中國石油大學化工檢測儀表第七章顯示儀表2

1、 按顯示方式分為：按顯示方式分為：1 1、模擬式模擬式2 2、數(shù)字式數(shù)字式3 3、圖像顯示式圖像顯示式概概 述述 以儀表指針（或記錄筆）的線位移或角位移來模擬顯示以儀表指針（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。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

2、的儀表。返返 回回動圈式儀表的測量機構是一個磁電系檢流計， 如圖所示。它由永久磁永久磁鐵、可動線圈、鐵、可動線圈、 張絲、張絲、 指針、指針、 刻度標尺、刻度標尺、 鐵芯等鐵芯等構成。 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、物位等非電量的測量。 圖1 動圈式指示儀表的組成 (a) 測量機構； (b) 測量線路 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

3、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動圈儀表電路 若檢流計若檢流計G指零，則指零，則: Ex=IRKA （一）、電位差計（一）、電位差計電壓平衡法：電壓平衡法：將被測電勢與巳知標準電勢比較。將被測電勢與巳知標準電勢比較。 當巳知電勢與未知電勢達到平當巳知電勢與未知電勢達到平衡時，測量回路中無電流通過，衡時，測量回路中無電流通過，回路中電阻對測量沒有影響

4、?；芈分须娮鑼y量沒有影響?？梢肟梢霕硕üぷ麟娏骰芈坊蚍€(wěn)壓電源標定工作電流回路或穩(wěn)壓電源供電，提高供電，提高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，被測電勢被測電勢等于已知標準電勢。等于已知標準電勢。手動電位差計手動電位差計采用采用標準電池標準電池標定工作電流。標定工作電流。 先將開關先將開關 S置置“1 ”，進行，進行標標定定，調，調RI使檢流計指零使檢流計指零Ig=0，則則標定方法：標定方法：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

5、檢流計指零檢流計指零，此時此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 4203)(RRrRRt 42max3)(RrRRRt 412103)()(RrRrrRRRtt tRRRRr 4331 起始起始狀態(tài)，狀態(tài)，Rt=Rt0，電橋平衡，電橋平衡條件為：條件為：在滑動變阻器的最右端在滑動變阻器的最右端當當Rt=Rtmax時，電橋平衡，有時，電橋平衡，有觸點觸點K位于滑線電阻位于滑線電阻r任意點任意點時：時： （二）（二）、平衡電橋、平衡電橋 Rt值與值與K點有對應的平衡位置，若點有對應的

6、平衡位置，若Rt為熱電阻為熱電阻, , 三線制連接三線制連接。滑線電阻滑線電阻r上上標以溫度值標以溫度值，可直接顯示相應溫度。，可直接顯示相應溫度。自動平衡顯示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。自動平衡式顯示儀表主要有自動平衡式電子電位差計電子電位差計和自動平衡式電電子電橋子電橋兩種，它們分別用于電勢和電阻信號的測量。 放大器放大器 檢流計檢流計可逆電機可逆電機 手調滑動觸點手調滑動觸點在手動電位差計或手動平衡電橋的基礎上在手動電位差計或手動平衡電橋的基礎上返返 回回（二）自動電位差計（二）自動電

7、位差計1 1與熱電偶配用的測量橋路與熱電偶配用的測量橋路 最簡單的自動電位差計最簡單的自動電位差計上、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，進行測量范圍的調整測量范圍的調整。)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

8、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 下支路限流電阻下支路限流電阻R3： 與與R2配合使配合使I2=2mA。起始值電阻起始值電阻RG： 決定測量起始值。決定測量起始值。 UAC始始 =Exmin ， RGUAC始始Exmin txmin上支路限流電阻上支路限流電阻R4：與與Rnp、RG 串聯(lián)使串聯(lián)使I1=4mA。滑線電阻滑線電阻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。

9、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 2 2輸入直流毫伏、毫安信號的測量橋路輸入直流毫伏、毫安信號的測量橋路ERRRRRRRREnpGnpGx 3224 （1 1）毫伏測量橋路）毫伏測量橋路 R2 ( (一般一般10)10)與其它電阻均與其它電阻均為為固定電阻固定電阻。（2 2）毫安測量橋路（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)需要調整相應阻值，滿足不同測量范圍的要求?？筛鶕?jù)需要調整相應阻值，滿足不

