第四章 顯示儀表(1)

1、第四章第四章 顯示儀表顯示儀表教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容w模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表自動(dòng)電子自動(dòng)電子電位差計(jì)電位差計(jì)自動(dòng)電子平衡電橋自動(dòng)電子平衡電橋w數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表顯示儀表顯示儀表直接接收檢測(cè)元件送來(lái)的信號(hào)，經(jīng)直接接收檢測(cè)元件送來(lái)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)測(cè)量線路和顯示裝置，對(duì)被測(cè)量過(guò)測(cè)量線路和顯示裝置，對(duì)被測(cè)量進(jìn)行進(jìn)行顯示顯示、記錄記錄或以或以字符、數(shù)字字符、數(shù)字、圖像圖像形式顯示的裝置。形式顯示的裝置。顯示儀表一般都裝在控制室的顯示儀表一般都裝在控制室的儀表盤(pán)上。它和儀表盤(pán)上。它和各種測(cè)量元件各種測(cè)量元件或或變送單元變送單元配套使用；又能與配套使用；又能與控制單元控制單元配套使用。配套使用。 1.

2、按使用按使用能源能源分分顯示儀表分類(lèi)顯示儀表分類(lèi)電動(dòng)顯示儀表電動(dòng)顯示儀表2.按儀表顯示裝置的按儀表顯示裝置的功能功能分分氣動(dòng)顯示儀表氣動(dòng)顯示儀表指示式指示式積算式積算式記錄式記錄式信號(hào)報(bào)警式信號(hào)報(bào)警式圖象顯示機(jī)械顯示記錄儀電子平衡電橋自動(dòng)電子電位差計(jì)動(dòng)圈式顯示儀表電動(dòng)顯示氣動(dòng)顯示儀表模擬量顯示儀數(shù)字量顯示：數(shù)字顯示顯示儀表DDZ3.按顯示方式分按顯示方式分（1）模擬式模擬式顯示儀表顯示儀表結(jié)構(gòu)：信號(hào)放大、變換環(huán)節(jié)、電磁偏轉(zhuǎn)機(jī)結(jié)構(gòu)：信號(hào)放大、變換環(huán)節(jié)、電磁偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（或伺服電機(jī)）、指示、記錄機(jī)構(gòu)。構(gòu)（或伺服電機(jī)）、指示、記錄機(jī)構(gòu)。準(zhǔn)確度、速度受到一定限制，簡(jiǎn)單可靠，準(zhǔn)確度、速度受到一定限制，簡(jiǎn)單可

3、靠，價(jià)格低廉，能反映變化的趨勢(shì)。價(jià)格低廉，能反映變化的趨勢(shì)。被測(cè)量是以?xún)x表被測(cè)量是以?xún)x表指針線位移（或角位移）指針線位移（或角位移）的形式進(jìn)行的形式進(jìn)行連續(xù)模擬指示連續(xù)模擬指示、記錄記錄。（2）數(shù)字式數(shù)字式顯示儀表顯示儀表原理：將各種原理：將各種連續(xù)變化的被測(cè)量連續(xù)變化的被測(cè)量，通過(guò)模，通過(guò)模擬擬數(shù)字（數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字編碼字編碼。特點(diǎn)：速度、精確度、靈敏度均大大提高，特點(diǎn)：速度、精確度、靈敏度均大大提高，無(wú)讀數(shù)誤差，便于遠(yuǎn)傳。無(wú)讀數(shù)誤差，便于遠(yuǎn)傳。直接用直接用數(shù)字量顯示數(shù)字量顯示或數(shù)字形式記錄（打或數(shù)字形式記錄（打印）被測(cè)值的儀表。?。┍粶y(cè)值的儀表。（

4、3）計(jì)算機(jī)圖象計(jì)算機(jī)圖象顯示顯示特點(diǎn)：對(duì)多個(gè)變量集中顯示，形象，由特點(diǎn)：對(duì)多個(gè)變量集中顯示，形象，由計(jì)算機(jī)控制。計(jì)算機(jī)控制。 將將圖形、曲線、字符和數(shù)字圖形、曲線、字符和數(shù)字等直接在等直接在屏幕上顯示。屏幕上顯示。4.1模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容w自動(dòng)電子電位差計(jì)自動(dòng)電子電位差計(jì)w自動(dòng)電子平衡電橋自動(dòng)電子平衡電橋動(dòng)圈式顯示儀表動(dòng)圈式顯示儀表實(shí)質(zhì)是指針式電流實(shí)質(zhì)是指針式電流/電壓表。其電壓表。其核心部件核心部件是一個(gè)磁電式是一個(gè)磁電式毫安計(jì)毫安計(jì)。通過(guò)一定的內(nèi)置電路通過(guò)一定的內(nèi)置電路可以直接用來(lái)作為可以直接用來(lái)作為熱電偶、熱電阻，以及電流或電壓的顯熱電偶、熱電阻，以及電流或電壓

