第八章 顯示儀表

1、劉玉長劉玉長第八章第八章 顯示儀表顯示儀表 8.1 顯示儀表顯示儀表概述概述8.2 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表8.3 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表劉玉長劉玉長8.1 顯示儀表顯示儀表概述概述定義定義:接收檢測元件接收檢測元件(包括敏感元件、傳感器、變送器等包括敏感元件、傳感器、變送器等)輸出信號輸出信號,通過適當(dāng)?shù)奶幚砗娃D(zhuǎn)換通過適當(dāng)?shù)奶幚砗娃D(zhuǎn)換,以易于識別的形式將以易于識別的形式將被測參數(shù)表現(xiàn)出來的裝置。被測參數(shù)表現(xiàn)出來的裝置。第八章第八章 顯示儀表顯示儀表 分類分類:模擬式、數(shù)字式和屏幕式三大類。模擬式、數(shù)字式和屏幕式三大類。 還有一類稱為記錄儀的特殊顯示裝置。還有一類稱為記錄儀的特殊顯示

2、裝置。隨著計算機多媒體技術(shù)的快速發(fā)展隨著計算機多媒體技術(shù)的快速發(fā)展,利用計算機來取代利用計算機來取代實際的顯示儀表實際的顯示儀表,形成了所謂的虛擬顯示儀表的概念。形成了所謂的虛擬顯示儀表的概念。 劉玉長劉玉長數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表:以數(shù)字的形式直接顯示被測參數(shù)大小的以數(shù)字的形式直接顯示被測參數(shù)大小的儀表。儀表。 因具有速度快因具有速度快.精度高精度高.讀數(shù)直觀讀數(shù)直觀,便于與計算機等數(shù)便于與計算機等數(shù)字裝置聯(lián)用等特點字裝置聯(lián)用等特點,正在迅速發(fā)展。正在迅速發(fā)展。屏幕顯示儀表屏幕顯示儀表:在數(shù)字儀表基礎(chǔ)上增強了在數(shù)字儀表基礎(chǔ)上增強了CPU.RAM.ROM.顯示屏和一些其他元件的功能而構(gòu)成的

3、新型顯示儀表顯示屏和一些其他元件的功能而構(gòu)成的新型顯示儀表,可可將圖形、字符、曲線及數(shù)字等直接在屏幕上進(jìn)行顯示。將圖形、字符、曲線及數(shù)字等直接在屏幕上進(jìn)行顯示。模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表:以指針與標(biāo)尺間的相對位移量或偏轉(zhuǎn)角以指針與標(biāo)尺間的相對位移量或偏轉(zhuǎn)角來指示被測參數(shù)連續(xù)變化的顯示儀表。來指示被測參數(shù)連續(xù)變化的顯示儀表。 特點特點:結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格低廉、易于反映被測參結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格低廉、易于反映被測參數(shù)的變化趨勢數(shù)的變化趨勢;但準(zhǔn)確度較低、線性刻度較差、信息能但準(zhǔn)確度較低、線性刻度較差、信息能量傳遞效率低、靈敏度不高等缺點。量傳遞效率低、靈敏度不高等缺點。 8.1 顯示儀

4、表顯示儀表概述概述劉玉長劉玉長屏幕顯示儀表組成屏幕顯示儀表組成8.1 顯示儀表顯示儀表概述概述多路切換開關(guān)多路切換開關(guān):可多路輸入信號按一定時間間隔進(jìn)行切換可多路輸入信號按一定時間間隔進(jìn)行切換,輸入儀表內(nèi)實現(xiàn)多點顯示。輸入儀表內(nèi)實現(xiàn)多點顯示。前置放大器和前置放大器和A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換:輸入的微小信號放大再轉(zhuǎn)換為輸入的微小信號放大再轉(zhuǎn)換為斷續(xù)的數(shù)字量。斷續(xù)的數(shù)字量。CPU:對輸入的數(shù)字量信號對輸入的數(shù)字量信號,進(jìn)行儀表功能所需的處理進(jìn)行儀表功能所需的處理,如非如非線性補償線性補償.標(biāo)度變換標(biāo)度變換.零點校正零點校正.上下限報警上下限報警.故障診斷等。故障診斷等。劉玉長劉玉長8.1 顯示儀表顯示儀表概

5、述概述只讀存儲器只讀存儲器:存放一些預(yù)先設(shè)置的使儀表實現(xiàn)各種功能的存放一些預(yù)先設(shè)置的使儀表實現(xiàn)各種功能的固定程序。固定程序。RAM:可用于存儲各種輸入可用于存儲各種輸入.輸出數(shù)據(jù)及中間計算結(jié)果等輸出數(shù)據(jù)及中間計算結(jié)果等,必須自帶電池必須自帶電池,否則一旦斷電否則一旦斷電,所有儲存數(shù)據(jù)都丟失。所有儲存數(shù)據(jù)都丟失。鍵盤鍵盤:為輸入設(shè)備；為輸入設(shè)備；打印機打印機.顯示屏幕顯示屏幕:為輸出設(shè)備。為輸出設(shè)備。劉玉長劉玉長8.1 顯示儀表顯示儀表概述概述記錄儀記錄儀:能實時保存當(dāng)前儀表測量值能實時保存當(dāng)前儀表測量值,以便需要時查看的以便需要時查看的裝置。裝置。第八章第八章 顯示儀表顯示儀表 有筆記錄儀有筆

