化工儀表及自動化精品第四章顯示儀表

化工儀表及自動化精品第四章顯示儀表第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.0顯示儀表概述本章內(nèi)容：4.1模擬式顯示儀表:

自動電子電位差計自動電子平衡電橋4.2數(shù)字式顯示儀表:

數(shù)字式顯示儀表的特點及分類,

數(shù)字式顯示儀表的基本組成4.3新型顯示儀表:

無筆、無紙記錄儀虛擬顯示儀表第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日(1)模擬式顯示儀表原理：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變化作相應變化，這種變化是對被測變量的模擬。方式：利用標尺、指針、曲線等方法組成：信號變換、放大環(huán)節(jié)、磁電偏轉機構及指示記錄機構特點：工作可靠、價格低廉，能夠反映和記錄測量值的變化趨勢缺點：結構較復雜，讀數(shù)不夠直觀，測量速度不夠迅速，測量重現(xiàn)性不好第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日(2)數(shù)字式顯示儀表功能：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。方式：數(shù)字式組成：由一些必要電路組成，沒有模擬式顯示儀表中所必需的機械運動機構。模/數(shù)轉換器特點：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。(3)新型顯示儀表特點：涉及微處理技術、新型顯示技術、記錄技術、數(shù)據(jù)存儲技術和控制技術，把信號檢測處理、顯示、記錄、數(shù)據(jù)存儲、通訊、控制、復雜數(shù)學運算等多個或全部功能集合于一體第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日動圈式顯示儀表核心部件是一個磁電式毫伏計。輸入信號:直流毫伏標準信號1.測量機構及作用原理第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.外接電阻和外接調(diào)整電阻

無論在刻度或使用時，規(guī)定外線電阻R外＝15Ω第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.動圈的溫度補償在線路中串聯(lián)熱敏電阻Rt當溫度升高時，并聯(lián)的總電阻下降，而動圈的電阻增加，這樣，一個增加，一個下降，配合得當就能得到較好的補償效果。R串：改變儀表量程；錳銅絲（溫度變化對阻值無影響）第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日XCZ-102動圈式顯示儀表：配用熱電阻1.不平衡電橋電橋平衡時，有：動圈表G中無電流通過。動圈表G中有電流通過。R4R2=R3(R0+Rt)Ucd=0當tRtR4R2

R3(R0+Rt)Ucd第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.三線制接法與外接調(diào)整電阻從熱電阻引出三根導線，其中與熱電阻兩端相連的兩根導線分別接人橋路的兩個相鄰橋臂上，而第三根導線與穩(wěn)壓電源的負極相連。這樣，由于環(huán)境溫度的變化而引起連接導線電阻的變化，可以互相抵消一部分，從而減少對儀表讀數(shù)的影響。利用外接調(diào)整電阻R1使外接電阻（包括連接導線的電阻）值為35第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日自動電子電位差計——配熱電偶功能：與溫度、流量、壓力、差壓、成分等變送器配接，可以測量和顯示能轉換成毫伏及直流電壓信號的工藝變量。原理：電壓補償（平衡）原理型號：用XW系列來命名，X表示顯示儀表，W表示直流電位差計。XW-第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日電壓補償（平衡）原理用已知電壓來補償（平衡）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，因為沒有電流通過測量線路，也就不存在線路電阻影響問題。手動電位差計UCB=IRCBEt=UCB（條件：I檢=0)根據(jù)平衡法將被測電勢與己知的標準電勢相比較，當兩者的差值為零時（檢流計指針指零），被測電勢就等于已知的標準電勢。工作原理第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日電壓測量系統(tǒng)EN=IRNI=EN/RNEt=UBC=IRBC=(EN/RN)RBC第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日手動電位差計特點

在全補償時(亦即檢流計中無電流通過時)進行測量讀數(shù)，避免了被測熱電偶本身引起的壓降損失和導線上的壓降損失；標推電池的電動勢EN、標準電阻RN及測量回路電阻的精度高；應用了高靈敏度檢流計。因此測量結果準確性高。缺點：（1）手動操作不方便；（2）不能連續(xù)進行測量。優(yōu)點第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日存在的缺點：（1）沒有解決冷端溫度補償（2）不能進行量程匹配，即tmin不能改變工作原理若EtUCBU=UCB-Et0可逆電機轉動放大C點移動UCB變化UCB=EtU=0可逆電機停止指示記錄t第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日

