铂电阻测温实例.ppt

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1、机电类自动检测技术第二章第5节多媒体课件统一书号：统一书号：ISBN978-7-111-40710-2课程配套网站www.sensor-或或2013年年1月版月版12/27/20221第五节第五节 工程项目设计实例工程项目设计实例 利用铂热电阻测控烘箱温度利用铂热电阻测控烘箱温度本节介绍本节介绍真空浸漆工艺、烘干箱结真空浸漆工艺、烘干箱结构构，隔爆型温度传感器的选取隔爆型温度传感器的选取，安全栅安全栅、本安型仪表本安型仪表，简单介绍单片机的，简单介绍单片机的PID控控制等。制等。12/27/20222工程项目设计实例工程项目设计实例利用铂热电阻测控电烘箱温度利用铂热电阻测控电烘箱温度一、课题来

2、源、要求一、课题来源、要求某电子公司生产小型电源变压器，重要的工某电子公司生产小型电源变压器，重要的工艺之一为真空浸漆，并利用烘干机烘干处理。艺之一为真空浸漆，并利用烘干机烘干处理。电烘箱的原配测温器件为水银温度计，现希电烘箱的原配测温器件为水银温度计，现希望改为望改为隔爆型温度传感器隔爆型温度传感器，配置安全栅和本安，配置安全栅和本安型仪表，自动测量、控制电烘箱的温度。型仪表，自动测量、控制电烘箱的温度。温度传感器的信号作温度传感器的信号作A/D转换后，送单片机转换后，送单片机作运算处理；作运算处理；单片机根据用户设定的温度上、下限值控制单片机根据用户设定的温度上、下限值控制电烘箱的温度。电

3、烘箱的温度。12/27/20223技术指标技术指标1.电烘箱电源：三相电烘箱电源：三相380V；2.额定功率：额定功率：10kW；3.数字温度表（置于电烘箱控数字温度表（置于电烘箱控制柜上侧）显示温度范围：制柜上侧）显示温度范围：0199.94.准确度：优于准确度：优于15.分辨力：小数点后分辨力：小数点后1位；位；6.温度控制误差：温度控制误差：3。真空浸漆设备真空浸漆设备12/27/20224真空浸漆简介真空浸漆简介运用于各种中、小型变压器、电感、镇流运用于各种中、小型变压器、电感、镇流器、继电接触器、电机、电子线绕元件的绝器、继电接触器、电机、电子线绕元件的绝缘浸漆。能缘浸漆。能提高绝缘

4、漆渗透能力，增加充填提高绝缘漆渗透能力，增加充填率，减少浸漆时间率，减少浸漆时间，提高电器绕组的整体机，提高电器绕组的整体机械强度，绝缘强度及械强度，绝缘强度及防潮、防霉防潮、防霉等性能。等性能。绕组在真空绕组在真空(负压负压)下进行绝缘处理下进行绝缘处理，绝缘，绝缘油能快速、均匀、彻底渗透到线圈的每个细油能快速、均匀、彻底渗透到线圈的每个细微毛孔和空隙中，微毛孔和空隙中，把绕组间的可能的空气尽把绕组间的可能的空气尽量排除量排除，提高耐压和绝缘电阻提高耐压和绝缘电阻，并固定绕组，并固定绕组，减少磁通变化造成的绕组机械振动和吱吱声。减少磁通变化造成的绕组机械振动和吱吱声。工艺流程工艺流程12/2

5、7/20225电烘箱控制柜电烘箱控制柜12/27/20226电烘箱的温度控制示意图电烘箱的温度控制示意图 隔爆铂热电阻隔爆铂热电阻温度控制器温度控制器12/27/20227温度控制误差温度控制误差 温度控制误差控制设温度控制误差控制设定为定为3。烘干温度在。烘干温度在100130可控。大于可控。大于改数值易引起绝缘油蒸改数值易引起绝缘油蒸汽爆燃。汽爆燃。例例：图示数显表的绝对：图示数显表的绝对误差为误差为1%，求最大绝，求最大绝对误差为多少对误差为多少？解解：绝对误差：绝对误差m199.912.0，优于技术指标的优于技术指标的3.12/27/20228二、设计方案及步骤二、设计方案及步骤什么是

6、工程设计：什么是工程设计：设计是人类的一种重要创造活动，现代设计设计是人类的一种重要创造活动，现代设计是把各种技术成果转化为生产力的一种手段和是把各种技术成果转化为生产力的一种手段和方法。具体地说，设计是针对预定的目标经过方法。具体地说，设计是针对预定的目标经过一系列的规划、分析和决策，产生相应的文字、一系列的规划、分析和决策，产生相应的文字、数据、图形等信息的过程。如服装设计、建筑数据、图形等信息的过程。如服装设计、建筑设计、机械设计、电气设计等。设计之后的成设计、机械设计、电气设计等。设计之后的成果通过实践或实施转化为某项工程或产品。果通过实践或实施转化为某项工程或产品。12/27/202