6、記錄儀:一般是一般是模擬式儀表模擬式儀表,表中有傳動機構(gòu)帶動表表中有傳動機構(gòu)帶動表筆在顯示的同時記錄被測量隨時間變化的曲線。筆在顯示的同時記錄被測量隨時間變化的曲線。分類分類:有筆記錄儀和無筆記錄儀有筆記錄儀和無筆記錄儀。無筆記錄儀無筆記錄儀:是一種特殊的是一種特殊的數(shù)字儀表數(shù)字儀表, 在顯示數(shù)據(jù)的同時把在顯示數(shù)據(jù)的同時把實時數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存里。需要時只要輸入查詢起止時間實時數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存里。需要時只要輸入查詢起止時間,就能以數(shù)據(jù)或曲線形式顯示當(dāng)時的數(shù)據(jù)。就能以數(shù)據(jù)或曲線形式顯示當(dāng)時的數(shù)據(jù)。劉玉長劉玉長虛擬儀器虛擬儀器定義定義:通過應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜嬎銠C與功能化硬件通過應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜嬎銠C與功能化

7、硬件結(jié)合結(jié)合,用戶通過圖形界面來操作這臺計算機用戶通過圖形界面來操作這臺計算機,就像在操作就像在操作自己定義、自己設(shè)計的一臺儀器一樣自己定義、自己設(shè)計的一臺儀器一樣,從而完成對被測量從而完成對被測量的采集、分析、判斷、顯示、數(shù)據(jù)存儲等。的采集、分析、判斷、顯示、數(shù)據(jù)存儲等。特點特點:在計算機屏幕上完全模仿實際使用中的各種儀表在計算機屏幕上完全模仿實際使用中的各種儀表,如儀表盤如儀表盤.操作盤操作盤.接線端子等接線端子等,用戶通過鍵盤用戶通過鍵盤.鼠標(biāo)或觸摸鼠標(biāo)或觸摸屏進(jìn)行各種操作。屏進(jìn)行各種操作。8.1 顯示儀表顯示儀表概述概述第八章第八章 顯示儀表顯示儀表 “虛擬虛擬”二字主要包含兩方面的含

8、義二字主要包含兩方面的含義: 第一第一.虛擬儀器的面板是虛擬的。虛擬儀器的面板是虛擬的。 第二第二.虛擬儀器測量功能是由軟件編程來實現(xiàn)的。虛擬儀器測量功能是由軟件編程來實現(xiàn)的。 劉玉長劉玉長8.2 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表自動平衡顯示儀表自動平衡顯示儀表:電子電位差計電子電位差計和和電子自動平衡電橋電子自動平衡電橋。特點特點:測量精度高測量精度高,工作可靠。工作可靠?？蓽y量顯示溫度、壓力、流量、物位等參數(shù)?？蓽y量顯示溫度、壓力、流量、物位等參數(shù)。8.2.1 電位差計式顯示儀表電位差計式顯示儀表(熱電偶熱電偶)是一種典型的平衡式測量儀表是一種典型的平衡式測量儀表,能與能與輸出信號為電勢輸出信

9、號為電勢(電壓電壓)的各種檢測元件配合的各種檢測元件配合,用于測量和顯示被測參數(shù)。用于測量和顯示被測參數(shù)。劉玉長劉玉長8.2.1 電位差計式顯示儀表電位差計式顯示儀表8.2.1.1 工作原理工作原理ABU電位差計的測量原理電位差計的測量原理 tE平衡法平衡法(補償法補償法.零值法零值法),將被測電勢與已知標(biāo)準(zhǔn)電勢比較將被測電勢與已知標(biāo)準(zhǔn)電勢比較,當(dāng)兩者的差值為零時當(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。被測電勢就等于已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢。I恒定恒定,Rp為錳銅電阻為錳銅電阻(線性度高線性度高)。調(diào)節(jié)觸點調(diào)節(jié)觸點A,當(dāng)當(dāng)IG=0時時,Et=UAB=IRAB。由由A的位置的位置,讀讀UAB,即

10、被測即被測Et。劉玉長劉玉長劉玉長劉玉長手動手動電位差計的原理線路電位差計的原理線路 8.2.1 電位差計式顯示儀表電位差計式顯示儀表8.2.1.1 工作原理工作原理校準(zhǔn)工作校準(zhǔn)工作電流回路電流回路未知電勢未知電勢測量回路測量回路工作電流工作電流回路回路(1) 校準(zhǔn)工作電流的回路校準(zhǔn)工作電流的回路:開關(guān)合在開關(guān)合在1位置位置改變改變R1,使使IG=0, ES=IRG(2) 測量未知熱電勢測量未知熱電勢Et回路回路:開關(guān)合在開關(guān)合在2位置位置改變改變B點點,使使IG=0,Et=UAB=IRAB=RABES/RG被測熱電勢被測熱電勢Et得到準(zhǔn)確的測定得到準(zhǔn)確的測定,由由B點的位置確定。點的位置確定