10、同測量范圍的要求。R7交流交流電橋限流電阻電橋限流電阻: R1=2.5為為連接導線等效電阻，連接導線等效電阻，實用時若不足實用時若不足2.5，由，由線線繞電阻湊足繞電阻湊足。（三）自動平衡電橋（三）自動平衡電橋交流電橋：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測量橋路與自動電位差計相似，各對應電阻作用計相似，各對應電阻作用相同。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1.1.接收的測量信號不同接收的測量信號不同平衡電橋

11、：平衡電橋：電阻電阻信號；信號；電位差計：電位差計：mV或或mA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 回回上一頁上一頁返返 回回一、自動電位差計校驗一、自動電位差計校驗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；準確度等級；實驗室型實驗室型: 0.001, 0.0

12、02, 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測量盤最小分度值；測量盤最小分度值；b附加誤差項系數(shù)；附加誤差項系數(shù)；b=0.5: 實驗室型實驗室型U/UI0.5a%;b=1: 攜帶型（或實驗室型有滑線盤者，攜帶型（或實驗室型有滑線盤者，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 I個測量盤的步值；個測量盤的步值； 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1. 1. 冰點法冰點法 補償導線

13、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產(chǎn)生的補償電壓。償電阻產(chǎn)生的補償電壓。 選擇好校驗點，按分度表送選擇好校驗點，按分度表送入標準電勢。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 標準水銀溫度計測得補償電阻處的環(huán)境溫度標準水銀溫度計測得補償電阻處的環(huán)境溫度t0 ，由分度表，由分度表查得查得E(t0 ,0)，各校驗點均應減去該

14、電勢，各校驗點均應減去該電勢，即送入的電勢應為即送入的電勢應為E(t,t0)。要求環(huán)境溫度必須穩(wěn)定要求環(huán)境溫度必須穩(wěn)定。%1002 始始終終實實示示EEeEEqe2環(huán)境溫度所對應的熱電勢。環(huán)境溫度所對應的熱電勢。 2. 2. 溫度計法溫度計法上一頁上一頁返返 回回二、自動平衡電橋的校驗二、自動平衡電橋的校驗 采用分度為采用分度為1/1001/100的標準的標準電阻箱作為標準儀器。電阻箱作為標準儀器。 三線制接法且每根導線電阻三線制接法且每根導線電阻均為均為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示示校驗點實測

15、的電阻值（標準電阻箱讀得）；校驗點實測的電阻值（標準電阻箱讀得）；R實實校驗點對應的標準電阻值。校驗點對應的標準電阻值。返返 回回返返 回回返返 回回 具有具有量程自動轉換、自校正、自診斷量程自動轉換、自校正、自診斷等人工智能分析能等人工智能分析能力；如通信、復雜公式計算等輕而易舉。硬件結構更簡單，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。穩(wěn)定性、可靠性、性價比大大提高。 在數(shù)顯儀表基礎上，加入在數(shù)顯儀表基礎上，加入CPU等芯片等芯片, , 仍具數(shù)顯儀表的仍具數(shù)顯儀表的外形，使儀表功能智能化。外形，使儀表功能智能化。硬件核心硬件核心: :單片機單片機。

16、集成了。集成了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（接微芯片接口或并行通信接口（接微型打印機等）。型打印機等）。返返 回回下一頁下一頁智能儀表原理框圖智能儀表原理框圖 串行輸入輸出口：串行輸入輸出口：用于遠距離串行通信；用于遠距離串行通信；多路中斷處理系統(tǒng)：多路中斷

17、處理系統(tǒng)：應付各種突發(fā)事件的緊急處理。應付各種突發(fā)事件的緊急處理。返返 回回上一頁上一頁液晶顯示液晶顯示(LCD)數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示(LED)0-500kPaA/DCPU12位標度變換顯示顯示N0-5VmV儀表放大器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mV250100-500A/DCPUEk(t,0)12位100-500標度變換顯示顯示NA/DCPU12位0-100顯示顯示NPt1000-100 工業(yè)過程的各種被測量不僅量綱不同，其數(shù)值范

18、圍往工業(yè)過程的各種被測量不僅量綱不同，其數(shù)值范圍往往也相差很大。為了進行數(shù)據(jù)采集，不管用哪一種傳感器往也相差很大。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，都要處理成與測量何種被測參數(shù)所得的信號，都要處理成與 AD轉換器轉換器輸入特性相匹配的電壓信號輸入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轉換轉換成數(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、打印等結果能反映被測量的實際數(shù)值，還必須把微機輸、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)字信號還原成與實際被測量相對應的數(shù)值后才能輸出的

