第六节 显示仪表

显示仪表 概述 显示仪表 凡能将生产过程中各种参数进行指示 记录或累积的仪表 显示仪表一般都装在控制室的仪表盘上 它和各种测量元件或变送单元配套使用 又能与控制单元配套使用 2 1 模拟式显示仪表 原理 检测元件和变送器将被测变量 物理量或化学量 变换成另一物理量 此物理量随被测变量的变化作相应变化 这种变化是对被测变量的模拟 方式 利用标尺 指针 曲线等方法组成 信号变换 放大环节 磁电偏转机构及指示记录机构特点 工作可靠 价格低廉 能够反映和记录测量值的变化趋势缺点 结构较复杂 读数不够直观 测量速度不够迅速 测量重现性不好 2 数字式显示仪表 功能 直接用数字量显示或以数字形式记录打印被测变量值的仪表 可以和多种传感器配合测量 显示各种工艺参数 并且可以进行巡回检测 越限报警及实现生产过程自动控制 方式 数字式组成 由一些必要电路组成 没有模拟式显示仪表中所必需的机械运动机构 模 数转换器特点 显示清晰直观 无读数视差 测量和显示速度 测量准确性高 重现性好 3 图像显示仪表 功能 则是把被测变量用文字 符号 数码和图像配合的形式在大屏幕上直接显示出来 并配以打字记录装置 按操作者的需要任意以其中一种或者多种方式同时显示 它具有模拟显示和数字显示两钟功能 特点 经常与计算机联用 作为近代集散型控制系统中必不可少的装置 一 自动电子电位差计 电子电位差计是用来测量直流电压信号的 凡是能转换成毫伏级直流电压信号的工艺变量都能用它来测量 1 手动电位差计 工作原理 根据平衡法将被测电势与已知的标准电势相比较 当两者的差值为零时 被测电势就等于已知的标准电势 电压平衡原理图 测量时 可调节滑动触点C的位置 使 同时有 2 自动电子电位差计的工作原理 根据这种电压平衡原理来进行工作 特点 用可逆电动机及一套机械传动机构代替了人手进行电压平衡操作 用放大器代替了检流计来检测不平衡电压并控制可逆电机的工作 电子电位差计原理图 第一节模拟式显示仪表 2 自动电子电位差计的结构 测量桥路放大器可逆电机指示机构记录机构 电子电位差计方框原理图 第六节模拟式显示仪表 a 自动电子电位差计的测量桥路 电位差计测量桥路原理图 电子电位差计原理图 1 冷端温度补偿问题 举例 用镍铬 镍硅热电偶测量温度 其热端温度不变 而冷端温度从 升高到25 这时热电势将降低 mV 仪表指针会指示偏低 第六节模拟式显示仪表 如果把R 做成随温度变化的电阻 且在温度从0 升高到25 时 其阻值变化量 R2 0 5 这时 电阻R2上的电压降UDB也增大 UDB R2 I2 1mV 为了统一规格 上支路的电流规定为4mA 或2mA 下支路电流规定2mA 或1mA 因为测量桥路的补偿电压UCD UCB UDB 现在UDB增加了1mV 那么UCD就会减少1mV 此时滑动触点C的平衡位置不需变化 由于UCD的变化与热电势的变化相等 故能起到温度补偿作用 使仪表的指示值基本不受冷端温度变化的影响 B 量程匹配问题 XW系列电位差计测量桥路原理图 R2 冷端补偿铜电阻 RM 量程电阻 RB 工艺电阻 RP 滑线电阻 R4 终端电阻 限流电阻 R3 限流电阻 RG 始端电阻 E 稳压电源1V I1 上支路电流4mA I2 下支路电流2mA R2铜电阻装在仪表后接线板上以使其和热电偶冷端处于同一温度 下支路限流电阻R3它与R2配合 保证了下支路回路的工作电流为2mA 上支路限流电阻R4把上支路的工作电流限定在4mA 滑线电阻RP仪表的示值误差 记录误差 变差 灵敏度以及仪表运行的平滑性等都和滑线电阻的优劣有关 量程电阻RM决定仪表量程大小的电阻 始端 下限 电阻RG大小取决于测量下限的高低 二 自动电子平衡电桥 1 平衡电桥测温原理 利用平衡电桥来测量热电阻变化 图平衡电桥 Rt为热电阻 R2 R3 R4为固定桥臂电阻 E0为电源 G为灵敏度很高的检流计 A B为电桥输出端 RP为滑线电阻 触点B可以左右移动 当被测温度为下限时 Rt有最小值Rto 滑动触点应在RP的左端 此时电桥的平衡条件是 当被测温度升高后的平衡条件是 r1 单位刻度对应的电阻值 从上式可以看出 滑动触点B的位置就可以反映热电阻的变化 亦即反映了温度的变化 并且可以看到触点的位移与热电阻的增量呈线性关系 如果将检流计换成电子放大器 利用被放大的不平衡电压去推动可逆电机 使可逆电机再带动滑动触点B以达到电桥平衡 这就是自动平衡电桥的基本原理 第一节模拟式显示仪表 2 自动电子平衡电桥 图自动平衡电桥结构原理图 图自动电子平衡电桥方框图 为了准确地指示出被测温度的数值 将热电阻的连接采用三线制接法 并加外接调整电阻 热电阻与桥路的连接采用了三线制 这样可以减小连接导线电阻因环境温度的变化而引起的误差 自动电子平衡电桥 目前我国生产的电子自动平衡电桥有XD系列 交流平衡电桥 XQ系列 直流平衡电桥 两种 其中直流电源为1V 交流电源为6 3V 上 下支路电流I1 I2 3mA 采用交流电桥时 输出的不平衡电压是交流值 可以省去变流级而直接送到交流放大器 结构比较简单 但因无法在输入端装滤波网络 故抗干扰能力差 采用直流供电可以克服这个缺点 获得较高的精度 热电阻Rt采用三线制接法 规定每根导线电阻是2 5 RP为滑线电阻 RP与RB 工艺电阻 并联后的电阻值为90 R5为量程电阻 R6为调整仪表起始刻度的电阻 当测量温度在量程起点时调整R6 使滑动触点移到滑线电阻最左端 当测量温度在量程终点时调整R5 使滑动触点移到滑线电阻最右端 R4为限流电阻 它决定了上支路电流的I1大小 如图所示 同自动电子电位差计一样 RnP也是由三个元件所组成 RP RB R5十r5 RP与RB并联后的电阻规定为90 R5十r5是调整仪表量程的电阻 R6十r6为调整仪表起始点刻度的电阻 r5 r6作为刻度的微调用 自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较 与这两种仪表配套的测温元件 热电偶 热电阻 在外形结构上十分相似 就仪表的外形及其组成 如放大器 可逆电机 同步电机及指示记录部分都是完全相同的 相同点 1 它们的输入信号不同 电位差计输入信号是电势 而电子平衡桥输人信号是电阻 2 两者的作用原理不同电子电位差计的测量桥路在测量时 它本身是处于不平衡状态 即测量桥路有不平衡电压输出 它与被测电势大小相同 而极性相反 这样才与被测电势相补偿 从而使仪表达到平衡状态 而电子平衡电桥 当仪表达到平衡时 测量桥路本身处于平衡状态 即测量桥路无输出 不同点 3 用热电偶配电子电位差计测温时 其测量桥路需要考虑热电偶冷端温度的自动补偿问题 而用热电阻配电子平衡电桥测温时 则不存在这个问题 4 测温元