11、。劉玉長劉玉長v實例：工作電源工作電源電位計電位計檢流計檢流計標(biāo)準(zhǔn)電池標(biāo)準(zhǔn)電池待測電池待測電池(勢勢)老式儀器設(shè)備老式儀器設(shè)備劉玉長劉玉長采用電位差計測量未知電勢有如下采用電位差計測量未知電勢有如下優(yōu)點優(yōu)點 ：(1)被測電勢與已知電位差平衡時進(jìn)行讀數(shù)的被測電勢與已知電位差平衡時進(jìn)行讀數(shù)的,測量回路中測量回路中沒有電流沒有電流,故可得到較真實的測量結(jié)果。熱電偶及連接線故可得到較真實的測量結(jié)果。熱電偶及連接線的電阻變化對測量結(jié)果不產(chǎn)生影響。的電阻變化對測量結(jié)果不產(chǎn)生影響。(2)電位差計有較高的準(zhǔn)確度電位差計有較高的準(zhǔn)確度,可保證測量的準(zhǔn)確度可保證測量的準(zhǔn)確度;同時同時,可作為直流電壓、電流、電阻等

12、的精密測量儀器?？勺鳛橹绷麟妷骸㈦娏?、電阻等的精密測量儀器。 8.2.1 電位差計式顯示儀表電位差計式顯示儀表8.2.1.1 工作原理工作原理不足不足:只能進(jìn)行間斷測量只能進(jìn)行間斷測量,不能自動記錄。需人工參與。不能自動記錄。需人工參與。劉玉長劉玉長自動電子電位差計自動電子電位差計:用電子放大器代替檢流計用電子放大器代替檢流計,用可逆電用可逆電機及傳動機構(gòu)代替人手的操作機及傳動機構(gòu)代替人手的操作,測量橋路代替測量回路測量橋路代替測量回路,實現(xiàn)測量過程的自動平衡、指示及記錄。實現(xiàn)測量過程的自動平衡、指示及記錄。 自動電子電位差計原理方框圖自動電子電位差計原理方框圖8.2.1 電位差計式顯示儀表電

13、位差計式顯示儀表8.2.1.1 工作原理工作原理劉玉長劉玉長自動電子電位差計的結(jié)構(gòu)自動電子電位差計的結(jié)構(gòu)放放大大器器記錄機構(gòu)記錄機構(gòu)同步電機同步電機可可逆逆電電機機穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)(代替人手操作代替人手操作)熱熱電電偶偶測測量量電電橋橋指示機構(gòu)指示機構(gòu)原理方框圖原理方框圖劉玉長劉玉長結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖自動電子電位差計的結(jié)構(gòu)自動電子電位差計的結(jié)構(gòu)劉玉長劉玉長8.2.1.2 測量橋路中各電阻的作用及要求測量橋路中各電阻的作用及要求當(dāng)觸點當(dāng)觸點A從左端至右端時從左端至右端時,要求要求UAB=040mV,則則 I = 4mA 。R4=240,R4稱為稱為限流電阻限流電阻。 輸出為輸出

14、為040mV的原理線路的原理線路(1) 輸出為輸出為040mV的原理線路的原理線路RP=10,穩(wěn)壓電源電壓穩(wěn)壓電源電壓E=1V。劉玉長劉玉長RG=10mV/4mA=2.5,RG稱為稱為起始電阻起始電阻。 輸出為輸出為1050mV的原理線路的原理線路 8.2.1.2 測量橋路中各電阻的作用及要求測量橋路中各電阻的作用及要求(2) 輸出為輸出為1050mV的原理線路的原理線路R4=240,R4稱為限流電阻。稱為限流電阻。 RP=10,穩(wěn)壓電源電壓穩(wěn)壓電源電壓E=1V, I=4mA。劉玉長劉玉長UAB=UACUBC。當(dāng)當(dāng)UACUBC時時,UAB為正值為正值;當(dāng)當(dāng)UACUBC時時,UAB為負(fù)值。為負(fù)值

15、。即可測量即可測量-1040 mV的直流電勢的直流電勢,解決了雙向測量問題。解決了雙向測量問題。具有兩個支路的測量原理線路具有兩個支路的測量原理線路 8.2.1.2 測量橋路中各電阻的作用及要求測量橋路中各電阻的作用及要求(3) 輸出為輸出為-1040mV的原理線路的原理線路限流電阻限流電阻冷端溫度補償冷端溫度補償劉玉長劉玉長t00,室溫室溫t0=t1時時,熱電勢減少熱電勢減少, 造成測量誤差。造成測量誤差。t0=0時時,觸點觸點C與與t 一一對應(yīng)一一對應(yīng),E(t,0)t,反映真實溫度。反映真實溫度。冷端溫度補償：冷端溫度補償：CAR2R3RGRPRMR4E=1VI1=4mAI2=2mAB-+

16、DEtt0加一個支路加一個支路R2(銅絲銅絲)R3, R2與熱電偶冷與熱電偶冷端處于同一溫度。端處于同一溫度。 當(dāng)當(dāng) t0R2UR2,而而E(t,t0),達(dá)到溫度補償?shù)哪康?。達(dá)到溫度補償?shù)哪康摹R2=E(t0,0)E(t,t0)=E(t,0)- E(t0,0)E(t,0)t穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源CBA+-Et+-8.2.1.2 測量橋路中各電阻的作用及要求測量橋路中各電阻的作用及要求溫度補償范圍溫度補償范圍0 50。不同分。不同分度號的電子電位差計度號的電子電位差計,R2值不同。值不同。 劉玉長劉玉長量程匹配問題量程匹配問題 (RGRM)觸點觸點C為起點時為起點時,UDC=E(t1,0)。儀表標(biāo)尺

