中國石油大學化工檢測儀表顯示儀表資料學習教案

1、會計學1中國石油大學化工中國石油大學化工(hugng)檢測儀表顯示檢測儀表顯示儀表資料儀表資料第一頁，共46頁。按顯示方式分為按顯示方式分為(fn wi)：1 1、模擬式模擬式2 2、數(shù)字式數(shù)字式3 3、圖像、圖像(t (t xin)xin)顯示式顯示式 以儀表以儀表(ybio)指針（或記錄筆）的線位移或角位移來模擬顯示指針（或記錄筆）的線位移或角位移來模擬顯示被測參數(shù)連續(xù)變化的儀表被測參數(shù)連續(xù)變化的儀表(ybio)。直接以數(shù)字形式顯示被測參數(shù)的儀表。直接以數(shù)字形式顯示被測參數(shù)的儀表。 將被測參數(shù)用文字、符號、數(shù)字和圖象配合在大屏幕熒光屏上顯示將被測參數(shù)用文字、符號、數(shù)字和圖象配合在大屏幕熒光

2、屏上顯示，具有模擬和數(shù)字顯示兩種功能。具有模擬和數(shù)字顯示兩種功能。 凡能將生產(chǎn)過程中各種參數(shù)進行指示、記錄或累積的儀表。凡能將生產(chǎn)過程中各種參數(shù)進行指示、記錄或累積的儀表。返返 回回第1頁/共46頁第二頁，共46頁。第2頁/共46頁第三頁，共46頁。動圈式儀表的測量機構是一個磁電系檢流計， 如圖所示。它由永久磁鐵、可動線圈、 張絲、 指針、 刻度標尺、 鐵芯等構成(guchng)。 測量機構與測量線路組成動圈式指示儀表， 若再配以給定機構可組成調(diào)節(jié)儀表。 動圈式儀表結構簡單， 價格低廉， 易于維護， 精度可達1.0級, 與各種敏感元件和傳感器、 變送器配合，廣泛應用于溫度、 壓力、成分、物位等

3、非電量的測量。 圖1 動圈式指示儀表的組成 (a) 測量機構(jgu)； (b) 測量線路 第3頁/共46頁第四頁，共46頁。動圈式溫度指示儀表配熱電偶的動圈溫度指示儀表： 配熱電偶的動圈溫度指示儀表型號為XCZ-101， 其電路如圖2所示。在使用熱電偶測量溫度時，一般配接有冷端溫度補償器，在電橋平衡時冷端溫度補償器的等效內(nèi)阻為1 ，并考慮將RCu隨溫度變化引起的等效電阻變動忽略； 同時， 熱電偶在不同溫度下的電阻也不相同，應當(yngdng)事先計算或測量熱電偶在使用狀態(tài)下的電阻值，以此來確定外接電阻R外的大小。 圖2 XCZ-101動圈儀表(ybio)電路 第4頁/共46頁第五頁，共46頁

4、。第5頁/共46頁第六頁，共46頁。g)電橋電橋第6頁/共46頁第七頁，共46頁。若檢流計若檢流計G指零，則指零，則: Ex=IRKA 電壓平衡法：將被測電勢與巳知標準電壓平衡法：將被測電勢與巳知標準(biozhn)電勢比較。電勢比較。 當巳知電勢(dinsh)與未知電勢(dinsh)達到平衡時，測量回路中無電流通過，回路中電阻對測量沒有影響?？梢霕硕üぷ骺梢霕硕üぷ?gngzu)電流回路或穩(wěn)壓電源供電，提電流回路或穩(wěn)壓電源供電，提高高I精度。精度。測量結果僅取決于測量結果僅取決于I和和R的準確度。的準確度。 當兩者差值為零時，當兩者差值為零時，被測電勢等于已知標準電勢。被測電勢等于已知標

