第03章-第七節(jié)顯示儀表033

1、類型：類型：模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表屏顯儀表屏顯儀表新型顯示儀表新型顯示儀表7.0 顯示儀表概述顯示儀表概述功能：功能：凡能將生產(chǎn)過程各種檢測變量進行顯示、記錄凡能將生產(chǎn)過程各種檢測變量進行顯示、記錄或累積的儀表（或稱為二次儀表）?；蚶鄯e的儀表（或稱為二次儀表）。顯示儀表一般裝在控制室的儀表盤上。它和各種測量元顯示儀表一般裝在控制室的儀表盤上。它和各種測量元件或變送單元配套使用，連續(xù)顯示或記錄過程參數(shù)的變件或變送單元配套使用，連續(xù)顯示或記錄過程參數(shù)的變化情況；它又能與控制單元配套使用，對生產(chǎn)過程中各化情況；它又能與控制單元配套使用，對生產(chǎn)過程中各參數(shù)進行自動控制

2、和顯示。參數(shù)進行自動控制和顯示。(1) 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表原理：原理：檢測元件和變送器將被測變量（物理量或化檢測元件和變送器將被測變量（物理量或化學量）變換成另一物理量，此物理量隨被測變量的學量）變換成另一物理量，此物理量隨被測變量的變化作相應變化，這種變化是對被測變量的模擬。變化作相應變化，這種變化是對被測變量的模擬。方式：方式：利用標尺、指針、曲線等方法利用標尺、指針、曲線等方法組成組成：信號變換、放大環(huán)節(jié)、磁電偏轉(zhuǎn)機構(gòu)及指示：信號變換、放大環(huán)節(jié)、磁電偏轉(zhuǎn)機構(gòu)及指示記錄機構(gòu)記錄機構(gòu)特點特點：工作可靠、價格低廉，能夠反映和記錄測量：工作可靠、價格低廉，能夠反映和記錄測量值的變化趨勢

3、值的變化趨勢缺點缺點：結(jié)構(gòu)較復雜，：結(jié)構(gòu)較復雜， 讀數(shù)不夠直觀，測量速度不夠讀數(shù)不夠直觀，測量速度不夠迅速，測量重現(xiàn)性不好迅速，測量重現(xiàn)性不好(2) 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表功能功能：直接用數(shù)字量顯示或以數(shù)字形式記錄打印被：直接用數(shù)字量顯示或以數(shù)字形式記錄打印被測變量值的儀表。可以和多種傳感器配合測量、顯測變量值的儀表?？梢院投喾N傳感器配合測量、顯示各種工藝參數(shù)，并且可以進行巡回檢測、越限報示各種工藝參數(shù)，并且可以進行巡回檢測、越限報警及實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制。警及實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制。方式方式：數(shù)字式：數(shù)字式組成組成：由一些必要電路組成，沒有模擬式顯示儀表：由一些必要電路組成，沒有模擬式顯

4、示儀表中所必需的機械運動機構(gòu)。中所必需的機械運動機構(gòu)。模模/數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器特點特點：顯示清晰直觀，無讀數(shù)視差。測量和顯示速：顯示清晰直觀，無讀數(shù)視差。測量和顯示速度、測量準確性高，重現(xiàn)性好。度、測量準確性高，重現(xiàn)性好。(3) 屏幕顯示儀表屏幕顯示儀表功能功能：直接以圖形、曲線、字符和數(shù)字量等在屏幕上：直接以圖形、曲線、字符和數(shù)字量等在屏幕上顯示被測變量值的儀表。它利用計算機快速的存取能顯示被測變量值的儀表。它利用計算機快速的存取能力和巨大的存儲容量，可在瞬間于屏幕上顯示許多數(shù)力和巨大的存儲容量，可在瞬間于屏幕上顯示許多數(shù)字信息及其構(gòu)成的曲線或圖像。字信息及其構(gòu)成的曲線或圖像。方式方式：圖形、