17、下限為多種時。儀表標(biāo)尺下限為多種時,需串接電阻需串接電阻RG, RG UCD下限值下限值。觸點觸點C處于右端時處于右端時,UCD 為上限為上限t2的熱電勢。的熱電勢。 RM越小越小,則則RP電流越小電流越小,量程越窄量程越窄; R總總=RP / RM減少減少,I1不變不變, RP兩端電壓減少兩端電壓減少,可改變量程?？筛淖兞砍?。BCR2R3RGRPRMR4E=1VI1=4mAI2=2mAD-+AEtt08.2.1.2 測量橋路中各電阻的作用及要求測量橋路中各電阻的作用及要求劉玉長劉玉長XW系列自動電子電位差計測量橋路原理圖系列自動電子電位差計測量橋路原理圖X-顯示儀表顯示儀表,W-直流電位差計

18、直流電位差計EtBCR2R3RGRPRBRMR4E=1VI1=4mAI2=2mAA-+D(1).電阻電阻R2:實現(xiàn)實現(xiàn)冷端溫度自動補償冷端溫度自動補償。熱電偶的熱電偶的E(t,t0)時時,儀表顯示儀表顯示的溫度為的溫度為t,儀表儀表刻度不變化刻度不變化。(2).下支路限流電阻下支路限流電阻R3限制限制I2=2mA(25),精密精密電阻電阻,精度為精度為0.2%以內(nèi)。以內(nèi)。鎳鉻鎳鉻-鎳硅時鎳硅時R2=5.33,鎳鉻鎳鉻-考銅時考銅時R2=8.92,鉑銠鉑銠-鉑時鉑時R2=0.74。熱電偶不同熱電偶不同,R2值就不同值就不同。(3).上支路限流電阻上支路限流電阻R4:保證保證I1= 4mA。劉玉長

19、劉玉長XW系列自動電子電位差計測量橋路原理圖系列自動電子電位差計測量橋路原理圖EtBCR2R3RGRPRBRMR4E=1VI1=4mAI2=2mAA-+D(4).滑線電阻滑線電阻RP:重要部件重要部件,儀表的誤儀表的誤差差.靈敏度等與靈敏度等與RP優(yōu)劣有關(guān)優(yōu)劣有關(guān), RP=90(線性度高的錳銅線性度高的錳銅),不足時不足時,使使RP/RB=90。(5).量程電阻量程電阻RM:RM由儀表由儀表測量范圍和熱電偶分度號測量范圍和熱電偶分度號決定的。決定的。 RM越大越大,IM越小越小,量程越大量程越大;反之反之, 量程越小量程越小,通過改變通過改變RM .RG .R4 來改變量程。來改變量程。(6)

20、.始端始端(下限下限)電阻電阻RG:決定測量下限的高低。當(dāng)決定測量下限的高低。當(dāng)C點處于點處于起點時起點時,UCD為標(biāo)尺下限的熱電勢為標(biāo)尺下限的熱電勢, RG,UCD 大大,測量測量下限越高。下限越高。IM劉玉長劉玉長8.2.1.3 技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)(1)基本誤差基本誤差:電子電位差計的基本誤差包括兩種電子電位差計的基本誤差包括兩種,一是指一是指示基本誤差示基本誤差,二是記錄基本誤差二是記錄基本誤差 。(2)全行程時間全行程時間:在使用過程中當(dāng)被測參數(shù)發(fā)生變化時在使用過程中當(dāng)被測參數(shù)發(fā)生變化時,衡衡量儀表指示器反映被測參數(shù)變化的速度性質(zhì)的指標(biāo)量儀表指示器反映被測參數(shù)變化的速度性質(zhì)的指標(biāo),用全行

21、程時間表示。用全行程時間表示。 (3)儀表不靈敏區(qū)儀表不靈敏區(qū):指儀表指針不發(fā)生變化的輸入信號最指儀表指針不發(fā)生變化的輸入信號最大變化范圍大變化范圍,通常不超過量程的通常不超過量程的0.25%或或0.5%。 注意注意:電子電位差計是一種測量直流電勢或電位差的顯示電子電位差計是一種測量直流電勢或電位差的顯示儀表儀表,可與熱電偶、變送器或能將被測參數(shù)轉(zhuǎn)換為直流電可與熱電偶、變送器或能將被測參數(shù)轉(zhuǎn)換為直流電勢的儀器配用。勢的儀器配用。熱電偶和電子電位差計的分度號必須一致熱電偶和電子電位差計的分度號必須一致,儀表的外形尺儀表的外形尺寸寸.記錄方式記錄方式.走紙速度走紙速度.測量范圍等測量范圍等,按實際

22、要求選擇。按實際要求選擇。劉玉長劉玉長當(dāng)當(dāng)t后后,滑動觸點在滑動觸點在RP的某一位置的某一位置B時時,電橋平衡電橋平衡: R3(Rt0+Rt+RP-r1)=R2(R4+r1) (2) (2)-(1)則得：則得： RtR3-r1R3=R2r1RrRRR31t231. 平衡電橋測溫原理平衡電橋測溫原理當(dāng)溫度在下限時當(dāng)溫度在下限時,Rt為為Rt0,滑動觸點在滑動觸點在RP的左端的左端,此時電橋平衡此時電橋平衡:R3(Rt0+RP)=R2R4 (1)觸點位移與熱電阻的觸點位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。增量呈線性關(guān)系。GE0r1BRPR4R3R2Rt+-始始r2終終A8.2.2 自動平衡電橋式顯示儀表自

