第七講顯示儀表

1、化工儀表及自動(dòng)化第六章 顯示儀表 內(nèi)容提要模擬式顯示儀表自動(dòng)平衡電子電位差計(jì)電子自動(dòng)平衡電橋數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表的原理及其特點(diǎn)模-數(shù)變換器電子計(jì)數(shù)器顯示器數(shù)字式顯示儀表的基本組成數(shù)字模擬混合記錄儀新型顯示儀表無紙記錄儀虛擬顯示儀表1概述顯示儀表： 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。分類模擬式顯示儀表數(shù)字顯示儀表屏幕顯示儀表2第一節(jié) 模擬式顯示儀表一、自動(dòng)平衡電子電位差計(jì) 電位差計(jì)是用來測(cè)量電勢(shì)或電位的,當(dāng)它與熱電偶配合時(shí),可以用來測(cè)量和顯示溫度。1.自動(dòng)電子電位差計(jì)的工作原理 根據(jù)這種電壓平衡原理來進(jìn)行工作。3第一節(jié) 模擬式顯示儀表4圖6-1 電子電位差計(jì)原理圖 電子

2、電位差計(jì)既保持了手動(dòng)電位差計(jì)測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)，而且無須用手去調(diào)節(jié)就能自動(dòng)指示和記錄被測(cè)溫度值。 結(jié)論熱電偶測(cè)量橋路放大器可逆電機(jī)指示機(jī)構(gòu)記錄機(jī)構(gòu)同步電機(jī)穩(wěn)壓電源圖6-2 電子電位差計(jì)原理方框圖第一節(jié) 模擬式顯示儀表52.自動(dòng)電子電位差計(jì)的測(cè)量橋路圖6-3 XW系列電位差計(jì)測(cè)量橋路原理圖第一節(jié) 模擬式顯示儀表橋路中各電阻的作用 (1)滑線電阻 RP與工藝電阻 RB 改變滑動(dòng)觸點(diǎn)在 RP上的位置,可以產(chǎn)生不同的橋路輸出電壓以平衡熱電偶的熱電勢(shì)。 (2)始端 (下限)電阻 RG RG的大小取決于測(cè)量下限的高低。 (3)量程電阻RM RM是決定儀表量程大小的電阻。它的大小由儀表測(cè)量范圍與所采用的熱電偶

3、分度號(hào)來決定。 6第一節(jié) 模擬式顯示儀表(5)冷端溫度補(bǔ)償電阻 R2 降低了測(cè)量誤差。(4)上支路限流電阻R4 把上支路的工作電流限定在4mA。（6-1）(6)下支路限流電阻R3 它與R2配合，保證了下支路回路的工作電流為2mA。 （6-2）7第一節(jié) 模擬式顯示儀表舉例例6-1 用鎳鉻-鎳硅熱電偶配電子電位差計(jì)測(cè)量某爐溫,溫度的測(cè)量范圍在400900。圖6-4是電位差計(jì)測(cè)量橋路。已知E=1V；I1=4mA；I2=2mA；R2= 5.33；RPRB=90。試根據(jù)測(cè)溫要求確定橋路中的其他電阻值。 圖6-4 電位差計(jì)測(cè)量橋路解：根據(jù)鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表(第五章附錄三)查得 400900對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)

4、為16.39537.325mV。 8第一節(jié) 模擬式顯示儀表 假定由于R2的存在,實(shí)現(xiàn)了冷端溫度的全補(bǔ)償,故冷端溫度的變化對(duì)熱電勢(shì)的影響可以不予考慮。當(dāng)溫度在測(cè)量下限400時(shí),滑動(dòng)觸點(diǎn)移至滑線電阻的最左端,此時(shí)根據(jù) 得 根據(jù)測(cè)量范圍的要求,滑線觸點(diǎn)由滑線電阻的最左端移至最右端,電壓差應(yīng)為9第一節(jié) 模擬式顯示儀表因此,RP、RB、RM并聯(lián)后的等效電阻 RnP應(yīng)為 已知 RPRB= 90,可求得 R M5. 55。 根據(jù)式(6-2),可得 10第一節(jié) 模擬式顯示儀表 以上計(jì)算都是粗略的,在進(jìn)行精確的計(jì)算時(shí),還要考慮許多實(shí)際的情況,例如滑線電阻 RP的兩端一般是移不到頭的。所以在計(jì)算RG、R4時(shí)必須考

