數(shù)字式顯示儀表課件

1、數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表主要章節(jié)11.1概述11.2模擬式顯示儀表11.3數(shù)字式顯示儀表11.4智能式顯示儀表11.5傳感器及變送器與顯示儀表的連接主要章節(jié)11.1概述11.2模擬式顯示儀表11.3數(shù)字式顯示儀表11.4智能式顯示儀表11.5傳感器及變送器與顯示儀表的連接11.1概述 電動顯示儀表通常是由測量線路和顯示裝置兩部分組成。1.模擬式顯示儀表 是以指針或記錄筆的偏轉(zhuǎn)角或位移量來顯示被測變量連續(xù)變化的儀表。1）直接變換式儀表的組成與特點組成圖11.1.1直接變換式儀表 特點（1）其線性刻度較困難。（2）很難獲得較高的精度。（3）信息轉(zhuǎn)換效率低，但儀表簡單可靠、重量輕、

2、尺寸小、價格便宜。2）平衡式顯示儀表的組成及特點組成特點（1）平衡式顯示儀表線性度好、測量精度高；（2）反應(yīng)速度快；圖11.1.2平衡式顯示儀表的組成(3)比直接變換式儀表結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高。3）顯示儀表的基本技術(shù)性能儀表的變差 在規(guī)定的條件下，用同一儀表對被測量進(jìn)行正、反行程的測量，對某一測量點所得到的正、反行程兩次示值之差稱為該測量點上的示值變差。 圖11.1.3儀表的變差特性儀表的靈敏度 儀表輸出信號的變化量和引起這個輸出變化量的被測量變化量的比值，稱為儀表的靈敏度。儀表的分辨率 儀表響應(yīng)輸入量微小變化的能力稱為儀表的分辨力，常用分辨率或靈敏限來表示。2.數(shù)字式顯示儀表把與被測量（例如溫度

3、、流量、液位、壓力等）成一定函數(shù)關(guān)系的連續(xù)變化的模擬量，變換為斷續(xù)的數(shù)字量進(jìn)行顯示的儀表。1）構(gòu)成： 它是由前置放大器、AD轉(zhuǎn)換器（模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量）、非線性補償、標(biāo)度變換以及顯示裝置等部分組成。2）技術(shù)指標(biāo)分辨率 儀表在最小量程時，最末一位數(shù)字跳變一個字所代表的量值，它反映了儀表的靈敏度。圖11.1.4數(shù)字式顯示儀表的構(gòu)成框圖精確度數(shù)字儀表精確度的表示方法：（1）（2）數(shù)字儀表精確度的相對誤差輸入阻抗 數(shù)字儀表輸入阻抗： 指儀表在工作狀態(tài)下，儀表兩個輸入端子之間所呈現(xiàn)的等效阻抗。干擾抑制比 工業(yè)現(xiàn)場存在很強的電磁場及各種高頻干擾，因此對數(shù)字抗干擾性有一定得要求，通常用干擾抑制比來表示。3.

4、智能式顯示儀表帶有微處理器的數(shù)字式儀表，可以實現(xiàn)復(fù)雜計算等功能。1）構(gòu)成 圖11.1.5智能式顯示儀表的構(gòu)成2）技術(shù)指標(biāo)與特點技術(shù)指標(biāo) 技術(shù)指標(biāo)與數(shù)字儀表基本相同，在測量誤差功能上增加了零點、滿度誤差軟件修正和數(shù)據(jù)線性化處理的功能。特點（1）具有常規(guī)儀表相同的功能；（2）具有豐富的數(shù)據(jù)處理功能；（3）可以方便地與各種輸入信號連接；（4）具有可編程功能；（5）可以存儲歷史數(shù)據(jù)，并能方便地輸出；（6）具有數(shù)據(jù)通信功能；（7）與上位機配合可以構(gòu)成分布式采集系統(tǒng)。11.2 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表： 利用測量的模擬信號直接顯示或者經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路處理后再顯示；也可以將模擬信號與標(biāo)準(zhǔn)信號比較調(diào)平衡后，經(jīng)