19、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)字變換稱為出，這種對測量結果進行的數(shù)字變換稱為標度變換標度變換。 標度變換 ( )uf x( )Nk uk f x傳感A/DxuN標度變換()xN x 反變換（反函數(shù)） 假設包括傳感器在內的整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是線性的，則標度變換公式為：minmaxminmaxmaxmin()() /()xxxxxNNNN1 線性標度變換 x：實際測量值；：實際測量值； xmax：測量上限；：測量上限； xmin：測量下限；：測量下限；Nx、 Nmax、Nmin：實際測量值、上限值和下限值所分別對應：實際測量值、上限值和下限值所分別對應的數(shù)字

20、量的數(shù)字量例1：測量機械壓力時，當壓力變化為0-100N時，壓力傳感器輸出的電壓經(jīng)放大（0-5V）后進行A/D轉換，得到000H-FFFH的數(shù)字量（12位AD）。 求采樣值2AAH對應的壓力大小maxmaxminmin(/)()xxNNxxx若N0為零，則：( )uf x( )Nk uk f x傳感A/DxuNmaxminmin(/)()(2/)(1000)016.65xmFNNFFFAAHFFFHN標度變換()xN x2 非線性參數(shù)的標度變換 許多傳感器是非線性的，智能儀表一般先進行非線性校正，然后再進行標度變換。0max0max00()/()()vxxvvvqNNNNqqq/vqkP如：利

21、用節(jié)流裝置測量流量時，流量與節(jié)流裝置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例：某半導體熱敏電阻的阻值與溫度之間的關系為/25( )TTCRRef T25/ln(/()()TCTTRRF R121 225,/ ln/ ()TCuk RNk uyTNNk kR ( )uf x例：Pt100熱電阻的阻值與溫度之間的關系為12,tukRNk uTN -2000范圍：范圍： Rt=R01+At+Bt2+C(t-100)t30850范圍：范圍： Rt=R0(1AtBt2）先用實驗法測出傳感器的輸入輸出特性曲線，再

22、將曲線按一定的要求分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，將兩相鄰分段點之間用直線相連，以代替相應的曲線段。成若干段，將兩相鄰分段點之間用直線相連，以代替相應的曲線段。 )()(11iiiiiiiiixxkyyxxyyxxyy結論：結論：只要只要n值取得足夠大，就可以值取得足夠大，就可以獲得良好的精度。獲得良好的精度。（2）分段線性插值法事先將傳感器的特性曲線關系按一定的步長（輸入?yún)?shù)變化量）制成表格，存入儀表的內存中；對實際傳感器的輸出進行線性放大，根據(jù)放大信號的采樣值查表，獲得對應的輸入?yún)?shù)；將查表結果線性地轉換成儀表的輸出信號；中間值一般采用線性插值得到

23、。(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，采集熱電阻兩端的電壓信號，查對應的表格。溫度0123456789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：中間值采用線性插值得到通常在一個儀表實現(xiàn)通常在一個儀表實現(xiàn)緒緒 論論返回返回根據(jù)圖示各類參數(shù)變化根據(jù)圖示各類參數(shù)變化趨勢，對生產(chǎn)運行狀況趨勢，對生產(chǎn)運行狀況進行分析診斷，從而有進行分析

24、診斷，從而有效的指導生產(chǎn)。效的指導生產(chǎn)。 它是以它是以CPU為核心、為核心、液晶顯示液晶顯示記錄儀記錄儀。采用采用常規(guī)儀表標常規(guī)儀表標準尺寸準尺寸，是一種，是一種簡易圖象顯示儀表簡易圖象顯示儀表。 無紙、無筆無紙、無筆、無機無機械傳動部件械傳動部件。 能顯示能顯示被測變量的被測變量的百分值和當前值、歷百分值和當前值、歷史趨勢曲線、報警狀史趨勢曲線、報警狀態(tài)、流量累計值等態(tài)、流量累計值等，提供多個變量同時顯提供多個變量同時顯示。示。一、基本結構一、基本結構主機板主機板包括包括CPUCPU、ROMROM及及RAMRAM等。等。 CPUCPU包括運算器和控制器，包括運算器和控制器，實現(xiàn)對輸入變量的運算處理，實現(xiàn)對輸入變量的運算處理，指揮協(xié)調記錄儀的各種工作；指揮協(xié)調記錄儀的各種工作； ROMROM和和RAMRAM是記錄儀必備的是記錄儀必備的數(shù)據(jù)信息存儲裝置。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