1、第四章第四章 顯示儀表顯示儀表 內(nèi)容提要內(nèi)容提要概述概述模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表動(dòng)圈式儀表動(dòng)圈式儀表自動(dòng)電子電位差計(jì)自動(dòng)電子電位差計(jì)自動(dòng)電子平衡電橋自動(dòng)電子平衡電橋數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表的特點(diǎn)及分類數(shù)字式顯示儀表的特點(diǎn)及分類數(shù)字式顯示儀表的根本組成數(shù)字式顯示儀表的根本組成新型顯示儀表新型顯示儀表無(wú)筆、無(wú)紙記錄儀無(wú)筆、無(wú)紙記錄儀虛擬顯示儀表虛擬顯示儀表概概 述述 顯示儀表普通都裝在控制室的儀表盤上。它和各種丈量元件或變送單元配套運(yùn)用；顯示儀表普通都裝在控制室的儀表盤上。它和各種丈量元件或變送單元配套運(yùn)用；又能與控制單元配套運(yùn)用，對(duì)消費(fèi)過(guò)程中的各參數(shù)進(jìn)展自動(dòng)控制和顯示。又能

2、與控制單元配套運(yùn)用，對(duì)消費(fèi)過(guò)程中的各參數(shù)進(jìn)展自動(dòng)控制和顯示。 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表數(shù)字顯示儀表數(shù)字顯示儀表屏幕顯示儀表屏幕顯示儀表第一節(jié)第一節(jié) 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表一、動(dòng)圈式顯示儀表一、動(dòng)圈式顯示儀表動(dòng)圈式顯示儀表是一種開展較早的模擬動(dòng)圈式顯示儀表是一種開展較早的模擬式顯示儀表，常與熱電偶、熱電阻、霍式顯示儀表，常與熱電偶、熱電阻、霍爾式壓力變送器等配合運(yùn)用，用來(lái)指示、爾式壓力變送器等配合運(yùn)用，用來(lái)指示、調(diào)理溫度和壓力等工藝參數(shù)。調(diào)理溫度和壓力等工藝參數(shù)。動(dòng)圈式顯示儀表由丈量線路和丈量機(jī)構(gòu)動(dòng)圈式顯示儀表由丈量線路和丈量機(jī)構(gòu)兩大部分組成。兩大部分組成。動(dòng)圈式儀表按其功能可分為指示

3、型動(dòng)圈式儀表按其功能可分為指示型XCZXCZ型和調(diào)理型型和調(diào)理型XZTXZT型。按其輸入信號(hào)型。按其輸入信號(hào)的一次檢測(cè)元件不同可分為熱電偶的一次檢測(cè)元件不同可分為熱電偶mVmV輸入和熱電阻電阻輸入式動(dòng)圈儀輸入和熱電阻電阻輸入式動(dòng)圈儀表。表。1 1電磁力矩電磁力矩MiMi與經(jīng)過(guò)動(dòng)圈的電流與經(jīng)過(guò)動(dòng)圈的電流I I成正比關(guān)成正比關(guān)系系: Mi=C1I: Mi=C1I2 2由于由于MiMi作用作用, ,使動(dòng)圈張絲產(chǎn)生的反力矩使動(dòng)圈張絲產(chǎn)生的反力矩MfMf與動(dòng)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)角度與動(dòng)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)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總總 =CE(t,to)/R =CE(t,to)/R總總二、自動(dòng)電子電位差計(jì)二、自動(dòng)電子電位差計(jì) 根據(jù)平衡法將被測(cè)電勢(shì)與知的規(guī)范電勢(shì)相比較，當(dāng)兩者的差值為根據(jù)平衡法將被測(cè)電勢(shì)與知的規(guī)范電勢(shì)相比較，當(dāng)兩者的差值為零時(shí)，被測(cè)電勢(shì)就等于知的規(guī)范電勢(shì)。零時(shí)，被測(cè)電勢(shì)就等于知的規(guī)范電勢(shì)。 圖4-1 電壓平衡原理圖CBCBIRU0檢條件：IUECBt丈量時(shí)，可調(diào)理滑動(dòng)觸點(diǎn)丈量時(shí)，可調(diào)理滑動(dòng)觸點(diǎn)C C的位置，使的位置，使同時(shí)有同時(shí)有根據(jù)這種電壓平衡原理來(lái)進(jìn)展任務(wù)。根據(jù)這種電壓平衡原理來(lái)進(jìn)展任務(wù)。 用可逆電動(dòng)機(jī)及一套機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)替代了人手進(jìn)用可逆電動(dòng)機(jī)及一套

