化工自動化及儀表：第四章 顯示儀表

1、第四章 顯示儀表本章的主要內(nèi)容顯示儀表概述模擬式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表屏幕顯示裝置（1）模擬式顯示儀表 檢測元件和變送器將被控變量（物理量或化學(xué)量）變換成另一物理量，此物理量隨被控變量作相應(yīng)變化，這種變化是對被控變量的模擬，與此相配套的顯示儀表稱模擬式顯示儀表，用標尺、指針、曲線等方法顯示、記錄被控變量測量值。模擬式顯示儀表一般由信號變換和放大環(huán)節(jié)、磁電偏轉(zhuǎn)機構(gòu)（或伺服電機）及指示記錄機構(gòu)組成，工作可靠，價格低廉，能夠滿足一定的精確度要求，能夠反映和記錄測量值變化趨勢。但是，模擬式顯示儀表結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，讀數(shù)不夠直觀，測量速度不夠迅速，測量重現(xiàn)性不夠好。（2）數(shù)字式顯示儀表直接用數(shù)字量顯示或以數(shù)字

2、形式記錄打印被測變量值。具有模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，可將被測變量轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)碼，顯示清晰直觀，無讀數(shù)視差。數(shù)顯儀表在數(shù)字顯示的同時還可以直接輸出代碼，與計算機接口通訊，可直接用于生產(chǎn)過程計算機控制系統(tǒng)中。若在數(shù)顯儀表內(nèi)部配以數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路，則可輸出模擬信號供生產(chǎn)過程控制器用。如再配置某種調(diào)節(jié)或控制電路就成為集測量顯示與調(diào)節(jié)于一身的數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀；配以微處理器可組成帶有自診斷、自校正、非線性補償?shù)裙δ艿闹悄芑瘮?shù)顯儀表。 （3）屏幕顯示裝置屏幕顯示裝置是計算機控制系統(tǒng)的一個組成部分。它利用計算機的快速存取能力和巨大的存貯容量，幾乎是同一瞬間在屏幕上顯示出逐個的或成組的數(shù)據(jù)，還可以在屏幕上顯示出一連串數(shù)據(jù)信

3、息構(gòu)成的曲線或圖像，如爐膛內(nèi)的溫度分布圖等。由于功能強大，使得控制室的面貌發(fā)生根本變化，過去龐大的儀表盤將大為縮小，甚至可以取消。目前屏幕顯示裝置主要用于集散控制系統(tǒng)（DCS）中。4.1模擬式顯示儀表4.1.1電子電位差計用來測量直流電壓信號。凡是能轉(zhuǎn)換成毫伏級直流電壓信號的工藝變量都能用它來測量。在以電動單元組合儀表構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，與溫度、流量、壓力、差壓、成分等變送器配套后，可以顯示這些被控變量。也可以與熱電偶組成溫度檢測系統(tǒng)來顯示溫度，或與其它成分發(fā)送器組成成分檢測系統(tǒng)顯示成分。電壓補償原理電壓測量系統(tǒng) 用已知電壓來補償未知電壓，使測量線路的電流等于零。用這種方法測量電壓比較精確，因為

4、沒有電流通過測量線路，也就不存在線路電阻影響問題。 用電子放大器代替檢流計，驅(qū)動可逆電機，通過一套機械傳動機構(gòu)帶動滑動觸點C，測量結(jié)果就可自動完成了。如果用電子放大器代替檢流計，將直流信號UCE變成交流信號后作為放大器的輸入信號，再由放大器驅(qū)動可逆電機，通過一套機械傳動機構(gòu)來帶動滑動觸點C，那么測量過程就可自動完成了。4.1.2電子自動平衡電橋?qū)τ谀苻D(zhuǎn)換成電阻值的各種變量顯示記錄。它通常與熱電阻配套用以測量溫度。電橋平衡原理在量程起點：溫度升高后：兩式相減整理得：r1與Rt成正比關(guān)系，即滑動觸點B的位置反映了電阻的變化，也即反映了溫度的變化。 如果將檢流計換成電子放大器，利用放大后的不平衡電壓

