化工儀表及自動(dòng)化-第4章

1、化工儀表及自動(dòng)化,第四章 顯示儀表,內(nèi)容提要,概述 模擬式顯示儀表 自動(dòng)電子電位差計(jì) 自動(dòng)電子平衡電橋 數(shù)字式顯示儀表 數(shù)字式顯示儀表的特點(diǎn)及分類 數(shù)字式顯示儀表的基本組成 新型顯示儀表 無(wú)筆、無(wú)紙記錄儀 虛擬顯示儀表,1,概述,顯示儀表： 凡能將生產(chǎn)過(guò)程中各種參數(shù)進(jìn)行指示、記錄或累積的儀表。,顯示儀表一般都裝在控制室的儀表盤(pán)上。它和各種測(cè)量元件或變送單元配套使用；又能與控制單元配套使用，,2,第一節(jié) 模擬式顯示儀表,一、自動(dòng)電子電位差計(jì),電子電位差計(jì) 是用來(lái)測(cè)量直流電壓信號(hào)的，凡是能轉(zhuǎn)換成毫伏級(jí)直流電壓信號(hào)的工藝變量都能用它來(lái)測(cè)量。,1.手動(dòng)電位差計(jì),工作原理,根據(jù)平衡法將被測(cè)電勢(shì)與已知的標(biāo)

2、準(zhǔn)電勢(shì)相比較，當(dāng)兩者的差值為零時(shí)，被測(cè)電勢(shì)就等于已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)。,圖4-1 電壓平衡原理圖,測(cè)量時(shí)，可調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸點(diǎn)C的位置，使,同時(shí)有,3,第一節(jié) 模擬式顯示儀表,4,2.自動(dòng)電子電位差計(jì)的工作原理,根據(jù)這種電壓平衡原理來(lái)進(jìn)行工作。,特點(diǎn),用可逆電動(dòng)機(jī)及一套機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)代替了人手進(jìn)行電壓平衡操作； 用放大器代替了檢流計(jì)來(lái)檢測(cè)不平衡電壓并控制可逆電機(jī)的工作。,圖4-2 電子電位差計(jì)原理圖,第一節(jié) 模擬式顯示儀表,5,3.自動(dòng)電子電位差計(jì)的測(cè)量橋路,圖4-3 電位差計(jì)測(cè)量橋路原理圖,圖4-2 電子電位差計(jì)原理圖,（1）冷端溫度補(bǔ)償問(wèn)題,舉例,用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量溫度，其熱端溫度不變，而冷端溫度從

3、升高到25，這時(shí)熱電勢(shì)將降低mV，儀表指針會(huì)指示偏低。,第一節(jié) 模擬式顯示儀表,如果把R做成隨溫度變化的電阻，且在溫度從0升高到25時(shí)，其阻值變化量R20.5，這時(shí)，電阻R2上的電壓降UDB也增大，UDBR2I21mV。為了統(tǒng)一規(guī)格，上支路的電流規(guī)定為4mA（或2mA），下支路電流規(guī)定2mA（或1mA）。因?yàn)闇y(cè)量橋路的補(bǔ)償電壓UCDUCBUDB，現(xiàn)在UDB增加了1mV，那么UCD就會(huì)減少1mV，此時(shí)滑動(dòng)觸點(diǎn)C的平衡位置不需變化。由于UCD的變化與熱電勢(shì)的變化相等，故能起到溫度補(bǔ)償作用，使儀表的指示值基本不受冷端溫度變化的影響。,6,第一節(jié) 模擬式顯示儀表,7,（2）量程匹配問(wèn)題,圖4-4 XW

4、系列電位差計(jì)測(cè)量橋路原理圖,R2冷端補(bǔ)償銅電阻；RM量程電阻；RB工藝電阻；RP滑線電阻；R4終端電阻（限流電阻）；R3限流電阻；RG始端電阻；E穩(wěn)壓電源1V；I1上支路電流4mA；I2下支路電流2mA,R2銅電阻裝在儀表后接線板上以使其和熱電偶冷端處于同一溫度。,下支路限流電阻R3 它與R2配合，保證了下支路回路的工作電流為2mA。,上支路限流電阻R4 把上支路的工作電流限定在4mA。,滑線電阻RP 儀表的示值誤差、記錄誤差、變差、靈敏度以及儀表運(yùn)行的平滑性等都和滑線電阻的優(yōu)劣有關(guān)。,量程電阻RM 決定儀表量程大小的電阻。,始端（下限）電阻RG 大小取決于測(cè)量下限的高低。,第一節(jié) 模擬式顯示

