數(shù)字顯示儀表

數(shù)字顯示儀表概括：數(shù)字顯示儀表能夠與不一樣的傳感器（變送器）配合，對(duì)壓力、溫度、流量、物位、轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行丈量并以數(shù)字的形式顯示被測(cè)結(jié)果，故稱(chēng)為數(shù)字顯示儀表。它顯示直觀(guān)、沒(méi)有人為視覺(jué)偏差、反響快速、正確度高等長(zhǎng)處。當(dāng)前數(shù)字顯示儀表在各個(gè)行業(yè)已等到寬泛的應(yīng)用。第一節(jié)數(shù)字顯示儀表的分類(lèi)及構(gòu)成1、數(shù)字顯示儀表的分類(lèi)按輸入信號(hào)的形式分電壓型：輸入信號(hào)是電壓或電流（1-5VDC/4-20mADC）頻次型：輸入信號(hào)是頻次(Hz)。按儀表?yè)碛泄δ芊謹(jǐn)?shù)字顯示儀、數(shù)字顯示報(bào)警儀、多功能數(shù)字顯示儀表。2、數(shù)字顯示儀表的構(gòu)成及工作原理數(shù)字顯示儀表的構(gòu)成由五部分構(gòu)成：前置放大、模/數(shù)（A/D）變換、非線(xiàn)性賠償、標(biāo)度變換及計(jì)數(shù)顯示。電壓型數(shù)字儀表的構(gòu)成方案以下：被變前標(biāo)計(jì)測(cè)送置非線(xiàn)性模/數(shù)度數(shù)參器放賠償（A/D）變換變顯數(shù)大換示(a)被變前標(biāo)計(jì)測(cè)送置非線(xiàn)性模/數(shù)數(shù)度參器放（A/D）變換顯變數(shù)大換示(b)被變前標(biāo)計(jì)測(cè)送模/數(shù)非線(xiàn)性數(shù)置度參器（A/D）變換賠償顯放變數(shù)大換示(c)方案（a）模擬非線(xiàn)性賠償：被丈量在模擬信號(hào)時(shí)就已被線(xiàn)性化了，其丈量正確度較低，一般只好達(dá)到％％，長(zhǎng)處是能夠直接輸出線(xiàn)性化的模擬信號(hào)。方案（b）非線(xiàn)性模/數(shù)（A/D）變換賠償：利用非線(xiàn)性的模/數(shù)（A/D）變換電路，在達(dá)成模/數(shù)（A/D）變換的同時(shí)也達(dá)成了線(xiàn)性化，因此構(gòu)造簡(jiǎn)單，正確度高，弊端是只好合用于丈量特定模擬量，多用在單調(diào)參數(shù)丈量的數(shù)字式儀表中。方案（C）數(shù)字線(xiàn)性賠償及標(biāo)度變換：它可構(gòu)成多種方案，合用面寬，主要用于直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）及計(jì)算機(jī)設(shè)定系統(tǒng)（SPC）等較大規(guī)模的控制系統(tǒng)及丈量系統(tǒng)中。其丈量正確度高，構(gòu)造較復(fù)雜。第二節(jié)模/數(shù)（A/D）變換模/數(shù)（A/D）變換部分是顯示儀表的重要構(gòu)成部份。其功能是將連續(xù)變化的模擬量變換成與其成比率的數(shù)字量，以便進(jìn)行數(shù)字顯示。越小轉(zhuǎn)數(shù)0110換正確0101度越高讀量針字0100指數(shù)0011量化單位i00100001輸入電壓0000輸入電壓ViVi（a）（b）上圖(a)表示模擬式儀表的指針讀數(shù)與輸入電壓Vi關(guān)系;圖b）表示了將這類(lèi)關(guān)系進(jìn)行整量化，即用折線(xiàn)取代圖（a）中的直線(xiàn)。在實(shí)質(zhì)丈量中常常是先把非電量變換成電壓；而后再由電壓變換成數(shù)字信號(hào)，即A/D變換。A/D變換有多種，常用的有兩種：雙積分型和逐次比較反應(yīng)編碼型。1、雙積分型A/D變換電路基來(lái)源理：將一段時(shí)間內(nèi)的模擬量電壓值經(jīng)過(guò)兩次積分變換成與其成正比的時(shí)間間隔，而后利用時(shí)鐘脈沖和計(jì)數(shù)器測(cè)出此時(shí)間間隔，進(jìn)而獲得數(shù)字量。CK1RVi

