第四章-显示仪表

1、第四章,显示仪表,4.0 显示仪表概述,本章内容：,4.1 模拟式显示仪表: 自动电子电位差计 自动电子平衡电桥,4.2 数字式显示仪表: 数字式显示仪表的特点及分类, 数字式显示仪表的基本组成,4.3 新型显示仪表: 无笔、无纸记录仪 虚拟显示仪表,(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

2、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) 新型显示仪表,特点：涉及微处理技术、新型显示技术、记录技术、数据存储技术和控制技术，把信号检测处理、显示、记录、数据存储、通讯、控制、复杂数学运算等多个或全部功能集合于一体,动圈式显示仪表,核心部件是一个磁电式毫伏

3、计。输入信号:直流毫伏标准信号,1.测量机构及作用原理,2.外接电阻和外接调整电阻,无论在刻度或使用时，规定外线电阻R外15,3.动圈的温度补偿,在线路中串联热敏电阻Rt,当温度升高时，并联的总电阻下降，而动圈的电阻增加，这样，一个增加，一个下降，配合得当就能得到较好的补偿效果。 R串：改变仪表量程；锰铜丝（温度变化对阻值无影响）,XCZ-102动圈式显示仪表：配用热电阻,1.不平衡电桥,电桥平衡时，有：,动圈表G中无电流通过。,动圈表G中有电流通过。,2.三线制接法与外接调整电阻,从热电阻引出三根导线，其中与热电阻两端相连的两根导线分别接人桥路的两个相邻桥臂上，而第三根导线与稳压电源的负极相

4、连。这样，由于环境温度的变化而引起连接导线电阻的变化，可以互相抵消一部分，从而减少对仪表读数的影响。,利用外接调整电阻R1使外接电阻（包括连接导线的电阻）值为35,自动电子电位差计配热电偶,功能：与温度、流量、压力、差压、成分等变送器配接，可以测量和显示能转换成毫伏及直流电压信号的工艺变量。 原理：电压补偿（平衡）原理 型号：用XW系列来命名，X表示显示仪表，W表示直流电位差计。XW-,电压补偿（平衡）原理,用已知电压来补偿（平衡）未知电压，使测量线路的电流等于零。用这种方法测量电压比较精确，因为没有电流通过测量线路，也就不存在线路电阻影响问题。,手动电位差计,UCB = I RCB,Et =

5、 UCB（条件：I检 = 0),根据平衡法将被测电势与己知的标准电势相比较，当两者的差值为零时（检流计指针指零），被测电势就等于已知的标准电势。,工作原理,电压测量系统,EN = I RN,I = EN / RN,Et = UBC = I RBC = (EN / RN) RBC,手动电位差计特点,在全补偿时(亦即检流计中无电流通过时)进行测量读数，避免了被测热电偶本身引起的压降损失和导线上的压降损失； 标推电池的电动势EN 、标准电阻RN及测量回路电阻的精度高； 应用了高灵敏度检流计。 因此测量结果准确性高。,缺点： （1）手动操作不方便； （2） 不能连续进行测量。,优点,用电子放大器代替检

6、流计，驱动可逆电机，通过一套机械传动机构带动滑动触点C，测量结果就可自动完成了。,自动电子电位差计,存在的缺点： （1）没有解决冷端温度补偿 （2） 不能进行量程匹配，即tmin不能改变,工作原理,3.自动电子电位差计的测量桥路,（2）量程匹配问题,（1）冷端温度补偿问题,4.自动电子电位差计的结构,思考题： （1）RG减小，仪表的指示温度比实际温度高还是低？ （2）桥路电源电压增加，对测量有何影响？,图6-4 电位差计测量桥路,解：根据镍铬-镍硅热电偶分度表(第五章附录三)查得 400900对应的热电势为16.39537.325mV。,8,假定由于R2的存在,实现了冷端温度的全补偿,故冷端温

