实验一炉温控制与仪表 一、用途 XCT101型动圈式温度指示调节仪表和热电偶配合，除用于指示测量温度外，还具有位 式调节温度的功能。它的结构简单，价格低廉，适用广泛。 二、主要技术性能 1、安装形式与正常工作环境 安装形式：仪表盘式 工作环境：温度0~50℃：湿度≤80%没有强磁场：没有强振动：没有腐蚀性气体。 2、刻度弧长与精度等级 刻度弧长：110mm 精度等级：1.0 3、常用热电偶及其测量范围（由表11给出） 表1-1XCT-101配用热电偶及其测量范围 序号测量元件 分度号 测量范围（℃） 外接电阻(Q) 1 镍铬考铜 EA-2 0~300:0~400:0600: 2 镍铬镍硅 EU-2 0-800:01100:0-1300 15 3 铂锈铂 LB-3 0-1300:0~1600 4、调节性能 调节形式：二位调节式 设定范围：全量程的100% 设定误差：≤全量程的1% 不灵敏区：≤全量程的0.5% 越限（即指示针超越给定指针，仍有指示范围）：≤全量程的5% 输出电接点容量：3A,220V 5、工作电源与仪表重量 电压：交流220V±10%：消耗功率≤VA 重最：≤3kg
1 实验一 炉温控制与仪表 一、用途 XCT-101 型动圈式温度指示调节仪表和热电偶配合，除用于指示测量温度外，还具有位 式调节温度的功能。它的结构简单，价格低廉，适用广泛。 二、主要技术性能 1、安装形式与正常工作环境 安装形式：仪表盘式 工作环境：温度 0～50℃；湿度≤80%没有强磁场；没有强振动；没有腐蚀性气体。 2、刻度弧长与精度等级 刻度弧长：110mm 精度等级：1.0 3、常用热电偶及其测量范围（由表 1-1 给出） 表 1-1 XCT-101 配用热电偶及其测量范围 序号 测量元件 分度号 测量范围（℃） 外接电阻（Ω ） 1 镍铬-考铜 EA-2 0～300；0～400；0～600； 2 镍铬-镍硅 EU-2 0～800；0～1100；0～1300 15 3 铂铹-铂 LB-3 0~1300；0～1600 4、调节性能 调节形式：二位调节式 设定范围：全量程的 100% 设定误差：≤全量程的 1% 不灵敏区：≤全量程的 0.5% 越限（即指示针超越给定指针，仍有指示范围）；≤全量程的 5% 输出电接点容量：3A，220V 5、工作电源与仪表重量 电压：交流 220V±10%；消耗功率≤5VA 重量：≤3kg
三、工作原理 本仪器由测量机构、调节机构、断偶保护机构和电源组成，如图11所示。 1、测量机构 磁电系动圈式仪表实质上是测量微安级电流仪表。仪表的可动线圈的偏转角与流过它的 电流成正比。当线圈与热电偶串联使用的时候，如果热电偶回路的总电阻为常数，则线圈偏 转角与热电偶回路的热电势成正比。如此，动圈表与规定的热电偶配用，表盘直接以温度示 值刻度而成为直读式温度显示仪表。 虽然，作为温度指标仪表，不仅要求仪表与指定分度号的热电偶配合使用，而且要求热 电偶回路的总电阻ΣR恒为常数。 ∑R=R+R (1-1) R表示仪表内电阻，产品设计时保证R在一定的环境温度范围内是常数。它包括动圈 电阻以及仪表测量电路中的量程电阻R,和温度补偿电阻R和R。 R表示仪表外电阻，它包括热电偶本身电阻和热电偶连接导线的电阻。为保证R,为常 数，产品设计时保证R。为一定值(15Q,标明在表盘上)。仪表出厂时附加了一个与外电阻 等值的锰铜电阻，这个电阻串联在测量电路中。