第四章顯示儀表

1、青海大學(xué)化工學(xué)院青海大學(xué)化工學(xué)院顯示儀表顯示儀表 過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表顯示單元將控制過程中的參數(shù)變化、被控對象的過渡過程顯示顯示單元將控制過程中的參數(shù)變化、被控對象的過渡過程顯示和記錄下來，供操作人員及時了解控制系統(tǒng)的變化情況，以進(jìn)行和記錄下來，供操作人員及時了解控制系統(tǒng)的變化情況，以進(jìn)行系統(tǒng)控制、工況監(jiān)視、性能分析以及事故評判等。系統(tǒng)控制、工況監(jiān)視、性能分析以及事故評判等。凡能將生產(chǎn)過程中各種參數(shù)進(jìn)行指示、記錄或累積的儀表。凡能將生產(chǎn)過程中各種參數(shù)進(jìn)行指示、記錄或累積的儀表。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過程

2、裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表顯示儀表顯示儀表過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、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n 一、自動平衡電子電位差計(jì)一、自動平衡電子電位差計(jì) 電位差計(jì)是用來測量電勢或電位的電位差計(jì)是用來測量電勢或電位的, ,當(dāng)它與當(dāng)它與熱電偶配合時熱電偶配合時, ,可以用來測量和顯示溫度?？梢杂脕頊y量和顯示溫度。3過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表 電位差計(jì)的工作原理是根據(jù)平衡法電位差計(jì)的工作原理是根據(jù)平衡法(也稱補(bǔ)償法、零值法也稱補(bǔ)償法、零值法)將被將被測電勢與已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢相比較，當(dāng)兩者的差值為零時，

3、被測電測電勢與已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢相比較，當(dāng)兩者的差值為零時，被測電勢就等于已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢。勢就等于已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢。R為線性度很高的錳銅線繞電為線性度很高的錳銅線繞電阻，通過它的電流阻，通過它的電流 I 是恒定的。是恒定的。G為檢流計(jì)，它是個靈敏度很為檢流計(jì)，它是個靈敏度很高的電流計(jì)。高的電流計(jì)。 測量時，可調(diào)節(jié)滑動觸點(diǎn)測量時，可調(diào)節(jié)滑動觸點(diǎn)C的位置，以使的位置，以使RCB上的壓降上的壓降UCB變化，則得變化，則得UCB=I RCB ;過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表UCBEt時或時或UCBEt時，檢流計(jì)有電流流過，指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；時，檢流計(jì)有電流流過，指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；UCBE

4、t時，檢流計(jì)中無電流流過，時，檢流計(jì)中無電流流過，I檢檢0。 巳知電壓巳知電壓UCB正好和未知熱電勢正好和未知熱電勢Et平衡，平衡， Et=UCB（條件：（條件：I檢檢=0） 根據(jù)滑動觸點(diǎn)的位置，根據(jù)滑動觸點(diǎn)的位置，可以讀出可以讀出UCB，這樣就達(dá)，這樣就達(dá)到了對未知熱電勢測量到了對未知熱電勢測量的目的。的目的。過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表v實(shí)際電子電位差計(jì)正常工作（即：與熱電偶配實(shí)際電子電位差計(jì)正常工作（即：與熱電偶配接使用時）接使用時） ，應(yīng)考慮以下問題：，應(yīng)考慮以下問題：冷端溫度補(bǔ)償冷端溫度補(bǔ)償具體電

5、路實(shí)現(xiàn)：增加橋式測量電路，用具體電路實(shí)現(xiàn)：增加橋式測量電路，用銅電阻補(bǔ)償銅電阻補(bǔ)償零點(diǎn)遷移和量程遷移零點(diǎn)遷移和量程遷移下限問題下限問題上限問題上限問題量程匹配問題量程匹配問題過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、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5 電位差計(jì)測量橋路原理圖電位差計(jì)測量橋路原理圖過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、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（1 1）冷端溫度補(bǔ)償問題）冷端溫度補(bǔ)償問題舉例舉例用鎳鉻用鎳鉻- -鎳硅熱電偶測量溫度，其熱端溫度不變，鎳硅熱電偶測量溫度，其熱端溫度不變，而冷端溫度從而冷端溫度從升高到升高到

6、2525，這時熱電勢將降，這時熱電勢將降低低mVmV，儀表指針會指示偏低。，儀表指針會指示偏低。過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表 如果把如果把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，且在溫度從0升高到升高到25時，其阻值變化量時，其阻值變化量R20.5，這時，電阻，這時，電阻R2上的電壓上的電壓降降UDB也增大，也增大，UDBR2I21mV。為了統(tǒng)一規(guī)格，上支。為了統(tǒng)一規(guī)格，上支路的電流規(guī)定為路的電流規(guī)定為4mA（或（或2mA），下支路電流規(guī)定），下支路電流規(guī)定2mA（或（或1mA）。因?yàn)闇y量橋路的補(bǔ)償電壓）。因?yàn)闇y量橋路的補(bǔ)償電壓UCDUCBUDB，