用電子放大器代替檢流計，驅動可逆電機，通過一套機械傳動機構帶動滑動觸點C，測量結果就可自動完成了。自動電子電位差計第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.自動電子電位差計的測量橋路第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日（2）量程匹配問題（1）冷端溫度補償問題第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.自動電子電位差計的結構第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日思考題：（1）RG減小，儀表的指示溫度比實際溫度高還是低？（2）橋路電源電壓增加，對測量有何影響？第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日舉例例用鎳鉻-鎳硅熱電偶配電子電位差計測量某爐溫,溫度的測量范圍在400~900℃。圖是電位差計測量橋路。已知E=1V；I1=4mA；I2=2mA；R2=5.33Ω；RP∥RB=90Ω。試根據(jù)測溫要求確定橋路中的其他電阻值。圖6-4電位差計測量橋路解：根據(jù)鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表(第五章附錄三)查得400～900℃對應的熱電勢為16.395～37.325mV。8第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日

假定由于R2的存在,實現(xiàn)了冷端溫度的全補償,故冷端溫度的變化對熱電勢的影響可以不予考慮。當溫度在測量下限400℃時,滑動觸點移至滑線電阻的最左端,此時根據(jù)得

根據(jù)測量范圍的要求,滑線觸點由滑線電阻的最左端移至最右端,電壓差應為9第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日因此,RP、RB、RM并聯(lián)后的等效電阻RnP應為已知RP∥RB=90Ω,可求得RM≈5.55Ω。

根據(jù)式(6-2),可得

10第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日

以上計算都是粗略的,在進行精確的計算時,還要考慮許多實際的情況,例如滑線電阻

RP的兩端一般是移不到頭的。所以在計算RG、R4時必須考慮這種情況。注意第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日電橋平衡原理圖4-6平衡橋路原理圖在量程起點：溫度升高后：兩式相減整理得：r1與ΔRt成正比關系，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。二、自動電子平衡電橋第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日

如果將檢流計換成電子放大器，利用放大后的不平衡電壓去驅動可逆電機，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，見下圖。

熱電阻Rt采用三線制接法，規(guī)定每根導線電阻是2.5Ω。RP為滑線電阻，RP與RB并聯(lián)后的電阻值為90Ω，R5為量程電阻，R6為調(diào)整儀表起始刻度的電阻。當測量溫度在量程起點時調(diào)整R6，使滑動觸點移到滑線電阻最左端；當測量溫度在量程終點時調(diào)整R5，使滑動觸點移到滑線電阻最右端。R4為限流電阻，它決定了上支路電流的I1大小。圖4-7自動平衡電橋工作原理圖4-8電子平衡電橋原理方框圖第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日例：在下列情況下儀表的指針O如何變化？為什么？（a）溫度升高；（b）儀表停電；（c）加大R6；（d）A線斷；（e）B線斷；（f）C線斷；（g）Rt短路及斷路。第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日自動電子平衡電橋與自動電子電位差計的比較相似點：（1）配套的測溫元件（熱電偶、熱電阻）在外形結構上相似（2）外形及其組成：放大器，可逆電機，同步電機及指示記錄部分相同不同點：（1）輸入信號不同電位差計：電勢；電子平衡電橋：電阻（2）作用原理不同電位差計：測量橋路有平衡電壓輸出，與被測電熱大小相同，極性相反平衡電橋：儀表到平衡時，測量橋路本身處于平衡狀態(tài)，橋路無輸出（3）測溫元件不同電位差計：熱電偶；電子平衡電橋：熱電阻（4）測量橋路的連接方式不同電位差計：兩線制接法；電子平衡電橋：三線制接法（5）補償方式不同

電位差計：冷端溫度的補償；電子平衡電橋：導接的補償?shù)诙隧?，共三十五頁?022年，8月28日兩個系統(tǒng)比較項目熱電偶系統(tǒng)熱電阻系統(tǒng)輸入信號電動勢電阻電橋輸出E0冷端溫度補償有無接線方式雙補償線，橋中三線，橋臂電源直流直流或交流第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日數(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，線路簡單，可靠性好，耐振性強。由于儀表采用模塊化設計方法，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號，輸出統(tǒng)一標準的電流信號（0~10mA直流電流或4~20mA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數(shù)字式顯示儀表4.2.0概述第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日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）。第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.2.2主要技術指標(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10MΩ以上。另外，還有采樣速率、干擾擬制系數(shù)等第三十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.2.3數(shù)字式顯示儀表的基本組成第三十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日

當前的顯示儀表是涉及微處理技術、新型顯示技術、記錄技術、數(shù)據(jù)存儲技術和控制技術，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)學運算等多個或全部功能集合于一體的新型儀表。它使用方便，觀察直觀，功能豐富，可靠性高4.3新型顯示儀表