电子电位差计的检定及校准

一、电子电位差计的工作原理及结构

（一）电子电位差计的工作原理

电子电位差计采用电压补偿法来测量被测参数，当热电偶直流电动势经滤波单元输入仪表的测量桥路时，由于热电偶电动势和测量电路是反方向串接的，两者大小不等所产生的差值电压，经晶体管放大器放大后，驱动伺服电机。一方面伺服电机通过齿轮传动，带动滑动臂与测量桥路中的滑线电阻相接触，以改变滑动臂与滑线电阻的接触位置，直至使测量桥路中产生的补偿电压与输入的被测直流电动势相补偿，此时桥路处于平衡状态，放大器无功率输出，伺服电机停止转动；另一方面伺服电机带动指示记录机构，将被测电动势记录下来，交流同步电机带动记录纸以恒定的速度移动，做为记录的时间坐标。

（二）元件结构及作用

电子电位差计的原理方框图如图1所示。它是由测量桥路、放大器、伺服电机、指示记录机构、设定机构、滑线电阻组成的闭环控制系统。指示记录机构又包括指示记录系统和走纸系统两部分：指示记录系统由指针、记录笔或打印机构及刻度盘组成；走纸系统由变速机构和走纸机构等组成。

热电偶 测量桥路 放大器 伺服电机 指示 记录机构 滑线电阻 图1 电子电位差计工作原理方框图

设定机构

电子电位差计除了以上几个主要部分组成，还有各种附加装置，如表内、表面定值电接点（可进行电接点位式调节），电动调节（能对被测对象进行比例、微分、积分调节），程序控制，计算器等。这些附加装置增加了电位差计的功能，扩大了适用范围。

1、测量桥路

测量桥路是用来产生直流电压，与热电偶产生的热电势相平衡。 2、放大器

放大器的作用是将测量桥路输出的不平衡电压，放大到足以驱动伺服电机转动所需的功率，进而带动滑动触点移动，减小测量桥路不平衡电压，使系统达到平衡。

3、伺服电机

伺服电机是两相交流异步电机，它可以向正、反两个方向旋转，其转向取决于控制

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电压的相位，所以称为伺服电机。在电子电位差计中，平衡是借助伺服电机实现的，因此要求电动机对控制电压反应灵敏：当有控制电压时，电动机要能够立即启动；当控制电压消失时，电动机能随即停止转动；在未有控制电压时，决不允许有自转现象出现。伺服电机启动电压低，启动力矩大，并且能在所有转速范围内稳定地运转。

4、指示记录机构

指示机构是通过电子电位差计与热电偶电动势平衡，直接直观反应出热电偶当时所处温度的机构；记录机构是记录出所有温度变化，直接反应出温度变化情况及稳定性的机构。

5、设定机构

设定机构用于温度控制，它由两个设定点组成，即设定最低温度点和设定最高温度点，设定最低温度点处于常闭状态，设定最高温度点处于常开状态。当热电偶温度低于最高温度时，常闭开关与交流接触器及加热元件形成回路状态，此时形成升温状态；当温度上升到设定最高温度点时，常开开关直接断开回路，使温度稳定，线路由此反复断开达到温度自动控制效果。

（三）参考端温度自动补偿的工作原理

与热电偶配套的电子电位差计，根据热电偶的测量原理，其热电势的大小取决于其热电势端和参考端的温差，因此当热电势端温度若是一个恒定值时，所测电势，由于参考端温度随仪表的环境温度变化而变化，所以必须对冷端温度进行自动补偿。冷端温度补偿器的内部是一个不平衡电桥，电桥的三个桥臂由电阻温度系数较小的锰铜线绕制，使其电阻值不随温度变化而变化。三个桥臂电阻值均为1Ω，另一个桥臂由电阻温度系数较大的铜线绕制，并使其在0℃时，Rx为1Ω，此时电桥平衡，没有电压输出。若热端温度不变，而参考端温度上升，热电势值减小，同时补偿电阻也由温度上升而阻值增大，在此电阻上之电压将也增大，增大了的电压将正好补偿减小了的热电势从而实现了冷端温度的自动补偿。

二、计量检定

1、检定依据：检定时按照JJG74—2005《工业过程测量记录仪》检定规程的检定方法和检定项目，逐一项目进行检定。

2、检定条件：选用标准的原则为：检定时由标准仪器及配套设备引入的扩展不确定度U（k2）应不大于被检仪表最大允许误差绝对值的；环境温度为（20±5）℃；

31相对湿度为（45～75）%；供电条件为电源电压变化不超过额定电压的±1％。

3、检定项目：使用中的0.5级电子电位差计属于后续检定的仪表，检定规程规定规定必须进行指示基本误差、记录基本误差、回程误差、阶跃响应时间、设定点误差、切换差、外观、绝缘电阻的检定。