7、度的变化对热电势的影响可以不予考虑。当温度在测量下限400时,滑动触点移至滑线电阻的最左端,此时根据,得,根据测量范围的要求,滑线触点由滑线电阻的最左端移至最右端,电压差应为,9,因此,RP、RB、RM并联后的等效电阻 RnP应为,已知 RPRB= 90,可求得 R M5. 55。,根据式(6-2),可得,10,电桥平衡原理,图4-6 平衡桥路原理图,在量程起点：,温度升高后：,两式相减整理得：,r1与Rt成正比关系，即滑动触点B的位置反映了电阻的变化，也即反映了温度的变化。,二、自动电子平衡电桥,如果将检流计换成电子放大器，利用放大后的不平衡电压去驱动可逆电机，使可逆电机带动滑动触点B以达到

8、电桥平衡，这就是电子自动平衡电桥的工作原理，见下图。,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。,图4-7 自动平衡电桥工作原理,图4-8 电子平衡电桥原理方框图,例：在下列情况下仪表的指针O如何变化？为什么？（a）温度升高；（b）仪表停电；（c）加大R6；（d）A线断；（e）B线断；（f）C线断；（g）Rt短路及断路。,自

9、动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较,相似点： （1）配套的测温元件（热电偶、热电阻）在外形结构上相似 （2）外形及其组成：放大器，可逆电机，同步电机及指示记录部分相同,不同点： （1） 输入信号不同 电位差计：电势；电子平衡电桥：电阻 （2）作用原理不同 电位差计：测量桥路有平衡电压输出，与被测电热大小相同，极性相反 平衡电桥：仪表到平衡时，测量桥路本身处于平衡状态，桥路无输出 （3）测温元件不同 电位差计：热电偶；电子平衡电桥：热电阻 （4）测量桥路的连接方式不同 电位差计：两线制接法；电子平衡电桥：三线制接法 （5）补偿方式不同 电位差计：冷端温度的补偿；电子平衡电桥：导接的补偿,两个

10、系统比较,数显仪表用数码管显示测量值或偏差值，清晰直观，读数方便，不会产生视差。 数显仪表普遍采用中、大规模集成电路，线路简单，可靠性好，耐振性强。由于仪表采用模块化设计方法，即不同品种的数显仪表都是由为数不多的、功能分离的模块化电路组合而成，因此有利于制造、调试和维修，降低生产成本。 数显仪表品种繁多，配接灵活，可输入多种类型测量信号，输出统一标准的电流信号（010mA直流电流或420mA直流电流）和报警信号。 仪表具有非线性校正及开方运算电路，配接热电偶测温时具有冷端温度补偿功能，配接热电阻时考虑了外线电阻的补偿，配接差压变送器测流量时可直接显示流量值。,4.2 数字式显示仪表,4.2.0

11、 概述,4.2.1 分类 (1)按功能：显示型、显示报警型、显示调节型、巡回检测型 (2)按输入信号形式：电压型、频率型 (3)按输入信号的点数：单点和多点 (4)按显示位数：3位半、4位半等多种。半位显示是指最高位是0或1。 (5)按测量速率：低速型（每秒钟测量几次到几十次）、中速型（每秒钟测量几十次到几百次）、高速型（每秒钟测量千次以上）。,4.2.2 主要技术指标 (1)显示方式： 3位半或4位半数码管显示 (2)分辨率：仪表末位数改变一个字时所代表的输入信号值，表明仪表所能显示被测参数的最小变化量。 (3)精度等级： 0.2级或0.5级 (4)输入阻抗：仪表在工作状态下呈现在仪表两输入端之间的等效阻抗，一般在10M以上。 另外，还有采样速率、干扰拟制系数等,4.2.3 数字式显示仪表的基本组成,当前的显示仪表是涉及微处理技术、新型显示技术、记录技术、数据存储技术和控制技术，把信号检测处理、显示、记录、数据储存、通讯、控制、复杂数学运算等多个或全部功能集合于一体的新型仪表。它使用方便，观察直观，功能丰富，可靠性高,4.3 新型显示仪表,4.3.0 概述,4.3.1 显示仪表的发展动态,4.3.2 无纸记录仪 特点：