5、慮這種情況。 注意11第一節(jié) 模擬式顯示儀表二、電子自動(dòng)平衡電橋12（1）平衡電橋測(cè)溫原理利用平衡電橋來測(cè)量熱電阻變化。圖6-5 平衡電橋 當(dāng)被測(cè)溫度為下限時(shí)，Rt有最小值Rt0，滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)在RP的左端，此時(shí)電橋的平衡條件是（6-3）第一節(jié) 模擬式顯示儀表 滑動(dòng)觸點(diǎn)B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量呈線性關(guān)系。 結(jié)論當(dāng)被測(cè)溫度升高后的平衡條件是（6-4）用式（6-4）減式（6-3），則得（6-5）13第一節(jié) 模擬式顯示儀表14（2）自動(dòng)電子平衡電橋圖6-7 電子平衡電橋原理方框圖 為了準(zhǔn)確地指示出被測(cè)溫度的數(shù)值，將熱電阻的連接采用三線制接法

6、，并加外接調(diào)整電阻。 圖6-6 自動(dòng)平衡電橋工作原理第一節(jié) 模擬式顯示儀表15自動(dòng)電子平衡電橋與自動(dòng)電子電位差計(jì)的比較相同處與這兩種儀表配套的測(cè)溫元件（熱電偶、熱電阻）在外形結(jié)構(gòu)上十分相似。 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。 第一節(jié) 模擬式顯示儀表不同處它們測(cè)量的電量形式不相同。兩者的作用原理不同。測(cè)溫元件與測(cè)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(cè)溫時(shí)，其測(cè)量橋路需要考慮熱電偶冷端溫度的自動(dòng)補(bǔ)償問題；而用熱電阻配電子平衡電橋測(cè)溫時(shí)，則不存在這個(gè)問題。16第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表一、數(shù)字式顯示儀表的原理及其特點(diǎn)17 數(shù)字式顯示儀表是能將被測(cè)的

7、連續(xù)電量(模擬量)自動(dòng)地變成斷續(xù)量,然后進(jìn)行數(shù)字編碼,并將測(cè)量結(jié)果以數(shù)字顯示的電測(cè)儀表。 A/D變換器電子計(jì)數(shù)器顯示器模擬量數(shù)字量讀出圖6-8 數(shù)字式顯示儀表方框圖第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表 準(zhǔn)確度、靈敏度高; 讀數(shù)方便、清晰直觀、不會(huì)產(chǎn)生視差。 測(cè)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(cè)量的極性可自動(dòng)轉(zhuǎn)換,可自動(dòng)檢查故障、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(cè)量;可以與電子計(jì)算機(jī)配合,給出一定形式的編碼輸出。 特點(diǎn)18第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表二、模-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。 主要任務(wù)主要有間接法和直接法兩種。 工作方法19第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表三、

8、電子計(jì)數(shù)器 當(dāng)用間接法進(jìn)行數(shù)碼轉(zhuǎn)換時(shí),是先將模擬量轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔或頻率,然后必須再將時(shí)間間隔或頻率轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,才能進(jìn)行計(jì)數(shù)。 圖6-9 時(shí)間間隔測(cè)量原理框圖20第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表四、顯示器圖6-10 輝光數(shù)碼管示意圖圖6-11 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路21第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表五、數(shù)字式顯示儀表的基本組成圖6-12 數(shù)字式溫度顯示儀表的基本組成22第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表六、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)合起來,兩者相互取長(zhǎng)補(bǔ)短,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,構(gòu)成數(shù)字模擬混合記錄儀。23第三節(jié) 新型顯示儀表一、無紙記錄儀24 以