23、動平衡電橋式顯示儀表 (熱電阻熱電阻)二線制接法二線制接法劉玉長劉玉長1).基本原理基本原理:將檢流計換成放大器將檢流計換成放大器,利用被放大的不平衡電利用被放大的不平衡電壓推動可逆電機壓推動可逆電機, 帶動觸點帶動觸點B移動達(dá)到電橋平衡。移動達(dá)到電橋平衡。 XD系列交流電橋系列交流電橋;XQ系列直流電橋系列直流電橋2. 自動電子平衡電橋自動電子平衡電橋2). 測量橋路各電阻的作用測量橋路各電阻的作用直流電源為直流電源為1V,交流電源為交流電源為6.3V。起始電阻起始電阻量程電阻量程電阻滑線電阻滑線電阻三線制接法三線制接法:外接調(diào)整外接調(diào)整電阻電阻R1=2.5(20)I1=I2=3mA,交流限

24、流電阻交流限流電阻R7:保證電流在規(guī)定的保證電流在規(guī)定的范圍內(nèi)范圍內(nèi),以防燒毀。以防燒毀。劉玉長劉玉長4).自動電子平衡電橋的結(jié)構(gòu)原理方框圖自動電子平衡電橋的結(jié)構(gòu)原理方框圖放放大大器器記錄機構(gòu)記錄機構(gòu)同步電機同步電機可可逆逆電電機機穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)(代替人手操作代替人手操作)熱熱電電阻阻測測量量電電橋橋指示機構(gòu)指示機構(gòu)接法接法:由熱電阻一端引出兩根線由熱電阻一端引出兩根線,其中一線接電橋的一橋其中一線接電橋的一橋臂臂,另一線接電源的負(fù)極另一線接電源的負(fù)極;熱電阻另一端的一根線接熱電熱電阻另一端的一根線接熱電阻所在的橋臂。為了盡量減小誤差阻所在的橋臂。為了盡量減小誤差,電阻值為電

25、阻值為2.5。3).熱電阻采用三線制接法熱電阻采用三線制接法劉玉長劉玉長1).相同之處相同之處(1).組成相同組成相同:放大器放大器.可逆電機可逆電機.同步電機同步電機.指示記錄部分。指示記錄部分。(2).與儀表配套的測溫元件與儀表配套的測溫元件(熱電偶熱電偶.熱電阻熱電阻)外形結(jié)構(gòu)相似外形結(jié)構(gòu)相似。3.自動電子平衡電橋與自動電子電位差計比較自動電子平衡電橋與自動電子電位差計比較2).不相同之處不相同之處(1).輸入信號輸入信號:電位差計為電勢電位差計為電勢;電子平衡電橋為電阻。電子平衡電橋為電阻。(2).作用原理作用原理:當(dāng)儀表達(dá)到平衡時當(dāng)儀表達(dá)到平衡時,電位差計電橋不平衡電位差計電橋不平衡

26、,輸出電壓輸出電壓(與被測電勢大小相同極性相反與被測電勢大小相同極性相反),與被測電勢補償與被測電勢補償;電子平衡電橋電子平衡電橋,測量電橋處于平衡測量電橋處于平衡,即無輸出。即無輸出。(3). 電位差計測溫時電位差計測溫時,考慮熱電偶冷端溫度補償問題?？紤]熱電偶冷端溫度補償問題。(4).測溫元件與測量電橋的連接方式不同測溫元件與測量電橋的連接方式不同:熱電偶補償導(dǎo)熱電偶補償導(dǎo)線采用兩線制接法。熱電阻采用三線制接法。線采用兩線制接法。熱電阻采用三線制接法。(5).穩(wěn)壓源的供電方式穩(wěn)壓源的供電方式:電位差計用直流電位差計用直流;電子平衡電橋可電子平衡電橋可直流也可交流。直流也可交流。劉玉長劉玉長

27、例例1:K分度號的熱電偶采用如圖所示的方式與配套的電分度號的熱電偶采用如圖所示的方式與配套的電子電位差計接入控制室測爐溫子電位差計接入控制室測爐溫,已知電子電位差計顯示已知電子電位差計顯示溫度為溫度為700C時時,求實際溫度求實際溫度t。t30C20CK分度號分度號補償導(dǎo)線補償導(dǎo)線30C控制室控制室電子電電子電位差計位差計解題思路：解題思路：根據(jù)電位差計根據(jù)電位差計,顯示顯示700C則對應(yīng)的熱電勢則對應(yīng)的熱電勢:EK(700,0)電位差計中有溫度補償?shù)你~電阻電位差計中有溫度補償?shù)你~電阻,補償熱電勢補償熱電勢: UR=EK(20,0)補償導(dǎo)線可實現(xiàn)冷端溫度遷移補償導(dǎo)線可實現(xiàn)冷端溫度遷移,熱電偶所