5、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)替代了人手進(jìn)展電壓平衡操作；展電壓平衡操作； 用放大器替代了檢流計(jì)來(lái)檢測(cè)不平衡電壓并控制用放大器替代了檢流計(jì)來(lái)檢測(cè)不平衡電壓并控制可逆電機(jī)的任務(wù)。可逆電機(jī)的任務(wù)。 圖4-2 電子電位差計(jì)原理圖 電子電位差計(jì)既堅(jiān)持了手動(dòng)電位差計(jì)電子電位差計(jì)既堅(jiān)持了手動(dòng)電位差計(jì)丈量精度高的優(yōu)點(diǎn)，而且無(wú)須用手去調(diào)理丈量精度高的優(yōu)點(diǎn)，而且無(wú)須用手去調(diào)理就能自動(dòng)指示和記錄被測(cè)溫度值。就能自動(dòng)指示和記錄被測(cè)溫度值。 結(jié)論結(jié)論5圖4-3 電位差計(jì)丈量橋路原理圖圖4-2 電子電位差計(jì)原理圖1 1冷端溫度補(bǔ)償問(wèn)題冷端溫度補(bǔ)償問(wèn)題舉例舉例 假設(shè)把假設(shè)把R R做成隨溫度變化的電阻，且在溫度從做成隨溫度變化的電阻，且在溫

6、度從00升高到升高到2525時(shí)，其阻值變化量時(shí)，其阻值變化量R2R20.50.5，這，這時(shí)，電阻時(shí)，電阻R2R2上的電壓降上的電壓降UDBUDB也增大，也增大，UDBUDBR2I2R2I21mV1mV。為了一致規(guī)格，上支路的電流規(guī)定為。為了一致規(guī)格，上支路的電流規(guī)定為4mA4mA或或2mA2mA，下支路電流規(guī)定，下支路電流規(guī)定2mA2mA或或1mA1mA。由于丈量橋路的補(bǔ)償電壓。由于丈量橋路的補(bǔ)償電壓UCDUCDUCBUCBUDBUDB，如今，如今UDBUDB添加了添加了1mV1mV，那么，那么UCDUCD就會(huì)減少就會(huì)減少1mV1mV，此時(shí)滑動(dòng)觸點(diǎn)，此時(shí)滑動(dòng)觸點(diǎn)C C的平衡位置不需變化。由于的

7、平衡位置不需變化。由于UCDUCD的變化與熱電勢(shì)的變化相等，的變化與熱電勢(shì)的變化相等，故能起到溫度補(bǔ)償作用，使儀表的指示值根本不受冷端溫度變化的影響。故能起到溫度補(bǔ)償作用，使儀表的指示值根本不受冷端溫度變化的影響。 67 72 2量程匹配問(wèn)題量程匹配問(wèn)題圖圖4-4 XW4-4 XW系列電位差計(jì)丈量橋路原理圖系列電位差計(jì)丈量橋路原理圖R2R2冷端補(bǔ)償銅電阻；冷端補(bǔ)償銅電阻；RMRM量程量程電阻；電阻；RBRB工藝電阻；工藝電阻；RPRP滑線滑線電阻；電阻；R4R4終端電阻限流電終端電阻限流電阻；阻；R3R3限流電阻；限流電阻；RGRG始端始端電阻；電阻；EE穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源1V1V；I1I1上上

8、支路電流支路電流4mA4mA；I2I2下支路電流下支路電流2mA2mAR2R2銅電阻裝在儀表后接線板上銅電阻裝在儀表后接線板上以使其和熱電偶冷端處于同一溫度。以使其和熱電偶冷端處于同一溫度。下支路限流電阻下支路限流電阻R3 R3 它與它與R2R2配合，配合，保證了下支路回路的任務(wù)電流為保證了下支路回路的任務(wù)電流為2mA2mA。 上支路限流電阻上支路限流電阻R4 R4 把上支路的把上支路的任務(wù)電流限定在任務(wù)電流限定在4mA4mA。滑線電阻滑線電阻RP RP 儀表的示值誤差、儀表的示值誤差、記錄誤差、變差、靈敏度以及儀記錄誤差、變差、靈敏度以及儀表運(yùn)轉(zhuǎn)的平滑性等都和滑線電阻表運(yùn)轉(zhuǎn)的平滑性等都和滑線