5、準電勢。第7頁/共46頁第八頁，共46頁。采用標準電池標定工作采用標準電池標定工作(gngzu)電流。電流。 先將開關先將開關 S置置“1 ”，進行，進行(jnxng)標定，調(diào)標定，調(diào)RI使檢流計使檢流計指零指零Ig=0，則，則標定標定(bio dn)方法：方法：Es = IRGGsREI 再將開關再將開關S置置“2” ，進行，進行測量測量。移。移動觸點動觸點K的位置，直至的位置，直至檢流計指零檢流計指零，此，此時時既可測量毫伏信號，也可做既可測量毫伏信號，也可做標準毫伏信號源？標準毫伏信號源？K 點位置與點位置與Ex對應。對應。xAKGsAKAKERREIRU 第8頁/共46頁第九頁，共46

6、頁。4203)(RRrRRt 42max3)(RrRRRt 412103)()(RrRrrRRRtt tRRRRr 4331 起始狀態(tài)，起始狀態(tài)，Rt=Rt0Rt=Rt0，電橋，電橋(din qio)(din qio)平衡條件為：在滑平衡條件為：在滑動變阻器的最右端動變阻器的最右端當當Rt=Rtmax時，電橋時，電橋(din qio)平衡，有平衡，有觸點觸點K位于位于(wiy)滑線電阻滑線電阻r任意點時：任意點時： Rt值與值與K點有對應的平衡位置，若點有對應的平衡位置，若Rt為熱電阻為熱電阻, , 三線制連接三線制連接?；€滑線電阻電阻r上上標以溫度值標以溫度值，可直接顯示相應溫度。，可直接

7、顯示相應溫度。第9頁/共46頁第十頁，共46頁。n自動平衡電自動平衡電橋橋自動平衡顯示(xinsh)儀表是模擬儀表的另一個大類。相對于動圈儀表來說，它的結構較為復雜，組成環(huán)節(jié)較多，但它的精度高，性能穩(wěn)定，因而目前不少單位還在應用著。自動平衡式顯示(xinsh)儀表主要有自動平衡式電子電位差計和自動平衡式電子電橋兩種，它們分別用于電勢和電阻信號的測量。 第10頁/共46頁第十一頁，共46頁。放大器放大器 檢流計檢流計可逆電機可逆電機(dinj) (dinj) 手調(diào)手調(diào)滑動觸點滑動觸點在手動電位差計或手動平衡在手動電位差計或手動平衡(pnghng)電橋的電橋的基礎上基礎上返返 回回第11頁/共46

8、頁第十二頁，共46頁。1 1與熱電偶配用的測量與熱電偶配用的測量(cling)(cling)橋路橋路 最簡單最簡單(jindn)的自動的自動電位差計電位差計上、下支路電流分別規(guī)定上、下支路電流分別規(guī)定4mA、2mA，即，即 I I1 1:I:I2 2=2: :1引入引入下支路下支路回路，進行熱電偶回路，進行熱電偶冷端溫度補償冷端溫度補償。 上支路上支路回路，進行回路，進行測量范圍的調(diào)整測量范圍的調(diào)整。)1 (0020tRRRt若以若以t t0 0=2O=2O為基準補償為基準補償0020220tRIRIRIt適當選擇適當選擇I2 、R0，使，使 I2t0 R0 =E(t0,0)電阻電阻R2：冷端

9、溫度補償電阻冷端溫度補償電阻。注意注意：不同分度號不同分度號R2不同，不同，R2處的溫度應與處的溫度應與熱電偶冷端一致熱電偶冷端一致。如果為Cu：熱電偶E：R0 ? ERRRRRRRREnpGnpGx 3224 第12頁/共46頁第十三頁，共46頁。下支路限流電阻下支路限流電阻(dinz)R3(dinz)R3： 與與R2R2配合使配合使I2=2mAI2=2mA。起始值電阻起始值電阻RGRG： 決定決定(judng)(judng)測量測量起始值。起始值。 UAC始始 =Exmin ， RGUAC始始Exmin txmin上支路限流電阻上支路限流電阻(dinz)R4(dinz)R4：與：與RnpR