28、測的熱電勢熱電偶所測的熱電勢為為:EK(t,20),其與補償熱電勢一起使儀表顯示其與補償熱電勢一起使儀表顯示700C。則依題意有：則依題意有： EK(t,20) +EK(20,0)=EK(700,0),由中間溫度定律可知由中間溫度定律可知t= 700C。劉玉長劉玉長t30C20CCu線線Cu線線30C控制控制室電室電位差位差計計例例2:K分度號的熱電偶采用下圖的方式與配套的電位差計分度號的熱電偶采用下圖的方式與配套的電位差計接入控制室測爐溫接入控制室測爐溫,已知電位差計顯示溫度為已知電位差計顯示溫度為700C時時,求實求實際溫度際溫度t。EK(t,0)=EK(700,0)-EK(20,0)+E

29、K(30,0) = 29.129-0.798+1.203=29.534V解解:查表得查表得:EK(20,0)=0.798mV, EK(700,0)=29.129mV EK(30,0)=1.203mV 依題意有依題意有:EK(t,30)+EK(20,0)=EK(700,0),EK(t,0)-EK(30,0)+EK(20,0)=EK(700,0),t=700+(29.534-29.129)/(29.548-29.129)x10=709.7C查表查表:EK(710,0)=29.548V, EK(700,0)=29.129V劉玉長劉玉長例例3: K分度號的熱電偶采用下圖的方式與分度號的熱電偶采用下圖的

30、方式與S分度號的電分度號的電位差計接入控制室測爐溫位差計接入控制室測爐溫,已知電位差計顯示溫度為已知電位差計顯示溫度為700C時時,求實際溫度求實際溫度t。 t30C20CK分度號補分度號補償導(dǎo)線償導(dǎo)線30C控制室控制室S型型電位電位差計差計EK(t,0)= ES(700,0)-ES(20,0)+EK(20,0) =6.275-0.113+0.798=6.96mV解解:查表得查表得:EK(20,0) =0.798mV, ES(20,0)=0.113mV, ES(700,0)=6.275mV,依題意依題意:EK(t,20) +ES(20,0)=ES(700,0)，查表查表:EK(180,0)=7

31、.34mV, EK(170,0)=6.941mVt=170+(6.96-6.941)/(7.34-6.941)x10=170.5C劉玉長劉玉長例例4: K分度號的熱電偶采用下圖的方式與分度號的熱電偶采用下圖的方式與S分度號的電分度號的電位差計接入控制室測爐溫位差計接入控制室測爐溫,已知電位差計顯示溫度為已知電位差計顯示溫度為700C時時,求實際溫度求實際溫度t。t30C20CCu線線Cu線線30C控制控制室室S型型電位電位差計差計劉玉長劉玉長例例4: K分度號的熱電偶采用下圖的方式與分度號的熱電偶采用下圖的方式與S分度號的電分度號的電位差計接入控制室測爐溫位差計接入控制室測爐溫,已知電位差計顯

32、示溫度為已知電位差計顯示溫度為700C時時,求實際溫度求實際溫度t。EK(t,0)= ES(700,0)-ES(20,0)+EK(30,0) =6.275-0.113+1.203=7.365mV解解:查表得查表得:EK(30,0) =1.203mV, ES(20,0)=0.113mV, ES(700,0)=6.275mV,依題意依題意:EK(t,30) +ES(20,0)=ES(700,0)，查表查表:EK(180,0)=7.34mV, EK(190,0)=7.739mVt=180+(7.365-7.34)/(7.739-7.34)x10=180.6Ct30C20CCu線線Cu線線30C控制控

33、制室室S型型電位電位差計差計劉玉長劉玉長用分度號用分度號Pt100鉑電阻測溫鉑電阻測溫,在計算時錯用了在計算時錯用了Cu100的分的分度表度表,查得溫度為查得溫度為140C,問實際溫度為多少？問實際溫度為多少？解解:查表查表Cu100表表:R140=159.96, 查表查表Pt100表表:R150=157.33, R160=161.05,t=150+(159.96-157.33)/(161.05-157.33)x10=157C劉玉長劉玉長8.3 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表定義定義:把與被測參數(shù)成一定函數(shù)關(guān)系的連續(xù)變化的模擬量把與被測參數(shù)成一定函數(shù)關(guān)系的連續(xù)變化的模擬量,變換為斷續(xù)的數(shù)字量顯示

34、變換為斷續(xù)的數(shù)字量顯示測量結(jié)果測量結(jié)果的儀表。的儀表。8.3.1 數(shù)字式顯示儀表概述數(shù)字式顯示儀表概述8.3.1.3數(shù)字式顯示儀表的分類數(shù)字式顯示儀表的分類數(shù)數(shù)字字式式顯顯示示儀儀表表按輸入信按輸入信號形式分號形式分電電壓壓型型按顯示按顯示方式分方式分單點單點多點多點頻頻率率型型單點單點按功按功能分能分顯示儀顯示儀多點多點顯示報警儀顯示報警儀顯示報警輸出記錄儀顯示報警輸出記錄儀顯示輸出儀顯示輸出儀顯示記錄儀顯示記錄儀按顯示按顯示方式分方式分按功按功能分能分按功按功能分能分按功按功能分能分劉玉長劉玉長8.3.1.2 數(shù)字式顯示儀表的性能指標(biāo)數(shù)字式顯示儀表的性能指標(biāo)v數(shù)字式顯示儀表的主要性能指標(biāo)有

