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1、自動化學(xué)院電氣測控工程系 化工儀表及自動化第四章 顯示儀表 自動化學(xué)院電氣測控工程系 內(nèi)容提要n概述n模擬式顯示儀表n 自動電子電位差計n 自動電子平衡電橋n數(shù)字式顯示儀表(自學(xué))n 數(shù)字式顯示儀表的特點及分類n 數(shù)字式顯示儀表的基本組成n新型顯示儀表(自學(xué))n 無筆、無紙記錄儀n 虛擬顯示儀表1自動化學(xué)院電氣測控工程系 概述顯示儀表：顯示儀表：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。顯示儀表一般都裝在控制室的儀表盤上。它和各種測量元件或變送單元配套使用；又能與控制單元配套使用，分類 分類模擬式顯示儀表數(shù)字顯示儀表屏幕顯示儀表2自動化學(xué)院電氣測控工程系 第一節(jié) 模擬式顯示儀表n一、

2、自動電子電位差計電 電子 子電 電位 位差 差計 計 是用來測量直流電壓信號的，凡是能轉(zhuǎn)換成毫伏級直流電壓信號的工藝變量都能用它來測量。1.1.手動電位差計手動電位差計工作原理 工作原理 根據(jù)平衡法將被測電勢與已知的標準電勢相比較，當兩者的差值為零時，被測電勢就等于已知的標準電勢。圖4-1 電壓平衡原理圖測量時，可調(diào)節(jié)滑動觸點C的位置，使同時有3自動化學(xué)院電氣測控工程系 第一節(jié) 模擬式顯示儀表42.2.自動電子電位差計的工作原理自動電子電位差計的工作原理根據(jù)這種電壓平衡原理來進行工作。特點 特點 用可逆電動機及一套機械傳動機構(gòu)代替了人手進行電壓平衡操作；用放大器代替了檢流計來檢測不平衡電壓并控

3、制可逆電機的工作。圖4-2 電子電位差計原理圖 電子電位差計既保持了手動電位差計測量精度高的優(yōu)點，而且無須用手去調(diào)節(jié)就能自動指示和記錄被測溫度值。結(jié)論自動化學(xué)院電氣測控工程系 第一節(jié) 模擬式顯示儀表53.3.自動電子電位差計的測量橋路自動電子電位差計的測量橋路圖4-3 電位差計測量橋路原理圖圖4-2 電子電位差計原理圖（1）冷端溫度補償問題舉例用 用鎳 鎳鉻 鉻-鎳 鎳硅 硅熱 熱電 電偶 偶測 測量 量溫 溫度 度，其 其熱 熱端 端溫 溫度 度不 不變 變，而 而冷 冷端 端溫 溫度 度從 從 升 升高 高到 到25 25，這 這時 時熱 熱電 電勢 勢將 將降 降低 低mV mV，儀表指

4、針會指示偏低。，儀表指針會指示偏低。自動化學(xué)院電氣測控工程系 第一節(jié) 模擬式顯示儀表 如果把 R做成隨溫度變化的電阻，且在溫度從0升高到25時，其阻值變化量 R20.5，這時，電阻 R2上的電壓降 UDB也增大，UDB R2 I21mV。為了統(tǒng)一規(guī)格，上支路的電流規(guī)定為4mA（或2mA），下支路電流規(guī)定2mA（或1mA）。因為測量橋路的補償電壓 UCD UCB UDB，現(xiàn)在UDB增加了1mV，那么 UCD就會減少1mV，此時滑動觸點 C的平衡位置不需變化。由于 UCD的變化與熱電勢的變化相等，故能起到溫度補償作用，使儀表的指示值基本不受冷端溫度變化的影響。6自動化學(xué)院電氣測控工程系 第一節(jié) 模

5、擬式顯示儀表7（2）量程匹配問題圖4-4 XW系列電位差計測量橋路原理圖R2冷端補償銅電阻；RM量程電阻；RB工藝電阻；RP滑線電阻；R4終端電阻（限流電阻）；R3限流電阻；RG始端電阻；E穩(wěn)壓電源1V；I1上支路電流4mA；I2下支路電流2mA R2銅電阻裝在儀表后接線板上以使其和熱電偶冷端處于同一溫度。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。上支路限流電阻 R4 把上支路的工作電流限定在4mA。滑線電阻 RP 儀表的示值誤差、記錄誤差、變差、靈敏度以及儀表運行的平滑性等都和滑線電阻的優(yōu)劣有關(guān)。量程電阻 RM 決定儀表量程大小的電阻。始端（下限）電阻 RG

