管道中煤气流量的大小来实现的。即是说，动圈指示调节仪根据感温元件测量值与仪表给定值偏差信号的大小，输出一个电流调节信号，并通过伺服驱动器把调节信号放大，以推动执行器———电动调节阀来调节管道中煤气流量的大小，从而达到控制炉内温度的目的 。
(DF－1)伺服放大器是一种功率放大器，它能将来自调节器的直流信号放大和转变为继电器的开关信号，并根据输入偏差信号的大小及变化方向（即信号极性），使两只继电器按一定规律动作，伺服驱动器由直流放大器、相敏继电器和反馈机构组成，其动作原理如图5所示。伺服放大器由直流放大器、相敏继电器和反馈机构组成。由于温度变化而引起动圈式仪表输出信号电流的变化，此电流在伺服驱动器输入电阻R上产生相应的电压变化，这一电压输入到放大器而使相敏继电器动作。由于两只继电器触点分别接在执行器电动机的正反转电路中，当其中一只继电器动作时，就能使电动机转动。电机转动时，一方面带动电动调节阀转动（开大或关小），另一方面带动反馈电位器RW中间触头移动，从而改变反馈电压。由于反馈电压的极性与输入信号的极性相反，因此，当输入电流在电阻R上产生的电压信号大于反馈电压信号时，其中一只继电器吸合而使电动机正转使反馈电压增大，从而抵消输入信号。待电阻R上的电压等于反馈电压时，输入放大器的偏差信号为零，继电器释放，电动机停转，调节阀开度固定在某一位置上。相反，如果输入电压信号小于反馈电压，则另一只继电器就吸合，使电动机反转。直到反馈电压等于输入电压时，电动机停转，调节阀开度固定在另一位置上。所以电动机的转动与否及转动方向，完全伺服于输入信号的变化。
动圈式仪表指示稳、抗振性强、体积小、使用方便、读数直观，不仅用于煤气炉调节，而且广泛应用其他行业和科研上。煤气炉调节方式在我公司应用多年，效果良好,并且维修量小，达到控制炉内温度的目的。
在自动化领域中，动圈式仪表在工业中应用广泛，它能与热电偶、热电阻或辐射感温器配合来测量温度；与霍尔压力变送器或滑线电阻式运转压力计配合测量压力；与电感式膜片差压计配合测量差压。而且还能实现对这些热工参数的自动控制和越限报警。因其核心部件是处于磁场中运动的可动线圈，所以，称之为动圈式指示调节仪表。
1 动圈式仪表的基本工作原理
它的核心结构是一个框形可动线圈，处于永久磁铁分布均匀的磁场中。当动圈有电流流过时，在动圈与磁场方向垂直的两有效边上产生大小相等、方向相反的力F，并形成力矩使动圈在磁场中偏转。为使动圈的每个偏转位置对应于一定的电流强度，动圈的上 、下各由一根张丝（铍铜或锡锌青铜薄带）支持，动圈偏转时使张丝产生弹性扭变，产生反作用力矩。当这个反作用力矩和作用在动圈上的电磁力矩相平衡时，动圈便停在一个平衡位置。此时，动圈的偏转角度α与流过动圈的电流I成正比，即：
d＝CI
式中，C———仪表灵敏度常数，与磁感应强度、动圈结构、张丝材料及几何尺寸等因素有关。
I———通过动圈的电流
电流I可由下式求出：
式中，R总是仪表回路的总电阻，等于仪表内阻R内和外线路电阻R外之和。当R总一定时，I与热电势E（t、t0）一一对应，也就是α与E（t、t0）一一对应。这就是动圈式仪表的基本工作原理。如图1所示。
2 带连续电流输出PID调节的动圈式仪表
PID调节是对被调对象进行比例（P）、积分（I）和微分（D）的调节。带三位PID调节的动圈式仪表为双继电器输出。两个继电器与JDZ型直行程电机配合，一只继电器使直行程电机正转（即打开阀门），另一只继电器使直行程电机反转（即关闭阀门）；而阀门的位置又与炉温的偏差有比例、积分、微分关系。带有连续电流输出PID调节的动圈式仪表具有统一的直流信号（0～10mA）输出，输出信号是连续变化的，其大小与炉温的偏差有比例、积分、微分关系。方框图如图2。