檢零比較器K2K3VS控制器顯示計(jì)數(shù)器門(mén)時(shí)鐘脈沖雙積分模/數(shù)變換原理框圖t22t1t210tVi11AV21i2AVVV>VA2A1V>Vi2i1V0積分器輸出電壓V0波形圖從波形圖中能夠看出：輸入電壓Vi越大，則積分器輸出電壓V0也越大，t2時(shí)間間隔越長(zhǎng)，計(jì)數(shù)器所記的數(shù)N也就越大。因此，計(jì)數(shù)所計(jì)的數(shù)，就是輸入電壓Vi在t1時(shí)間內(nèi)的均勻值Vi的數(shù)字值，進(jìn)而達(dá)成了模擬量/數(shù)字量的變換。由于這個(gè)變換器在一次變換過(guò)程中進(jìn)行了兩次積分，因此稱(chēng)為雙積分變換器。雙積分變換器的特色：1）電路元件參數(shù)要求不苛刻。2）很強(qiáng)的抗工頻擾亂能力。3）不宜用在快速丈量系統(tǒng)中。2、逐次比較電壓反應(yīng)編碼型基來(lái)源理：用一套標(biāo)準(zhǔn)電壓與被測(cè)電壓進(jìn)行比較其實(shí)不停迫近，最后達(dá)到一致。標(biāo)準(zhǔn)電壓值的大小就表示了被測(cè)電壓的大小。將這一與被測(cè)電壓相均衡的標(biāo)準(zhǔn)電壓以二進(jìn)制形式輸出，就實(shí)現(xiàn)了模/數(shù)變換過(guò)程。用實(shí)驗(yàn)方法加以說(shuō)明天平稱(chēng)物：現(xiàn)砝碼有2mg、1mg、、、、共6種，按固定次序擺列。后邊一個(gè)砝碼是前一個(gè)質(zhì)量的1/2，互相之間能夠當(dāng)作是二進(jìn)制的關(guān)系。假定被稱(chēng)物體質(zhì)量為m=,其稱(chēng)量過(guò)程以下：挨次交砝碼放到天平上，如加砝碼后質(zhì)量小于m，則保存并記為“1”，如加砝碼后質(zhì)量大于m則，撤去此砝碼并記為“0”。這樣進(jìn)行下去，直到最后一個(gè)砝碼用完。砝碼重量21二進(jìn)制數(shù)111001二進(jìn)制數(shù)為“1”的砝碼重量加起來(lái)等于，和實(shí)質(zhì)質(zhì)量相差mg，這就是稱(chēng)量偏差。依據(jù)以上實(shí)驗(yàn)，此刻我們研究怎樣將一個(gè)3V的電壓變換成二進(jìn)制數(shù)碼。設(shè)有一套標(biāo)準(zhǔn)電壓，見(jiàn)下表。標(biāo)準(zhǔn)112.512.512.512.512.512.52.5222324252627電壓2二進(jìn)10010010制數(shù)由上述過(guò)程要以看出，要把一個(gè)電壓值變換為二進(jìn)制數(shù)碼表示的數(shù)值，一定具備以下條件：（1）有一套相鄰為二進(jìn)制的標(biāo)準(zhǔn)電壓—解碼網(wǎng)絡(luò)。（2）有一個(gè)比較簽別器，并確立能否保存此電壓。（3）有一個(gè)數(shù)碼存放器，把每次比較所得的結(jié)果保存下來(lái)。4）有一個(gè)控制器，以達(dá)成以下任務(wù)比較由最高位開(kāi)始，從高位往低位逐次比較；依據(jù)每一次的比較結(jié)果，使相應(yīng)位的數(shù)碼存放器記“1”或“0”并由此決定能否保存這個(gè)“解碼網(wǎng)絡(luò)”來(lái)的電壓。標(biāo)準(zhǔn)電壓解碼網(wǎng)絡(luò)顯示器數(shù)碼存放器比較簽別器控制門(mén)脈沖源