7、29工程设计过程工程设计过程工程设计过程是对工程系统提出工程设计过程是对工程系统提出“如何去做如何去做”的研究与设计过程的研究与设计过程,也可称为系统综合。它包也可称为系统综合。它包括设计师对硬件、软件和系统接口的设计综合，括设计师对硬件、软件和系统接口的设计综合，以及对试验工程和生产制造工程的设计综合。以及对试验工程和生产制造工程的设计综合。这一过程的目标是保证能够按照工程总要求或这一过程的目标是保证能够按照工程总要求或研制任务书的要求进行，必须综合设计队伍中研制任务书的要求进行，必须综合设计队伍中各门类专业专家的工作成果，使整个系统达到各门类专业专家的工作成果，使整个系统达到设计指标，并在

8、可靠性、稳定性、抗干扰等方设计指标，并在可靠性、稳定性、抗干扰等方面达到国家标准。面达到国家标准。12/27/202210系统工程的综合过程系统工程的综合过程必须依靠具有不同知识结构和工程背景的人员必须依靠具有不同知识结构和工程背景的人员组成团队：组成团队：系统工程设计师系统工程设计师、系统分析工程师、系统分析工程师、专门工程专业工程师专门工程专业工程师、结构集成设计师结构集成设计师、工程工工程工艺设计师艺设计师、试验工程师试验工程师、生产制造工程师生产制造工程师、计计算机辅助设计工程师算机辅助设计工程师和和技术支持工程师技术支持工程师等组成的等组成的团队，保障合理、均衡的工程设计。团队，保障

9、合理、均衡的工程设计。必须更多地依靠熟悉传统工程设计的工程师，必须更多地依靠熟悉传统工程设计的工程师，如结构、电器、动力等专业的设计师，在工程研如结构、电器、动力等专业的设计师，在工程研制阶段的前期和后期，以及生产阶段，进行技术制阶段的前期和后期，以及生产阶段，进行技术把关。把关。12/27/202211设计顺序设计顺序 设计者拿到工程项目设计者拿到工程项目后，首先必须仔细研究后，首先必须仔细研究系统的技术指标。然后系统的技术指标。然后进行方案选择。进行方案选择。设计是一个设计是一个“设计设计评价评价再设计再设计”的反复的反复迭代、不断优化的过程迭代、不断优化的过程。诸多的问题可能是矛盾诸多的

10、问题可能是矛盾的，的，设计实际也是一个设计实际也是一个折中的过程折中的过程。12/27/2022121 1温度传感器的选择温度传感器的选择水银温度计；水银温度计；（1 1）水银温度计：脆弱，不易产生电信号。）水银温度计：脆弱，不易产生电信号。（2 2）热电偶：在热电偶：在200200以下的热电动势较小以下的热电动势较小，还还需要冷端温度补偿需要冷端温度补偿。（3 3）温度温度ICIC：测温上限低于：测温上限低于150150。（4 4）铂热电阻：有铠装式、装配式、隔爆式）铂热电阻：有铠装式、装配式、隔爆式等。本项目采用等。本项目采用隔爆式铂热电阻隔爆式铂热电阻。在化工厂和其他生产现场，常伴随有各

11、种易燃、在化工厂和其他生产现场，常伴随有各种易燃、易爆等化学气体、蒸气等。在本项目中，绝缘漆易爆等化学气体、蒸气等。在本项目中，绝缘漆蒸气属于可燃性气体，有可能由电火花引发爆炸。蒸气属于可燃性气体，有可能由电火花引发爆炸。隔爆式传感器有较厚的保护外壳及接线盒，再配隔爆式传感器有较厚的保护外壳及接线盒，再配合配合配安全栅安全栅，就有较强的防爆能力。，就有较强的防爆能力。12/27/202213隔爆式热电阻与装配式热电阻的主要区别隔爆式热电阻与装配式热电阻的主要区别隔爆式产品的接线盒（外壳）在设计上采用防隔爆式产品的接线盒（外壳）在设计上采用防爆特殊结构，用高强度铝合金压铸而成，并具有爆特殊结构，