5、過計算得到測量值再顯示。模擬式顯示儀表具有連續(xù)顯示功能，測量值在儀表的刻度盤上讀出。 1.動圈式顯示儀表采用靈敏度較高的磁電系測量機構(gòu)，易將微弱的被測信號轉(zhuǎn)換為指針的角位移?？梢詫χ绷骱练盘栠M(jìn)行顯示，也可以對非電勢信號但能轉(zhuǎn)換成電勢信號的參量進(jìn)行顯示。1）特點可以作參數(shù)顯示；也可作參數(shù)指示顯示和控制；可與熱電偶等測溫元件配合作為溫度顯示、調(diào)節(jié)使用；可和其他變送器配合，測量、控制其他參數(shù)。2）組成和測量線路動圈式儀表由測量線路和測量機構(gòu)兩部分組成。圖11.2.1動圈儀表檢測毫伏信號的測量線路用于檢測毫伏信號或配熱電偶的動圈儀表測量線路為直接變換式線路。它由環(huán)境溫度補償電阻、量程和阻尼調(diào)整電阻、

6、量程和阻尼調(diào)整電阻組成。圖11.2.3毫伏信號的測量線路 （1）環(huán)境溫度補償電阻 用具有負(fù)的溫度系數(shù)的熱敏電阻Rr和錳銅電阻RB并聯(lián)后再與RD串聯(lián)的方法進(jìn)行補償。 （2）量程和阻尼調(diào)整電阻 國產(chǎn)XC系列動圈儀表采用了統(tǒng)一的測量機構(gòu)，即用于不同的量程、不同的被測量情況下的表頭是統(tǒng)一的，這就大大的簡化了生產(chǎn)工藝，提高了生產(chǎn)效率。 （3）熱電偶冷端溫度補償與熱電偶配套的動圈儀表，是直接按照熱電偶的分度表進(jìn)行刻度的，即熱電偶的冷端溫度是在零度條件下刻度的，如果熱電偶冷端溫度不是零度，則動圈儀表的讀數(shù)便不能真實的反映被測溫度值，并產(chǎn)生一個隨冷端溫度變化而變化的誤差。因此在實際測溫中，必須考慮冷端溫度補償

7、問題。圖11.2.4熱電偶冷端溫度補償檢測電阻值的測量線路3）儀表型號 工業(yè)儀表型號由三節(jié)組成：第一節(jié)以大寫字母表示，第二節(jié)以阿拉伯?dāng)?shù)字表示，尾注以大寫漢語拼音字母一位表示，普通型不加尾注；第三節(jié)以一位阿拉伯?dāng)?shù)字表示統(tǒng)一設(shè)計的序號，第一次統(tǒng)一設(shè)計不加第三節(jié)。動圈式儀表型號 見課本P242. 2.自動平衡式顯示儀表1）平衡式電子電位差計工作原理： 將被測電勢與已知的電位差進(jìn)行比較，當(dāng)兩者之差為零（即達(dá)到平衡）時，被測電勢就等于已知的電位差，此時儀表達(dá)到平衡而停止工作，故稱為平衡式電子電位差計。平衡式電位差計圖11.2.5手動平衡式電位差計手動平衡式電位差計一般用于實驗室測量，若用于生產(chǎn)過程中的連

8、續(xù)自動測量，而不要求精度較高，則必須采用自動平衡電子電位差計。圖11.2.6自動平衡式電位差計原理2）自動平衡式電橋 電子自動平衡電橋可與熱電阻配套使用測量溫度，也可與其他能轉(zhuǎn)換電阻變化的檢測元件配套使用，測量生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)。3）E系列平衡記錄儀 （1）表面光滑，耐腐蝕，耐氧化、接觸良好等優(yōu)點。 （2）儀表放大器使用的是低零漂、高輸入阻抗的運算放大器。 （3）儀表測量電路中的量程電阻采用特殊的氮化狚薄膜電阻，用激光來修正其阻值，誤差不大，且穩(wěn)定性極高，對提高儀表的穩(wěn)定性和可靠性意義重大。11.3數(shù)字式顯示儀表數(shù)字顯示儀表三要素：模數(shù)轉(zhuǎn)換（AD）、非線性補償和標(biāo)度變換是組成數(shù)字式儀表的三要

