第四章显示仪表ppt课件

1、第四章第四章 显示仪表显示仪表 内容提要内容提要概述概述模拟式显示仪表模拟式显示仪表动圈式仪表动圈式仪表自动电子电位差计自动电子电位差计自动电子平衡电桥自动电子平衡电桥数字式显示仪表数字式显示仪表数字式显示仪表的特点及分类数字式显示仪表的特点及分类数字式显示仪表的根本组成数字式显示仪表的根本组成新型显示仪表新型显示仪表无笔、无纸记录仪无笔、无纸记录仪虚拟显示仪表虚拟显示仪表概概 述述 显示仪表普通都装在控制室的仪表盘上。它和各种丈量元件或变送单元配套运用；显示仪表普通都装在控制室的仪表盘上。它和各种丈量元件或变送单元配套运用；又能与控制单元配套运用，对消费过程中的各参数进展自动控制和显示。又能

2、与控制单元配套运用，对消费过程中的各参数进展自动控制和显示。 模拟式显示仪表模拟式显示仪表数字显示仪表数字显示仪表屏幕显示仪表屏幕显示仪表第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表一、动圈式显示仪表一、动圈式显示仪表动圈式显示仪表是一种开展较早的模拟动圈式显示仪表是一种开展较早的模拟式显示仪表，常与热电偶、热电阻、霍式显示仪表，常与热电偶、热电阻、霍尔式压力变送器等配合运用，用来指示、尔式压力变送器等配合运用，用来指示、调理温度和压力等工艺参数。调理温度和压力等工艺参数。动圈式显示仪表由丈量线路和丈量机构动圈式显示仪表由丈量线路和丈量机构两大部分组成。两大部分组成。动圈式仪表按其功能可分为指示

3、型动圈式仪表按其功能可分为指示型XCZXCZ型和调理型型和调理型XZTXZT型。按其输入信号型。按其输入信号的一次检测元件不同可分为热电偶的一次检测元件不同可分为热电偶mVmV输入和热电阻电阻输入式动圈仪输入和热电阻电阻输入式动圈仪表。表。1 1电磁力矩电磁力矩MiMi与经过动圈的电流与经过动圈的电流I I成正比关成正比关系系: Mi=C1I: Mi=C1I2 2由于由于MiMi作用作用, ,使动圈张丝产生的反力矩使动圈张丝产生的反力矩MfMf与动圈的转动角度与动圈的转动角度成正比成正比, ,即即Mf=C2Mf=C23 3Mi=Mf =Mi=Mf =C1/C2C1/C2* *I=CI I=CI

4、 I=E(t ,t0)/R I=E(t ,t0)/R总总 =CE(t,to)/R =CE(t,to)/R总总二、自动电子电位差计二、自动电子电位差计 根据平衡法将被测电势与知的规范电势相比较，当两者的差值为根据平衡法将被测电势与知的规范电势相比较，当两者的差值为零时，被测电势就等于知的规范电势。零时，被测电势就等于知的规范电势。 图4-1 电压平衡原理图CBCBIRU0检条件：IUECBt丈量时，可调理滑动触点丈量时，可调理滑动触点C C的位置，使的位置，使同时有同时有根据这种电压平衡原理来进展任务。根据这种电压平衡原理来进展任务。 用可逆电动机及一套机械传动机构替代了人手进用可逆电动机及一套

5、机械传动机构替代了人手进展电压平衡操作；展电压平衡操作； 用放大器替代了检流计来检测不平衡电压并控制用放大器替代了检流计来检测不平衡电压并控制可逆电机的任务。可逆电机的任务。 图4-2 电子电位差计原理图 电子电位差计既坚持了手动电位差计电子电位差计既坚持了手动电位差计丈量精度高的优点，而且无须用手去调理丈量精度高的优点，而且无须用手去调理就能自动指示和记录被测温度值。就能自动指示和记录被测温度值。 结论结论5图4-3 电位差计丈量桥路原理图图4-2 电子电位差计原理图1 1冷端温度补偿问题冷端温度补偿问题举例举例 假设把假设把R R做成随温度变化的电阻，且在温度从做成随温度变化的电阻，且在温

6、度从00升高到升高到2525时，其阻值变化量时，其阻值变化量R2R20.50.5，这，这时，电阻时，电阻R2R2上的电压降上的电压降UDBUDB也增大，也增大，UDBUDBR2I2R2I21mV1mV。为了一致规格，上支路的电流规定为。为了一致规格，上支路的电流规定为4mA4mA或或2mA2mA，下支路电流规定，下支路电流规定2mA2mA或或1mA1mA。由于丈量桥路的补偿电压。由于丈量桥路的补偿电压UCDUCDUCBUCBUDBUDB，如今，如今UDBUDB添加了添加了1mV1mV，那么，那么UCDUCD就会减少就会减少1mV1mV，此时滑动触点，此时滑动触点C C的平衡位置不需变化。由于的