由测量电路、动圈机构、偏差检测机构、高频振荡器、直流放大器及负反馈回路(PID回路)部分组成。它如图3所示为（XCT－191）连续电流输出PID调节电路。
在此电路中，经三极管G2集电极流入RL的电流是作为仪表输出电流，RL为仪表输出负载与负载电阻RL并接的电位器R13用作取出反馈电压。R9、R10、R12、C12、C11、R11组成PID反馈网路。反馈电压从电位器R13中间触头取出，经过PID运算后加在R11上，经电阻R14反馈至振荡器的变容二极管D1，从而影响振荡器的工作情况。稳压管D6提供变容二极管D1的反向偏压，D6的正极经R11和R14接在D1的负极。
在PID反馈网络中，比例调节作用的实现是由电阻分压，即由R9、R10分压的。通过改变R13中间触头的位置，使反馈电压增或减少，可以改变比例带的大小。积分作用通过R11和C11组成的微分电路来实现，因此，改变R1的阻值就能得到不同的积分时间。而微分作用则通过R9、R10的分压及R12和C12组成的积分电路来实现。将比例、积分和微分电路迭加在一起，就组成一个PID调节的反馈网络。
3 带PID调节的动圈式仪表用于煤气炉温度调节系统时的控制过程
在工业上应用的各种热处理设备中，也有很多是利用煤气、重油或蒸汽来加热的。带PID调节的XCT－191型动圈仪表用于煤气炉温度调节系统时的示意如图4所示。
从图4可以看出，煤气炉内温度的控制，是通过动圈调节仪（XCT－191）调节管道中煤气流量的大小来实现的。即是说，动圈指示调节仪根据感温元件测量值与仪表给定值偏差信号的大小，输出一个电流调节信号，并通过伺服驱动器把调节信号放大，以推动执行器———电动调节阀来调节管道中煤气流量的大小，从而达到控制炉内温度的目的 。
(DF－1)伺服放大器是一种功率放大器，它能将来自调节器的直流信号放大和转变为继电器的开关信号，并根据输入偏差信号的大小及变化方向（即信号极性），使两只继电器按一定规律动作，伺服驱动器由直流放大器、相敏继电器和反馈机构组成，其动作原理如图5所示。伺服放大器由直流放大器、相敏继电器和反馈机构组成。由于温度变化而引起动圈式仪表输出信号电流的变化，此电流在伺服驱动器输入电阻R上产生相应的电压变化，这一电压输入到放大器而使相敏继电器动作。由于两只继电器触点分别接在执行器电动机的正反转电路中，当其中一只继电器动作时，就能使电动机转动。电机转动时，一方面带动电动调节阀转动（开大或关小），另一方面带动反馈电位器RW中间触头移动，从而改变反馈电压。由于反馈电压的极性与输入信号的极性相反，因此，当输入电流在电阻R上产生的电压信号大于反馈电压信号时，其中一只继电器吸合而使电动机正转使反馈电压增大，从而抵消输入信号。待电阻R上的电压等于反馈电压时，输入放大器的偏差信号为零，继电器释放，电动机停转，调节阀开度固定在某一位置上。相反，如果输入电压信号小于反馈电压，则另一只继电器就吸合，使电动机反转。直到反馈电压等于输入电压时，电动机停转，调节阀开度固定在另一位置上。所以电动机的转动与否及转动方向，完全伺服于输入信号的变化。
动圈式仪表指示稳、抗振性强、体积小、使用方便、读数直观，不仅用于煤气炉调节，而且广泛应用其他行业和科研上。煤气炉调节方式在我公司应用多年，效果良好,并且维修量小，达到控制炉内温度的目的。