安装仪表的时候，先将热电偶及其连接导线 的电阻测量出来，然后拆除这个锰铜电阻中的若干长度的电阻丝，使仪表外电阻（热电偶及 其连接导线，以及该锰铜电阻的电阻之总和)等于150。 仪表工作时，热电偶冷端温度在一般情况下并不为0℃，因此，当热电偶热端温度等于 冷端温度时，即热电势等于零，仪表指针应指示冷端温度值，满足这种冷端温度补偿的最荷 单的方法是调整仪表的机械零点调节器，当动圈表没有信号输入时，其指针至制热电偶冷端 温度值。 2、调节机构 参见图31，仪表的调节机构主要由偏差检测器、高频振荡器、检波与直流放大器及继电 器组成。 测量指针上附着小铝旗，给定指针上附者两个串联的扁线圈，称为检测线圈。给定指针 可通过调节面板上的调节螺钉而使其置于全量程范围内的任意位置上。小铝旗随测量指针动 作，可自由进出于这两个线圈的间隙之中，这就是所谓偏差检测器。检测线圈与一个电容器 并联构成的检测谐振回路安插在高频振荡器的反馈电路中。当小铝旗完全进入检测线圈的间 隙之中，这个检测线圈的周有频率。=10.6MHz:当小铝旗离开检测线圈时，检测线圈的电 感量增大，检测谐振回路的固有频率≥10.6MHz。 2
2 三、工作原理 本仪器由测量机构、调节机构、断偶保护机构和电源组成，如图 1-1 所示。 1、测量机构 磁电系动圈式仪表实质上是测量微安级电流仪表。仪表的可动线圈的偏转角与流过它的 电流成正比。当线圈与热电偶串联使用的时候，如果热电偶回路的总电阻为常数，则线圈偏 转角与热电偶回路的热电势成正比。如此，动圈表与规定的热电偶配用，表盘直接以温度示 值刻度而成为直读式温度显示仪表。 虽然，作为温度指标仪表，不仅要求仪表与指定分度号的热电偶配合使用，而且要求热 电偶回路的总电阻Σ R 恒为常数。 Σ R=Ri+Ro （1-1） Ri 表示仪表内电阻，产品设计时保证 Ri 在一定的环境温度范围内是常数。它包括动圈 电阻以及仪表测量电路中的量程电阻 Ri和温度补偿电阻 Rt和 Rm。 Ro 表示仪表外电阻，它包括热电偶本身电阻和热电偶连接导线的电阻。为保证 Ro为常 数，产品设计时保证 Ro为一定值（15Ω ，标明在表盘上）。仪表出厂时附加了一个与外电阻 等值的锰铜电阻，这个电阻串联在测量电路中。安装仪表的时候，先将热电偶及其连接导线 的电阻测量出来，然后拆除这个锰铜电阻中的若干长度的电阻丝，使仪表外电阻（热电偶及 其连接导线，以及该锰铜电阻的电阻之总和）等于 15Ω 。 仪表工作时，热电偶冷端温度在一般情况下并不为 0℃，因此，当热电偶热端温度等于 冷端温度时，即热电势等于零，仪表指针应指示冷端温度值，满足这种冷端温度补偿的最简 单的方法是调整仪表的机械零点调节器，当动圈表没有信号输入时，其指针至制热电偶冷端 温度值。 2、调节机构 参见图 3-1,仪表的调节机构主要由偏差检测器、高频振荡器、检波与直流放大器及继电 器组成。 测量指针上附着小铝旗，给定指针上附着两个串联的扁线圈，称为检测线圈。给定指针 可通过调节面板上的调节螺钉而使其置于全量程范围内的任意位置上。小铝旗随测量指针动 作，可自由进出于这两个线圈的间隙之中，这就是所谓偏差检测器。检测线圈与一个电容器 并联构成的检测谐振回路安插在高频振荡器的反馈电路中。当小铝旗完全进入检测线圈的间 隙之中，这个检测线圈的固有频率 fo=10.6MHZ；当小铝旗离开检测线圈时，检测线圈的电 感量增大，检测谐振回路的固有频率 f≥10.6MHZ