7、平衡位置不需变化。由于UCDUCD的变化与热电势的变化相等，的变化与热电势的变化相等，故能起到温度补偿作用，使仪表的指示值根本不受冷端温度变化的影响。故能起到温度补偿作用，使仪表的指示值根本不受冷端温度变化的影响。 67 72 2量程匹配问题量程匹配问题图图4-4 XW4-4 XW系列电位差计丈量桥路原理图系列电位差计丈量桥路原理图R2R2冷端补偿铜电阻；冷端补偿铜电阻；RMRM量程量程电阻；电阻；RBRB工艺电阻；工艺电阻；RPRP滑线滑线电阻；电阻；R4R4终端电阻限流电终端电阻限流电阻；阻；R3R3限流电阻；限流电阻；RGRG始端始端电阻；电阻；EE稳压电源稳压电源1V1V；I1I1上上

8、支路电流支路电流4mA4mA；I2I2下支路电流下支路电流2mA2mAR2R2铜电阻装在仪表后接线板上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。以使其和热电偶冷端处于同一温度。下支路限流电阻下支路限流电阻R3 R3 它与它与R2R2配合，配合，保证了下支路回路的任务电流为保证了下支路回路的任务电流为2mA2mA。 上支路限流电阻上支路限流电阻R4 R4 把上支路的把上支路的任务电流限定在任务电流限定在4mA4mA。滑线电阻滑线电阻RP RP 仪表的示值误差、仪表的示值误差、记录误差、变差、灵敏度以及仪记录误差、变差、灵敏度以及仪表运转的平滑性等都和滑线电阻表运转的平滑性等都和滑线

9、电阻的优劣有关。的优劣有关。 量程电阻量程电阻RM RM 决议仪表量程大小决议仪表量程大小的电阻。的电阻。始端下限电阻始端下限电阻RG RG 大小取决大小取决于丈量下限的高低。于丈量下限的高低。丈量桥路丈量桥路放大器放大器可逆电机可逆电机指示机构指示机构记录机构记录机构 图图4-5 电子电位差计方框原理图电子电位差计方框原理图二、自动电子平衡电桥二、自动电子平衡电桥9 9利用平衡电桥来丈量热电阻变化。利用平衡电桥来丈量热电阻变化。图图4-6 4-6 平衡电桥平衡电桥 当被测温度为下限时，当被测温度为下限时，RtRt有最小值有最小值Rt0Rt0，滑动，滑动触点应在触点应在RPRP的左端，此时电桥

10、的平衡条件是的左端，此时电桥的平衡条件是4230RRRRRPt4-34-3 滑动触点滑动触点B B的位置就可以反映电阻的变化，亦即反映了温度的变化。并且的位置就可以反映电阻的变化，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。可以看到触点的位移与热电阻的增量呈线性关系。 结论结论142130rRRrRRRRPttttRRRRrrRRrRR323112313当被测温度升高后的平衡条件是当被测温度升高后的平衡条件是4-4用式用式4-44-4减式减式4-34-3，那么得，那么得4-51011图4-7 自动平衡电桥构造原理图图4-8 自动电子平衡电桥方框图 为了准确地指示出被测

11、温度的数值，将热电阻的衔接采用三线制接法，并加为了准确地指示出被测温度的数值，将热电阻的衔接采用三线制接法，并加外接调整电阻。外接调整电阻。 12与这两种仪表配套的测温元件热电偶、热电阻与这两种仪表配套的测温元件热电偶、热电阻在外形构造上非常类似。在外形构造上非常类似。仪表的外形及其组成：如放大器、可逆电机、同步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一样的。电机及指示记录部分都是完全一样的。 它们的输入信号不同。它们的输入信号不同。两者的作用原理不同。两者的作用原理不同。当用热电偶配电子电位差计测温时，其丈量桥路需当用热电偶配电子电位差计测温时，其丈量桥路需求思

12、索热电偶冷端温度的自动补偿问题；而用热电求思索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，那么不存在这个问题。阻配电子平衡电桥测温时，那么不存在这个问题。测温元件与丈量桥路的衔接方式不同。测温元件与丈量桥路的衔接方式不同。 13 将输入信号经过由许多发光二极管组成的光柱显示出来，具有显示醒目、笼统将输入信号经过由许多发光二极管组成的光柱显示出来，具有显示醒目、笼统直观、精度稳定的特点。直观、精度稳定的特点。 14第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表一、数字式显示仪表的特点及分类一、数字式显示仪表的特点及分类 明晰直观、读数明晰直观、读数方便、不会产生视方便、不会产生视差