9、CPU為核心采用液晶顯示的記錄儀，直接把記錄信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)后，送到隨機(jī)存儲(chǔ)器加以保存，并在大屏液晶顯示屏上加以顯示。 圖6-13 無筆、無紙記錄儀的原理方框圖第三節(jié) 新型顯示儀表無筆、無紙記錄儀的特點(diǎn)： 液晶全動(dòng)態(tài)顯示, 并有背光功能。 輸入信號(hào)多樣化,并以工業(yè)專用微處理器 CPU為核心,從而實(shí)現(xiàn)了高性能、多回路的監(jiān)測(cè),并隨意放大、縮小地顯示在顯示屏上。 無紙、無筆、無墨水,無一切機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu),無需日常維護(hù)。 精度高：實(shí)時(shí)顯示,0.2%;曲線及棒圖顯示,0.5%。 具有與上位機(jī)通訊的標(biāo)準(zhǔn),可靠性高,價(jià)格與一般記錄儀相仿。 25第三節(jié) 新型顯示儀表二、虛擬顯示儀表利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能來完成顯

10、示儀表所有的工作。 26采樣開關(guān)模數(shù)轉(zhuǎn)換個(gè)人計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)計(jì)算處理多媒體顯示顯示模式輸入通道輸入通道插卡圖6-14 虛擬顯示儀表原理框圖第三節(jié) 新型顯示儀表虛擬顯示儀表的特點(diǎn)有: 使用簡(jiǎn)單方便。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 性能優(yōu)越。 27例題分析圖6-5是自動(dòng)平衡電橋的工作原理圖。請(qǐng)問在下列情況時(shí),儀表的指針 (即滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置)、起點(diǎn)溫度、儀表量程會(huì)如何變化?簡(jiǎn)述其原因? (1)溫度升高；(2)儀表停電; (3)加大R6； (4)減小R5；(5)電阻體被燒斷。 解：(1)當(dāng)溫度升高時(shí),滑動(dòng)觸點(diǎn)將向右移動(dòng),這是因?yàn)楫?dāng)溫度升高后,Rt增加,只有滑動(dòng)觸點(diǎn)向右移,使與Rt串聯(lián)的這個(gè)橋臂的電阻值減小,才能使

11、電橋達(dá)到新的平衡。 (2)儀表停電時(shí),指針隨撥隨停,因?yàn)榇藭r(shí)放大器的輸入與輸出均沒有信號(hào),可逆電機(jī)不可能自行轉(zhuǎn)動(dòng)。 28例題分析 (3)加大R6,滑動(dòng)觸點(diǎn)將向右移動(dòng),這是因?yàn)镽6增加,會(huì)使與Rt串聯(lián)的這個(gè)橋臂的電阻值增加,只有滑動(dòng)觸點(diǎn)右移,才能使這個(gè)橋臂的電阻值恢復(fù)到原來的數(shù)值,電橋恢復(fù)平衡。若其他電阻值都不變,增加R6會(huì)使起點(diǎn)溫度降低,這是因?yàn)榛瑒?dòng)觸點(diǎn)移至最左端時(shí),代表的是起始溫度,這時(shí)要使電橋平衡,Rt必然要小一些,以抵消增加R6對(duì)整個(gè)橋臂電阻值的影響。Rt小,就表示這時(shí)的起點(diǎn)溫度降低。29例題分析 (4)減小R5,量程會(huì)降低,這是因?yàn)镽5減小,滑線電阻組件的等效電阻值減小,使滑動(dòng)觸點(diǎn)由最左端移到最右端的電位差變小,故量程減小。 (5)電阻體被燒斷,滑動(dòng)觸點(diǎn)將移向最右端,這是因?yàn)殡娮梵w燒斷后,Rt趨于無窮大,放大器始終有一個(gè)正的電位輸入,可逆電