9、素。1.模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換（AD轉(zhuǎn)換） 將模擬量轉(zhuǎn)換為一定碼制的數(shù)字量統(tǒng)稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換。 模數(shù)轉(zhuǎn)換 1）直接比較型AD轉(zhuǎn)換是基于電位差計的電壓比較原理.即用一個作為標(biāo)準(zhǔn)的可調(diào)參考電壓與被測電壓進(jìn)行比較，當(dāng)兩者達(dá)到平衡偏差檢出為零時，參考電壓的大小就等于被測電壓。圖11.3.1直接比較型AD轉(zhuǎn)換逐次比較型 AD轉(zhuǎn)換：是最典型的直接比較型。用標(biāo)準(zhǔn)電壓與被測電壓從高位到低位逐次進(jìn)行比較，采用大者棄、小者留的原則，不斷逼近、逐漸積累，即將被測電壓轉(zhuǎn)換成了數(shù)字量。 圖11.3.2 逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換編碼過程2）間接比較型 AD轉(zhuǎn)換 就是被測電壓不是直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，而是首先轉(zhuǎn)換成某一中間量，然后再將中間量整量化

10、轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換：圖11.3.3被測電平平均值求取圖11.3.4間接比較型 AD轉(zhuǎn)換具體步驟：（1）完成被測電壓US到平均值的轉(zhuǎn)換；（2）須完成被測電壓平均值到另一時間間隔的轉(zhuǎn)化；（3）將時間間隔整量化而成數(shù)字量N.2.非線性補償 非線性補償?shù)姆椒ǎ?一類是用硬件的方式實現(xiàn)；一類是以軟件的方式實現(xiàn)。數(shù)字式儀表一般采用硬件電路進(jìn)行非線性補償。1）模擬式線性化串聯(lián)方法接入圖11.3.5串聯(lián)式線性化原理硬件非線性補償： 設(shè)在 AD轉(zhuǎn)換之前進(jìn)行非線性補償?shù)姆Q為模擬式線性化；設(shè)在 AD轉(zhuǎn)換之后進(jìn)行非線性補償?shù)姆Q為數(shù)字線性化；設(shè)在 AD轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行非線性補償?shù)姆Q為AD轉(zhuǎn)換線性化。反饋式接

11、入反饋式線性化就是利用反饋補償原理，引入非線性的負(fù)反饋環(huán)節(jié)，用負(fù)反饋環(huán)節(jié)本身的非線性特性來補償檢測元件或傳感器的非線性，使U0和X之間的關(guān)系具有線性特性。2）數(shù)字線性化3）AD轉(zhuǎn)換 線性化3.信號的標(biāo)準(zhǔn)化及標(biāo)度變換1）信號標(biāo)準(zhǔn)化將各種不同規(guī)格的測量信號統(tǒng)一起來進(jìn)行信號標(biāo)準(zhǔn)化，然后再顯示和傳輸。標(biāo)準(zhǔn)化的輸出信號可以是電流、電壓或其他形式的信號。 標(biāo)準(zhǔn)化電流信號：一種是將測量信號轉(zhuǎn)換成420mA、DC（標(biāo)準(zhǔn)的型儀表輸出信號）；另一種是將測量信號轉(zhuǎn)換成010mA、DC（標(biāo)準(zhǔn)的型儀表輸出信號）。標(biāo)準(zhǔn)化電壓信號：國內(nèi)采用的統(tǒng)一直流電壓傳輸信號有以下幾種：010mV、030mV、040.95mV、050m