12、用高强度铝合金压铸而成，并具有足够的内部空间、壁厚和机械强度，橡胶密封圈足够的内部空间、壁厚和机械强度，橡胶密封圈的热稳定性等均符合国家防爆标准。当接线盒内的热稳定性等均符合国家防爆标准。当接线盒内部的爆炸性混合气体发生爆炸时，其内压不会破部的爆炸性混合气体发生爆炸时，其内压不会破坏接线盒，由此产生的热能也不能向外扩散（传坏接线盒，由此产生的热能也不能向外扩散（传爆）。爆）。用橡胶环密封的接线盒出口用橡胶环密封的接线盒出口12/27/202214隔爆标志隔爆标志类：煤矿井下用电气设备；类：煤矿井下用电气设备；类：工厂用电气设备。类：工厂用电气设备。隔爆热电阻的防爆等级按其适用于爆炸性气体隔爆热

13、电阻的防爆等级按其适用于爆炸性气体混合物，最大安全间隙分为混合物，最大安全间隙分为A、B、C三级。三级。ExiallCT5（本安型）、（本安型）、DIPDTTll（粉尘型）；（粉尘型）；使用温度使用温度70，使用压力，使用压力1.5MPa。12/27/202215隔爆热电阻的防爆等级隔爆热电阻的防爆等级按其适用于爆炸性气体混合物按其适用于爆炸性气体混合物最大安全间隙最大安全间隙,分为分为A、B、C三级。隔爆热电阻的三级。隔爆热电阻的温度组别温度组别,按按其外露部分最高表面温度其外露部分最高表面温度,分为分为T1T6六组六组。温度组别允许最高表面温度/T1450T2300T3200T4135T5

14、100T685根据指标根据指标及成本及成本,综综合考虑合考虑,本本项目测温传项目测温传感器选择感器选择:dBT2型型Pt100隔爆隔爆型热电阻。型热电阻。12/27/2022162 2测量桥路设计方案的选择测量桥路设计方案的选择方案一：二线制电桥测量电路的缺点方案一：二线制电桥测量电路的缺点（1 1）引线的电阻将使原来已调好平衡的电桥失去了引线的电阻将使原来已调好平衡的电桥失去了平衡平衡，需重新调零。，需重新调零。（2 2）在测量过程中，）在测量过程中，气温升高时，引线电缆受环境气温升高时，引线电缆受环境温度影响，铜质电缆线的电阻与热电阻一样，阻值也温度影响，铜质电缆线的电阻与热电阻一样，阻值

15、也会升高会升高，叠加在，叠加在R Rt t的变化上，引起测量误差，且无法判的变化上，引起测量误差，且无法判断纠正的大小和方向。断纠正的大小和方向。12/27/202217方案二：四线制恒流测量电路方案二：四线制恒流测量电路由由于于输输出出电电压压是是直直接接从从Rt两两端端引引出出的的，所所以以恒恒流流源源3的的激激励励电电流流Ii在在r1a、r1b上上的的压压降降就就不不被被包包括括到到Uo中中，因此可以克服引线电阻的影响。，因此可以克服引线电阻的影响。四线制测量电四线制测量电路的缺点路的缺点是：是：A/D转换器得转换器得到的电压中，到的电压中，本底本底电压电压Uo0所占比例所占比例较大较大

16、，而，而反映温度反映温度变化的变化的Uo相对较相对较小小，降低了系统的降低了系统的分辨力分辨力。12/27/202218方案三：三线制电桥测量电路方案三：三线制电桥测量电路热热电电阻阻R t用用三三根根导导线线、引引至至测测温温电电桥桥。其其中中两两根根引引线线的的内内阻阻（r1、r4）分分别别串串入入测测量量电电桥桥相相邻邻两两臂臂的的R1、R4上上，引引线线的的长长度度变变化化不不影影响响电电桥桥的的平平衡衡,所所以以可以避免因连接导线电阻受环境影响而引起的测量误差。可以避免因连接导线电阻受环境影响而引起的测量误差。1连接电缆连接电缆2屏蔽层屏蔽层3恒流源恒流源4法兰盘安装孔法兰盘安装孔R

17、P1调零电位器调零电位器12/27/202219结论：结论：三线制电桥测量电路的稳定性较好，本项目采用方案三线制电桥测量电路的稳定性较好，本项目采用方案三。限流电阻三。限流电阻R7取取25,用于微调桥路电流用于微调桥路电流,使之使之不超过不超过10mA,以免以免热电阻自发热温漂热电阻自发热温漂，且，且防止短路过电流防止短路过电流。12/27/2022203 3电桥调零电路的设计电桥调零电路的设计为为了了尽尽量量减减小小误误差差，提提高高灵灵敏敏度度，桥桥路路电电阻阻选选用用锰锰铜铜线线绕绕精精密密电电阻阻，R2R3R4等等于于R1的的初初始始值值(100)。由由于于元元件件的的误误差差等等原原

