數(shù)字顯示儀表

1、精選文檔數(shù)字顯示儀表概述：數(shù)字顯示儀表可以與不同的傳感器（變送器）協(xié)作， 對(duì)壓力、溫度、流量、物位、轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量并以數(shù)字的形式顯示被測(cè)結(jié)果，故稱為數(shù)字顯示儀表。它顯示直觀、沒有人為視覺誤差、反應(yīng)快速、精確度高等優(yōu)點(diǎn)。目前數(shù)字顯示儀表在各個(gè)行業(yè)已等到廣泛的應(yīng)用。第一節(jié) 數(shù)字顯示儀表的分類及組成1、 數(shù)字顯示儀表的分類l 按輸入信號(hào)的形式分電壓型：輸入信號(hào)是電壓或電流（1-5VDC/4-20mADC）頻率型：輸入信號(hào)是頻率(Hz)。l 按儀表具有功能分?jǐn)?shù)字顯示儀、數(shù)字顯示報(bào)警儀、多功能數(shù)字顯示儀表。2、 數(shù)字顯示儀表的組成及工作原理l 數(shù)字顯示儀表的組成由五部分組成：前置放大、模/數(shù)（A/D

2、）轉(zhuǎn)換、非線性補(bǔ)償、標(biāo)度變換及計(jì)數(shù)顯示。l 電壓型數(shù)字儀表的構(gòu)成方案如下：(a)被測(cè)參數(shù)變送器前置放大非線性補(bǔ)償標(biāo)度變換模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)顯示被測(cè)參數(shù)變送器前置放大標(biāo)度變換非線性模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)顯示 (b)被測(cè)參數(shù)變送器前置放大非線性補(bǔ)償標(biāo)度變換模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)顯示(c)l 方案（a）模擬非線性補(bǔ)償：被測(cè)量在模擬信號(hào)時(shí)就已被線性化了，其測(cè)量精確度較低，一般只能達(dá)到0.5-0.1，優(yōu)點(diǎn)是可以直接輸出線性化的模擬信號(hào)。l 方案（b）非線性模/數(shù)（A/D）變換補(bǔ)償：利用非線性的模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換電路，在完成模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換的同時(shí)也完成了線性化，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，精確度高，缺點(diǎn)

3、是只能適用于測(cè)量特定模擬量，多用在單一參數(shù)測(cè)量的數(shù)字式儀表中。l 方案（C）數(shù)字線性補(bǔ)償及標(biāo)度變換：它可組成多種方案，適用面寬，主要用于直接數(shù)字把握系統(tǒng)（DDC）及計(jì)算機(jī)設(shè)定系統(tǒng)（SPC）等較大規(guī)模的把握系統(tǒng)及測(cè)量系統(tǒng)中。其測(cè)量精確度高，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。第二節(jié) 模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換部分是顯示儀表的重要組成部份。其功能是將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成與其成比例的數(shù)字量，以便進(jìn)行數(shù)字顯示。指針讀數(shù)輸入電壓Vi0110010101000011001000010000輸入電壓Vi量化單位i數(shù)字量（a）（b）越小轉(zhuǎn)換精確度越高上圖(a)表示模擬式儀表的指針讀數(shù)與輸入電壓Vi關(guān)系;圖（b）表示了

4、將這種關(guān)系進(jìn)行整量化，即用折線代替圖（a）中的直線。在實(shí)際測(cè)量中經(jīng)常是先把非電量轉(zhuǎn)換成電壓；然后再由電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，即A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換有多種，常用的有兩種：雙積分型和逐次比較反饋編碼型。1、 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換電路l 基本原理：將一段時(shí)間內(nèi)的模擬量電壓值通過兩次積分變換成與其成正比的時(shí)間間隔，然后利用時(shí)鐘脈沖和計(jì)數(shù)器測(cè)出此時(shí)間間隔，從而得到數(shù)字量。VS檢零比較器K1K2把握器門計(jì)數(shù)器顯示時(shí)鐘脈沖RCViK3雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換原理框圖V0t22t1t21Vi1Vi2tVi2Vi1VA2VA10積分器輸出電壓V0波形圖VA1VA12從波形圖中可以看出：輸入電壓Vi越大，則積分器輸出電壓V0

