第3章顯示儀表

用于檢測現(xiàn)場的壓力、溫度等各種參量的儀表，大都是直接和現(xiàn)場的物理參量打交道，所以習(xí)慣上人們又常將這些儀表稱為一次儀表，如熱電偶、熱電阻。一次儀表的主要作用一般是設(shè)法將現(xiàn)場的被測量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，但是，要直觀地將這些電量客觀反映被測量的大小往往還需要配接顯示儀表，一般我們又常把顯示儀表稱為二次儀表。 目前常用的顯示器有四類：模擬顯示、數(shù)字顯示、圖象顯示及記錄儀等模擬顯示光柱顯示

顯示儀表分類1、能源：電動顯示儀表、氣動顯示儀表；2：顯示方式：模擬式、數(shù)字式、圖形顯示；3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：帶微處理器、不帶微處理器；4、數(shù)字-模擬混合記錄儀、無紙記錄儀。本章重點(diǎn)：模擬式顯示儀表數(shù)字式儀表LED亮度高、耐振動；帶背光板的LCD，耗電省、集成度高，不利于夜間觀察圖像顯示記錄儀無紙記錄儀

第1節(jié)模擬顯示儀表工作原理 1、磁電式顯示與記錄儀表：動圈式顯示儀表； 2、自動平衡式顯示與記錄儀表：自動平衡電位 計(jì)、自動平衡電橋； 3、光柱式顯示儀表：LED光柱顯示儀。特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、

可以直觀反映測量值的變化趨勢。1、動圈式顯示儀表 突出優(yōu)點(diǎn)是用途廣泛、結(jié)構(gòu)簡單、易于維護(hù)、價(jià)格低廉，有一定的精度。其功能不僅僅限于指示，附加必要的電子線路還可以使動圈表兼有自動報(bào)警、自動調(diào)節(jié)，甚至還可以有自動記錄的功能。 與熱電偶、熱電阻、霍爾變送器或壓力變送器等相配合，可用來指示（或顯示）、工業(yè)對象中的溫度、壓力、流量、成份、物位等多種非電量參數(shù)。 這些非電量參數(shù)大都是要首先由檢測元件將這些非電量參數(shù)轉(zhuǎn)換成電量信號，然后再經(jīng)過測量電路轉(zhuǎn)換成流過動圈的微安電流，而動圈偏轉(zhuǎn)的角度又反映了流過動圈中的電流大小，所以說盡管動圈表可以用于指示多種工業(yè)參數(shù)，但它實(shí)質(zhì)上是一種用于測量電流的儀表。

第1節(jié)模擬顯示儀表1、工作原理 動圈式儀表的實(shí)質(zhì)就是一種磁電式直流電流表，其測量機(jī)構(gòu)的核心部件是由處于永久磁鐵氣隙中的可以轉(zhuǎn)動的矩形線圈，用于支承線圈的游標(biāo)或叫張絲，以及用于指示的指針和標(biāo)尺等組成，而其中可以轉(zhuǎn)動的線圈是這類儀表的突出特征，因此這類動圈式指示儀表又常有動圈儀表之稱。

第1節(jié)模擬顯示儀表動圈儀表的基本原理是建立在安培定律的基礎(chǔ)上，利用了在磁場中通電導(dǎo)體總要受到力的作用這一基本規(guī)律而設(shè)計(jì)的。第1節(jié)模擬顯示儀表

動圈儀表的測量機(jī)構(gòu)是一個(gè)磁電式毫伏計(jì),其中動圈是用具有絕緣層的細(xì)銅線繞成的矩形無骨框架?？蓜泳€圈處于永久磁鋼的空間磁場中，當(dāng)有直流毫伏信號在動圈上時(shí)，便有電流流過動圈。此時(shí)，該載流線圈將受到電磁力矩作用而轉(zhuǎn)動。動圈的支撐是張絲，張絲同時(shí)還兼作導(dǎo)流絲。動圈的轉(zhuǎn)動使張絲扭轉(zhuǎn)，于是張絲就產(chǎn)生反抗動圈轉(zhuǎn)動的力矩.這個(gè)反力矩隨著張絲扭轉(zhuǎn)角的增大而增大。當(dāng)電磁力矩和張絲反作用力矩平衡時(shí)，線圈就停留在某一位置上，這時(shí)動圈偏轉(zhuǎn)角度的大小與輸入毫伏信號相對應(yīng)。當(dāng)面板直接刻成溫度標(biāo)尺時(shí)，裝在動圈上的指針就指示出被側(cè)對象的溫度值。第1節(jié)模擬顯示儀表動圈測量機(jī)構(gòu)（1）電磁力矩在均勻磁場中載流直導(dǎo)線所受的力F計(jì)算：載流直導(dǎo)線在均勻磁場中所受的力：

