第二章 显示仪表

第二章显示仪表本章内容动圈式显示仪表自动电子电位差计自动电子平衡电桥凡是能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表统称为显示仪表。显示仪表一般都装在控制室的仪表盘上。他与各种测量元件或变送单元配套使用，连续的显示或记录生产过程中各参数的变化情况。它又能与控制单元配套使用，对生产过程中的各参数进行自动控制和显示。

按照能源来分：可分为电动显示仪表、气动显示仪表；

无纸记录仪（电动）电子称按照显示方式来分：可分为模拟式、数字式和图像显示仪表三种。显示仪表分类

模拟式显示仪表

是以仪表的指针(或记录笔)的线性位移或角位移来模拟显示被测参数连续变化的仪表。

这类仪表大多数要使用磁电偏转机构或机电式伺服机构，因此，测量速度较慢，精度较低、读数容易造成多值性。但它结构简单、工作可靠、价格低廉且又能反映出被测值的变化趋势，因而大量应用于工业生产中。模拟示波器DF4328数字显示仪表是直接以数字形式显示被测参数值大小的仪表。电压电流表这类仪表测量速度快、精度高、读数直观，对所测参数便于进行数值控制和数字打印记录，尤其是它能将模拟信号转换为数字量，便于和数字计算机或其他数字装置联用，得到迅速的发展。

就是将图形、曲线、字符和数字等直接在屏幕上进行显示。它是随着电子计算机的推广应用而相应发展起来的一种新型显示仪器，其中应用比较普遍的是液晶显示器。

图像显示SSD-1000阿洛卡超声波诊断仪第一节动圈式显示仪表

动圈式显示仪表是我国自行设计制造的系列仪表产品，命名为ＸＣ系列。ＸＣ系列按其功能有指示型（ＸＣＺ）和指示控制型（ＸＣＴ）两个系列。XCZ型动圈仪表可指示被测参数；

XCT型动圈仪表除对参数指示外，还有控制功能。

可以是直流毫伏信号，如检测元件或传感器或变送器送来的直流毫伏信号；也可以是非电势信号但必须经过适当转换电路后能转换成电势信号的参数。动圈式显示仪表结构简单，使用方便，价格便宜，因此在工业生产中，尤其是在中小型企业得到广泛应用。动圈式仪表的输入信号动圈式仪表的特点一、XCZ－101型动圈式显示仪表

XCZ—10l型动圈式仪表是与热电偶配套使用的显示仪表。型号：XCZ－10l显示仪表动圈式、磁电式指示仪1配热电偶0无意义（表示调节方式）1单标尺（表示设计序列或种类）测量机构及作用原理结构匀强永久磁场一对径向同心永磁极芯（场强处处相等）动圈

置于永久磁场中的矩形可动线圈（漆包线绕制）

张丝支撑（铍青铜）弹性吊带，兼作电流导线动圈式仪表测量机构的核心部件是一个磁电式毫伏计。作用原理ＸＣ系列动圈式仪表测量机构的核心部件是一个磁电式毫伏计。动圈是具有绝缘层的细铜线制成的矩形框，用张丝支承（张丝还兼作导流丝），置于永久磁钢的空间磁场中，当热电偶产生热电势,毫伏信号加在动圈上时便有电流流过动圈，根据载流线圈在磁场中受力的原理，动圈在电磁力矩的作用下产生转动。动圈的偏转使张丝扭转，从而产生反抗动圈转动的力矩。当两力矩平衡时，线圈就停某一位置上。由于动圈的位置与输入毫伏信号相对应，当面板直接刻成温度标尺时，装在动圈上的指针就指示出被测介质的温度值。

当

F＝BI·L；S＝L·2r；N－动圈匝数；I－被测电流值；B－场强；S－线圈面积；L－线圈高度（磁场中载流导线的有效长度）。

Φ－动圈旋转角度（约30o左右）;k＝C·2r；C－弹性系数（在较小的扭转范围内近似常数）。

电旋转力矩

M磁＝N·I·B·S张丝吊带扭转产生的对动圈的反旋转力矩M反＝k·Φ即：Φ＝kˊ·I；kˊ－仪表常数上式表明：动圈偏转角度处处与引起线圈旋转的电流成正比。（动圈表相当于电流表）；指针停留的位置即线性表征了流进动圈电流的大小。此时若将热电偶温度计的热电势作为动圈的输入量，如果回路中总电阻恒定，则依据欧姆定律，仪表指针的偏转角度线性的表示了被测热电势的大小。力矩达平衡时M磁＝M反外接电阻和外接调整电阻流过动圈的电流不仅和热电偶的热电势E(t，t0)有关，也和回路内总的电阻有关，按欧姆定律，流过动圈的电流应为：现实测量中由于热电偶距显示仪表的距离长短不一，则R总的数值就不同，配热电偶的动圈仪表统一规定外线路电阻R外=15Ω；这时，表内设有外线路调整电阻R调（电位器）。E＝I×R总R调＝15Ω-(R热+R补+R铜）热电势测量的前提条件是回路中总电阻R为定值动圈的温度补偿R动R串R调RTRB