18、因因，安安装装完完成成的的电电桥桥仍仍存存在在微微小小的的不不平平衡衡，因因此此必必须须在在电电桥桥中中加加入入一一个个调调零零电电位位器器。本本项项目采用目采用并联调零法并联调零法。R5+R6+RP1应应大大于于桥桥臂臂电电阻阻的的100倍倍以以上上(本本例例为为20k),以以免免影影响响电电桥桥的的线线性性度度和和灵灵敏敏度度。取取R5、R6=10k,RP1=1k。12/27/202221桥路电源标称电压的选择桥路电源标称电压的选择电压的标称值：电压的标称值：三端固定正、负输出集成稳压器型号三端固定正、负输出集成稳压器型号为：为：正：正：7805、06、08、09、12、15、18、24三

19、端可调三端可调输出集成稳压器：输出集成稳压器：LM317（1.25V）负：负：7905、06、08、09、12、15、18、24后缀为：后缀为：L：100mA；M：500mA；T:1.5A；K:3A问问：若若桥桥路路只只需需要要6.25mA，1.25V电电压压，应应选选取取_型号的型号的三端稳压器？三端稳压器？为为了了减减小小因因激激励励电电流流引引起起的的发发热热和和温温漂漂，本本项项目目选选取取1.25V桥桥路路电电压压。可可选选用用LM317L，输输出出最最小小电电压压为为1.25V，最大可以调节到，最大可以调节到37V。12/27/202222LM317LM317的典型应用电路的典型应

20、用电路本项目中，本项目中，R2=0则则Uo=1.25V(最小值最小值)。在在0时时流流过过铂铂热热电电阻阻的电流的电流IR1为：为：IR1=Uo(R1+R2)=1.25V(100+100)=6.25mA，不不至至于于导导致致铂铂热热电电阻阻的的自自体体温温度度上上升，升，并引起测量误差。并引起测量误差。12/27/202223TL431TL431简介及典型应用电路简介及典型应用电路TL431是是一一个个有有良良好好热热稳稳定定性性能能的的三三端端可可调调分分流流基基准准电电压压源源。它它的的输输出出电电压压用用两两个个电电阻阻R1、R2就就 可可 以以 设设 置置 从从 Vref（2.5V）到

21、）到36V。当当输输出出电电压压为为最最低低值值(2.5V)时时,可可以以用用于于350的的应应变变片片桥桥路路,而而不不会会使使电流超过电流超过10mA。12/27/2022244 4放大电路的设计放大电路的设计差动减法放大电路：只对差动减法放大电路：只对b、d 两点的输入电压之差两点的输入电压之差Uo1UdUb才有放大作用才有放大作用，叠加在叠加在Ud、Ub上的对地上的对地共模电压将自动抵消共模电压将自动抵消，基本不会在放大器的输出电压，基本不会在放大器的输出电压Uo2中反映出来。放大倍数：中反映出来。放大倍数：K-Rf1/R 11。运放的共模抑制比应大于运放的共模抑制比应大于120dB。

22、开环电压上升时。开环电压上升时间应小于间应小于1s。bd121运算放大器可以运算放大器可以采用采用OP-07系列等系列等低温漂运放低温漂运放。12/27/202225第一级放大电路的计算第一级放大电路的计算减法差动放大减法差动放大器的器的直流差模放大倍数直流差模放大倍数:若若选选用用Pt100标标准准热热电电阻阻，当当t100时时，查查Pt100分分度度表表，得得到到R100=134.71,R2=R3=R4=100，选选用用精精密密锰锰铜铜线线绕绕电电阻阻。设设桥桥路路电电源源的的原原始始电电压压Ui=2.50V，当当R7=25，忽忽略略r1、r2、RP1的的影影响响时时，真真正正施施加加到到

23、三三线线桥桥路路的的电电源源电电压压Uac=2.00V。由由分分压压比比公公式式，可可得得桥桥路的输出电压为：路的输出电压为：若若希希望望t100时时，放放大大器器的的输输出出电电压压为为整整数数值，值，Uo21.00V，则要求，则要求:12/27/202226减法放大器减法放大器4个主要电阻阻值的确定个主要电阻阻值的确定若若希希望望t100时时，放放大大器器的的输输出出电电压压Uo21.00V，则则K=6.77倍。倍。Rf的取值不能太小，一般应大于的取值不能太小，一般应大于10k。若若考考虑虑到到非非理理想想运运放放的的输输入入失失调调电电流流和和失失调调电电压压以以及及输输入入偏偏置置电电