10、np、RG RG 串聯(lián)使串聯(lián)使I1=4mAI1=4mA?；€電阻滑線電阻RP ：測量系統(tǒng)中關鍵元件，可變電阻。測量系統(tǒng)中關鍵元件，可變電阻。附加滑線電阻附加滑線電阻RP：與與RP材料相同，抵消接觸電勢。材料相同，抵消接觸電勢。工藝電阻工藝電阻RB ：與與RP并聯(lián)阻值并聯(lián)阻值90。量程電阻量程電阻RM ：與與90電阻并聯(lián)，電阻并聯(lián)，RM量程量程 第13頁/共46頁第十四頁，共46頁。ERRRRRRRREnpGnpGx 3224 （1 1）毫伏測量）毫伏測量(cling)(cling)橋路橋路 R2 (一般一般10)與其它電阻與其它電阻(dinz)均為固定電阻均為固定電阻(dinz)。（2 2）毫

11、安測量橋路（與變送器或傳感器配用）毫安測量橋路（與變送器或傳感器配用）R1必須有足夠的精度，最好滿足：必須有足夠的精度，最好滿足：100mVE=IR1 5mV可根據(jù)需要調(diào)整相應阻值，滿足不同測量范圍的要求。可根據(jù)需要調(diào)整相應阻值，滿足不同測量范圍的要求。第14頁/共46頁第十五頁，共46頁。R7交流電橋限流電阻交流電橋限流電阻(dinz): R1=2.5 R1=2.5為連接導線為連接導線(doxin)(doxin)等效電阻，實用時若不足等效電阻，實用時若不足2.52.5，由線繞電阻湊足。，由線繞電阻湊足。交流電橋：交流電橋：E=6.3V；直流電橋：直流電橋：E=1V。 測量橋路與自動電位差計測

12、量橋路與自動電位差計相似，各對應電阻作用相同。相似，各對應電阻作用相同。保證流過熱電阻電流保證流過熱電阻電流6mA上、下支路電流相同，上、下支路電流相同， I1=I2=3mA。 返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁主要用于熱電阻測量主要用于熱電阻測量第15頁/共46頁第十六頁，共46頁。1.1.接收的測量接收的測量(cling)(cling)信號信號不同不同平衡平衡(pnghng)(pnghng)電橋：電阻信電橋：電阻信號；號；電位差計：電位差計：mVmV或或mAmA信號。信號。2.2.平衡狀態(tài)不同平衡狀態(tài)不同自動平衡電橋平衡時：自動平衡電橋平衡時： 橋路無輸出橋路無輸出。自動電位差計平衡時：自

13、動電位差計平衡時： 橋路有輸出橋路有輸出。3.3.用于測溫時的兩點差異用于測溫時的兩點差異(2)(2)感溫元件與測量橋路連接方式不同感溫元件與測量橋路連接方式不同。(1)(1)R2不同。不同。返返 回回上一頁上一頁第16頁/共46頁第十七頁，共46頁。返返 回回第17頁/共46頁第十八頁，共46頁。直流電位差計作信號源。直流電位差計作信號源。Y標允標允（1/3）Y 被允被允a準確度等級；實驗室型準確度等級；實驗室型: 0.001, 0.002, 0.005, 0.01, 0.02, 0.05； 攜帶型攜帶型: 0.02, 0.05, 0.1, 0.2。Ux測量盤示值；測量盤示值；U測量盤最小分

14、度值；測量盤最小分度值；b附加誤差附加誤差(wch)項系數(shù)；項系數(shù)；b=0.5: 實驗室型實驗室型U/UI0.5a%;b=1: 攜帶型（或?qū)嶒炇倚陀谢€盤者，攜帶型（或?qū)嶒炇倚陀谢€盤者，U/UI0.5a%）;UI 對有十進盤的電位差計為第對有十進盤的電位差計為第I個測量個測量(cling)盤的步值；盤的步值； 對無十進盤的滑線式電位差計為滑線上限。對無十進盤的滑線式電位差計為滑線上限。UbUaYx %下一頁下一頁返返 回回第18頁/共46頁第十九頁，共46頁。 補償導線產(chǎn)生的電勢抵消補補償導線產(chǎn)生的電勢抵消補償電阻償電阻(dinz)產(chǎn)生的補償電壓。產(chǎn)生的補償電壓。 選擇選擇(xunz)好校驗