F=NLBI式中： B：磁感應(yīng)強(qiáng)度， I：電流

L：導(dǎo)線長度

F：力

N：動圈的匝數(shù)第1節(jié)模擬顯示儀表 上圖所示為由一匝導(dǎo)線所構(gòu)成的矩形線圈處在均勻平行的磁場之中，當(dāng)線圈中有按圖所示的方向流過電流時(shí)，在矩形線圈垂直于磁力線的兩個(gè)邊上將產(chǎn)生作用力F1和F2，受力方向如上圖所示（依左手定則），但如果線圈平面與磁力線之間的夾角為Φ，則垂直于線圈平面的分力為F1’和F2’。 第1節(jié)模擬顯示儀表（2）反作用力矩

如果僅使儀表受一種力矩即轉(zhuǎn)動力矩的作用，其動圈只能作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而不會在某一位置固定，且必須設(shè)法在動圈上產(chǎn)生一與轉(zhuǎn)動力矩相反的反作用力矩，使之與電磁轉(zhuǎn)動力矩相平衡，只有這樣才能使動圈偏轉(zhuǎn)到一定的位置固定。在統(tǒng)一設(shè)計(jì)的動圈儀表中，一般反作用力矩都是張絲產(chǎn)生的。

指出：張絲大多是由彈性金屬材料（磷青銅或玻青銅、錫青銅等，也有用石英的）制成，它一端固定，而另一端與動圈相連第1節(jié)模擬顯示儀表1）測量機(jī)構(gòu)的串并聯(lián)電阻和溫度補(bǔ)償（1）串聯(lián)電阻Rch測量機(jī)構(gòu)的表頭必須根據(jù)最小量程所需要的靈敏度進(jìn)行設(shè)計(jì)；通過改變Rch的大小就可以達(dá)到變量程的目的；

Rch由錳銅絲繞制，以使其電阻值不隨環(huán)境溫度而變化。第1節(jié)模擬顯示儀表2）并聯(lián)電阻Rb改善阻尼特性3）溫度補(bǔ)償電阻RT除動圈電阻隨溫度變化外，空氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度也將隨溫度的升高而減小，導(dǎo)致指針偏轉(zhuǎn)角減小，從而引起附加的測量誤差。另一方面，張絲的彈性模量隨溫度升高而降低，導(dǎo)致反作用力矩減小，使指針指示偏高。這兩項(xiàng)可以相互抵消一部分。所以附加誤差主要仍由動圈電阻隨溫度變化引起。第1節(jié)模擬顯示儀表3）動圈式顯示儀表的測量線路配熱電阻的動圈儀表測量線路在被測溫度為儀表刻度的初始溫度t0時(shí)，電橋平衡，有溫度升高，電橋失去平衡，溫度越高，不平衡電壓越大，電流越大，儀表指針偏轉(zhuǎn)角越大。第1節(jié)模擬顯示儀表配熱電偶的動圈儀表測量線路動圈儀表可以直接與熱電偶相連，測量溫度。動圈式顯示儀表是在熱電偶冷端溫度為0℃下按照其分度表刻度的，因此，測溫時(shí)必須考慮冷端溫度補(bǔ)償問題。動圈式顯示儀表的刻度盤是按所配熱電偶的分度號來標(biāo)定的，使用時(shí)必須按表盤給出的熱電偶分度號去選用對應(yīng)的熱電偶。第1節(jié)模擬顯示儀表2、自動平衡電位差計(jì)由于動圈式儀表實(shí)際上是一種測量電流的儀表，因此能引起電流變化的各種干擾因素都會導(dǎo)致測量誤差，這種誤差不是靠提高儀表的加工要求就能彌補(bǔ)的。同時(shí)，它的可動部分容易損壞，怕震動，阻尼時(shí)間較長，且不便于實(shí)現(xiàn)自動記錄。利用自動電子電位差計(jì)來測量電勢，就可以克服以上的缺點(diǎn)，提高測量精度。第1節(jié)模擬顯示儀表手動平衡電位差計(jì)原理電位差計(jì)的工作原理是根據(jù)平衡法(也稱補(bǔ)償法、零值法)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(shí)，被測電勢就等于已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢。其中R為線性度很高的錳銅線繞電阻，它由穩(wěn)壓電源供電，這樣就可以認(rèn)為通過它的電流I是恒定的。G為檢流計(jì)，它是個(gè)靈敏度很高的電流計(jì)。Et為被測的未知熱電勢。只有當(dāng)UCB＝Et時(shí)，檢流計(jì)中無電流流過，第1節(jié)模擬顯示儀表一、手動電位差計(jì)E：穩(wěn)壓電源EN：標(biāo)準(zhǔn)電池RN：標(biāo)準(zhǔn)電阻（1）校準(zhǔn)工作電流，使得（2）測量未知電動勢Et；手動平衡電位差計(jì)原理第1節(jié)模擬顯示儀表以上兩種測量熱電勢的方法測得的結(jié)果極為準(zhǔn)確，其原因如下。①由于它們是在全補(bǔ)償時(shí)(亦即檢流計(jì)中無電流通過時(shí))進(jìn)行測量讀數(shù)，因此，被測熱電勢本身引起的壓降損失和導(dǎo)線上的壓降損失就不存在了，對測量結(jié)果也無影響。②測量結(jié)果的準(zhǔn)確性是依賴于標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢及測量回路電阻的精度，而標(biāo)準(zhǔn)電池及電阻一般可以得到較高的準(zhǔn)確性。③應(yīng)用了高靈敏度檢流計(jì)作為監(jiān)測。手動平衡電位差計(jì)原理第1節(jié)模擬顯示儀表自動平衡電位差計(jì)的工作原理用可逆電動機(jī)及一套機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)代替了人手進(jìn)行電壓平衡操作。用放大器代替了檢流計(jì)來檢測不平衡電壓并控制可逆電機(jī)的工作。