7、現(xiàn)，現(xiàn)在在UDB增加了增加了1mV，那么，那么UCD就會減少就會減少1mV，此時滑動觸點(diǎn)，此時滑動觸點(diǎn)C的平衡位置不需變化。由于的平衡位置不需變化。由于UCD的變化與熱電勢的變化相的變化與熱電勢的變化相等，故能起到溫度補(bǔ)償作用，使儀表的指示值基本不受冷端等，故能起到溫度補(bǔ)償作用，使儀表的指示值基本不受冷端溫度變化的影響。溫度變化的影響。 過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表7（2 2）量程匹配問題）量程匹配問題 電位差計(jì)測量橋路原理圖電位差計(jì)測量橋路原理圖R2冷端補(bǔ)償銅電阻；RM量程電阻；RB工藝電阻；RP滑線電阻；R4終端電阻（限流電阻）；R3限流電阻；RG始端電阻；E

8、穩(wěn)壓電源1V；I1上支路電流4mA；I2下支路電流2mAR R2 2銅電阻銅電阻裝在儀表后接線板上以裝在儀表后接線板上以使其和熱電偶冷端處于同一溫度。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R R3 3 它與它與R R2 2配合，配合，保證了下支路回路的工作電流為保證了下支路回路的工作電流為2mA2mA。 上支路限流電阻上支路限流電阻R R4 4 把上支路的工把上支路的工作電流限定在作電流限定在4mA4mA。滑線電阻滑線電阻R RP P 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)行的平滑性等都和滑線電阻表運(yùn)行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R RM M 決定儀表量程大小的決定儀表量程大小的電阻。電阻。始端（下限）電阻始端（下限）電阻R RG G 大小取決于大小取決于測量下限的高低。測量下限的高低。過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表4 電子電位差計(jì)原理圖電子電位差計(jì)原理圖 電子電位差計(jì)既保持了手動電位差計(jì)測量精度高的優(yōu)點(diǎn)，電子電位差計(jì)既保持了手動電位差計(jì)測量精度高的優(yōu)點(diǎn)，而且無須用手去調(diào)節(jié)就能自動指示和記錄被測溫度值。而且無須用手去調(diào)節(jié)就能自動指示和記錄被測溫度值。 結(jié)論結(jié)論熱熱電電偶偶測測量量橋橋路路放放大大器器可可逆逆電電機(jī)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)

10、同步電機(jī)同步電機(jī)穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源 電子電位差計(jì)原理方框圖電子電位差計(jì)原理方框圖過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、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n 二、自動電子自動平衡電橋二、自動電子自動平衡電橋12（1 1）平衡電橋測溫原理）平衡電橋測溫原理利用平衡電橋來測量熱電阻變化。利用平衡電橋來測量熱電阻變化。平衡電橋平衡電橋 當(dāng)被測溫度為下限時，當(dāng)被測溫度為下限時，Rt t有最有最小值小值Rt0 t0，滑動觸點(diǎn)應(yīng)在，滑動觸點(diǎn)應(yīng)在RP P的左端，的左端，此時電橋的平衡條件是此時電橋的平衡條件是4230RRRRRPt過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示

11、儀表第一節(jié)第一節(jié) 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表 滑動觸點(diǎn)滑動觸點(diǎn)B B的位置就可以反映電阻的變化，亦即反映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。量呈線性關(guān)系。 結(jié)論結(jié)論142130rRRrRRRRPtt當(dāng)被測溫度升高后的平衡條件是當(dāng)被測溫度升高后的平衡條件是ttRRRRrrRRrRR323112313用式（6-4）減式（6-3），則得13過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、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14（2 2）自動電子平衡電橋）自動電子平衡電橋 電

12、子平衡電橋原理方框圖電子平衡電橋原理方框圖 為了準(zhǔn)確地指示出被測溫度的數(shù)值，將熱電阻的為了準(zhǔn)確地指示出被測溫度的數(shù)值，將熱電阻的連接采用三線制接法，并加外接調(diào)整電阻。連接采用三線制接法，并加外接調(diào)整電阻。 自動平衡電橋工作原理自動平衡電橋工作原理過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、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15自動電子平衡電橋與自動電子電位差計(jì)的比較自動電子平衡電橋與自動電子電位差計(jì)的比較相同處相同處與這兩種儀表配套的測溫元件（熱電偶、熱電阻）與這兩種儀表配套的測溫元件（熱電偶、熱電阻）在外形結(jié)構(gòu)上十分相似。在外形結(jié)構(gòu)上十分相似。 儀表的外形及其組成：如放