15、點，按分度好校驗點，按分度表送入標準電勢。表送入標準電勢。100%EEqEE示實終始E終終、E始始測量上、下限所對應的熱電勢；測量上、下限所對應的熱電勢；E示示校驗點實測的電勢值校驗點實測的電勢值(由手動電位差計上讀得由手動電位差計上讀得)；E實實校驗點對應的標準電勢值校驗點對應的標準電勢值(分讀表查得分讀表查得)。上一頁上一頁下一頁下一頁返返 回回第19頁/共46頁第二十頁，共46頁。 標準水銀標準水銀(shuyn)溫度計測得補償電阻處的環(huán)境溫度溫度計測得補償電阻處的環(huán)境溫度t0 ，由分度表查，由分度表查得得E(t0 ,0)，各校驗點均應減去該電勢，即送入的電勢應為，各校驗點均應減去該電勢，

16、即送入的電勢應為E(t,t0)。要求要求(yoqi)(yoqi)環(huán)境溫度必須穩(wěn)定。環(huán)境溫度必須穩(wěn)定。%1002 始始終終實實示示EEeEEqe2環(huán)境溫度所對應環(huán)境溫度所對應(duyng)的的熱電勢。熱電勢。 上一頁上一頁返返 回回第20頁/共46頁第二十一頁，共46頁。 采用分度為采用分度為1/1001/100的標準電阻的標準電阻箱作為標準儀器。箱作為標準儀器。 三線制接法且每根導線三線制接法且每根導線(doxin)(doxin)電阻均為電阻均為2.52.5。%100 始始終終實實示示RRRRqR終、終、R始始測量上、下限所對應的熱電阻值；測量上、下限所對應的熱電阻值；R示示校驗校驗(xio

17、yn)點實測的電阻值（標準電阻點實測的電阻值（標準電阻箱讀得）；箱讀得）；R實實校驗校驗(xio yn)點對應的標準電阻值。點對應的標準電阻值。返返 回回第21頁/共46頁第二十二頁，共46頁。返返 回回第22頁/共46頁第二十三頁，共46頁。返返 回回第23頁/共46頁第二十四頁，共46頁。 具有量程自動轉(zhuǎn)換、自校正、自診斷等人工智能分析(fnx)能力；如通信、復雜公式計算等輕而易舉。硬件結構更簡單，穩(wěn)定性、可靠性、性價比大大提高。 在數(shù)顯儀表基礎在數(shù)顯儀表基礎(jch)(jch)上，加入上，加入CPUCPU等芯片等芯片, , 仍具數(shù)顯儀表的外形，使仍具數(shù)顯儀表的外形，使儀表功能智能化。儀表

18、功能智能化。硬件核心硬件核心: :單片機。集成單片機。集成(j chn)(j chn)了了CPUCPU、存儲器、定時、存儲器、定時/ /計數(shù)器、計數(shù)器、 串并行輸入輸出口、多路中斷系統(tǒng)等。串并行輸入輸出口、多路中斷系統(tǒng)等。存儲器：存儲器：存有固化的儀表監(jiān)控程序。存有固化的儀表監(jiān)控程序。 多路并行輸入輸出口：多路并行輸入輸出口：可作儀表面板輕觸鍵和開關量輸可作儀表面板輕觸鍵和開關量輸入接口；也可作入接口；也可作A/DA/D、D/AD/A芯片接口或并行通信接口（接微型打印芯片接口或并行通信接口（接微型打印機等）。機等）。返返 回回下一頁下一頁第24頁/共46頁第二十五頁，共46頁。 串行輸入輸出口