高频振荡器的振荡颜率。=10.6MHz,这个高频信号经检波与放大器后输出约20mA的 直流电流，驱使继电器吸合，继电器触点闭合。当指针上的小铝旗完全进入检测线圈的时候， 检测谐振回路对。呈高阻抗，振荡器因振荡条件不得满足而停振，放大器输出电流随之减 小，继电器释放，触点断开。当铝旗没有完全进入检测线圈的时候，检测谐振回路对￡呈 低阻抗，振荡器正常工作。这是最简单的二位式调节动作。 3、断偶保护机构 仪表使用过程中，有可能产生热电偶回路断线问题，热电偶断线后，动圈中没有电流通 过，指示针不偏转，振荡器总是处于振荡状态，接触器触点始终吸合，被控电炉往往造成“跑 温”事故，因此设置断偶保护机构，其电路原理如图31所示。R是包括动圈在内的仪表内 电阻，阻值数百欧姆，R。是仪器外电阻，阻值15欧姆，Rp(约1OkQ)和Cp的阻抗（对 50业交流)很大。当热电偶未断线时，约12V的交流电源在动圈表输入瑞只产生毫伏级的 交流电压，从而二极管D呈高阻抗。因此，动圈只因热电偶电势产生偏转，而不受毫伏级 的交流电压的影响。 当热电偶断线后，由于R阻值较大，起不到对二极管D的短路作用。于是，12V交流 电压在正半周时主要通过D及R。向C。充电（上的电压，左正右负）：在负半周时，汇同C。 的放电，在R:上产生上正下负的电压降，这个电压足以驱使动圈偏转直至铝旗进入检测线 圈中为止，从而使继电器释放。 张丝 动图 铭旗 测量指苏针 振荡.检波 20 流大 电客 给定指针 图1XCT01工作原理图 3
3 高频振荡器的振荡频率 fo=10.6MHZ，这个高频信号经检波与放大器后输出约 20mA 的 直流电流，驱使继电器吸合，继电器触点闭合。当指针上的小铝旗完全进入检测线圈的时候， 检测谐振回路对 fo 呈高阻抗，振荡器因振荡条件不得满足而停振，放大器输出电流随之减 小，继电器释放，触点断开。当铝旗没有完全进入检测线圈的时候，检测谐振回路对 fo 呈 低阻抗，振荡器正常工作。这是最简单的二位式调节动作。 3、断偶保护机构 仪表使用过程中，有可能产生热电偶回路断线问题，热电偶断线后，动圈中没有电流通 过，指示针不偏转，振荡器总是处于振荡状态，接触器触点始终吸合，被控电炉往往造成“跑 温”事故，因此设置断偶保护机构，其电路原理如图 3-1 所示。Ri是包括动圈在内的仪表内 电阻，阻值数百欧姆，Ro 是仪器外电阻，阻值 15 欧姆，RP（约 10kΩ ）和 CP 的阻抗（对 50Hz 交流）很大。当热电偶未断线时，约 12V 的交流电源在动圈表输入端只产生毫伏级的 交流电压，从而二极管 D 呈高阻抗。因此，动圈只因热电偶电势产生偏转，而不受毫伏级 的交流电压的影响。 当热电偶断线后，由于 Ri阻值较大，起不到对二极管 D 的短路作用。于是，12V 交流 电压在正半周时主要通过 D 及 Ro向 Co 充电（上的电压，左正右负）；在负半周时，汇同 Co 的放电，在 Ri 上产生上正下负的电压降，这个电压足以驱使动圈偏转直至铝旗进入检测线 圈中为止，从而使继电器释放。 图 1-1 XCT-101 工作原理图
四、仪表安装使用方法 1、一般型检查 ()仪表外观完好，零配件齐全。 (2)机械零点调节螺钉是否使指示针在刻度零点附近的小范围内偏转。 (③)将仪表放平，读数：再将仪表分别向前、后、左、右四个方向倾斜5°，指针示值之 变化不应超过仪表的基本误差。 (④)轻轻转动一下仪表，使指针偏零点，察看是否指针能恢复指向零点。 2、固定安装 仪表一般固定安装在仪表柜前面板上，用夹板螺钉固定。仪表的安装环境符合要求。 3、接线 测量线、控制线、电源线能必须正确地接在仪表后部相应的接线端子上。