5、也越大，t2時(shí)間間隔越長(zhǎng)，計(jì)數(shù)器所記的數(shù)N也就越大。因此，計(jì)數(shù)所計(jì)的數(shù)，就是輸入電壓Vi在t1時(shí)間內(nèi)的平均值的數(shù)字值，從而完成了模擬量/數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。由于這個(gè)轉(zhuǎn)換器在一次轉(zhuǎn)換過程中進(jìn)行了兩次積分，所以稱為雙積分轉(zhuǎn)換器。l 雙積分轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)：（1） 電路元件參數(shù)要求不苛刻。（2） 很強(qiáng)的抗工頻干擾力量。（3） 不宜用在快速測(cè)量系統(tǒng)中。2、 逐次比較電壓反饋編碼型l 基本原理：用一套標(biāo)準(zhǔn)電壓與被測(cè)電壓進(jìn)行比較并不斷靠近，最終達(dá)到全都。標(biāo)準(zhǔn)電壓值的大小就表示了被測(cè)電壓的大小。將這一與被測(cè)電壓相平衡的標(biāo)準(zhǔn)電壓以二進(jìn)制形式輸出，就實(shí)現(xiàn)了模/數(shù)轉(zhuǎn)換過程。l 用試驗(yàn)方法加以說明 天平稱物：現(xiàn)砝碼有2mg、

6、1mg、0.5mg、0.25mg、0.125mg、0.0625mg共6種，按固定挨次排列。后面一個(gè)砝碼是前一個(gè)質(zhì)量的1/2，相互之間可以看成是二進(jìn)制的關(guān)系。假設(shè)被稱物體質(zhì)量為m=3.5627mg,其稱量過程如下：依次交砝碼放到天平上，如加砝碼后質(zhì)量小于m，則保留并記為“1”，如加砝碼后質(zhì)量大于m則，撤去此砝碼并記為“0”。如此進(jìn)行下去，直到最終一個(gè)砝碼用完。砝碼重量210.50.250.1250.0625二進(jìn)制數(shù)111001二進(jìn)制數(shù)為“1”的砝碼重量加起來等于3.5625mg，和實(shí)際質(zhì)量相差3.5627-3.5625=0.0002 mg，這就是稱量誤差。依據(jù)以上試驗(yàn)，現(xiàn)在我們爭(zhēng)辯如何將一個(gè)3V

7、的電壓轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)碼。設(shè)有一套標(biāo)準(zhǔn)電壓，見下表。標(biāo)準(zhǔn)電壓2.5二進(jìn)制數(shù)10010010 由上述過程要以看出，要把一個(gè)電壓值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)碼表示的數(shù)值，必需具備以下條件：（1） 有一套相鄰為二進(jìn)制的標(biāo)準(zhǔn)電壓解碼網(wǎng)絡(luò)。（2） 有一個(gè)比較簽別器，并確定是否保留此電壓。（3） 有一個(gè)數(shù)碼寄存器，把每次比較所得的結(jié)果保存下來。（4） 有一個(gè)把握器，以完成如下任務(wù)a) 比較由最高位開頭，從高位往低位逐次比較；b) 依據(jù)每一次的比較結(jié)果，使相應(yīng)位的數(shù)碼寄存器記“1”或“0”并由此打算是否保留這個(gè)“解碼網(wǎng)絡(luò)”來的電壓。標(biāo)準(zhǔn)電壓解碼網(wǎng)絡(luò)顯示器數(shù)碼寄存器把握門移位寄存器把握線路比較簽別器脈沖源逐次比較型模/數(shù)轉(zhuǎn)

8、換原理圖l 特點(diǎn)：完全是規(guī)律電路的判別過程；電路元件特性及布線時(shí)間常數(shù)小；轉(zhuǎn)換速度快。已成為現(xiàn)代數(shù)字顯示儀表模/數(shù)轉(zhuǎn)換的主要手段。3、 兩者的區(qū)分：前者為間接法，后者為直接法。第三節(jié) 非線性補(bǔ)償及標(biāo)度變換1、 非線性補(bǔ)償l 非線性模/數(shù)轉(zhuǎn)換補(bǔ)償法（1） 依據(jù)精確度要求將曲線分成若干段，每段以直線代替曲線；將各段直線連接起來，便得到一條與原來曲線相近的折線。（2） 確定量程范圍內(nèi)線性關(guān)系的直線斜率，并逐段進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)參數(shù)的線性顯示。l 數(shù)字式非線性補(bǔ)償法 此法是讓被測(cè)參數(shù)經(jīng)模/數(shù) 轉(zhuǎn)換后再進(jìn)入非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)。仍是接受以折線代替曲線的方法。l 二者特點(diǎn)：非線性補(bǔ)償優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)非線性模/