9、電阻的優(yōu)劣有關(guān)。的優(yōu)劣有關(guān)。 量程電阻量程電阻RM RM 決議儀表量程大小決議儀表量程大小的電阻。的電阻。始端下限電阻始端下限電阻RG RG 大小取決大小取決于丈量下限的高低。于丈量下限的高低。丈量橋路丈量橋路放大器放大器可逆電機(jī)可逆電機(jī)指示機(jī)構(gòu)指示機(jī)構(gòu)記錄機(jī)構(gòu)記錄機(jī)構(gòu) 圖圖4-5 電子電位差計(jì)方框原理圖電子電位差計(jì)方框原理圖二、自動(dòng)電子平衡電橋二、自動(dòng)電子平衡電橋9 9利用平衡電橋來(lái)丈量熱電阻變化。利用平衡電橋來(lái)丈量熱電阻變化。圖圖4-6 4-6 平衡電橋平衡電橋 當(dāng)被測(cè)溫度為下限時(shí)，當(dāng)被測(cè)溫度為下限時(shí)，RtRt有最小值有最小值Rt0Rt0，滑動(dòng)，滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)在觸點(diǎn)應(yīng)在RPRP的左端，此時(shí)電橋

10、的平衡條件是的左端，此時(shí)電橋的平衡條件是4230RRRRRPt4-34-3 滑動(dòng)觸點(diǎn)滑動(dòng)觸點(diǎn)B B的位置就可以反映電阻的變化，亦即反映了溫度的變化。并且的位置就可以反映電阻的變化，亦即反映了溫度的變化。并且可以看到觸點(diǎn)的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系?？梢钥吹接|點(diǎn)的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。 結(jié)論結(jié)論142130rRRrRRRRPttttRRRRrrRRrRR323112313當(dāng)被測(cè)溫度升高后的平衡條件是當(dāng)被測(cè)溫度升高后的平衡條件是4-4用式用式4-44-4減式減式4-34-3，那么得，那么得4-51011圖4-7 自動(dòng)平衡電橋構(gòu)造原理圖圖4-8 自動(dòng)電子平衡電橋方框圖 為了準(zhǔn)確地指示出被測(cè)

11、溫度的數(shù)值，將熱電阻的銜接采用三線制接法，并加為了準(zhǔn)確地指示出被測(cè)溫度的數(shù)值，將熱電阻的銜接采用三線制接法，并加外接調(diào)整電阻。外接調(diào)整電阻。 12與這兩種儀表配套的測(cè)溫元件熱電偶、熱電阻與這兩種儀表配套的測(cè)溫元件熱電偶、熱電阻在外形構(gòu)造上非常類似。在外形構(gòu)造上非常類似。儀表的外形及其組成：如放大器、可逆電機(jī)、同步儀表的外形及其組成：如放大器、可逆電機(jī)、同步電機(jī)及指示記錄部分都是完全一樣的。電機(jī)及指示記錄部分都是完全一樣的。 它們的輸入信號(hào)不同。它們的輸入信號(hào)不同。兩者的作用原理不同。兩者的作用原理不同。當(dāng)用熱電偶配電子電位差計(jì)測(cè)溫時(shí)，其丈量橋路需當(dāng)用熱電偶配電子電位差計(jì)測(cè)溫時(shí)，其丈量橋路需求思