5、儀表,8,4.自動(dòng)電子電位差計(jì)的結(jié)構(gòu),測(cè)量橋路 放大器 可逆電機(jī) 指示機(jī)構(gòu) 記錄機(jī)構(gòu),圖4-5 電子電位差計(jì)方框原理圖,第一節(jié) 模擬式顯示儀表,二、自動(dòng)電子平衡電橋,9,1.平衡電橋測(cè)溫原理,利用平衡電橋來(lái)測(cè)量熱電阻變化。,圖4-6 平衡電橋,當(dāng)被測(cè)溫度為下限時(shí)，Rt有最小值Rt0，滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)在RP的左端，此時(shí)電橋的平衡條件是,（4-3）,第一節(jié) 模擬式顯示儀表,滑動(dòng)觸點(diǎn)B的位置就可以反映電阻的變化，亦即反映了溫度的變化。并且可以看到觸點(diǎn)的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。,結(jié)論,當(dāng)被測(cè)溫度升高后的平衡條件是,（4-4）,用式（4-4）減式（4-3），則得,（4-5）,10,第一節(jié) 模擬式顯示儀表

6、,11,2.自動(dòng)電子平衡電橋,圖4-7 自動(dòng)平衡電橋結(jié)構(gòu)原理圖,圖4-8 自動(dòng)電子平衡電橋方框圖,為了準(zhǔn)確地指示出被測(cè)溫度的數(shù)值，將熱電阻的連接采用三線制接法，并加外接調(diào)整電阻。,第一節(jié) 模擬式顯示儀表,12,3.自動(dòng)電子平衡電橋與自動(dòng)電子電位差計(jì)的比較,相同處,與這兩種儀表配套的測(cè)溫元件（熱電偶、熱電阻）在外形結(jié)構(gòu)上十分相似。 儀表的外形及其組成：如放大器、可逆電機(jī)、同步電機(jī)及指示記錄部分都是完全相同的。,第一節(jié) 模擬式顯示儀表,不同處,它們的輸入信號(hào)不同。 兩者的作用原理不同。 當(dāng)用熱電偶配電子電位差計(jì)測(cè)溫時(shí)，其測(cè)量橋路需要考慮熱電偶冷端溫度的自動(dòng)補(bǔ)償問(wèn)題；而用熱電阻配電子平衡電橋測(cè)溫時(shí)，

7、則不存在這個(gè)問(wèn)題。 測(cè)溫元件與測(cè)量橋路的連接方式不同。,13,第一節(jié) 模擬式顯示儀表,其他模擬式顯示儀表：,動(dòng)圈式顯示儀表,采用靈敏度較高的磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為指針的角位移，實(shí)質(zhì)上是一種利用偏差法測(cè)量電流的儀表。,光柱式顯示儀表,將輸入信號(hào)通過(guò)由許多發(fā)光二極管組成的光柱顯示出來(lái)，具有顯示醒目、形象直觀、精度穩(wěn)定的特點(diǎn)。,14,第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表,一、數(shù)字式顯示儀表的特點(diǎn)及分類,特點(diǎn),清晰直觀、讀數(shù)方便、不會(huì)產(chǎn)生視差。 線路簡(jiǎn)單、可靠性好、耐振性好。 有利于制造、調(diào)試和維修，降低生產(chǎn)成本。,分類,按輸入信號(hào)的形式來(lái)分，有電壓型和頻率型兩類。 按被測(cè)信號(hào)的點(diǎn)數(shù)來(lái)分，它又可分成單點(diǎn)和多

8、點(diǎn)兩種。 根據(jù)儀表所具有的功能，又可分為數(shù)字顯示儀、數(shù)字顯示報(bào)警儀、數(shù)字顯示輸出儀、數(shù)字顯示記錄儀以及具有復(fù)合功能的數(shù)字顯示報(bào)警輸出記錄儀等,15,第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表,圖4-9 數(shù)字式顯示儀表分類圖,16,第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表,二、數(shù)字式顯示儀表的基本組成,17,圖4-10 數(shù)顯儀表組成結(jié)構(gòu),1.信號(hào)變換電路,2.前置放大電路,3.非線性校正或開(kāi)方運(yùn)算電路,4.模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（AD轉(zhuǎn)換）,5.標(biāo)度變換電路,6.數(shù)字顯示電路及光柱電平驅(qū)動(dòng)電路,7.VI轉(zhuǎn)換電路和控制電路,第三節(jié) 新型顯示儀表,一、無(wú)筆、無(wú)紙記錄儀,18,1.概論,以CPU為核心采用液晶顯示的記錄儀，直接把記錄信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)后，送到隨機(jī)存儲(chǔ)器加以保存，并在大屏液晶顯示屏上加以顯示。,2.無(wú)筆、無(wú)紙記錄儀的原理和組成,圖4-11 無(wú)筆、無(wú)紙