5、曲線、字符和數(shù)字式：圖形、曲線、字符和數(shù)字式特點特點：顯示集中、清晰、直觀，無讀數(shù)視差。目前該：顯示集中、清晰、直觀，無讀數(shù)視差。目前該顯示在計算機集散控制系統(tǒng)（顯示在計算機集散控制系統(tǒng)（DCS）中廣泛應用。）中廣泛應用。(4) 新型顯示儀表新型顯示儀表特點特點：涉及微處理技術(shù)、新型顯示技術(shù)、記錄技涉及微處理技術(shù)、新型顯示技術(shù)、記錄技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)和控制技術(shù)，把術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)和控制技術(shù)，把信號檢測處理、信號檢測處理、顯示、記錄、數(shù)據(jù)存儲、通訊、控制、復雜數(shù)學顯示、記錄、數(shù)據(jù)存儲、通訊、控制、復雜數(shù)學運算等運算等多個或全部功能集合于一體。多個或全部功能集合于一體。 數(shù)顯儀表用數(shù)碼管顯示測量值

6、或偏差值，清晰直觀，讀數(shù)數(shù)顯儀表用數(shù)碼管顯示測量值或偏差值，清晰直觀，讀數(shù)方便，不會產(chǎn)生視差。數(shù)顯儀表普遍采用中、大規(guī)模集成電路，方便，不會產(chǎn)生視差。數(shù)顯儀表普遍采用中、大規(guī)模集成電路，線路簡單，可靠性好，耐振性強。由于儀表采用模塊化設(shè)計方線路簡單，可靠性好，耐振性強。由于儀表采用模塊化設(shè)計方法，即不同品種的數(shù)顯儀表都是由為數(shù)不多的、功能分離的模法，即不同品種的數(shù)顯儀表都是由為數(shù)不多的、功能分離的模塊化電路組合而成，因此有利于制造、調(diào)試和維修，降低生產(chǎn)塊化電路組合而成，因此有利于制造、調(diào)試和維修，降低生產(chǎn)成本。數(shù)顯儀表品種繁多，配接靈活，可輸入多種類型測量信成本。數(shù)顯儀表品種繁多，配接靈活，可

7、輸入多種類型測量信號，輸出統(tǒng)一標準的電流信號（號，輸出統(tǒng)一標準的電流信號（0 010mA10mA直流電流或直流電流或4 420mA20mA直流直流電流）和報警信號。儀表具有非線性校正及開方運算電路，配電流）和報警信號。儀表具有非線性校正及開方運算電路，配接熱電偶測溫時具有冷端溫度補償功能，配接熱電阻時考慮了接熱電偶測溫時具有冷端溫度補償功能，配接熱電阻時考慮了外線電阻的補償，配接差壓變送器測流量時可直接顯示流量值。外線電阻的補償，配接差壓變送器測流量時可直接顯示流量值。其分類如圖其分類如圖3-813-81所示。所示。7.1 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表7.1.0 概述概述7.1.1 分類分類(

8、1)按功能：按功能：顯示型、顯示報警型、顯示調(diào)節(jié)型、巡顯示型、顯示報警型、顯示調(diào)節(jié)型、巡回檢測型回檢測型(2)按輸入信號形式：按輸入信號形式：電壓型、頻率型電壓型、頻率型(3)按輸入信號的點數(shù)：按輸入信號的點數(shù)：單點和多點單點和多點(4)按顯示位數(shù)：按顯示位數(shù)：3位半、位半、4位半等多種。半位顯示是位半等多種。半位顯示是指最高位是指最高位是0或或1。(5)按測量速率：按測量速率：低速型（每秒鐘測量幾次到幾十低速型（每秒鐘測量幾次到幾十次）、中速型（每秒鐘測量幾十次到幾百次）、高次）、中速型（每秒鐘測量幾十次到幾百次）、高速型（每秒鐘測量千次以上）。速型（每秒鐘測量千次以上）。數(shù)字式顯示儀表數(shù)字