9、數(shù)轉(zhuǎn)換補(bǔ)償法線路簡(jiǎn)潔通用性差數(shù)字式非線性補(bǔ)償法通過規(guī)律線路，可預(yù)先設(shè)定系數(shù)；可檢測(cè)不同被測(cè)量；多用在巡檢儀和智能儀表中。線路簡(jiǎn)單2、 標(biāo)度變換l 模擬量的標(biāo)度變換（簡(jiǎn)潔牢靠但儀表的通用性受限制，僅適用于專用裝置）（1）電阻信號(hào)的標(biāo)度變換 為了將熱電阻的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)的輸出，通常接受不平衡電橋作電阻-電壓轉(zhuǎn)換。URRRtR0I1I2E 如圖：為不平衡電橋測(cè)溫原理。 當(dāng)被測(cè)溫度處于下限時(shí)，Rt=Rt0=R0,則： 且橋路設(shè)計(jì)時(shí)使得RRt0，故被測(cè)溫度處于任一值時(shí)都有：于是，有: U=I（Rt-R0）=IRt 上式說明白可由不平衡電橋的轉(zhuǎn)換關(guān)系，通過轉(zhuǎn)變橋路的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)標(biāo)度變換。（2）電勢(shì)信

10、號(hào)的標(biāo)度變換 當(dāng)數(shù)字儀表以熱電偶的熱電勢(shì)作為輸入信號(hào)時(shí)，若熱在儀表規(guī)定的輸入信號(hào)范圍內(nèi)，則可將信號(hào)送入儀表中，通過適當(dāng)選取前置放大器的放大倍數(shù)來實(shí)現(xiàn)標(biāo)度變換。（3）電流信號(hào)的標(biāo)度變換。數(shù)字顯示儀表與具有標(biāo)準(zhǔn)輸出的變送器配套使用時(shí)，可用簡(jiǎn)潔的電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)標(biāo)度變換。如圖：R1R2UI留意：滿足儀表輸入阻抗的要求；同時(shí)，滿足變送器對(duì)負(fù)載阻抗匹配的要求。l 數(shù)字量的標(biāo)度變換數(shù)字量的標(biāo)度變換是在A/D轉(zhuǎn)換之后，進(jìn)入計(jì)數(shù)器之前，通過系數(shù)運(yùn)算而實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)行系數(shù)運(yùn)算，即乘以（或除以）某系數(shù)，扣除多余的脈沖數(shù)，可使被測(cè)物理量和顯示數(shù)字值的單位得到統(tǒng)一。第四節(jié) 數(shù)字顯示儀表的技術(shù)指標(biāo)1、 顯示位數(shù)顯示位數(shù)常見的有

11、三位、四位，更高可達(dá)8位。位數(shù)越多讀數(shù)的精確度就越高?，F(xiàn)場(chǎng)使用多為三位、四位，它們都可以再增加半位，即：3、4。2、 辨別率辨別率指數(shù)字顯示儀表顯示的最小數(shù)和最大數(shù)的比值。辨別力_是指數(shù)字顯示儀表在最低量程上，最末位轉(zhuǎn)變一個(gè)字時(shí)相對(duì)應(yīng)的被測(cè)信號(hào)值，它相當(dāng)于模擬式儀表的靈敏限。3、 數(shù)字顯示儀表的誤差三種狀況(1)當(dāng)儀表的辨別力滿足3ba%(tmax-tmin)時(shí)則: =a%(tmax-tmin)+b(2) 當(dāng)儀表的辨別力滿足10ba%(tmax-tmin)時(shí)則: =a%(tmax-tmin)第五節(jié) 智能儀表 智能儀表，是指以單片微型計(jì)算機(jī)為核心的儀表。1、 智能儀表的特點(diǎn)：l 體積小、牢靠性高、功能強(qiáng)及使用機(jī)敏。很簡(jiǎn)潔與計(jì)算機(jī)聯(lián)接。l 測(cè)量?jī)x表智能化，通過微處理器的數(shù)據(jù)處理和存貯等功能，可進(jìn)行各種自動(dòng)校正。l 操作可自動(dòng)化。便于操作，提高了測(cè)試的精確度。l 具有自測(cè)試自診斷的功能，大大提高了儀表的牢靠性，簡(jiǎn)化和加快了儀表的檢修工作。2、 智能儀表舉例 復(fù)習(xí)題：1. 數(shù)字顯示儀表由幾部份組成？2. A/D轉(zhuǎn)換有幾種方式？3. 有一臺(tái)數(shù)字顯示儀表，其測(cè)量范圍是0-800，儀表的精度等級(jí)為