第四章-顯示儀表

1、第四章,顯示儀表,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(jì) 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(diǎn)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,(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(xué)量）變換成另一物理量，此物理量隨被測變量的變化作相應(yīng)變化，這種變化是對被測變量的模擬。 方式：利用標(biāo)尺、指針、曲線等方法 組成：信號變換、放大環(huán)節(jié)、磁電偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及指示記錄機(jī)構(gòu) 特點(diǎn)：工作可靠、價(jià)格低廉，能夠反映和記錄測量值的變化趨勢 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜， 讀數(shù)不夠直觀，測量速度不

2、夠迅速，測量重現(xiàn)性不好,(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(jìn)行巡回檢測、越限報(bào)警及實(shí)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(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 特點(diǎn)：顯示清晰直觀，無讀數(shù)視差。測量和顯示速度、測量準(zhǔn)確性高，重現(xiàn)性好。,(3) 新型顯示儀表,特點(diǎn)：涉及微處理技術(shù)、新型顯示技術(shù)、記錄技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)和控制技術(shù)，把信號檢測處理、顯示、記錄、數(shù)據(jù)存儲、通訊、控制、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算等多個(gè)或全部功能集合于一體,動圈式顯示儀表,核心部件是一個(gè)磁電式毫伏

3、計(jì)。輸入信號:直流毫伏標(biāo)準(zhǔn)信號,1.測量機(jī)構(gòu)及作用原理,2.外接電阻和外接調(diào)整電阻,無論在刻度或使用時(shí)，規(guī)定外線電阻R外15,3.動圈的溫度補(bǔ)償,在線路中串聯(lián)熱敏電阻Rt,當(dāng)溫度升高時(shí)，并聯(lián)的總電阻下降，而動圈的電阻增加，這樣，一個(gè)增加，一個(gè)下降，配合得當(dāng)就能得到較好的補(bǔ)償效果。 R串：改變儀表量程；錳銅絲（溫度變化對阻值無影響）,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(shí)，有：,動圈表G中無電流通過。,動圈表G中有電流通過。,2.三線制接法與外接調(diào)整電阻,從熱電阻引出三根導(dǎo)線，其中與熱電阻兩端相連的兩根導(dǎo)線分別接人橋路的兩個(gè)相鄰橋臂上，而第三根導(dǎo)線與穩(wěn)壓電源的負(fù)極相

4、連。這樣，由于環(huán)境溫度的變化而引起連接導(dǎo)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(dǎo)線的電阻）值為35,自動電子電位差計(jì)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(zhuǎn)換成毫伏及直流電壓信號的工藝變量。 原理：電壓補(bǔ)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(jì)。XW-,電壓補(bǔ)償（平衡）原理,用已知電壓來補(bǔ)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?yàn)闆]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(jì),UCB = I RCB,Et =

5、 UCB（條件：I檢 = 0),根據(jù)平衡法將被測電勢與己知的標(biāo)準(zhǔn)電勢相比較，當(dāng)兩者的差值為零時(shí)（檢流計(jì)指針指零），被測電勢就等于已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢。,工作原理,電壓測量系統(tǒng),EN = I RN,I = EN / RN,Et = UBC = I RBC = (EN / RN) RBC,手動電位差計(jì)特點(diǎn),在全補(bǔ)償時(shí)(亦即檢流計(jì)中無電流通過時(shí))進(jìn)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(dǎo)線上的壓降損失； 標(biāo)推電池的電動勢EN 、標(biāo)準(zhǔn)電阻RN及測量回路電阻的精度高； 應(yīng)用了高靈敏度檢流計(jì)。 因此測量結(jié)果準(zhǔn)確性高。,缺點(diǎn)： （1）手動操作不方便； （2） 不能連續(xù)進(jìn)行測量。,優(yōu)點(diǎn),用電子放大器代替檢