自動電子電位差計(jì)簡單原理圖。第1節(jié)模擬顯示儀表第1節(jié)模擬顯示儀表4、光柱式顯示儀表光柱顯示器為新穎電子式指示電表,用以代替動圈式指針表及色帶儀,直觀顯示電壓、電流、溫度、壓力、液位、轉(zhuǎn)速等物理量,具有精度高、壽命長、防磁抗震、醒目等優(yōu)點(diǎn),尤其在背景亮度不大的情況下(例如晚上)更具有無可比擬的優(yōu)越性。它因具有顯示直觀，亮度均勻，可靠性高以及成本低、抗振、耐沖擊等特點(diǎn)已用于各種顯示調(diào)節(jié)儀表，作為過程量或控制量以及閥位的模擬指示，已成為當(dāng)代國際面板表的最新潮流。

1）工作原理 目前，可制成光柱顯示器的有等離子體顯示器（PDP）、液晶顯示器（LCD）和發(fā)光二極管器件（LED）。其中LED光柱顯示器具有工作電壓低、省電、價(jià)廉、機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)，而且可以制成結(jié)構(gòu)緊湊、精度高的顯示屏，因此得到廣泛應(yīng)用。常見的LED光柱分為41線、51線、101線多種。 驅(qū)動電路的基本原理是把輸入的模擬信號（如1~5V或4~20mA）轉(zhuǎn)換成串行輸出的數(shù)字量（一定頻幅的脈沖信號），并以動態(tài)掃描方式輸出。

第1節(jié)模擬顯示儀表

第1節(jié)模擬顯示儀表光柱顯示儀用于鍋爐水位顯示第1節(jié)模擬顯示儀表2）應(yīng)用舉例變色LED光柱一個(gè)顯示單元中有共陰連接的紅色和綠色LED各一只。當(dāng)陰極a為低電平，紅色陽極r為高電平時(shí)，發(fā)紅光；綠色陽極g為高電平時(shí)發(fā)綠光，而當(dāng)g、r同時(shí)為高或以一定的頻率交替為高時(shí)，由于空間混色效果而發(fā)橙色光；其它狀態(tài)不發(fā)光。第1節(jié)模擬顯示儀表三光柱顯示儀左圖所示的三光柱顯示儀如用于電力系統(tǒng)的電網(wǎng)參數(shù)顯示，將更能顯出其獨(dú)特之處。三個(gè)黃綠紅色光柱分別代表電網(wǎng)的三相，并分別設(shè)置上、下限報(bào)警或控制功能，則這種儀表用于顯示電壓或電流，不但能一目了然地呈現(xiàn)出三相電網(wǎng)的平衡狀態(tài)，還可實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)置的超壓、欠壓、超載、欠載等極限情況報(bào)警或?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的控制功能。1、數(shù)字式顯示儀表的特點(diǎn)及分類特點(diǎn)

清晰直觀、讀數(shù)方便、不會產(chǎn)生視差。線路簡單、可靠性好、耐振性好。有利于制造、調(diào)試和維修，降低生產(chǎn)成本。分類

按輸入信號的形式來分，有電壓型和頻率型兩類。按被測信號的點(diǎn)數(shù)來分，它又可分成單點(diǎn)和多點(diǎn)兩種。根據(jù)儀表所具有的功能，又可分為數(shù)字顯示儀、數(shù)字顯示報(bào)警儀、數(shù)字顯示輸出儀、數(shù)字顯示記錄儀以及具有復(fù)合功能的數(shù)字顯示報(bào)警輸出記錄儀等第2節(jié)數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表分類圖第2節(jié)數(shù)字式顯示儀表2、數(shù)字式顯示儀表的基本組成數(shù)顯儀表組成結(jié)構(gòu)1.信號變換電路2.前置放大電路3.非線性校正或開方運(yùn)算電路4.模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（A/D轉(zhuǎn)換）5.標(biāo)度變換電路6.數(shù)字顯示電路及光柱電平驅(qū)動電路7.V/I轉(zhuǎn)換電路和控制電路第2節(jié)數(shù)字式顯示儀表新型顯示儀表1、無筆、無紙