19、：用于遠距離串行通信串行輸入輸出口：用于遠距離串行通信(tng xn)(tng xn)；多路中斷處理系統(tǒng)：應付多路中斷處理系統(tǒng)：應付(yng f)(yng f)各種突發(fā)事件的緊急處理。各種突發(fā)事件的緊急處理。返返 回回上一頁上一頁第25頁/共46頁第二十六頁，共46頁。數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示(xinsh)(LED)第26頁/共46頁第二十七頁，共46頁。0-500kPaA/DCPU12位標度(bio d)變換顯示顯示(xinsh)N0-5VmV儀表(ybio)放大器D/A4-20mAV/I4-20mAA/DCPU12位顯示顯示N1-5V0-500kPa0-500kPa0-500kPa標度變換應變

20、式應變式壓力變送器壓力變送器應變式應變式壓力變送器壓力變送器mV250第27頁/共46頁第二十八頁，共46頁。100-500A/DCPUEk(t,0)12位100-500標度(bio d)變換顯示顯示(xinsh)NA/DCPU12位0-100顯示顯示(xinsh)NPt1000-100第28頁/共46頁第二十九頁，共46頁。 工業(yè)過程的各種被測量不僅量綱不同，其數(shù)值范圍往往工業(yè)過程的各種被測量不僅量綱不同，其數(shù)值范圍往往(wngwng)也相差很大。為了進行數(shù)據(jù)采集，不管用哪一種傳感也相差很大。為了進行數(shù)據(jù)采集，不管用哪一種傳感器測量何種被測參數(shù)所得的信號，都要處理成與器測量何種被測參數(shù)所得的

21、信號，都要處理成與 AD轉(zhuǎn)換器輸入轉(zhuǎn)換器輸入特性相匹配的電壓信號特性相匹配的電壓信號(如如0一一5V)，然后經(jīng)過，然后經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進入微型計算機。為使智能傳感器的顯示、記錄、打印等結果能反入微型計算機。為使智能傳感器的顯示、記錄、打印等結果能反映被測量的實際數(shù)值，還必須把微機輸出的數(shù)字信號還原成與實映被測量的實際數(shù)值，還必須把微機輸出的數(shù)字信號還原成與實際被測量相對應的數(shù)值后才能輸出，這種對測量結果進行的數(shù)字際被測量相對應的數(shù)值后才能輸出，這種對測量結果進行的數(shù)字變換稱為標度變換。變換稱為標度變換。 標度(bio d)變換 ( )uf x( )Nk uk f x傳感A/D

22、xuN標度(bio d)變換()xN x 反變換（反函數(shù)） 第29頁/共46頁第三十頁，共46頁。 假設包括傳感器在內(nèi)的整個數(shù)據(jù)(shj)采集系統(tǒng)是線性的，則標度變換公式為：minmaxminmaxmaxmin()() /()xxxxxNNNN1 線性標度(bio d)變換 x：實際測量：實際測量(cling)值；值； xmax：測量：測量(cling)上限；上限； xmin：測量：測量(cling)下限；下限；Nx、 Nmax、Nmin：實際測量：實際測量(cling)值、上限值和下限值所分別對應值、上限值和下限值所分別對應的數(shù)字量的數(shù)字量第30頁/共46頁第三十一頁，共46頁。maxmax

23、minmin(/)()xxNNxxx若N0為零，則：( )uf x( )Nk uk f x傳感A/DxuNmaxminmin(/)()(2/)(1000)016.65xmFNNFFFAAHFFFHN標度(bio d)變換()xN x第31頁/共46頁第三十二頁，共46頁。0max0max00()/()()vxxvvvqNNNNqqq/vqkP如：利用節(jié)流裝置(zhungzh)測量流量時，流量與節(jié)流裝置(zhungzh)兩邊的差壓之間有以下關系:(1)解析計算法如果能夠獲知傳感器的非線性特性解析式就有可能利用解析計算法進行非線性校正。 ( )uf x第32頁/共46頁第三十三頁，共46頁。例：某

