第六节显示仪表

第六节显示仪表第1页，共23页，2023年，2月20日，星期三概述显示仪表：

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，

分类模拟式显示仪表数字显示仪表屏幕显示仪表2第2页，共23页，2023年，2月20日，星期三(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，测量重现性不好第3页，共23页，2023年，2月20日，星期三(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。第4页，共23页，2023年，2月20日，星期三(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。第5页，共23页，2023年，2月20日，星期三一、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，使同时有第6页，共23页，2023年，2月20日，星期三2.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

电子电位差计既保持了手动电位差计测量精度高的优点，而且无须用手去调节就能自动指示和记录被测温度值。结论第7页，共23页，2023年，2月20日，星期三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8页，共23页，2023年，2月20日，星期三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０℃升高到25℃，这时热电势将降低１mV，仪表指针会指示偏低。第9页，共23页，2023年，2月20日，星期三第六节模拟式显示仪表

如果把R２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ΔR2＝0.5Ω，这时，电阻R2上的电压降UDB也增大，ΔUDB＝ΔR2·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。第10页，共23页，2023年，2月20日，星期三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2mA①R2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。②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。

③上支路限流电阻R4把上支路的工作电流限定在4mA。④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。

⑤量程电阻RM决定仪表量程大小的电阻。⑥始端（下限）电阻RG

大小取决于测量下限的高低。第11页，共23页，2023年，2月20日，星期三二、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。第12页，共23页，2023年，2月20日，星期三

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；第13页，共23页，2023年，2月20日，星期三

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14页，共23页，2023年，2月20日，星期三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。第15页，共23页，2023年，2月20日，星期三

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。第16页，共23页，2023年，2月20日，星期三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。第17页，共23页，2023年，2月20日，星期三热电阻Rt采用三线制接法，规定每根导线电阻是2.5Ω。RP为滑线电阻，RP与RB（工艺电阻）并联后的电阻值为90Ω，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。第18页，共23页，2023年，2月20日，星期三如图所示，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90Ω；

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。第19页，共23页，2023年，2月20日，星期三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。

相同点第20页，共23页，2023年，2月20日，星期三(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。

不同点第21页，共23页，2023年，2月20日，星期三

(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)测温元件与测量桥路的