移位存放器逐次比較型模/數(shù)變換原理圖

控制線(xiàn)路特色：完整部是邏輯電路的鑒別過(guò)程；電路元件特征及布線(xiàn)時(shí)間常數(shù)??；變換速度快。已成為現(xiàn)代數(shù)字顯示儀表模/數(shù)變換的主要手段。3、二者的差別：前者為間接法，后者為直接法。第三節(jié)非線(xiàn)性賠償及標(biāo)度變換1、非線(xiàn)性賠償非線(xiàn)性模/數(shù)變換賠償法1）依據(jù)正確度要求將曲線(xiàn)分紅若干段，每段以直線(xiàn)取代曲線(xiàn)；將各段直線(xiàn)連結(jié)起來(lái)，便獲得一條與本來(lái)曲線(xiàn)鄰近的折線(xiàn)。（2）確立量程范圍內(nèi)線(xiàn)性關(guān)系的直線(xiàn)斜率，并逐段進(jìn)行模/數(shù)變換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)被測(cè)參數(shù)的線(xiàn)性顯示。數(shù)字式非線(xiàn)性賠償法此法是讓被測(cè)參數(shù)經(jīng)模/數(shù)變換后再進(jìn)入非線(xiàn)性賠償環(huán)節(jié)。還是采納以折線(xiàn)取代曲線(xiàn)的方法。二者特色：非線(xiàn)性賠償長(zhǎng)處弊端非線(xiàn)性模/數(shù)線(xiàn)路簡(jiǎn)單通用性差變換賠償法數(shù)字式非線(xiàn)性經(jīng)過(guò)邏輯線(xiàn)路，可早先線(xiàn)路復(fù)雜賠償法設(shè)定系數(shù)；可檢測(cè)不一樣被丈量；多用在巡檢儀和智能儀表中。2、標(biāo)度變換模擬量的標(biāo)度變換（簡(jiǎn)單靠譜但儀表的通用性受限制，僅合用于專(zhuān)用裝置）（1）電阻信號(hào)的標(biāo)度變換為了將熱電阻的電阻變化轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)的輸出，往常采納不均衡電橋作電阻-電壓變換。RtR如圖：為不均衡電橋測(cè)溫原理。UEERtR0I1ERRtRR0△U當(dāng)被測(cè)溫度處于下限時(shí)，Rt=Rt0=R0,則：I2RR0

EERRt0RR0且橋路設(shè)計(jì)時(shí)使得R>>Rt0，故被測(cè)溫度處于任一值時(shí)都有：EEII1I2RRtRR0于是，有:△U=I（Rt-R0）=I△Rt上式說(shuō)了然可由不均衡電橋的變換關(guān)系，經(jīng)過(guò)改變橋路的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)度變換。（2）電勢(shì)信號(hào)的標(biāo)度變換當(dāng)數(shù)字儀表以熱電偶的熱電勢(shì)作為輸入信號(hào)時(shí)，若熱在儀表規(guī)定的輸入信號(hào)范圍內(nèi)，則可將信號(hào)送入儀表中，經(jīng)過(guò)適入選用前置放大器的放大倍數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)度變換。3）電流信號(hào)的標(biāo)度變換。數(shù)字顯示儀表與擁有標(biāo)準(zhǔn)輸出的變送器配套使用時(shí)，可用簡(jiǎn)單的電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)標(biāo)度變換。如圖：注意：知足儀表輸入阻抗的要求；R1同時(shí)，知足變送器對(duì)負(fù)載阻抗般配I的要求。R2U數(shù)字量的標(biāo)度變換數(shù)字量的標(biāo)度變換是在A(yíng)/D變換以后，進(jìn)入計(jì)數(shù)器以前，經(jīng)過(guò)系數(shù)運(yùn)算而實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)行系數(shù)運(yùn)算，即乘以（或除以）某系數(shù)，扣除剩余的脈沖數(shù)，可使被測(cè)物理量和顯示數(shù)字值的單位獲得一致。第四節(jié)數(shù)字顯示儀表的技術(shù)指標(biāo)1、顯示位數(shù)顯示位數(shù)常有的有三位、四位，更高可達(dá)

8位。位數(shù)越多讀數(shù)的正確度就越高?，F(xiàn)場(chǎng)使用多為三位、四位，它們都能夠再增添半位，即：312、412。2、分辨率分辨率—指數(shù)字顯示儀表顯示的最小數(shù)和最大數(shù)的比值。分辨力__是指數(shù)字顯示儀表在最低量程上，最末位改變一個(gè)字時(shí)相對(duì)應(yīng)的被測(cè)信號(hào)值，它相當(dāng)于模擬式儀表的敏捷限。3、數(shù)字顯示儀表的偏差三種狀況(1)當(dāng)儀表的分辨力知足3b<a%(tmax-tmin)時(shí)則:=±[a%(tmax-tmin)+b]當(dāng)儀表的分辨力知足10b<a%(tmax-tmin)時(shí)則:=±[a%(tmax-tmin)+2b]當(dāng)儀表的分辨力知足3b>a%(tmax-tmin)時(shí)則:=±a%(tmax-tmin)第五節(jié)智能儀表智能儀表，是指以單片微型計(jì)算機(jī)為核心的儀表。1、智能儀表的特色：體積小、靠譜性高、功能強(qiáng)及使用靈巧。很簡(jiǎn)單與計(jì)算機(jī)聯(lián)接。丈量?jī)x表智能化，經(jīng)過(guò)微辦理器的數(shù)據(jù)辦理和存貯等功能，可進(jìn)行各樣自動(dòng)校訂。操作可自動(dòng)化。便于操作，提升了測(cè)試的正確度。擁有自測(cè)試自診療的功能，大大提升了儀表的靠譜性，簡(jiǎn)化和加速了儀表的檢修工作。2、智能儀表舉例復(fù)習(xí)題：數(shù)字顯示儀表