特别要注意的 是测量线必须是与热电偶型号匹配的补偿导线，而且，补偿导线的正负极要与热电偶的正负 极以及与接线端子的正负极相对应，不可接错。电源线的中线接在“0”瑞钮上。仪表的接 地端钮必须可靠地接地，不允许与电源线的中线连接。 4、外电阻测量与调整 仪表外电阻是指热电偶电阻、补偿导线电阻以及外线调整电阻之总和。应该指出的是热 电偶及其补偿导线电阻是指它在正常工作时的热态电阻。这个电阻的测量可使用万用表。为 消除热电势对测量的影响，以及考虑到热电势可能的变化，宜采用“正-反-正”三次测量 第一次和第三次测量的平均值作为正向测量与反向测量的平均值就是外电阻的阻值。因为万 用表测量精度较低，最好备用一个15欧姆的标准电阻，先行校验万用表的读数。测得热电 偶及其补偿导线的电阻后，便可拆除部分外线调整电阻的锰铜丝。拆除部分的锰铜丝电阻应 等于上述测量电阻，如此，达到满足仪表外电阻的要求。 5、机械零点调整 动圈仪表信号输入时（热电偶端温度与冷端温度相同时，或热电偶与仪表的联接新开 时)，调整仪表机械零点位于热电偶冷端温度（通常就是仪表所处的环境温度）。环境温度会 因季节变化，故仪表机械零点调整是要经常进行的
4 四、仪表安装使用方法 1、一般型检查 (1) 仪表外观完好，零配件齐全。 (2) 机械零点调节螺钉是否使指示针在刻度零点附近的小范围内偏转。 (3) 将仪表放平，读数；再将仪表分别向前、后、左、右四个方向倾斜 5°，指针示值之 变化不应超过仪表的基本误差。 (4) 轻轻转动一下仪表，使指针偏零点，察看是否指针能恢复指向零点。 2、固定安装 仪表一般固定安装在仪表柜前面板上，用夹板螺钉固定。仪表的安装环境符合要求。 3、接线 测量线、控制线、电源线能必须正确地接在仪表后部相应的接线端子上。特别要注意的 是测量线必须是与热电偶型号匹配的补偿导线，而且，补偿导线的正负极要与热电偶的正负 极以及与接线端子的正负极相对应，不可接错。电源线的中线接在“0”端钮上。仪表的接 地端钮必须可靠地接地，不允许与电源线的中线连接。 4、外电阻测量与调整 仪表外电阻是指热电偶电阻、补偿导线电阻以及外线调整电阻之总和。应该指出的是热 电偶及其补偿导线电阻是指它在正常工作时的热态电阻。这个电阻的测量可使用万用表。为 消除热电势对测量的影响，以及考虑到热电势可能的变化，宜采用“正-反-正”三次测量， 第一次和第三次测量的平均值作为正向测量与反向测量的平均值就是外电阻的阻值。因为万 用表测量精度较低，最好备用一个 15 欧姆的标准电阻，先行校验万用表的读数。测得热电 偶及其补偿导线的电阻后，便可拆除部分外线调整电阻的锰铜丝。拆除部分的锰铜丝电阻应 等于上述测量电阻，如此，达到满足仪表外电阻的要求。 5、机械零点调整 动圈仪表信号输入时（热电偶端温度与冷端温度相同时，或热电偶与仪表的联接断开 时），调整仪表机械零点位于热电偶冷端温度（通常就是仪表所处的环境温度）。环境温度会 因季节变化，故仪表机械零点调整是要经常进行的