5、的顯示。示。部分顯示表還附帶有模擬量輸出，以實(shí)部分顯示表還附帶有模擬量輸出，以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的控制功能?，F(xiàn)簡(jiǎn)單的控制功能。動(dòng)圈顯示基本原理動(dòng)圈顯示基本原理磁場(chǎng)中，一個(gè)用彈性張絲磁場(chǎng)中，一個(gè)用彈性張絲懸掛的線圈，當(dāng)線圈有電懸掛的線圈，當(dāng)線圈有電流通過(guò)時(shí)，線圈在電磁力流通過(guò)時(shí)，線圈在電磁力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)；在電的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)；在電磁力矩與張絲的彈性力矩磁力矩與張絲的彈性力矩平衡時(shí)，線圈達(dá)到最大偏平衡時(shí)，線圈達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)角并穩(wěn)定下來(lái)。轉(zhuǎn)角并穩(wěn)定下來(lái)。指針與線圈相連，指示電指針與線圈相連，指示電流大小。流大小。部分動(dòng)圈儀表采用螺旋彈部分動(dòng)圈儀表采用螺旋彈簧（游絲）代替張絲作為簧（游絲）代替張絲作為彈性體彈

6、性體。NScoscosnBSKIMMKMnBISM彈電磁彈電磁動(dòng)圈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)動(dòng)圈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫補(bǔ)與調(diào)整溫補(bǔ)與調(diào)整溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償采用熱敏電阻抵消線圈采用熱敏電阻抵消線圈熱效應(yīng)。熱效應(yīng)。調(diào)零調(diào)零調(diào)整張絲或游絲的固定調(diào)整張絲或游絲的固定點(diǎn)。點(diǎn)。校準(zhǔn)校準(zhǔn)調(diào)整內(nèi)部電阻。調(diào)整內(nèi)部電阻。阻尼阻尼采用并聯(lián)電阻短路感應(yīng)采用并聯(lián)電阻短路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)。RTR1R2R3R4自動(dòng)電子電位差計(jì)自動(dòng)電子電位差計(jì)特點(diǎn)：測(cè)量精度較高、工作較可靠特點(diǎn)：測(cè)量精度較高、工作較可靠自動(dòng)電子平衡電橋自動(dòng)電子平衡電橋自動(dòng)平衡的原理自動(dòng)平衡的原理一自動(dòng)電子電位差計(jì)一自動(dòng)電子電位差計(jì)根據(jù)根據(jù)電壓平衡法電壓平衡法，將，將被測(cè)電勢(shì)被測(cè)電勢(shì)與

7、與已已知標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)知標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)相比較。相比較。當(dāng)與熱電偶配合時(shí)，可用來(lái)測(cè)量和顯當(dāng)與熱電偶配合時(shí)，可用來(lái)測(cè)量和顯示溫度。示溫度。可用來(lái)測(cè)量所有的能轉(zhuǎn)換成直流毫伏可用來(lái)測(cè)量所有的能轉(zhuǎn)換成直流毫伏電壓信號(hào)的工藝變量。電壓信號(hào)的工藝變量。1. 手動(dòng)電位差計(jì)手動(dòng)電位差計(jì) 穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源-+-+EtABUCBCI IUCBEtUCBEt平衡時(shí)，平衡時(shí)， Et =UCB Et= UCB =RCB缺點(diǎn)缺點(diǎn)需要人參與，測(cè)量緩慢，需要人參與，測(cè)量緩慢，不能連續(xù)測(cè)量、自動(dòng)記錄不能連續(xù)測(cè)量、自動(dòng)記錄2.自動(dòng)電子電位差計(jì)的作用原理自動(dòng)電子電位差計(jì)的作用原理 穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源-+EtABUCBCI I-電子電位差計(jì)原理圖電