24、流流均均不不为为零零,则则Rf不应超过不应超过1M。为为了了增增大大桥桥路路的的负负载载电电阻阻，减减小小对对桥桥路路的的影影响响，可可以以取取R11=R12为为整整数数值值100k，则则R13=Rf的的理理论论值值约约为为677k，取标称值取标称值680k。12/27/202227第二级放大电路的设计第二级放大电路的设计为为了了能能调调整整输输出出电电压压的的大大小小，在在上上页页放放大大器器的的右右边边，再连接一个如下图所示的反相放大器再连接一个如下图所示的反相放大器A2。放放大大倍倍数数：K2-Rf2/R21。第第一一级级放放大大器器的的输输出出Ui2=1.0V，若希望在被测温度在，若希

25、望在被测温度在100时，时，Uo2达到达到4V,3则则K24倍。倍。一般一般100k R211k若若R21取取20k，则则RP2+R21Rf280k12/27/202228第二级放大器阻值的计算第二级放大器阻值的计算 上上述述Rf2为为80k，再再设设RP2取取Rf2的的1/4，为为20k，则则R22(Rf2-RP2)80-1070k，取标称阻值为，取标称阻值为68k。当当RP2调调节节到到0时时，第第二二级级的的放放大大倍倍数数为为3.4倍；倍；当当RP2调调节节到到20k时时，第第二二级级的的放放大大倍倍数为数为4.4倍。倍。输输出出电电压压的的调调节节范范围为：围为：3.44.4V。3电

26、阻标称值简介电阻标称值简介12/27/202229放大器滤波电容的计算放大器滤波电容的计算 Rf2两两端端必必须须并并联联一一只只滤滤波波电电容容器器，以以滤滤除除50Hz的的干干扰扰。滤滤波波电电路路的的时时间间常常数数RfCf应应大大于于10T50Hz，即即200ms。若若R的的单单位位为为k，C的的单单位位为为F，则则的的单单位为位为ms。在上例中，设在上例中，设Rf280k，20T50Hz400ms，则则Cf5F，可取标称值容量可取标称值容量4.7F,且且不能用不能用电解电容电解电容，通常选用独石电容，通常选用独石电容（叠层磁介电容）。（叠层磁介电容）。电容电容的标称值为的标称值为(1

27、0n)：1.0、2.2、3.3、4.7、6.8电容标称值简介电容标称值简介12/27/202230放大器电源电压的选取和退耦放大器电源电压的选取和退耦考考虑虑到到常常用用的的单单片片机机A/D转转换换器器的的最最大大转转换换电电压压为为5V，本本项项目目的的放放大大器器正正、负负电电源源取取标标称称电电压压6V。放放大大器器的的饱饱和和输输出出略略大大于于5V，不不至至于使于使A/D转换器转换器的输入端产生过电流。的输入端产生过电流。放放大大器器的的正正负负电电源源VCC、VEE端端还还应应并并联联约约0.1F的的磁磁介介退退耦耦电电容容C3、C4，滤滤除除电电源源上上的的尖尖峰干扰电压。峰干

28、扰电压。12/27/202231三、系统的调试和测试三、系统的调试和测试1系统的预调零系统的预调零将将铂铂热热电电阻阻置置于于冰冰水水混混合合物物中中（称称为为“冰冰点点槽槽”），将将不不共共地地的的2.5V标标称称电电压压源源施施加加到到电电桥桥的的电电源源端端子子上上,RP1置置于于中中间间值值,反反复复调调节节“调调零零电电位位器器”RP1，使使第第二二级放大器的输出级放大器的输出Uo2=0.00V。冰点槽冰点槽12/27/2022322半满度半满度和和100200段的校验段的校验在在已已经经调调零零的的基基础础上上，将将铂铂热热电电阻阻从从冰冰点点槽槽中中取取出出，将将铂铂热热电电阻阻

29、大大部部分分插插入入电电热热水水桶桶中中。开开启启加加热热电电源源，从从室室温温开开始始，至至水水沸沸腾腾时时，静静置置半半个个小小时时。调调节节“调调满满度度电位器电位器”RP2，使使Uo2为为2.00V。在在校校验验了了“半半满满度度”后后，再再使使水水逐逐渐渐降降温温，每每隔隔10，以以“工工业业级级”0150水水银银温温度度计计为为准准（最最小小分分度度为为0.5，允允许许误误差差为为0.5），记记录录放放大大器器在在1000“半半程段程段”对应的输出电压值对应的输出电压值。12/27/2022333100200段的校验段的校验为为了了测测量量100200段段的的输输出出电电压压值值，