24、半導體熱敏電阻的阻值與溫度(wnd)之間的關系為/25( )TTCRRef T25/ln(/()()TCTTRRF R121 225,/ ln/ ()TCuk RNk uyTNNk kR ( )uf x第33頁/共46頁第三十四頁，共46頁。例：Pt100熱電阻的阻值(z zh)與溫度之間的關系為12,tukRNk uTN - 2 0 0 0 范 圍范 圍(fnwi)：Rt=R01+At+Bt2+C(t-100)t30850范圍范圍(fnwi)： Rt=R0(1AtBt2）第34頁/共46頁第三十五頁，共46頁。先用實驗法測出傳感器的輸入輸出特性曲線，再將曲線按一定的要求分成若干段先用實驗法測

25、出傳感器的輸入輸出特性曲線，再將曲線按一定的要求分成若干段，將兩相鄰分段點之間用直線相連，以代替，將兩相鄰分段點之間用直線相連，以代替(dit)相應的曲線段。相應的曲線段。 )()(11iiiiiiiiixxkyyxxyyxxyy結論結論(jiln)：只要：只要n值取得足夠大值取得足夠大，就可以獲得良好的精度。，就可以獲得良好的精度。（2）分段(fn dun)線性插值法第35頁/共46頁第三十六頁，共46頁。(3) 查表法查表法如：熱電阻溫度傳感器熱電阻分度表采用恒流源供電，采集熱電阻兩端(lin dun)的電壓信號，查對應的表格。第36頁/共46頁第三十七頁，共46頁。溫度012345678

26、9電阻值/電壓值-5041.74-4043.99 43.76 43.54 43.31 42.09 42.86 42.64 42.41 42.19 41.96-3046.24 46.02 45.79 45.57 45.34 45.12 44.89 44.67 44.44 44.22注：中間值采用(ciyng)線性插值得到第37頁/共46頁第三十八頁，共46頁。計算機顯計算機顯示示(xins(xinsh)h)通常在一個儀表實現(xiàn)通常在一個儀表實現(xiàn)第38頁/共46頁第三十九頁，共46頁。緒緒 論論返回返回(fnhu)根據(jù)圖示各類參數(shù)變化根據(jù)圖示各類參數(shù)變化趨勢趨勢(qsh)，對生產(chǎn)運行狀況，對生產(chǎn)運行

27、狀況進行分析診斷，從而有進行分析診斷，從而有效的指導生產(chǎn)。效的指導生產(chǎn)。第39頁/共46頁第四十頁，共46頁。 它是以它是以CPUCPU為核心、液晶顯示記錄儀。采用為核心、液晶顯示記錄儀。采用(ciyng)(ciyng)常規(guī)儀表標準尺寸，是一種簡常規(guī)儀表標準尺寸，是一種簡易圖象顯示儀表。易圖象顯示儀表。 無紙、無筆、無機械傳動無紙、無筆、無機械傳動(j (j xi chun dn)xi chun dn)部件。部件。 能顯示被測變量的百分值和當前值、歷史趨勢曲線、報警狀態(tài)、流量累計值等，提供能顯示被測變量的百分值和當前值、歷史趨勢曲線、報警狀態(tài)、流量累計值等，提供(tgng)(tgng)多個變量

28、同時顯示。多個變量同時顯示。第40頁/共46頁第四十一頁，共46頁。主機板包括主機板包括(boku)CPU(boku)CPU、ROMROM及及RAMRAM等。等。 CPU CPU包括運算器和控制器，實現(xiàn)對包括運算器和控制器，實現(xiàn)對輸入變量輸入變量(binling)(binling)的運算處理，的運算處理，指揮協(xié)調(diào)記錄儀的各種工作；指揮協(xié)調(diào)記錄儀的各種工作； ROMROM和和RAMRAM是記錄儀必備的數(shù)據(jù)信息存儲裝置。是記錄儀必備的數(shù)據(jù)信息存儲裝置。 ROMROM：存放儀表工作系統(tǒng)程序和基本運算處理程序。存放儀表工作系統(tǒng)程序和基本運算處理程序。 如濾波、開方、線性化、標度變換等。如濾波、開方、線性化、標度變換等。RAMRAM：存放各過程