9、式顯示儀表電壓型電壓型頻率型頻率型單點單點多點多點顯示輸出儀顯示輸出儀顯示記錄儀顯示記錄儀顯示報警輸出記錄儀顯示報警輸出記錄儀顯示報警儀顯示報警儀顯顯 示示 儀儀單點單點多點多點圖圖3-81 數(shù)字是顯示儀表分類圖數(shù)字是顯示儀表分類圖7.1.2 主要技術(shù)指標主要技術(shù)指標(1)顯示方式：顯示方式： 3位半或位半或4位半數(shù)碼管顯示位半數(shù)碼管顯示(2)分辨率：分辨率：儀表末位數(shù)改變一個字時所代表的輸入儀表末位數(shù)改變一個字時所代表的輸入信號值，表明儀表所能顯示被測參數(shù)的最小變化量。信號值，表明儀表所能顯示被測參數(shù)的最小變化量。(3)精度等級：精度等級： 0.2級或級或0.5級級(4)輸入阻抗：輸入阻抗：

10、儀表在工作狀態(tài)下呈現(xiàn)在儀表兩輸入儀表在工作狀態(tài)下呈現(xiàn)在儀表兩輸入端之間的等效阻抗，一般在端之間的等效阻抗，一般在10M以上。以上。另外，還有采樣速率、干擾擬制系數(shù)等另外，還有采樣速率、干擾擬制系數(shù)等7.1.3 基本組成基本組成 信號變換 前置放大 非線性校正或開方運算 A/D轉(zhuǎn)換 V/I轉(zhuǎn)換 控制電路 光柱電平驅(qū)動 標度變換 工藝變量 （熱電勢） 光柱顯示 電流信號 （熱電阻） （電壓） （電流） 數(shù)字顯示 繼電器觸點動作或電流信號 數(shù)顯儀表的組成框圖數(shù)顯儀表的組成框圖各部分作用見下頁圖片。各部分作用見下頁圖片。信號變換電路信號變換電路將生產(chǎn)過程中的工藝變量經(jīng)過檢測變送后的信號，轉(zhuǎn)換成相應的電

11、壓或電將生產(chǎn)過程中的工藝變量經(jīng)過檢測變送后的信號，轉(zhuǎn)換成相應的電壓或電流值。但因輸入信號不同，可能是熱電勢信號，也可能是熱電阻信號，等流值。但因輸入信號不同，可能是熱電勢信號，也可能是熱電阻信號，等等，因此數(shù)顯儀表有多種信號變換電路模塊供選擇，以便與不同類型的輸?shù)?，因此?shù)顯儀表有多種信號變換電路模塊供選擇，以便與不同類型的輸入信號配接。在配接熱電偶時還有參比端溫度自動補償功能。入信號配接。在配接熱電偶時還有參比端溫度自動補償功能。前置放大電路前置放大電路輸入信號一般很?。ㄈ鐭犭妱菪盘枮楹练墸?，必須經(jīng)前置放大電路放大輸入信號一般很?。ㄈ鐭犭妱菪盘枮楹练墸?，必須經(jīng)前置放大電路放大至伏級電壓幅度

12、，才能供線性化電路或至伏級電壓幅度，才能供線性化電路或A/D轉(zhuǎn)換電路工作。有時輸入信號轉(zhuǎn)換電路工作。有時輸入信號夾帶有測量噪聲（干擾信號），因此也可以在前置放大電路中加上一些濾夾帶有測量噪聲（干擾信號），因此也可以在前置放大電路中加上一些濾波電路，抑止干擾影響。波電路，抑止干擾影響。非線性校正或開方運算電路非線性校正或開方運算電路許多檢測元件（如熱電偶、熱電阻）具有非線性特性，需將信號經(jīng)過非線許多檢測元件（如熱電偶、熱電阻）具有非線性特性，需將信號經(jīng)過非線性校正電路的處理后轉(zhuǎn)為線性特征，以提高儀表測量精度。性校正電路的處理后轉(zhuǎn)為線性特征，以提高儀表測量精度。例如在與熱電偶配套測溫時熱電勢與溫度