35、：數(shù)字式顯示儀表的主要性能指標(biāo)有： 量程；量程； 分辨率；分辨率； 準(zhǔn)確度。準(zhǔn)確度。v此外還有響應(yīng)時間、數(shù)據(jù)輸出、絕緣電壓、環(huán)境要此外還有響應(yīng)時間、數(shù)據(jù)輸出、絕緣電壓、環(huán)境要求等指標(biāo)。求等指標(biāo)。劉玉長劉玉長8.3.1.3 數(shù)字式顯示儀表的特點數(shù)字式顯示儀表的特點(1)準(zhǔn)確度高準(zhǔn)確度高,可避免視差?？杀苊庖暡睢?2)靈敏度高靈敏度高,響應(yīng)速度快響應(yīng)速度快,而且不受輸送距離限制。而且不受輸送距離限制。(3)量程和極性可以自動轉(zhuǎn)換量程和極性可以自動轉(zhuǎn)換,因而量程范圍寬因而量程范圍寬,能直接讀能直接讀出測量值和累積值。出測量值和累積值。(4)體積小體積小,重量輕重量輕,易安裝易安裝,可以在惡劣環(huán)境中工

36、作?？梢栽趷毫迎h(huán)境中工作。(5) 智能型數(shù)字式顯示儀表智能型數(shù)字式顯示儀表,還有量程設(shè)定、報警參數(shù)設(shè)還有量程設(shè)定、報警參數(shù)設(shè)定、自動整定定、自動整定PID參數(shù)、儀表數(shù)據(jù)掉電保護(hù)、可編程參數(shù)、儀表數(shù)據(jù)掉電保護(hù)、可編程邏輯控制等功能。邏輯控制等功能。劉玉長劉玉長組成組成:信號變換信號變換.前置放大前置放大.非線性校正或開方運算非線性校正或開方運算.模模/數(shù)數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換.標(biāo)度變換標(biāo)度變換.數(shù)字顯示數(shù)字顯示.電壓電壓/電流電流(V/I)轉(zhuǎn)換及各轉(zhuǎn)換及各種控制電路等。種控制電路等。(熱電勢熱電勢)電流信號電流信號信號信號變換變換前置前置放大放大非線性非線性校正或校正或開方運開方運算算A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)

37、換標(biāo)度變換標(biāo)度變換數(shù)字顯示數(shù)字顯示V/I轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換控制電路控制電路工藝變量工藝變量(熱電阻熱電阻)(電壓電壓)(電流電流)光柱電平驅(qū)動光柱電平驅(qū)動繼電器觸點動作繼電器觸點動作或電流信號或電流信號光柱顯示光柱顯示2.將小信號將小信號(毫伏級毫伏級)放大放大(伏級伏級),其其中加濾波電路可抑止干擾信號。中加濾波電路可抑止干擾信號。1.將輸入信號轉(zhuǎn)換將輸入信號轉(zhuǎn)換成電壓成電壓(電流電流)值。值。3.將信號處理成線性特性將信號處理成線性特性,提提高儀表測量精度。高儀表測量精度。開方運算開方運算將差壓信號轉(zhuǎn)換成流量值。將差壓信號轉(zhuǎn)換成流量值。與熱電偶配套的數(shù)顯儀表還有冷端溫度自動補償功能。與熱電偶配套的數(shù)

38、顯儀表還有冷端溫度自動補償功能。8.3.2 數(shù)字顯示儀表的構(gòu)成數(shù)字顯示儀表的構(gòu)成劉玉長劉玉長數(shù)字式顯示儀表組成框圖數(shù)字式顯示儀表組成框圖8.3.2 數(shù)字顯示儀表的構(gòu)成數(shù)字顯示儀表的構(gòu)成劉玉長劉玉長8.3.3 模模-數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)定義定義:把連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號。把連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號。 分類分類: （1）直接比較型。）直接比較型。 （2）間接比較型。）間接比較型。 （3）復(fù)合型。）復(fù)合型。8.3.3.1 直接比較型直接比較型基本原理基本原理:將要轉(zhuǎn)換的模擬電壓信號與一套相鄰電壓數(shù)值將要轉(zhuǎn)換的模擬電壓信號與一套相鄰電壓數(shù)值相差相差2倍倍(二進(jìn)制關(guān)系二進(jìn)

39、制關(guān)系)的標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行逐次比較逐次比較,不斷逼近不斷逼近,直到兩者相等為止直到兩者相等為止,標(biāo)準(zhǔn)電壓以二進(jìn)制形式輸出。標(biāo)準(zhǔn)電壓以二進(jìn)制形式輸出。直接比較原理示意圖直接比較原理示意圖 劉玉長劉玉長逐次比較的條件逐次比較的條件: (一個電壓轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)碼一個電壓轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)碼)(1).有一套相鄰關(guān)系為有一套相鄰關(guān)系為二進(jìn)制的標(biāo)準(zhǔn)電壓二進(jìn)制的標(biāo)準(zhǔn)電壓,產(chǎn)生這套電壓產(chǎn)生這套電壓的網(wǎng)絡(luò)稱為的網(wǎng)絡(luò)稱為解碼網(wǎng)絡(luò)解碼網(wǎng)絡(luò)。(2).有一個有一個比較鑒別器比較鑒別器,把把標(biāo)準(zhǔn)電壓標(biāo)準(zhǔn)電壓和被轉(zhuǎn)換的電壓進(jìn)行和被轉(zhuǎn)換的電壓進(jìn)行比較比較,并判別大小并判別大小,以決定是否保留這位電壓。以決定是否保留這位