30、将将铂铂热热电电阻阻从从水水槽槽中中取取出出，插插入入电电烘烘箱箱的的测测温温孔孔。换换一一根根50300的的工工业业级级水水银银温温度度计计，从从室室温温开开始始，逐逐渐渐升升温温，按按20/小小时时的的速速率率，直直到到接接近近100时时，停停止止加加热热。当当温温度度自自然然缓缓慢慢到到达达100时时，放放大大器器应应该该重重复复出出现现上上一一步步骤骤（“半半满满度度”校校验验）时时的的2.00V。然然后后从从100开开始始，每每隔隔20，直直至至199（200）为为止止，记记录录放放大大器器的的输输出出测测量量值值（绝绝对对不不会会等等于于4.00V），得得到到非非线线性性误误差差的

31、的修修正值正值，为，为“铂热电阻软件线性化程序铂热电阻软件线性化程序”提供纠偏数据。提供纠偏数据。计计算算机机可可以以采采用用分分段段折折线线法法计计算算被被测测温温度度，也也可可以以引引用用拟合曲线方程拟合曲线方程来计算被测温度。来计算被测温度。12/27/202234阶段练习阶段练习（1）测试系统为何应先调零后调满度？）测试系统为何应先调零后调满度？（2）并联在运放反馈电阻两端的反馈电容的）并联在运放反馈电阻两端的反馈电容的容量越大，则对容量越大，则对50Hz工频干扰的滤波效果就越工频干扰的滤波效果就越_。根据第一章动态误差的分析，根据第一章动态误差的分析，Cf取得取得越大，放大电路的上升

32、时间就越越大，放大电路的上升时间就越_（长（长/短）短），系统对温度变化的反应就越，系统对温度变化的反应就越_（快（快/慢）。慢）。12/27/202235在下图电路上标出电阻的阻值、在下图电路上标出电阻的阻值、RP的数值以及的数值以及正负电源的数值。正负电源的数值。（3）先先 自自 由由 选选 取取 R11 R12 _k。根根 据据K=10.82，可可以以计计算算出出Rf1R13_k，取取标标称称阻阻值为值为_k。（注注：E24系系列列电电阻阻的的标标称称值值为为1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4

33、.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1）1bd2112/27/202236若希望第二级放大器在满载后的输出电压为若希望第二级放大器在满载后的输出电压为4000mV，则第二级的放大倍数必须为则第二级的放大倍数必须为_倍。倍。（4）设）设R2120k，则，则Rf2应为应为_k。设设RP220k，则则R22（Rf2 RP2）_k取取标称阻值为标称阻值为_k。（5）当）当RP2调节到调节到0时，第二级的放大倍数为时，第二级的放大倍数为_倍；倍；当当RP2调调节节到到20k时时，第第二二级级的的放放大大倍倍数数为为_倍倍。Uo的调节范围为的调节范围为_V。（6）Rf2两两端端必必须

34、须并并联联一一只只_电电容容，以以滤滤除除50Hz的的干干扰扰。根根据据RfCf20T50Hz=400ms（式式中中，R的的单单位位为为k，C的的单单位位为为F），则则Cf取取_F，可可取取标标称称值值_F。（注：电容（注：电容的标称值为的标称值为1.0、2.2、3.3、4.7、6.810n）12/27/2022374.4.烘箱温度的控制烘箱温度的控制 1 112/27/202238PWMPWM方式控制电路（仅供参考）方式控制电路（仅供参考）由输出来控制电炉由输出来控制电炉,电炉可以近似建立为具有滞后电炉可以近似建立为具有滞后性质的一阶惯性环节数学模型。其传递函数形式为性质的一阶惯性环节数学模

35、型。其传递函数形式为12/27/202239主程序说明主程序说明 电烘箱的温度变化缓慢，电烘箱的温度变化缓慢，采用采用PID数字控制数字控制算法算法，可以实现的温度控制指标为：，可以实现的温度控制指标为：准确度优于准确度优于1，超调整量小于，超调整量小于4。主程序中，首先给定主程序中，首先给定PID算法的参数值，然算法的参数值，然后通过循环显示当前温度后通过循环显示当前温度,并且设定键盘外部中并且设定键盘外部中断为最高优先级，以便能实时响应键盘处理。断为最高优先级，以便能实时响应键盘处理。软件设定定时器软件设定定时器T0为为5秒定时秒定时,在无键盘响应时在无键盘响应时每隔每隔5秒响应一次，用以