13、為非線性關(guān)系，通過非線性校正，例如在與熱電偶配套測溫時熱電勢與溫度為非線性關(guān)系，通過非線性校正，使得溫度與顯示值變化成線性關(guān)系。使得溫度與顯示值變化成線性關(guān)系。開方運算電路的作用是將來至差壓變送器信號轉(zhuǎn)換成流量值。開方運算電路的作用是將來至差壓變送器信號轉(zhuǎn)換成流量值。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（A/D轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換）數(shù)顯儀表的輸入信號多數(shù)為連續(xù)變化的模擬量，需經(jīng)數(shù)顯儀表的輸入信號多數(shù)為連續(xù)變化的模擬量，需經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的數(shù)字量，再加以驅(qū)動，點燃數(shù)碼管進行數(shù)字顯示。因量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的數(shù)字量，再加以驅(qū)動，點燃數(shù)碼管進行數(shù)字顯示。因此此A/D轉(zhuǎn)換是數(shù)顯儀表的核心。

14、轉(zhuǎn)換是數(shù)顯儀表的核心。A/D轉(zhuǎn)換是把在時間上和數(shù)值上均連續(xù)變化的模擬量變換成為一種斷續(xù)變轉(zhuǎn)換是把在時間上和數(shù)值上均連續(xù)變化的模擬量變換成為一種斷續(xù)變化的脈沖數(shù)字量化的脈沖數(shù)字量。 A/DA/D轉(zhuǎn)換電路品種較多，常見的有雙積分型、脈沖寬度轉(zhuǎn)換電路品種較多，常見的有雙積分型、脈沖寬度調(diào)制型、電壓調(diào)制型、電壓/ /頻率轉(zhuǎn)換型和逐次比較型。前三種屬于間接型，即將模擬頻率轉(zhuǎn)換型和逐次比較型。前三種屬于間接型，即將模擬量轉(zhuǎn)換為某一中間量，再將這個中間量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，抗干擾能力強；而量轉(zhuǎn)換為某一中間量，再將這個中間量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，抗干擾能力強；而逐次比較型直接將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。數(shù)顯儀表大多為間接型。逐次

15、比較型直接將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。數(shù)顯儀表大多為間接型。標度變換電路標度變換電路模擬信號經(jīng)過模模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成與之對應的數(shù)字量輸出，但是數(shù)字數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成與之對應的數(shù)字量輸出，但是數(shù)字顯示如何與被測原始參數(shù)統(tǒng)一呢？即通過標度轉(zhuǎn)換器將數(shù)顯儀表的顯示值顯示如何與被測原始參數(shù)統(tǒng)一呢？即通過標度轉(zhuǎn)換器將數(shù)顯儀表的顯示值與被測原始參數(shù)值統(tǒng)一起來，使儀表能以工程量值形式顯示被測參數(shù)的大與被測原始參數(shù)值統(tǒng)一起來，使儀表能以工程量值形式顯示被測參數(shù)的大小。小。數(shù)字顯示電路及光柱電平驅(qū)動電路數(shù)字顯示電路及光柱電平驅(qū)動電路數(shù)字顯示方法很多，常用的有發(fā)光二極管顯示器（數(shù)字顯示方法很多，常用的有發(fā)光二極