动圈本身是用铜导线绕制而成的，当环境温度升高时，电阻就增大，在相同的毫伏信号输入的情况下，回路内电流将会减少，仪表的指示值就偏低。因此，也需要进行温度补偿。一般是在线路中串接热敏电阻RT

。TRt金属电阻热敏电阻热敏电阻的电阻值随温度的升高而下降，且呈指数规律变化。但是，如果只用热敏电阻补偿就过头了，因此再用一个锰铜丝绕制的电阻R并(50Ω)和热敏电阻RT(20℃时为68Ω)并联，以削弱RT的影响，此并联后的特性接近于线性变化。

R动R串R调RTR并当温度升高时，并联总电阻下降，而动圈的电阻增加，一个增加，一个下降，如果配合得好，就能得到较好的补偿效果。

R动R串R调RTR并R串：这个恒定电阻较大，使动圈电阻随温度变化而引起测量的相对误差减少。用锰铜丝绕制，数值可按量程大小选择。

动圈表实质是电流表，仪表指针的偏转角度限定了电流值，电流一定时，对应于不同热电偶的不同测温范围所产生的热电势，只要成比例改变回路电阻R，就能适应不同量程范围，R串----量程调整电阻。

动圈表误差分析:

1基本误差：变差小，摩擦小2不完全平衡误差：重心不平衡3刻度误差及调整误差

附加误差分析:1外线路电阻不符合规定所带来的误差2仪表所处环境温度变化时带来的误差（铜丝绕制动圈，连接

热电偶＋动圈表内连接导线无补偿）3仪表在受到外界电磁场作用时，产生一定误差二、XCZ—102型动圈式显示仪表

XCZ—102型动圈仪表与热电阻相配套构成热电阻温度计。

结构稳压电源动圈仪表不平衡测量桥路不平衡电桥

电桥平衡时，动圈表G中无电流通过，有

R4R2=R3(R0+Rt)

设计时，一般R3=R4，R2=R0+Rt。如将Rt至于某一测温点，当测温点温度升高时，上等式不成立，Ucd增大，流过G中的电流就大。`-------测量原理三线制与外接调整电阻为了准确的指示出被测温度的高低，将热电阻采用三线制接法，并加外接调整电阻。为了克服因连接导线长短不同而引起的测量误差，一般规定连接导线的电阻值为3×5Ω，即每根连接导线的电阻值为5Ω。这样，仪表出厂时，就带有3个用锰铜丝绕制而成的电阻，其阻值每个为5Ω，称之为外接调整电阻。在校验仪表时，必须把这3个外接调整电阻分别接在仪表的接线端子上。在实际使用时，若每根连接导线电阻不足5Ω时，则须用外接调整电阻来补足，使外接电阻凑足为5Ω。三几点要说明的问题(1)动圈式仪表的型号为XCZ，有附加装置进行自动控制的型号为XCT。在使用时，必须注意与测温元件配套的问题。在仪表面板上注有与测温元件配套的分度号。否则将产生极大的人为误差。(3)要会使用外接调整电阻。在动圈仪表安装位置不变的情况下，安装一次测温元件时，都要重新调整一次外接调整电阻的数值，配用热电偶时，R外＝15Ω。配用热电阻时，R外＝5Ω。(4)仪表出厂时将短路端子用导线短路，实际上就是将动圈本身短接成一回路，构成一个磁感应阻尼器。

第二节自动电子电位差计

由于动圈式仪表实际上是一种测量电流的仪表，因此能引起电流变化的各种干扰因素都会导致测量误差，动圈表测温总回路电阻不够恒定（开环系统），这种误差不是靠提高仪表的加工要求就能弥补的。同时，它的可动部分容易损坏，怕震动，阻尼时间较长，且不便于实现自动记录。

利用自动电子电位差计来测量电势，就可以克服以上的缺点，提高测量精度（“电压平衡原理”）工作原理

电位差计的工作原理是根据平衡法(也称补偿法、零值法)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。

图中R为线性度很高的锰铜线绕电阻，通过它的电流I是恒定的。G为检流计，它是个灵敏度很高的电流计。

测量时，可调节滑动触点C的位置，以使RCB上的压降UCB变化，则得

一、手动电位差计UCB=IRCB

这样，当UCB＞Et时或UCB＜Et时，检流计中就有电流流过，指针就发生偏转；

只有当UCB＝Et时，检流计中无电流流过，即此时I检＝0。也就是说，这时的巳知电压UCB正好和未知热电势Et平衡，即Et=UCB（条件：I检=0）

根据滑动触点的位置．可以读出UCB，这样就达到了对未知热电势测量的目的。由上述可知，要想使工作电流I等于定值，用稳压电源供电是一个好办法。如果用电池代替稳压电源时，就应在工作回路中加调整工作电流的电位器RH和标准电阻RN。它利用标准电池EN及标准电阻RN来校准工作电流I，以确保工作电流恒定。

校准工作电流：

将开关K合在“1”的位置