五、仪表的校验 仪表一般都调试合格后出厂，用户只要按照说明安装即可使用。然而，不能完全排除仪 表在装运过程中的元件损坏或精度损失，因此仪表在安装后或使用一段时间，应该进行某些 必要的性能测试， XCT101型仪表主要检查项目有测量精度、调节精度、以及断偶保护的可靠性。 XCT101型仪表与热电偶配合工作。在仪表检查和校验工作中，可用U小-36型电位差计 模拟热电偶及其连接导线，用电阻箱模拟外线调整电阻，如图3-2所示。 5J-36 ORe XCT-101 古En 图1-2U-36型校验XCT101示意图 在表示U小-36型电位差计的虚线框中，E表示等效输出电势，R表示等效输出电阻。 电位差计经“对标准”后转向输出工作状态，输出的标准电势等于面板测量盘毫伏示值，输 出等效电阻可由式(1-6)或式(1-7)以及参考实验11或实验1-2的结果计算 R'为电阻箱阻值，根据仪表对外电阻的要求，R'+R=150。XCT-101型仪表的基本 误差为士1%，内阻数百欧姆，因此，为满足检验仪表的要求，外阻允许有零点几个欧姆的 误差。 实验31XCT101型动圈式温度指示调节仪表的安装与调校 图3-3是用XCT-101型动圈式温度指示调节仪表安装的可谓最简单的通断式二位式炉 温自调系统。热电偶插入被控电炉的炉腔中，热电势导致动圈偏转，当指示针示值低于给定 针时，仪表位式调节器触点K吸合，导致交流接触器J吸合，电炉得电加热。当指示针示 值等于或高于给定针示，仪表位式调节器触点K释放，导致交流接触器J释放，电炉失电， 因散热而降温。如此，电炉炉膛温度围绕给定值上下波动，实现炉温的自动调节。 XCT101型仪表安装后应给以必要的校验及适当的调整，在仪表检查和校验工作中，可 参照图1-2所示的方法，用U-36型电位差计模拟热电偶及其连接导线，用电阻箱模拟外线 调整电阻，主要检查项目有示值精度、调节精度、断偶保护，此外，还有外电阻检查以及机 械零点的检查
5 五、仪表的校验 仪表一般都调试合格后出厂，用户只要按照说明安装即可使用。然而，不能完全排除仪 表在装运过程中的元件损坏或精度损失，因此仪表在安装后或使用一段时间，应该进行某些 必要的性能测试。 XCT-101 型仪表主要检查项目有测量精度、调节精度、以及断偶保护的可靠性。 XCT-101 型仪表与热电偶配合工作。在仪表检查和校验工作中，可用 UJ-36 型电位差计 模拟热电偶及其连接导线，用电阻箱模拟外线调整电阻，如图 3-2 所示。 图 1-2 UJ-36 型校验 XCT-101 示意图 在表示 UJ-36 型电位差计的虚线框中，Eth表示等效输出电势，Rth表示等效输出电阻。 电位差计经“对标准”后转向输出工作状态，输出的标准电势等于面板测量盘毫伏示值，输 出等效电阻可由式（1-6）或式（1-7）以及参考实验 1-1 或实验 1-2 的结果计算。 R′为电阻箱阻值，根据仪表对外电阻的要求，R′+Rth=15Ω 。XCT-101 型仪表的基本 误差为±1%，内阻数百欧姆，因此，为满足检验仪表的要求，外阻允许有零点几个欧姆的 误差。 实验 3-1 XCT-101 型动圈式温度指示调节仪表的安装与调校 图 3-3 是用 XCT-101 型动圈式温度指示调节仪表安装的可谓最简单的通断式二位式炉 温自调系统。热电偶插入被控电炉的炉膛中，热电势导致动圈偏转，当指示针示值低于给定 针时，仪表位式调节器触点 K 吸合，导致交流接触器 J 吸合，电炉得电加热。当指示针示 值等于或高于给定针示，仪表位式调节器触点 K 释放，导致交流接触器 J 释放，电炉失电， 因散热而降温。如此，电炉炉膛温度围绕给定值上下波动，实现炉温的自动调节。 XCT-101 型仪表安装后应给以必要的校验及适当的调整，在仪表检查和校验工作中，可 参照图 1-2 所示的方法，用 UJ-36 型电位差计模拟热电偶及其连接导线，用电阻箱模拟外线 调整电阻，主要检查项目有示值精度、调节精度、断偶保护，此外，还有外电阻检查以及机 械零点的检查