8、子電位差計(jì)原理圖電子放大器電子放大器可逆電機(jī)可逆電機(jī)放大器放大器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可逆電機(jī)可逆電機(jī)手手檢流計(jì)檢流計(jì)原理原理將將Et和和UCB比較比較 U 經(jīng)放大器放大經(jīng)放大器放大可逆可逆電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)觸點(diǎn)（及指針）移動(dòng)滑動(dòng)觸點(diǎn)（及指針）移動(dòng) U=0，測(cè)量線路平衡，測(cè)量線路平衡，Et= UCB 結(jié)論結(jié)論測(cè)量精度高，自動(dòng)指示、記錄測(cè)量精度高，自動(dòng)指示、記錄3.自動(dòng)電子電位差計(jì)的測(cè)量橋路自動(dòng)電子電位差計(jì)的測(cè)量橋路（XW系列）系列）RPRBRMRGR4R2R3Et-+E-+CDABI I1 1I I2 2解決了解決了（1）冷端溫度補(bǔ)）冷端溫度補(bǔ)償問(wèn)題：償問(wèn)題：R2 （2）量程匹配）量程匹配問(wèn)題：?jiǎn)?/p>

9、題：RG；RM熱電偶熱電偶自動(dòng)電位差計(jì)測(cè)溫自動(dòng)電位差計(jì)測(cè)溫系統(tǒng)構(gòu)造系統(tǒng)構(gòu)造熱電偶熱電偶測(cè)量電橋測(cè)量電橋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)同步電機(jī)同步電機(jī)穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源（1）滑線電阻滑線電阻（Rp）與）與工藝電阻工藝電阻（RB）Rp：輸出不同的橋路電壓：輸出不同的橋路電壓UCD和熱電偶的和熱電偶的熱電勢(shì)熱電勢(shì)Et相平衡。相平衡。RB：配合：配合Rp，使制造方便，使制造方便，RBRp=90（或（或300）。）。Rp質(zhì)量好壞影響著指示、記錄誤差、變差、質(zhì)量好壞影響著指示、記錄誤差、變差、靈敏度等靈敏度等（2）始端電阻始端電阻（下限電阻）（下限電阻）RG221RIRIUGC

10、D決定決定測(cè)量下限溫度測(cè)量下限溫度的高低的高低 觸點(diǎn)觸點(diǎn)C在最左端在最左端（3）量程電阻量程電阻RM決定量程大小。決定量程大小。RM較大，測(cè)量范圍大。較大，測(cè)量范圍大。（4）溫度補(bǔ)償電阻溫度補(bǔ)償電阻R2和熱電偶冷端處于同一溫度和熱電偶冷端處于同一溫度起到冷端溫度補(bǔ)償作用起到冷端溫度補(bǔ)償作用在在25線路保持平衡，線路保持平衡，mV刻度刻度鎳鉻鎳鉻鎳硅鎳硅 K R2=5.33鎳鉻鎳鉻考銅考銅 E(EA-2) R2=8.92鉑銠鉑銠鉑鉑 S R2=0.74（5）上）上支路限流電阻支路限流電阻R4 (上限電阻上限電阻)使使I I1保持為保持為4mA改變改變R4大小，可改變測(cè)量上限大小，可改變測(cè)量上限R

11、4減小，減小， 測(cè)量上限提高。測(cè)量上限提高。（6）下支路限流電阻下支路限流電阻R3使使I I2保持為保持為2mA二自動(dòng)電子平衡電橋二自動(dòng)電子平衡電橋1平衡電橋測(cè)溫原理平衡電橋測(cè)溫原理 R4R3R2RtRPr1r2始始終終GABE -+與熱電阻配套測(cè)與熱電阻配套測(cè)量溫度，精度較量溫度，精度較高，自動(dòng)記錄高，自動(dòng)記錄當(dāng)溫度處于量程下限時(shí)當(dāng)溫度處于量程下限時(shí)，0ttRR 觸點(diǎn)觸點(diǎn)B在最左端。在最左端。 電橋的平衡條件是電橋的平衡條件是 423)(0RRRRRPt當(dāng)溫度升高后，當(dāng)溫度升高后，Rt增加為增加為 ttRR0使電橋平衡，則使電橋平衡，則B要向右移動(dòng)，左端要向右移動(dòng)，左端r1，右，右端端r2=