16、管顯示器（LED）和液晶顯示器）和液晶顯示器（LCD）等。光柱電平驅(qū)動電路是將測量信號與一組基準值比較，驅(qū)動一）等。光柱電平驅(qū)動電路是將測量信號與一組基準值比較，驅(qū)動一列半導體發(fā)光管，使得被測值以光柱高度或長度形式進行顯示。列半導體發(fā)光管，使得被測值以光柱高度或長度形式進行顯示。V/I轉(zhuǎn)換電路和控制電路轉(zhuǎn)換電路和控制電路數(shù)字儀表除了可以進行數(shù)字顯示外，還可直接將被測電壓信號通過數(shù)字儀表除了可以進行數(shù)字顯示外，還可直接將被測電壓信號通過V/I轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電路轉(zhuǎn)換成010mA或或420mA直流電流標準信號，以便使數(shù)顯儀表與電動直流電流標準信號，以便使數(shù)顯儀表與電動單元組合儀表、可編程序控制器

17、或與計算機連用。數(shù)顯儀表還可以具有控單元組合儀表、可編程序控制器或與計算機連用。數(shù)顯儀表還可以具有控制功能，它的控制電路可以根據(jù)偏差信號按制功能，它的控制電路可以根據(jù)偏差信號按PID控制規(guī)律或其它控制規(guī)律進控制規(guī)律或其它控制規(guī)律進行運算，輸出控制信號，直接對生產(chǎn)過程進行控制。行運算，輸出控制信號，直接對生產(chǎn)過程進行控制。7.1.3 數(shù)字模擬混合記錄儀數(shù)字模擬混合記錄儀將將數(shù)字式、模擬式顯示記錄儀表的優(yōu)點相結(jié)合，取數(shù)字式、模擬式顯示記錄儀表的優(yōu)點相結(jié)合，取長補短?？驁D見下圖：長補短?？驁D見下圖：數(shù)字模擬混合記錄儀結(jié)構(gòu)框圖數(shù)字模擬混合記錄儀結(jié)構(gòu)框圖 當前的顯示儀表是涉及微處理技術(shù)、新型顯示技術(shù)、當

18、前的顯示儀表是涉及微處理技術(shù)、新型顯示技術(shù)、記錄技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)和控制技術(shù)，把信號檢測處理、記錄技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)和控制技術(shù)，把信號檢測處理、顯示、記錄、數(shù)據(jù)儲存、通訊、控制、復雜數(shù)學運算等多顯示、記錄、數(shù)據(jù)儲存、通訊、控制、復雜數(shù)學運算等多個或全部功能集合于一體的新型儀表就是個或全部功能集合于一體的新型儀表就是新型顯示儀表新型顯示儀表。它使用方便，觀察直觀，功能豐富，可靠性高。它使用方便，觀察直觀，功能豐富，可靠性高。7.2 新型顯示儀表新型顯示儀表7.2.1 概述概述特點：特點：使用方便、觀察直觀、功能豐富、可靠性高、維護使用方便、觀察直觀、功能豐富、可靠性高、維護簡單。簡單。 7.2.

19、2 無紙記錄儀無紙記錄儀 特點：特點：以以CPU為核心，控制數(shù)據(jù)的采集、顯示、打為核心，控制數(shù)據(jù)的采集、顯示、打印、存儲、報警等，采用液晶顯示裝置，完全擯棄印、存儲、報警等，采用液晶顯示裝置，完全擯棄了傳統(tǒng)記錄儀的機械傳動、紙張和筆。精度高，價了傳統(tǒng)記錄儀的機械傳動、紙張和筆。精度高，價格并不高。格并不高。 該儀表輸入信號多樣化，可與熱電偶、熱電阻、該儀表輸入信號多樣化，可與熱電偶、熱電阻、輻射感溫器或其它產(chǎn)生直流電壓、直流電流的變送輻射感溫器或其它產(chǎn)生直流電壓、直流電流的變送器配合使用。對溫度、壓力、流量、液位等工藝參器配合使用。對溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)進行數(shù)字顯示、數(shù)字記錄；對輸