6、流計(jì)，驅(qū)動可逆電機(jī)，通過一套機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)帶動滑動觸點(diǎn)C，測量結(jié)果就可自動完成了。,自動電子電位差計(jì),存在的缺點(diǎn)： （1）沒有解決冷端溫度補(bǔ)償 （2） 不能進(jìn)行量程匹配，即tmin不能改變,工作原理,3.自動電子電位差計(jì)的測量橋路,（2）量程匹配問題,（1）冷端溫度補(bǔ)償問題,4.自動電子電位差計(jì)的結(jié)構(gòu),思考題： （1）RG減小，儀表的指示溫度比實(shí)際溫度高還是低？ （2）橋路電源電壓增加，對測量有何影響？,圖6-4 電位差計(jì)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 400900對應(yīng)的熱電勢為16.39537.325mV。,8,假定由于R2的存在,實(shí)現(xiàn)了冷端溫度的全補(bǔ)償,故冷端溫

7、度的變化對熱電勢的影響可以不予考慮。當(dāng)溫度在測量下限400時(shí),滑動觸點(diǎn)移至滑線電阻的最左端,此時(shí)根據(jù),得,根據(jù)測量范圍的要求,滑線觸點(diǎn)由滑線電阻的最左端移至最右端,電壓差應(yīng)為,9,因此,RP、RB、RM并聯(lián)后的等效電阻 RnP應(yīng)為,已知 RPRB= 90,可求得 R M5. 55。,根據(jù)式(6-2),可得,10,電橋平衡原理,圖4-6 平衡橋路原理圖,在量程起點(diǎn)：,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(diǎn)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,如果將檢流計(jì)換成電子放大器，利用放大后的不平衡電壓去驅(qū)動可逆電機(jī)，使可逆電機(jī)帶動滑動觸點(diǎn)B以達(dá)到

8、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(dǎo)線電阻是2.5。RP為滑線電阻，RP與RB并聯(lián)后的電阻值為90，R5為量程電阻，R6為調(diào)整儀表起始刻度的電阻。當(dāng)測量溫度在量程起點(diǎn)時(shí)調(diào)整R6，使滑動觸點(diǎn)移到滑線電阻最左端；當(dāng)測量溫度在量程終點(diǎn)時(shí)調(diào)整R5，使滑動觸點(diǎn)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,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。,自

9、動電子平衡電橋與自動電子電位差計(jì)的比較,相似點(diǎn)： （1）配套的測溫元件（熱電偶、熱電阻）在外形結(jié)構(gòu)上相似 （2）外形及其組成：放大器，可逆電機(jī)，同步電機(jī)及指示記錄部分相同,不同點(diǎn)： （1） 輸入信號不同 電位差計(jì)：電勢；電子平衡電橋：電阻 （2）作用原理不同 電位差計(jì)：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(shí)，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(jì)：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(jì)：兩線制接法；電子平衡電橋：三線制接法 （5）補(bǔ)償方式不同 電位差計(jì)：冷端溫度的補(bǔ)償；電子平衡電橋：導(dǎo)接的補(bǔ)償,兩個(gè)

10、系統(tǒng)比較,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(qiáng)。由于儀表采用模塊化設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)的電流信號（010mA直流電流或420mA直流電流）和報(bào)警信號。 儀表具有非線性校正及開方運(yùn)算電路，配接熱電偶測溫時(shí)具有冷端溫度補(bǔ)償功能，配接熱電阻時(shí)考慮了外線電阻的補(bǔ)償，配接差壓變送器測流量時(shí)可直接顯示流量值。,4.2 數(shù)字式顯示儀表,4.2.0

11、 概述,4.2.1 分類 (1)按功能：顯示型、顯示報(bào)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(diǎn)數(shù)：單點(diǎn)和多點(diǎn) (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）。,4.2.2 主要技術(shù)指標(biāo) (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(gè)字時(shí)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、干擾擬制系數(shù)等,4.2.3 數(shù)字式顯示儀表的基本組成,當(dāng)前的顯示儀表是涉及微處理技術(shù)、新型顯示技術(shù)、記錄技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)和控制技術(shù)，把信號檢測處理、顯示、記錄、數(shù)據(jù)儲存、通訊、控制、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算等多個(gè)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,4.3.0 概述,4.3.1 顯示儀表的發(fā)展動態(tài),4.3.2 無紙記錄儀 特點(diǎn)：