12、索熱電偶冷端溫度的自動(dòng)補(bǔ)償問(wèn)題；而用熱電求思索熱電偶冷端溫度的自動(dòng)補(bǔ)償問(wèn)題；而用熱電阻配電子平衡電橋測(cè)溫時(shí)，那么不存在這個(gè)問(wèn)題。阻配電子平衡電橋測(cè)溫時(shí)，那么不存在這個(gè)問(wèn)題。測(cè)溫元件與丈量橋路的銜接方式不同。測(cè)溫元件與丈量橋路的銜接方式不同。 13 將輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)由許多發(fā)光二極管組成的光柱顯示出來(lái)，具有顯示醒目、籠統(tǒng)將輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)由許多發(fā)光二極管組成的光柱顯示出來(lái)，具有顯示醒目、籠統(tǒng)直觀、精度穩(wěn)定的特點(diǎn)。直觀、精度穩(wěn)定的特點(diǎn)。 14第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表一、數(shù)字式顯示儀表的特點(diǎn)及分類一、數(shù)字式顯示儀表的特點(diǎn)及分類 明晰直觀、讀數(shù)明晰直觀、讀數(shù)方便、不會(huì)產(chǎn)生視方便、不會(huì)產(chǎn)生視差

13、。差。 線路簡(jiǎn)單、可靠線路簡(jiǎn)單、可靠性好、耐振性好。性好、耐振性好。 有利于制造、調(diào)有利于制造、調(diào)試和維修，降低消試和維修，降低消費(fèi)本錢。費(fèi)本錢。 按輸入信號(hào)的方式來(lái)分，有電壓按輸入信號(hào)的方式來(lái)分，有電壓型和頻率型兩類。型和頻率型兩類。 按被測(cè)信號(hào)的點(diǎn)數(shù)來(lái)分，它又可按被測(cè)信號(hào)的點(diǎn)數(shù)來(lái)分，它又可分成單點(diǎn)和多點(diǎn)兩種。分成單點(diǎn)和多點(diǎn)兩種。 根據(jù)儀表所具有的功能，又可分根據(jù)儀表所具有的功能，又可分為數(shù)字顯示儀、數(shù)字顯示報(bào)警儀、為數(shù)字顯示儀、數(shù)字顯示報(bào)警儀、數(shù)字顯示輸出儀、數(shù)字顯示記錄儀數(shù)字顯示輸出儀、數(shù)字顯示記錄儀以及具有復(fù)合功能的數(shù)字顯示報(bào)警以及具有復(fù)合功能的數(shù)字顯示報(bào)警輸出記錄儀等輸出記錄儀等15

14、圖4-9 數(shù)字式顯示儀表分類圖16二、數(shù)字式顯示儀表的根本組成二、數(shù)字式顯示儀表的根本組成圖圖4-10 4-10 數(shù)顯儀表組成構(gòu)造數(shù)顯儀表組成構(gòu)造l數(shù)字式儀表的原理：數(shù)字式儀表的原理：l 被測(cè)參數(shù)經(jīng)檢測(cè)元件和變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電被測(cè)參數(shù)經(jīng)檢測(cè)元件和變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，首先輸入到數(shù)字式顯示儀表的前置放大器進(jìn)展信號(hào)，首先輸入到數(shù)字式顯示儀表的前置放大器進(jìn)展放大，然后經(jīng)放大，然后經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)。由于輸入到前置轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)。由于輸入到前置放大器輸入端的電模擬量與被測(cè)變量之間能夠具有非放大器輸入端的電模擬量與被測(cè)變量之間能夠具有非線性關(guān)系，而儀表顯示的數(shù)字量與被測(cè)變量之間應(yīng)是線

15、性關(guān)系，而儀表顯示的數(shù)字量與被測(cè)變量之間應(yīng)是一一對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系，所以，在數(shù)字式顯示儀表中設(shè)一一對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系，所以，在數(shù)字式顯示儀表中設(shè)有非線性補(bǔ)償和標(biāo)度變換環(huán)節(jié)，以便對(duì)丈量信號(hào)進(jìn)展有非線性補(bǔ)償和標(biāo)度變換環(huán)節(jié)，以便對(duì)丈量信號(hào)進(jìn)展線性化處置和對(duì)種比例系數(shù)進(jìn)展標(biāo)度變換。線性化處置和對(duì)種比例系數(shù)進(jìn)展標(biāo)度變換。1 1信號(hào)變換電路信號(hào)變換電路將消費(fèi)過(guò)程中的工藝變量經(jīng)過(guò)檢測(cè)變送后的信號(hào)，轉(zhuǎn)換將消費(fèi)過(guò)程中的工藝變量經(jīng)過(guò)檢測(cè)變送后的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓或電流值。成相應(yīng)的電壓或電流值。2 2前置放大電路前置放大電路輸入信號(hào)往往很小，必需經(jīng)前置放大電路放大至伏級(jí)電輸入信號(hào)往往很小，必需經(jīng)前置放大電路放大至伏級(jí)電