36、采集经过秒响应一次，用以采集经过AD转换的转换的温度信号。设定定时器温度信号。设定定时器T1为嵌套在为嵌套在T0之中的定之中的定时中断，初值由时中断，初值由PID算法子程序提供。算法子程序提供。12/27/202240温度控温度控制主程制主程序及键序及键盘中断盘中断子程序子程序（仅供（仅供参考）参考）12/27/202241PID控制控制算法算法子程序子程序（仅供参（仅供参考）考）12/27/2022425.本安型仪表本安型仪表本质安全性仪表本质安全性仪表本项目的热电阻插入到充满绝缘油蒸汽的、有爆炸危本项目的热电阻插入到充满绝缘油蒸汽的、有爆炸危险的电烘箱中，所以必须使用防爆式热电阻，并配套本

37、险的电烘箱中，所以必须使用防爆式热电阻，并配套本安型仪表。并应符合安型仪表。并应符合爆炸性环境用防爆电气设备爆炸性环境用防爆电气设备的的有关规定。有关规定。无论在正常状态下和故障状态下，仪表电路以及系统无论在正常状态下和故障状态下，仪表电路以及系统产生的产生的过流过流和所达到的和所达到的温度温度都都不应引燃爆炸性混合物不应引燃爆炸性混合物。本安型仪表的防爆功能主要由以下本安型仪表的防爆功能主要由以下措施措施来实现：来实现：采采用新型集成电路等组成仪表电路，在用新型集成电路等组成仪表电路，在较低的工作电压和较低的工作电压和较小的工作电流下工作较小的工作电流下工作；用用“齐纳安全栅齐纳安全栅”把危

38、险场把危险场所和安全场所的电路分隔开来所和安全场所的电路分隔开来，限制由安全场所传递到限制由安全场所传递到危险场所去的能量；危险场所去的能量；仪表的连接导线不得形成过大的仪表的连接导线不得形成过大的分布电感和分布电容分布电感和分布电容，以减少电路的储能。，以减少电路的储能。12/27/202243齐纳安全栅（简称安全栅）齐纳安全栅（简称安全栅）小型安全栅小型安全栅12/27/202244安全栅电路安全栅电路 12/27/202245隔离式安全栅原理框图隔离式安全栅原理框图隔离式安全栅是以中频作为调制波信号隔离式安全栅是以中频作为调制波信号。在传感器侧，先将信在传感器侧，先将信号进行调制号进行调

39、制。经变压器或光耦隔离经变压器或光耦隔离，再进行解调再进行解调，变换回隔离前变换回隔离前的原信号模式的原信号模式。隔离式安全栅比齐纳安全栅优越之处在于：。隔离式安全栅比齐纳安全栅优越之处在于：采用输入、输出以及电源三方之间相互电气隔离的电路结构，采用输入、输出以及电源三方之间相互电气隔离的电路结构，输入输入/输出之间的耐压可达输出之间的耐压可达1500V，本安侧系统不需要本安侧系统不需要接地接地，切断，切断了大地环流给设计及现场施工带来方便。但是，由于存在两次信了大地环流给设计及现场施工带来方便。但是，由于存在两次信号转换，号转换，准确度会有所降低准确度会有所降低。中频振荡和调制电路还。中频振

40、荡和调制电路还将产生射频将产生射频干扰干扰，产品必须达到国家规定的，产品必须达到国家规定的EMC标准。标准。12/27/202246安全栅的安装和使用安全栅的安装和使用 1.“一次仪表一次仪表”安装在危险区（称为安装在危险区（称为“本本安侧安侧”），电缆接到电缆接到安全栅右端接线端子安全栅右端接线端子3、4；2.“二次仪表二次仪表”安装在安全区（称为安装在安全区（称为“非本非本安侧安侧”），电缆接到安全栅的左端接线端子），电缆接到安全栅的左端接线端子1、2。3.安全栅被设置在安全区一侧，在正常情安全栅被设置在安全区一侧，在正常情况下不影响测量系统的功能。况下不影响测量系统的功能。4.安全栅必须

41、可靠接地。安全栅必须可靠接地。12/27/202247安全栅的组成和保护原理安全栅的组成和保护原理 （1）电流限制回路电流限制回路 它能它能在本安侧对地短路或元在本安侧对地短路或元器件损坏等故障情况下器件损坏等故障情况下，把输出电流限制在安全数值把输出电流限制在安全数值之内。之内。（2）电压限制回路电压限制回路 它它由齐纳二极管组成由齐纳二极管组成。当非当非本安侧电压本安侧电压超过齐纳二极管额定工作电压超过齐纳二极管额定工作电压或串入干扰或串入干扰高电压高电压时，时，齐纳二极管被击穿齐纳二极管被击穿而导通，使快速熔断器而导通，使快速熔断器熔断，起限制电压作用。熔断，起限制电压作用。（3）快速熔