13、大器、可逆電機(jī)、同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相同的。步電機(jī)及指示記錄部分都是完全相同的。 過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、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它們測量的電量形式不相同。它們測量的電量形式不相同。兩者的作用原理不同。兩者的作用原理不同。測溫元件與測量橋路的連接方式不同。測溫元件與測量橋路的連接方式不同。當(dāng)用熱電偶配電子電位差計(jì)測溫時，其測量橋路需當(dāng)用熱電偶配電子電位差計(jì)測溫時，其測量橋路需要考慮熱電偶冷端溫度的自動補(bǔ)償問題；而用熱電要考慮熱電偶冷端溫度的自動補(bǔ)償問題；而用熱電阻配電子平衡電橋測溫時，則不存

14、在這個問題。阻配電子平衡電橋測溫時，則不存在這個問題。16過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表n 一、數(shù)字式顯示儀表的原理及其特點(diǎn)一、數(shù)字式顯示儀表的原理及其特點(diǎn)17 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表是能將被測的連續(xù)電量是能將被測的連續(xù)電量( (模擬量模擬量) )自自動地變成斷續(xù)量動地變成斷續(xù)量, ,然后進(jìn)行數(shù)字編碼然后進(jìn)行數(shù)字編碼, ,并將測量結(jié)果以數(shù)并將測量結(jié)果以數(shù)字顯示的電測儀表。字顯示的電測儀表。 A/DA/D變換器變換器電子計(jì)數(shù)器電子計(jì)數(shù)器顯示器顯示器模擬量模擬量數(shù)字量數(shù)字量讀出讀出 數(shù)字式顯示儀表方框圖數(shù)字式顯示儀表方框圖

15、過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表 準(zhǔn)確度、靈敏度高準(zhǔn)確度、靈敏度高; ; 讀數(shù)方便、清晰直觀、不會產(chǎn)生視差。讀數(shù)方便、清晰直觀、不會產(chǎn)生視差。 測量速度快，從每秒幾十次到每秒上百萬次測量速度快，從每秒幾十次到每秒上百萬次; ; 儀表的量程和被測量的極性可自動轉(zhuǎn)換儀表的量程和被測量的極性可自動轉(zhuǎn)換, ,可自動檢查故可自動檢查故障、報(bào)警以及完成指定的邏輯程序障、報(bào)警以及完成指定的邏輯程序; ; 可以方便地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量可以方便地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量; ;可以與電子計(jì)算機(jī)配合可以與電子計(jì)算機(jī)配合, ,給出一定形式的編碼輸出。給出一定形式的編碼輸出。 18過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技

16、術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表n二、模二、模- -數(shù)變換器數(shù)變換器將連續(xù)變化的模擬量變換成斷續(xù)的數(shù)字量。將連續(xù)變化的模擬量變換成斷續(xù)的數(shù)字量。 主要任務(wù)主要任務(wù)主要有間接法和直接法兩種。主要有間接法和直接法兩種。 工作方法工作方法1919過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表n 三、電子計(jì)數(shù)器三、電子計(jì)數(shù)器 當(dāng)用間接法進(jìn)行數(shù)碼轉(zhuǎn)換時當(dāng)用間接法進(jìn)行數(shù)碼轉(zhuǎn)換時, ,是先將模擬量轉(zhuǎn)換為是先將模擬量轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的時間間隔或頻率與之對應(yīng)的時間間隔或頻率, ,然后必須再將時間間隔或然后必須再將時間間隔或

17、頻率轉(zhuǎn)換為數(shù)字量頻率轉(zhuǎn)換為數(shù)字量, ,才能進(jìn)行計(jì)數(shù)。才能進(jìn)行計(jì)數(shù)。 時間間隔測量原理框圖BATfN 計(jì)數(shù)20過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表n 四、顯示器四、顯示器輝光數(shù)碼管示意圖數(shù)碼管驅(qū)動電路21過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表n 五、數(shù)字式顯示儀表的基本組成五、數(shù)字式顯示儀表的基本組成數(shù)字式溫度顯示儀表的基本組成數(shù)字式溫度顯示儀表的基本組成22過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表n 六、數(shù)字模

18、擬混合記錄儀六、數(shù)字模擬混合記錄儀 為了使數(shù)字式記錄儀與模擬式記錄儀的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合為了使數(shù)字式記錄儀與模擬式記錄儀的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來起來, ,兩者相互取長補(bǔ)短兩者相互取長補(bǔ)短, ,可以在數(shù)字式顯示儀表的基可以在數(shù)字式顯示儀表的基礎(chǔ)上加上模擬式顯示記錄儀表的記錄部分礎(chǔ)上加上模擬式顯示記錄儀表的記錄部分, ,構(gòu)成數(shù)字模構(gòu)成數(shù)字模擬混合記錄儀。擬混合記錄儀。23過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表第三節(jié)第三節(jié) 新型顯示儀表新型顯示儀表n 一、無紙記錄儀一、無紙記錄儀24 以以CPUCPU為核心采用液晶顯示的記錄儀，直接把記錄為核心采用液晶顯示的記錄儀，直接把記錄信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號后，送