13、。差。 线路简单、可靠线路简单、可靠性好、耐振性好。性好、耐振性好。 有利于制造、调有利于制造、调试和维修，降低消试和维修，降低消费本钱。费本钱。 按输入信号的方式来分，有电压按输入信号的方式来分，有电压型和频率型两类。型和频率型两类。 按被测信号的点数来分，它又可按被测信号的点数来分，它又可分成单点和多点两种。分成单点和多点两种。 根据仪表所具有的功能，又可分根据仪表所具有的功能，又可分为数字显示仪、数字显示报警仪、为数字显示仪、数字显示报警仪、数字显示输出仪、数字显示记录仪数字显示输出仪、数字显示记录仪以及具有复合功能的数字显示报警以及具有复合功能的数字显示报警输出记录仪等输出记录仪等15

14、图4-9 数字式显示仪表分类图16二、数字式显示仪表的根本组成二、数字式显示仪表的根本组成图图4-10 4-10 数显仪表组成构造数显仪表组成构造l数字式仪表的原理：数字式仪表的原理：l 被测参数经检测元件和变送器转换成相应的电被测参数经检测元件和变送器转换成相应的电信号，首先输入到数字式显示仪表的前置放大器进展信号，首先输入到数字式显示仪表的前置放大器进展放大，然后经放大，然后经A/DA/D转换成为数字信号。由于输入到前置转换成为数字信号。由于输入到前置放大器输入端的电模拟量与被测变量之间能够具有非放大器输入端的电模拟量与被测变量之间能够具有非线性关系，而仪表显示的数字量与被测变量之间应是线

15、性关系，而仪表显示的数字量与被测变量之间应是一一对应的比例关系，所以，在数字式显示仪表中设一一对应的比例关系，所以，在数字式显示仪表中设有非线性补偿和标度变换环节，以便对丈量信号进展有非线性补偿和标度变换环节，以便对丈量信号进展线性化处置和对种比例系数进展标度变换。线性化处置和对种比例系数进展标度变换。1 1信号变换电路信号变换电路将消费过程中的工艺变量经过检测变送后的信号，转换将消费过程中的工艺变量经过检测变送后的信号，转换成相应的电压或电流值。成相应的电压或电流值。2 2前置放大电路前置放大电路输入信号往往很小，必需经前置放大电路放大至伏级电输入信号往往很小，必需经前置放大电路放大至伏级电

16、压幅度，同时可在前置放大电路中加上一些滤波电路。压幅度，同时可在前置放大电路中加上一些滤波电路。3 3非线性校正或开方运算电路非线性校正或开方运算电路信号经过非线性校正电路的处置后成线性特性，以提高仪表丈量精信号经过非线性校正电路的处置后成线性特性，以提高仪表丈量精度。度。开方运算电路的作用是未来自差压变送器的差压信号转换成流量值开方运算电路的作用是未来自差压变送器的差压信号转换成流量值4 4模数转换电路模数转换电路A/DA/D转换转换数显仪表的输入信号多数为延续变化的模拟量，需经数显仪表的输入信号多数为延续变化的模拟量，需经A/DA/D转换电路将转换电路将模拟量转换成断续变化的数字量，再加以

17、驱动，点燃数码管进展数模拟量转换成断续变化的数字量，再加以驱动，点燃数码管进展数字显示。因此字显示。因此A/DA/D转换是数量仪表的中心。转换是数量仪表的中心。5 5标度变换电路标度变换电路将显示仪表的显示值和被测原始参数值一致同来，使仪表能以工程将显示仪表的显示值和被测原始参数值一致同来，使仪表能以工程量方式显示被测参数的大小。量方式显示被测参数的大小。3 3非线性校正或开方运算电路非线性校正或开方运算电路信号经过非线性校正电路的处置后成线性特性，以提高仪表丈量精信号经过非线性校正电路的处置后成线性特性，以提高仪表丈量精度。度。开方运算电路的作用是未来自差压变送器的差压信号转换成流量值开方运

18、算电路的作用是未来自差压变送器的差压信号转换成流量值4 4模数转换电路模数转换电路A/DA/D转换转换数显仪表的输入信号多数为延续变化的模拟量，需经数显仪表的输入信号多数为延续变化的模拟量，需经A/DA/D转换电路将转换电路将模拟量转换成断续变化的数字量，再加以驱动，点燃数码管进展数模拟量转换成断续变化的数字量，再加以驱动，点燃数码管进展数字显示。因此字显示。因此A/DA/D转换是数量仪表的中心。转换是数量仪表的中心。5 5标度变换电路标度变换电路将显示仪表的显示值和被测原始参数值一致同来，使仪表能以工程将显示仪表的显示值和被测原始参数值一致同来，使仪表能以工程量方式显示被测参数的大小。量方式显示被测参数的大小。6 6数字显示电路及光柱电平驱动电路数字显示电路及光柱电平驱动电路数字显示方法很多，常用的有发光二极管显示器数字显示方法很多，常用的有发光二极管显示器LEDLED和液晶显示和液晶显示器器LCDLCD等。光柱电平驱动电路是将丈量信号与一组基准值比较，等。光柱电平驱动