42、断器快速熔断器 可更换的快速熔断器可更换的快速熔断器用来保护用来保护齐纳管不被烧毁齐纳管不被烧毁，因此要求快速熔断器的熔断时间快，因此要求快速熔断器的熔断时间快于齐纳二极管的过热时间。于齐纳二极管的过热时间。12/27/202248电阻和电容的标称规格简介电阻和电容的标称规格简介在放大器的设计中，要选择标称值的电阻。在放大器的设计中，要选择标称值的电阻。为了规范电阻、电容的数值，国家规定了电阻为了规范电阻、电容的数值，国家规定了电阻和电容的标称值。和电容的标称值。电阻器、电容器标称值系列通常采用电阻器、电容器标称值系列通常采用E系列。系列。E系列是一种由几何级数构成的数列。它是以系列是一种由几

43、何级数构成的数列。它是以6 101.5、12 101.2、24 101.1为公比为公比的几何级数的几何级数，分别称为，分别称为E6系列、系列、E12系列和系列和E24系列。系列。12/27/202249E E6 6系列系列、E12E12系列、系列、E24E24系列系列在大于等于在大于等于1 1，小于，小于1010的范围内：的范围内：E6E6系列则是在相同的范围内，确定了系列则是在相同的范围内，确定了6 6个值；个值；E12E12系列则是在相同的范围内，确定了系列则是在相同的范围内，确定了1212个值；个值；E24E24系列是按照几何级数，确定了系列是按照几何级数，确定了2424个值。个值。E6

44、系列适用于允差系列适用于允差20%的电阻和电容器；的电阻和电容器；E12系列适用于允差系列适用于允差10%的电阻和电容器；的电阻和电容器；E24系列适用于允差系列适用于允差5%的电阻和电容器。的电阻和电容器。12/27/202250E E6 6系列系列的的电容值电容值在在E6系列中，若第一个电容值设定为：系列中，若第一个电容值设定为：1.0F，第二个为，第二个为1.5F（基本不用），（基本不用），第三个为第三个为1.51.52.2F,第四个为第四个为2.21.53.3F,第五个为第五个为4.7F,第六个为第六个为6.8F。例例：将：将4.7F再乘以再乘以10n，就得到：，就得到：0.047F,

45、0.47F,47F,470F,4700F等一系列规格的电容值。等一系列规格的电容值。回回“滤波电容计算滤波电容计算”12/27/202251E E系列标称值选取示意图系列标称值选取示意图E24 1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.87.5、8.2、9.1；E12 1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2；E61.0、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8（电容器）（电容器）12/27/202252常用电阻器的色码色

46、环的识别常用电阻器的色码色环的识别电阻色码色环，主要分成两部分：电阻色码色环，主要分成两部分：第一部分第一部分：靠近电阻前端的一组是用来表示阻值。三位有效数的靠近电阻前端的一组是用来表示阻值。三位有效数的电阻值电阻值,用用前前3个环色环用来代表其阻值个环色环用来代表其阻值,第第4环代表倍率环代表倍率;四个色环：其中第一、二环分别代表两位有效数的阻四个色环：其中第一、二环分别代表两位有效数的阻值值;第三环代表倍率第三环代表倍率;如：如：51.0，510，51.0K。第四。第四环代表误差环代表误差,带有五个色环比四色环多了一个有效数字。带有五个色环比四色环多了一个有效数字。第二部分第二部分：靠近电

47、阻後端的色环用来代表公差准确度靠近电阻後端的色环用来代表公差准确度。如果电阻体只有中间一条黑色的色环，则代表此电阻如果电阻体只有中间一条黑色的色环，则代表此电阻为零欧母电阻，相当于短接线。为零欧母电阻，相当于短接线。12/27/202253颜色颜色第第1位数字位数字第第2位数字位数字第第3位数字位数字倍率倍率允许偏差允许偏差黑黑000100综综111101+1红红222102+2橙橙333103黄黄444104绿绿555105+0.5蓝蓝666106+0.25紫紫777107+0.10灰灰888白白999金金0.1+5银银0.01+10色环列表色环列表12/27/202254棕棕红红橙橙黄黄绿绿蓝蓝紫紫灰灰白白黑黑1234567890色环对照色环对照12/27/202255棕棕红红橙橙黄黄绿绿蓝蓝紫紫灰灰白白黑黑1234567890色环对照色环对照12/27/202256棕棕红红橙橙黄黄绿绿蓝蓝紫紫灰灰白白黑黑1234567890色色码码色环识别的练习色环识别的练习回回“放大器阻值计算放大器阻值计算”12/27/202257休休 息息 一一 下下12/27/202258