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4、检定方法 （1）外观检查

a．仪表门玻璃不应有影响读数的缺陷。

b．仪表内部应整洁，零部件应完整，安装应正确牢固。

c．仪表的指示标尺或名牌上应有制造计量器具许可证标志及编号，应注明仪表的准确度等级、计量单位符号、分度号等。

d．仪表应注明制造厂名称或商标、型号、规格、出厂编号、制造年月。 e．仪表的标尺、接线端子铭牌上的文字、数字与符号应鲜明、清晰、不应玷污和残缺。

（2）通电预热：具有参考端温度自动补偿的仪表为30min，并要求在检定期间30min内环境温度变化不得大于0.5℃。

（3）仪表绝缘电阻的检定：当环境温度为15℃～35℃，相对湿度为45％～75％时，在切断电源的情况下，将电源开关置接通位置，用绝缘电阻表测量仪表输入、输出、电源和接地（外壳）端子相互之间的绝缘电阻应不小于20MΩ。测量时应稳定5s后读数。

（4）检定接线图 图2 输入信号反接（0点检定接线图）

~220V 专用连接导线 ~220V 专用连接导线 交流 稳压源 电子电 － 位差计 ＋ ＋ 电位 － 差计

交流 稳压源 电子电 ＋ 位差计 － 图3 检定接线图 ＋ 电位 － 差计

（5）检定点的选泽：检定点应包括上、下限值在内不少于5个点，并应在标尺有数码的标记上，即主刻度。

（6）仪表指示、记录基本误差的检定：检定时，指示值从下限值开始，用增加输入信号的办法，使指示指针依次缓慢的停在各被检点标尺标记上，直至上限值，分别读取标准器示值；然后，减小输入信号依次进行下行程的检定，直至下限值（上行程时下限值不检，下行程时上限值不检）。如此进行一个循环的检定。

误差允许值=（仪表上限值－下限值）×准确度等级

误差=测量结果-真值

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（7）回程误差的检定：仪表在基本误差的检定过程中已包含了回差的检定，多次测量循环时取其最大值。

回差允许值=丨误差允许值丨×80％ 回差=丨上行程－下行程丨

（8）仪表阶跃响应时间（行程时间）的检定：分别输入信号使仪表指针处于标尺10％（上行程时）和标尺90％（下行程）的初始位置上。然后，阶跃增加（上行程时）和阶跃减少（下行程时）输入量程80％的阶跃信号，同时启动秒表。当仪表指针到达稳定值（其允许为量程的1％）时停止秒表，其间隔时间即为上（下）行程时间。在上、下行程各取三次测量的平均值做为每个方向上的阶跃响应时间（行程时间）。

（9）仪表设定点误差的检定：检定应在测量范围的10％、50％和90％附近的设定点上进行。设定点应调整在标尺有数码的标记上；并在在记录状态下进行检定；检定时，在小于设定点电量信号的前提下输入设定点标准电量信号，读取仪表示值即上切换值，在大于设定点电量信号的前提下输入设定点标准电量信号，即下切换值。

（10）仪表切换差的检定：仪表切换差的检定与设定点误差的检定同时进行。

仪表切换差=丨仪表上切换值－仪表下切换值丨

5、检定结果的处理：按照规程要求检定合格的仪表，出具检定证书，检定不合格的仪表，出具检定结果通知书。

6、检定周期：仪表的检定周期可根据使用环境条件、频繁程度和重要性来确定。一般不超过1年。

三、常见故障及校准

（一）指示故障 1、仪表指示示值超差

打开电源，将信号线反接，电位差计输入环温电量信号值给电子电位差计，此时指针指示零位，如不处于零位，打开前盖调节“零位”旋钮，直至指针指示零位；信号线正接，输入满量程电量值，指针指示满量程刻度，如不处于满量程刻度，调整“满度”旋钮，直至指针指示满量程，调节应反复进行，直到零位和满位指示正确为止。如果依旧存在示值超差的现象，又有以下几种表现：

（1）误差非线性，但是不太严重。

可能原因：①仪表内滑线电阻锈蚀，阻值发生非线性变化引起的，更换滑线电阻。②放大电路出现故障，可以更换放大器。

（2）误差非线性、切严重，超差几十度到几百度。放大电路出现故障，更换放大器。

（3）误差线性变化。放大器电路内元件故障，如电阻、放大集成块等。

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（4）阻尼过大或过小。阻尼过大，造成指针指示反应较慢，不容易达到相应指示值；过小，指针反应速度过快，容易造成指针在转动时，超出指示值。

2、指示针不稳，左右摆动。

这种显现一般是由以下方面原因引起的： （1）零位或者满度电位器接触不良。

（2）放大器插座接触不良，应用无水酒精进行清洗。 （3）电路板上元器件虚焊。 （4）阻尼过小导致。

3、仪表通电后，电源指示灯亮，运行声音正常，但是指针不转动指示温度。 （1）这一般是由于电源电路板上滤波电容损坏导致。

（2）仪表灰尘较多、缺油或阻尼过大，造成指针无法转动，应进行仪表清洁、打油。

（3）以上都排除后，如果还是没有转动，一般是伺服电机损坏。 （二）记录故障

1、仪表记录示值超差。调试记录笔上方机械执行机构相对应位置和调节螺母。 2、记录不走纸。一般为异步电机损坏。 （三）控制故障

1、仪表控制不起作用。仪表内微动开关失灵导致。

2、记录表划出波纹较大。仪表控制超差，轻微调节微动开关与触头之间的间隙。

参考文献：

1、朱家良 JJG74－2005《工业过程测量记录仪》 中国计量出版社 2、任德祺 《常用电测仪器仪表》 中国计量出版社

实 习：***** 二〇一三年一月三日

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