40、電壓。(3).有一個有一個數(shù)碼寄存器數(shù)碼寄存器,保存每次比較的結(jié)果是保存每次比較的結(jié)果是“1”或或“0”。(4).有一套有一套控制線路控制線路,比較由高位開始比較由高位開始,逐次到低位。逐次到低位。8.3.3.1 直接比較型直接比較型8.3.3 模模-數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)例如例如:將將3V的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號,可采用一套可采用一套電壓值分別如下的電壓值分別如下的共共11種電壓。種電壓。2.5V,1.25V,0.625V,0.3125V,2.5/210V劉玉長劉玉長比較過程：比較過程：用用2.5V與與3V比較比較,2.53.0,不保留不保留,記記“10”。用

41、用0.625V與與3V比較比較,2.5+0.6253.0,不保留不保留,記記“100”。用用0.3125V與與3V比較比較,2.5+0.3125Rt0,則：則：120tEEIIIRRRR 0(-)ttUI RRIR例例:用用Cu50測溫時測溫時,測溫為測溫為050,則則R t=10.70,顯示顯示“50”的數(shù)字值。設(shè)數(shù)字儀表的分辨力為的數(shù)字值。設(shè)數(shù)字儀表的分辨力為100V,即末位跳一個即末位跳一個字需要字需要100V的輸入信號。的輸入信號。50.4710.70tUImAR I值通過選取值通過選取E或或R得到得到,當(dāng)儀表的分辨率或顯示位數(shù)改變時當(dāng)儀表的分辨率或顯示位數(shù)改變時,橋路參數(shù)也要適當(dāng)予以

42、調(diào)整。橋路參數(shù)也要適當(dāng)予以調(diào)整。顯示顯示“50”時時,就需就需50 100 10-6 = 5 mV的信號的信號,可得：可得：劉玉長劉玉長B B 電勢信號的標(biāo)度變換電勢信號的標(biāo)度變換(V/V變換變換)8.3.5.1 模擬量標(biāo)度變換模擬量標(biāo)度變換以以熱電偶熱電偶的熱電勢作為輸入信號時的標(biāo)度變換。的熱電勢作為輸入信號時的標(biāo)度變換。如有一配如有一配K分度號熱電偶的數(shù)字測溫儀表分度號熱電偶的數(shù)字測溫儀表,滿度顯示為滿度顯示為“1023”,此時放大器的輸出為此時放大器的輸出為4V。而該熱電偶。而該熱電偶1000時時的電勢值為的電勢值為41.276mV,通過選取前置放大器的放大倍數(shù)來通過選取前置放大器的放大

43、倍數(shù)來實現(xiàn)其標(biāo)度變換。實現(xiàn)其標(biāo)度變換。設(shè)數(shù)字儀表顯示設(shè)數(shù)字儀表顯示“1000”時放大器的輸出為時放大器的輸出為x,則：則： 1023:4= 1000:x而此時熱電偶的熱電勢是而此時熱電偶的熱電勢是41.27 mV,故前置放大器的放大故前置放大器的放大倍數(shù)倍數(shù)K應(yīng)該是應(yīng)該是3910 / 41.27 = 94.7。x=4000/1023= 3.91V= 3910 mV劉玉長劉玉長當(dāng)數(shù)字儀表與變送器配套使用時當(dāng)數(shù)字儀表與變送器配套使用時,可用簡單的電阻網(wǎng)絡(luò)可用簡單的電阻網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)標(biāo)度轉(zhuǎn)換。即將變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)直流毫安信號實現(xiàn)標(biāo)度轉(zhuǎn)換。即將變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)直流毫安信號轉(zhuǎn)換為規(guī)格化電壓信號。轉(zhuǎn)換為規(guī)格化電

44、壓信號。電流信號的標(biāo)度變換電流信號的標(biāo)度變換C 電流信號的標(biāo)度變換電流信號的標(biāo)度變換(I/V變換變換)8.3.5.1 模擬量標(biāo)度變換模擬量標(biāo)度變換U=IR2 I劉玉長劉玉長8.3.5.2 數(shù)字量標(biāo)度變換數(shù)字量標(biāo)度變換如被測溫度為如被測溫度為1000,而經(jīng)而經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后輸出轉(zhuǎn)換器后輸出1250個脈沖個脈沖,如直接送給計數(shù)器顯示如直接送給計數(shù)器顯示,必然顯示必然顯示1250四位數(shù)字。如通過四位數(shù)字。如通過系數(shù)為系數(shù)為0.8的乘法器的乘法器,就可顯示就可顯示1000四位數(shù)四位數(shù),實現(xiàn)標(biāo)度變換。實現(xiàn)標(biāo)度變換。劉玉長劉玉長8.4 常用常用數(shù)字?jǐn)?shù)字顯示儀表簡介顯示儀表簡介XMZ系列為例系列為例,該系列儀表的輸入有數(shù)字校正該系列儀表的輸入有數(shù)字校正.自校準(zhǔn)技自校準(zhǔn)技術(shù)及多重保護(hù)和隔離設(shè)計術(shù)及多重保護(hù)和隔離設(shè)計,則消除了溫漂和時漂引起的測則消除了溫漂和時漂引起的測量誤差量誤差,抗干擾能力強抗干擾能