19、到隨機(jī)存儲器加以保存，信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號后，送到隨機(jī)存儲器加以保存，并在大屏液晶顯示屏上加以顯示。并在大屏液晶顯示屏上加以顯示。 無筆、無紙記錄儀的原理方框圖無筆、無紙記錄儀的原理方框圖過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表第三節(jié)第三節(jié) 新型顯示儀表新型顯示儀表無筆、無紙記錄儀的特點(diǎn)無筆、無紙記錄儀的特點(diǎn)： 液晶全動態(tài)顯示液晶全動態(tài)顯示, , 并有背光功能。并有背光功能。 輸入信號多樣化輸入信號多樣化, ,并以工業(yè)專用微處理器并以工業(yè)專用微處理器 CPU為核心為核心, ,從而實(shí)現(xiàn)了高性能、多回路的監(jiān)測從而實(shí)現(xiàn)了高性能、多回路的監(jiān)測, ,并隨意放大、縮小地并隨意放大、縮小地顯

20、示在顯示屏上。顯示在顯示屏上。 無紙、無筆、無墨水無紙、無筆、無墨水, ,無一切機(jī)械轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)無一切機(jī)械轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu), ,無需日常無需日常維護(hù)。維護(hù)。 精度高：實(shí)時顯示精度高：實(shí)時顯示, ,0.2%;0.2%;曲線及棒圖顯示曲線及棒圖顯示, ,0.5%0.5%。 具有與上位機(jī)通訊的標(biāo)準(zhǔn)具有與上位機(jī)通訊的標(biāo)準(zhǔn), ,可靠性高可靠性高, ,價格與一般記錄價格與一般記錄儀相仿。儀相仿。 25過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表n 二、虛擬顯示儀表二、虛擬顯示儀表 26采樣采樣開關(guān)開關(guān)模數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換個人計(jì)算機(jī)個人計(jì)算機(jī)實(shí)時實(shí)時數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算處理計(jì)算處理多媒體多媒體顯示顯示

21、顯示顯示模式模式輸入通道輸入通道輸入通道插卡輸入通道插卡虛擬顯示儀表原理框圖虛擬顯示儀表原理框圖過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表第三節(jié)第三節(jié) 新型顯示儀表新型顯示儀表虛擬顯示儀表的特點(diǎn)有虛擬顯示儀表的特點(diǎn)有: : 使用簡單方便。使用簡單方便。 結(jié)構(gòu)簡單。結(jié)構(gòu)簡單。 性能優(yōu)越。性能優(yōu)越。 27過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表、顯示儀表例題分析例題分析圖圖6-56-5是自動平衡電橋的工作原理圖。請問在下列情況時是自動平衡電橋的工作原理圖。請問在下列情況時, ,儀表的指針儀表的指針 ( (即滑動觸點(diǎn)的位置即滑動觸點(diǎn)的位置) )、起點(diǎn)溫度、儀表量程、起點(diǎn)溫度、

22、儀表量程會如何變化會如何變化? ?簡述其原因簡述其原因? (1)? (1)溫度升高；溫度升高；(2)(2)儀表停電儀表停電; ; (3)(3)加大加大R6； (4)(4)減小減小R5；(5)(5)電阻體被燒斷。電阻體被燒斷。 解：解：(1)(1)當(dāng)溫度升高時當(dāng)溫度升高時, ,滑動觸點(diǎn)將向右移動滑動觸點(diǎn)將向右移動, ,這是因?yàn)楫?dāng)這是因?yàn)楫?dāng)溫度升高后溫度升高后, ,Rt增加增加, ,只有滑動觸點(diǎn)向右移只有滑動觸點(diǎn)向右移, ,使與使與Rt串聯(lián)的串聯(lián)的這個橋臂的電阻值減小這個橋臂的電阻值減小, ,才能使電橋達(dá)到新的平衡。才能使電橋達(dá)到新的平衡。 (2)(2)儀表停電時儀表停電時, ,指針隨撥隨停指針隨撥隨停, ,因?yàn)榇藭r放大器的輸因?yàn)榇藭r放大器的輸入與輸出均沒有信號入與輸出均沒有信號, ,可逆電機(jī)不可能自行轉(zhuǎn)動?？赡骐姍C(jī)不可能自行轉(zhuǎn)動。 28過程裝備控制技術(shù)過程裝備控制技術(shù)4 4、顯示儀表