5、去驅(qū)動可逆電機，使可逆電機帶動滑動觸點B以達到電橋平衡，這就是電子自動平衡電橋的工作原理。 4.2 數(shù)字式顯示儀表用數(shù)碼管等顯示，清晰直觀，讀數(shù)方便，不會產(chǎn)生視差。用中、大規(guī)模集成電路，線路簡單，可靠性好，耐振性強。模塊化設(shè)計，有利于制造、調(diào)試和維修，降低生產(chǎn)成本。品種繁多，配接靈活，可輸入多種類型測量信號，輸出統(tǒng)一標準的電流信號。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。4.2.1 分類(1)按功能：顯示型、顯示報警型、顯示調(diào)節(jié)型、巡回檢測型(2)按輸入信號形式：電壓型、頻率型(3)按輸入

6、信號的點數(shù)：單點和多點(4)按顯示位數(shù)：3位半、4位半等多種。半位顯示是指最高位是0或1。(5)按測量速率：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）、高速型（每秒鐘測量千次以上）。單通道數(shù)顯表 多通道數(shù)顯表 流量積算儀無紙記錄儀閃光報警儀智能報警儀 PID調(diào)節(jié)儀4.2.2 主要技術(shù)指標(1)顯示方式： 3位半或4位半數(shù)碼管顯示(2)分辨率：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。(3)精度等級： 0.2級或0.5級(4)輸入阻抗：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10M以上。另外，還有采樣速率、干擾擬制系

7、數(shù)等4.2.3 基本組成4.3 新型顯示儀表4.3.1 顯示儀表發(fā)展動態(tài)（1）顯示和記錄方式液晶（LCD）、發(fā)光二極管（LED）、熒光數(shù)碼管，熒光帶，超薄性（TFT）VGA彩色液晶顯示器等。記錄方式有在纖維記錄紙上記錄，有熱敏頭在熱敏紙上記錄，有彩色色帶打印方式記錄，還有通過ICRAM卡、磁盤等電子方式數(shù)據(jù)存儲記錄。現(xiàn)在一臺顯示記錄儀上往往包含兩種或兩種以上記錄方式，滿足不同需要。（2）輸入信號、輸入通道和記錄通道 輸入信號通用性加強，幾乎國內(nèi)外所有帶微處理器的顯示記錄儀表都能同時直接接受來自現(xiàn)場的檢測元件（傳感器）和變送器信號。各種顯示記錄儀表都有多輸入、多記錄通道供選用。不管筆式連續(xù)記錄還

8、是打點記錄，響應(yīng)時間都很快。（3）測量精度和采樣周期測量精度高，采樣周期快。測量精度有些已經(jīng)達到0.05級，一般也達到0.1和0.2級。記錄精度有些達到0.1級，一般都達到0.25和0.5級。所有通道采樣一次所需時間最短為0.1S（六通道以內(nèi)）和1S（六通道以上）。（4）運算功能普遍具有加、減、乘、除、比率、平方根、通道/分組平均、計算質(zhì)量流量、蒸汽流量等幾十種運算功能，還有非線性處理、自動校正、自動判別診斷功能。（5）報警、調(diào)節(jié)功能根據(jù)需要組態(tài)配置報警功能，有絕對高/低值、偏差、變化率增/減、數(shù)字狀態(tài)等報警。報警時面板指示，記錄紙上或電子數(shù)據(jù)存儲器中記錄報警信息；還可附加多組繼電器輸出報警狀

9、態(tài)。帶微處理器的顯示儀表通過軟件實現(xiàn)控制功能。除了常規(guī)的位式控制和PID控制規(guī)律外，已有把程序控制、PID自整定、自適應(yīng)PID及專家系統(tǒng)都放入其中，其調(diào)節(jié)功能接近于數(shù)字式調(diào)節(jié)器。（6）電子數(shù)據(jù)存儲 數(shù)據(jù)可存入磁盤以便保存或日后分析使用；也可以存入ICRAM卡。（7）操作 方便的人機對話窗口，屏幕菜單式或屏幕圖形界面按鈕操作。同時也可以通過專門手操器、上位機對顯示記錄儀進行參數(shù)設(shè)定、組態(tài)、校驗等操作。（8）虛擬顯示儀表 采用多媒體技術(shù)，將個人計算機取代實際的顯示儀表。4.3.2 無紙記錄儀無紙記錄儀是一種以CPU為核心、采用液晶顯示的新型顯示記錄儀表，完全摒棄了傳統(tǒng)記錄儀的機械傳動、紙張和筆。其記錄信號是通過CPU來進行轉(zhuǎn)化和保存的，記錄信號可以根據(jù)需要在屏幕上放大或縮小，便于觀察，并且可以將記錄曲線或數(shù)據(jù)送往打印機進行打印，或送往個人計算機加以保存和進一步處理。4.