12、 Rp- r1。平衡條件是平衡條件是 )()(142130rRRrRRRRPtt12313rRRrRRttRRRRr3231則則總結(jié)總結(jié) 滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置反映電阻的變化，亦滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置反映電阻的變化，亦反映了溫度的變化反映了溫度的變化工作原理工作原理 當(dāng)在當(dāng)在t=t0時(shí)時(shí)，變阻器，變阻器動(dòng)點(diǎn)在最左端動(dòng)點(diǎn)在最左端，電橋，電橋平衡；平衡； 當(dāng)當(dāng)t升高升高，Rt增大增大，電橋失去平衡，須將變，電橋失去平衡，須將變阻器阻器動(dòng)點(diǎn)向右移動(dòng)動(dòng)點(diǎn)向右移動(dòng)，移動(dòng)距離即，移動(dòng)距離即r1與與t變化變化的大小對(duì)應(yīng)，由的大小對(duì)應(yīng)，由r1即可得到即可得到t的大小。的大小。平衡電橋測(cè)量溫度時(shí)平衡電橋測(cè)量溫度時(shí)2自動(dòng)電子平衡

13、電橋自動(dòng)電子平衡電橋 Rnp=90(R5+ r5)RBR5r5R6r6R2R4R3R1R1RtR7+-I I1I I21=2=3mA；直流電源：直流電源：E=1V；交流電電源：交流電電源：E=6.5VR5、r5調(diào)整儀表量程；調(diào)整儀表量程；R6、r6調(diào)整儀表起始刻調(diào)整儀表起始刻度的電阻度的電阻 熱電阻熱電阻自動(dòng)電子平衡電橋自動(dòng)電子平衡電橋測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)溫系統(tǒng)熱電阻熱電阻測(cè)量電橋測(cè)量電橋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)同步電機(jī)同步電機(jī)穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源為了準(zhǔn)確地指示出被測(cè)溫度的數(shù)值，為了準(zhǔn)確地指示出被測(cè)溫度的數(shù)值，將熱電阻的連接將熱電阻的連接采用三線制接法采用三線制接法，并加

14、并加外接調(diào)整電阻外接調(diào)整電阻。 什么叫三線制接法？什么叫三線制接法？為什么采用三線制接法？為什么采用三線制接法？從熱電阻引出從熱電阻引出三根導(dǎo)線三根導(dǎo)線，與熱電阻兩端相，與熱電阻兩端相連的連的兩根導(dǎo)線分別接入兩根導(dǎo)線分別接入橋路的兩個(gè)橋路的兩個(gè)相鄰橋相鄰橋臂臂上，上，第三根導(dǎo)線與穩(wěn)壓電源的負(fù)極相連第三根導(dǎo)線與穩(wěn)壓電源的負(fù)極相連。環(huán)境溫度變化而引起的連接導(dǎo)線電阻的變環(huán)境溫度變化而引起的連接導(dǎo)線電阻的變化對(duì)測(cè)量的影響化對(duì)測(cè)量的影響相互抵消相互抵消。工作過(guò)程工作過(guò)程 當(dāng)當(dāng)t升高升高Rt增大增大橋路失去平衡橋路失去平衡不平不平衡電壓引至電子放大器衡電壓引至電子放大器驅(qū)動(dòng)可逆電機(jī)驅(qū)動(dòng)可逆電機(jī)觸點(diǎn)移動(dòng)觸點(diǎn)

15、移動(dòng)橋路達(dá)到新的平衡。橋路達(dá)到新的平衡。 兩個(gè)系統(tǒng)比較兩個(gè)系統(tǒng)比較項(xiàng)目項(xiàng)目熱電偶系統(tǒng)熱電偶系統(tǒng)熱電阻系統(tǒng)熱電阻系統(tǒng)輸入信號(hào)輸入信號(hào)電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)電阻電阻電橋輸出電橋輸出Ucd0冷端溫度補(bǔ)償冷端溫度補(bǔ)償有有無(wú)無(wú)接線方式接線方式雙補(bǔ)償線，橋外雙補(bǔ)償線，橋外 三線，橋臂三線，橋臂電源電源直流直流直流或交流直流或交流4.2 數(shù)字式顯示儀數(shù)字式顯示儀模擬量信號(hào)模擬量信號(hào)：以連續(xù)變化的物理量的：以連續(xù)變化的物理量的大小模擬實(shí)際參數(shù)的大小。大小模擬實(shí)際參數(shù)的大小。數(shù)字量信號(hào)數(shù)字量信號(hào)：以脈沖數(shù)表達(dá)的實(shí)際參：以脈沖數(shù)表達(dá)的實(shí)際參數(shù)的大小。數(shù)的大小。數(shù)字顯示儀表的主要功能：數(shù)字顯示儀表的主要功能： 將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)