6、大小取決于測量下限的高低。自動化學(xué)院電氣測控工程系 第一節(jié) 模擬式顯示儀表84.4.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)測量橋路放大器可逆電機指示機構(gòu)記錄機構(gòu) 圖4-5 電子電位差計方框原理圖自動化學(xué)院電氣測控工程系 第一節(jié) 模擬式顯示儀表n二、自動電子平衡電橋91.1.平衡電橋測溫原理 平衡電橋測溫原理利用平衡電橋來測量熱電阻變化。圖4-6 平衡電橋 當被測溫度為下限時，Rt有最小值 Rt0，滑動觸點應(yīng)在 RP的左端，此時電橋的平衡條件是（4-3）自動化學(xué)院電氣測控工程系 第一節(jié) 模擬式顯示儀表 滑動觸點B的位置就可以反映電阻的變化，亦即反映了溫度的變化。并且可以看到觸點的位移與熱

7、電阻的增量呈線性關(guān)系。結(jié)論當被測溫度升高后的平衡條件是（4-4）用式（4-4）減式（4-3），則得（4-5）10自動化學(xué)院電氣測控工程系 第一節(jié) 模擬式顯示儀表112.2.自動電子平衡電橋自動電子平衡電橋圖4-7 自動平衡電橋結(jié)構(gòu)原理圖圖4-8 自動電子平衡電橋方框圖 為了準確地指示出被測溫度的數(shù)值，將熱電阻的連接采用三線制接法，并加外接調(diào)整電阻。自動化學(xué)院電氣測控工程系 第一節(jié) 模擬式顯示儀表123.3.自動電子平衡電橋與自動電子電位差計的比較自動電子平衡電橋與自動電子電位差計的比較相同處相同處與這兩種儀表配套的測溫元件（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

8、逆電機、同步電機及指示記錄部分都是完全相同的。自動化學(xué)院電氣測控工程系 第一節(jié) 模擬式顯示儀表不同處不同處它們的輸入信號不同。兩者的作用原理不同。當用熱電偶配電子電位差計測溫時，其測量橋路需要考慮熱電偶冷端溫度的自動補償問題；而用熱電阻配電子平衡電橋測溫時，則不存在這個問題。測溫元件與測量橋路的連接方式不同。13自動化學(xué)院電氣測控工程系 第一節(jié) 模擬式顯示儀表其他模擬式顯示儀表：其他模擬式顯示儀表：動圈式顯示儀表 動圈式顯示儀表 采用靈敏度較高的磁電系測量機構(gòu)將被測信號轉(zhuǎn)換為指針的角位移，實質(zhì)上是一種利用偏差法測量電流的儀表。光柱式顯示儀表 光柱式顯示儀表 將輸入信號通過由許多發(fā)光二極管組成的

9、光柱顯示出來，具有顯示醒目、形象直觀、精度穩(wěn)定的特點。14自動化學(xué)院電氣測控工程系 第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表n 一、數(shù)字式顯示儀表的特點及分類特點 特點 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 分類 按輸入信號的形式來分，有電壓型和頻率型兩類。按被測信號的點數(shù)來分，它又可分成單點和多點兩種。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)字顯示報警輸出記錄儀等15自動化學(xué)院電氣測控工程系 第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表圖4-9 數(shù)字式顯示儀表分類圖16自動化學(xué)院電氣測控工程系

10、第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表n 二、數(shù)字式顯示儀表的基本組成17圖4-10 數(shù)顯儀表組成結(jié)構(gòu)1.1.信號變換電路 信號變換電路 2.2.前置放大電路 前置放大電路 3.3.非線性校正或開方運算電路 非線性校正或開方運算電路4.4.模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（A A D D轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換）5.5.標度變換電路 標度變換電路6.6.數(shù)字顯示電路及光柱電平驅(qū)動電路 數(shù)字顯示電路及光柱電平驅(qū)動電路7.7.V V I I轉(zhuǎn)換電路和控制電路 轉(zhuǎn)換電路和控制電路自動化學(xué)院電氣測控工程系 第三節(jié) 新型顯示儀表n一、無筆、無紙記錄儀181.1.概論 概論 以CPU為核心采用液晶顯示的記錄儀，直接把記錄信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號后，送到隨機存儲器加以保存，并在大屏液晶顯示屏上加以顯示。2.2.無 無筆 筆、無 無紙 紙記 記錄 錄儀的原理和組成 儀的原理和組成圖4-11 無筆、無紙記錄儀的原理方框圖自動化學(xué)院電氣測控工程系 第三節(jié) 新型顯示儀表n二、虛擬顯示儀表利用計算機強大的功能來完成顯示儀表所有的工作 利用計算機強大的功能來完成顯示儀表所有的工作。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較簡單，僅由原有意義上的采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路通過輸入通道插卡插入計算機即可。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。19自動化學(xué)院電氣測控工程系