20、入信號可以進行數(shù)進行數(shù)字顯示、數(shù)字記錄；對輸入信號可以進行組態(tài)或編程，直觀地顯示當前測量值，并有報警功組態(tài)或編程，直觀地顯示當前測量值，并有報警功能。能。顯示控制器顯示控制器液晶顯示屏液晶顯示屏 工業(yè)專用工業(yè)專用微型處理器微型處理器CPU時鐘電路時鐘電路打印打印控制器控制器通訊通訊控制器控制器微型打印機微型打印機鍵盤控制器鍵盤控制器 隨機存儲器隨機存儲器（RAM）報警輸出電路報警輸出電路A/D只讀存儲器只讀存儲器（ROM）記錄信號記錄信號鍵輸入鍵輸入報警報警輸出輸出個人打印機個人打印機（PC）無筆、無紙記錄儀的原理和組成無筆、無紙記錄儀的原理和組成記錄儀采用工業(yè)專用微處理器，可實現(xiàn)全數(shù)字采樣、

21、存儲和顯示等。其記錄儀采用工業(yè)專用微處理器，可實現(xiàn)全數(shù)字采樣、存儲和顯示等。其原理方框圖如下：原理方框圖如下：工業(yè)專用微型處理器工業(yè)專用微型處理器CPU該裝置用來進行對各種數(shù)據(jù)采集處理，并對其進行放大與縮小，還可送至該裝置用來進行對各種數(shù)據(jù)采集處理，并對其進行放大與縮小，還可送至液晶顯示屏顯示，也可送至隨機存儲器（液晶顯示屏顯示，也可送至隨機存儲器（RAM）存儲，并可與設(shè)定的上、）存儲，并可與設(shè)定的上、下限信號比較，如越限即可發(fā)出報警信號?？傊孪扌盘柋容^，如越限即可發(fā)出報警信號。總之，CPU為該記錄儀的核心，為該記錄儀的核心，一切有關(guān)數(shù)據(jù)與邏輯處理的功能均由其承擔。一切有關(guān)數(shù)據(jù)與邏輯處理的

22、功能均由其承擔。A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器將來自被記錄信號的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量以便將來自被記錄信號的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量以便CPU進行運算處理。該記錄進行運算處理。該記錄儀可接儀可接18個模擬量。個模擬量。只讀存儲器（只讀存儲器（ROM）用來固化程序。該程序是用來指揮用來固化程序。該程序是用來指揮CPU完成各種功能操作的軟件，只要該完成各種功能操作的軟件，只要該記錄儀供有電源，記錄儀供有電源，ROM的程序就可使的程序就可使CPU開始工作。開始工作。隨機存儲器（隨機存儲器（RAM）用來存儲用來存儲CPU處理后的歷史數(shù)據(jù)。根據(jù)采樣時間的不同，可保存處理后的歷史數(shù)據(jù)。根據(jù)采樣時間的不同，可保存3170天時天時間的數(shù)據(jù)。記錄儀掉電時由備用電池供電，保證所有記錄數(shù)據(jù)和組態(tài)信號間的數(shù)據(jù)。記錄儀掉電時由備用電池供電，保證所有記錄數(shù)據(jù)和組態(tài)信號不會因掉電而丟失。不會因掉電而丟失。液晶顯示屏液晶顯示屏可顯示可顯示160128點陣。點陣。鍵盤控制器鍵盤控制器操作人員操作按鍵的信號，通過鍵盤控制器輸入至操作人員操作按鍵的信號，通過鍵盤控制器輸入至CPU，使，使CPU按照按按照按鍵的要求工作。鍵的要求工作。報警輸出電路報警輸出電路當記錄儀的數(shù)據(jù)越限（越過上限或低于下限）時，當記錄儀的數(shù)據(jù)越限（越過上限或低于下限）時，CPU就及時發(fā)出信號就及時發(fā)出信號給報警電路，產(chǎn)生報警輸出。給報警電路，產(chǎn)生報警輸出。時鐘電路時