16、換為數(shù)字量信號(hào)，并將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，并用數(shù)字符號(hào)顯示出來(lái)。用數(shù)字符號(hào)顯示出來(lái)。數(shù)字顯示儀有單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)化（數(shù)字顯示儀有單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)化（DDZ 系列）儀表。有些測(cè)試儀表的二次儀表系列）儀表。有些測(cè)試儀表的二次儀表也附帶內(nèi)置的數(shù)字顯示儀。也附帶內(nèi)置的數(shù)字顯示儀。特點(diǎn)特點(diǎn)準(zhǔn)確度高、靈敏度高。準(zhǔn)確度高、靈敏度高。清晰直觀、讀數(shù)方便，不會(huì)產(chǎn)生視差。清晰直觀、讀數(shù)方便，不會(huì)產(chǎn)生視差。測(cè)量速度快。測(cè)量速度快?？蓪?shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量，可與計(jì)算機(jī)配合?？蓪?shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量，可與計(jì)算機(jī)配合。采用中、大規(guī)模集成電路，簡(jiǎn)單、可靠采用中、大規(guī)模集成電路，簡(jiǎn)單、可靠性好、耐振性好。性好、耐振性好。采用模塊化設(shè)計(jì)方法，有利于制造

17、、調(diào)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，有利于制造、調(diào)試和維修，降低生產(chǎn)成本。試和維修，降低生產(chǎn)成本。數(shù)字顯示儀表數(shù)字顯示儀表電壓型電壓型頻率型頻率型單點(diǎn)式單點(diǎn)式多點(diǎn)式多點(diǎn)式單點(diǎn)式單點(diǎn)式多點(diǎn)式多點(diǎn)式 顯示儀顯示儀顯示報(bào)警儀顯示報(bào)警儀顯示輸出儀顯示輸出儀顯示記錄儀顯示記錄儀顯示報(bào)警輸顯示報(bào)警輸出記錄儀出記錄儀一一.數(shù)字式顯示儀表的分類(lèi)數(shù)字式顯示儀表的分類(lèi)二二.數(shù)字式顯示儀表結(jié)構(gòu)原理數(shù)字式顯示儀表結(jié)構(gòu)原理檢測(cè)變送檢測(cè)變送模擬信號(hào)模擬信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)電子計(jì)數(shù)器電子計(jì)數(shù)器 寄存器寄存器電子譯碼器電子譯碼器顯示器顯示器脈沖脈沖信號(hào)信號(hào)09狀態(tài)狀態(tài)1. A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換功能：功能：將將電壓信號(hào)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換

18、為轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)數(shù)字脈沖信號(hào)；輸入與輸出電位隔離。輸入與輸出電位隔離。構(gòu)成：構(gòu)成：低精度時(shí)直接用集成芯片轉(zhuǎn)換；低精度時(shí)直接用集成芯片轉(zhuǎn)換；s單芯片精度取決于輸出位數(shù)。單芯片精度取決于輸出位數(shù)。高精度時(shí)分段采用集成芯片轉(zhuǎn)換。高精度時(shí)分段采用集成芯片轉(zhuǎn)換。對(duì)以電流方式輸入的信號(hào)，先轉(zhuǎn)換對(duì)以電流方式輸入的信號(hào)，先轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。成電壓信號(hào)。2. 電子計(jì)數(shù)器電子計(jì)數(shù)器功能：功能：將將A/D轉(zhuǎn)換輸出或測(cè)試儀表的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換輸出或測(cè)試儀表的數(shù)字輸出按按10進(jìn)制進(jìn)行分段；進(jìn)制進(jìn)行分段；構(gòu)造與工作原理：構(gòu)造與工作原理：一般由多個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器串聯(lián)組成；一般由多個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器串聯(lián)組成；通過(guò)依次觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)位。通過(guò)依次觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)位。