12、V、05V、15V等。標(biāo)準(zhǔn)化的測溫元件：主要有標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶、熱電阻，標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶主要有S、B、K、T、E、J、R等；標(biāo)準(zhǔn)化的熱電阻主要有Pt10、Pt100、Pt1000、Cu50、Cu100等。2）標(biāo)度變換對于過程測量參數(shù)，在數(shù)字儀表上要用被測變量的形式顯示，這就存在一個量綱還原問題，通常稱之為“標(biāo)度變換”。 圖11.3.7測量環(huán)節(jié)的標(biāo)度變換原理數(shù)字式儀表顯示值與測量值之間的關(guān)系可以用下式表示4.數(shù)字式儀表的規(guī)格與型號數(shù)字式儀表型號 見課本表11.3.111.4 智能式顯示儀表1.結(jié)構(gòu)特點儀表的核心部分使用微處理器；儀表內(nèi)部的芯片都是以總線方式相連接的；儀表有著多種標(biāo)準(zhǔn)接口方式；儀表有著靈

13、活的面板結(jié)構(gòu)。1）微處理化2）總線結(jié)構(gòu)3）標(biāo)準(zhǔn)化接口4）靈活的面板結(jié)構(gòu)2.數(shù)字濾波技術(shù)1）算術(shù)平均值法 算術(shù)平均值法就是對同一測量點的數(shù)據(jù)，連續(xù)采樣N次，然后取其平均值。2）中位值法 對同一測量點的數(shù)據(jù)連續(xù)采樣3次，將測量數(shù)據(jù)排隊，取其中間值作為測量值。3）綜合濾波法結(jié)合上述的算術(shù)平均值法和中位值法濾波的特點，構(gòu)成綜合濾波法。 3.標(biāo)度變換1）線性信號的標(biāo)度變換 線性信號的標(biāo)度變換2）非線性信號的標(biāo)度變換測量信號與傳輸信號之間的關(guān)系有時是非線性關(guān)系，如果這種非線性關(guān)系是已知的，則可采用數(shù)學(xué)計算的方法解決。4.非線性補償技術(shù)1）線性插值原理線性插值的思想就是以直代曲，將一個非線性的關(guān)系曲線，用分

14、成若干的直線段來表示。分成的直線段越多，越接近于曲線，線性插值的誤差也就越小。 圖11.4.1分段線性插值法2）線性插值分段法等距分段法變距分段法5.數(shù)據(jù)處理功能1）求取測量值的平均值、方差值、標(biāo)準(zhǔn)值和均方根值等。2）按線性關(guān)系、對數(shù)關(guān)系即乘方關(guān)系求取測量值相對于基準(zhǔn)值的各種比值。3）進(jìn)行各種隨機量的統(tǒng)計規(guī)律的分析和處理。4）進(jìn)行曲線擬合和非線性的校正。5）進(jìn)行邏輯運算，實現(xiàn)極值判別和報警功能等。6）進(jìn)行加、減、乘、除、積分、微分等計算。6.自校準(zhǔn)功能為了消除測量過程中，智能儀表的使用環(huán)境發(fā)生變化而帶來的測量誤差，這種校準(zhǔn)功能只能減少儀表本身的測量轉(zhuǎn)化誤差，而消除不了測量信號的傳輸誤差。圖11.4.2 變增益自校準(zhǔn)功能7.其他功能1）自診斷功能2）定時功能3）通訊功能11.5傳感器及變送器與顯示儀表的連接1.傳感器與顯示儀表直接相連接1）熱電偶的連熱電偶與顯示儀表的連接不能使用普通導(dǎo)線直接相連，要用相同材質(zhì)的導(dǎo)線或者是相近材質(zhì)的補償導(dǎo)線相連接。（a） （b）圖11.5.1熱電偶與顯示儀表直接連接 2）熱電阻的連接熱電阻與顯示儀表的連接一般都采用三線制，連接導(dǎo)線無特殊要求，選擇標(biāo)準(zhǔn)的信號電纜線即可。圖11.5.2 熱電阻與顯示儀表直接連接2.一體化變送器與顯示儀表相連接一體化變送器（或一體化傳感器）：將測量元件與變送電路制成一體，并將