16、壓幅度，同時(shí)可在前置放大電路中加上一些濾波電路。壓幅度，同時(shí)可在前置放大電路中加上一些濾波電路。3 3非線性校正或開方運(yùn)算電路非線性校正或開方運(yùn)算電路信號(hào)經(jīng)過(guò)非線性校正電路的處置后成線性特性，以提高儀表丈量精信號(hào)經(jīng)過(guò)非線性校正電路的處置后成線性特性，以提高儀表丈量精度。度。開方運(yùn)算電路的作用是未來(lái)自差壓變送器的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成流量值開方運(yùn)算電路的作用是未來(lái)自差壓變送器的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成流量值4 4模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換數(shù)顯儀表的輸入信號(hào)多數(shù)為延續(xù)變化的模擬量，需經(jīng)數(shù)顯儀表的輸入信號(hào)多數(shù)為延續(xù)變化的模擬量，需經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換電路將轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的數(shù)字量，再加以

17、驅(qū)動(dòng)，點(diǎn)燃數(shù)碼管進(jìn)展數(shù)模擬量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的數(shù)字量，再加以驅(qū)動(dòng)，點(diǎn)燃數(shù)碼管進(jìn)展數(shù)字顯示。因此字顯示。因此A/DA/D轉(zhuǎn)換是數(shù)量?jī)x表的中心。轉(zhuǎn)換是數(shù)量?jī)x表的中心。5 5標(biāo)度變換電路標(biāo)度變換電路將顯示儀表的顯示值和被測(cè)原始參數(shù)值一致同來(lái)，使儀表能以工程將顯示儀表的顯示值和被測(cè)原始參數(shù)值一致同來(lái)，使儀表能以工程量方式顯示被測(cè)參數(shù)的大小。量方式顯示被測(cè)參數(shù)的大小。3 3非線性校正或開方運(yùn)算電路非線性校正或開方運(yùn)算電路信號(hào)經(jīng)過(guò)非線性校正電路的處置后成線性特性，以提高儀表丈量精信號(hào)經(jīng)過(guò)非線性校正電路的處置后成線性特性，以提高儀表丈量精度。度。開方運(yùn)算電路的作用是未來(lái)自差壓變送器的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成流量值開方運(yùn)

18、算電路的作用是未來(lái)自差壓變送器的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成流量值4 4模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換數(shù)顯儀表的輸入信號(hào)多數(shù)為延續(xù)變化的模擬量，需經(jīng)數(shù)顯儀表的輸入信號(hào)多數(shù)為延續(xù)變化的模擬量，需經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換電路將轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的數(shù)字量，再加以驅(qū)動(dòng)，點(diǎn)燃數(shù)碼管進(jìn)展數(shù)模擬量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的數(shù)字量，再加以驅(qū)動(dòng)，點(diǎn)燃數(shù)碼管進(jìn)展數(shù)字顯示。因此字顯示。因此A/DA/D轉(zhuǎn)換是數(shù)量?jī)x表的中心。轉(zhuǎn)換是數(shù)量?jī)x表的中心。5 5標(biāo)度變換電路標(biāo)度變換電路將顯示儀表的顯示值和被測(cè)原始參數(shù)值一致同來(lái)，使儀表能以工程將顯示儀表的顯示值和被測(cè)原始參數(shù)值一致同來(lái)，使儀表能以工程量方式顯示被測(cè)參數(shù)的大小。量方式顯示被測(cè)參數(shù)的大小。6 6數(shù)字顯示電路及光柱電平驅(qū)動(dòng)電路數(shù)字顯示電路及光柱電平驅(qū)動(dòng)電路數(shù)字顯示方法很多，常用的有發(fā)光二極管顯示器數(shù)字顯示方法很多，常用的有發(fā)光二極管顯示器LEDLED和液晶顯示和液晶顯示器器LCDLCD等。光柱電平驅(qū)動(dòng)電路是將丈量信號(hào)與一組基準(zhǔn)值比較，等。光柱電平驅(qū)動(dòng)