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1、第六章 显示仪表,概述,凡是能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表 统称为显示仪表（二次仪表)。,按 照 能 源 来 分：可分为电动显示仪表、气动显示仪表； 按照显示方式来分：可分为模拟式、数字式和图像显示三种。,模拟式显示仪表，是以仪表的指针(或记录笔)的线性位移或角位移来模拟显示被测参数连续变化的仪表。,这类仪表大多数要使用磁电偏转机构或机电式伺服机构，因此，测量速度较慢，精度较低、读数容易造成多值性。但它结构简单、工作可靠、价格低廉且又能反映出被测值的变化趋势，因而大量应用于工业生产中。,第一节 模拟式显示仪表,自动电子电位差计,电位差计是用来测量电势或电位的，当它与热电偶配合
2、时，可以用来测量和显示温度。在工业生产过程中，经常使用自动平衡电子电位差计。,为了更好地掌握它的结构和工作原理等问题，下面先从手动电位差计讲起。,电位差计的工作原理是根据平衡法(也称补偿法、零值法)将被测电势与已知的标准电势相比较，当两者的差值为零时，被测电势就等于已知的标准电势。,图中R为线性度很高的锰铜线绕电阻，通过它的电流 I 是恒定的。G为检流计，它是个灵敏度很高的电流计。,测量时，可调节滑动触点C的位置，以使RCB上的压降UCB变化，则得UCB=I RCB ;,手动电位差计,这样，当UCBEt时或UCBEt时，检流计中就有电流流过，指针就发生偏转； 只有当UCBEt时，检流计中无电流
3、流过，即此时I检0。,也就是说，这时的巳知电压UCB正好和未知热电势Et平衡，即 Et=UCB（条件：I检=0）,根据滑动触点的位置可以读出UCB，这样就达到了对未知热电势测量的目的。,由上述可知，要想使工作电流I 等于定值，用稳压电源供电是一个好办法。,如果用电池代替稳压电源时，就应在工作回路中加调整工作电流的电位器RH和标准电阻RN。,它利用标准电池EN及标准电阻RN来校准工作电流I，以确保工作电流恒定。,(1)校准工作电流： 将开关K合在“1”的位置上，然后调节工作回路的电位器RH，使检流计G的指示为零。 即 ExI RN,因为EN为标准电动势，RN为标准电阻，两个都是已知标准值，所以此
4、时的电流I为仪表刻度时的规定值。,(2)测量未知热电势Et ： 将开关K合到“2”位置上，这时校准回路断开，测量回路接通，移动滑动触点C的位置，直至检流计指示为零，此时便得：,两种测量热电势的方法测得的结果极为准确，其原因如下。,由于它们是在全补偿时(亦即检流计中无电流通过时)进行测量读数、因此，被测热电势本身引起的压降损失和导线上的压降损失就不存在了，对测量结果也无影响。,测量结果的准确性是依赖于标准电池的电动势及测量回路电阻的精度，而标准电池及电阻一般可以得到较高的准确性。,应用了高灵敏度检流计作为监测。,用可逆电机代替人工操作（传动机械），用放大器代替检流计。,1、测量桥路分析：,由于采
5、用了稳压电源供电，原电路中的调整工作电流电阻RH以及标准电流回路均可以去掉，再将电源的支路翻下来，如图所示。,为了提高桥路的灵敏度，用放大器取代检流计，并用放大后的不平衡电压U输出驱动“可逆电机”，通过传动系统带动滑动触点C，自动调平衡（代替手动），直至U =0，才可以读数。,二、自动电子电位差计,二、自动电子电位差计,二、自动电子电位差计,为了弥补仪表工作环境温度（T10）,而使热电偶少反映出的热电势（E(T1,0)）。在下支路设置电阻R2（铜电阻）。 R2-温度补偿电阻 ； R3 -限流电阻,二、自动电子电位差计,暂时把R/RP/ RM看作一个电阻。为了能使滑线电阻R的滑动全范围时，对应热
6、电势的变化全范围，需要在上支路设置两个电阻 RG-下限电阻 ； R4 上限电阻（上支路限流4mA）。,RP工艺电阻：由于R是手工绕制的滑线电阻，阻值难以精确控制，故需要并联一个碳膜电阻，并使RP/ R =90，整体考虑，统一生产。,RM量程电阻：通过改变RM 阻值，达到改变三个电阻并联等效后的结果阻值。,二、自动电子电位差计,附滑线电阻R同R（材料、阻值、规格） 同种材料，接触电势相抵消（引出导线的用途） 闭合回路内处处等电位，甩掉小辫子； 平行布置，用滚子作触点时，可以形成轨道。,二、自动电子电位差计,2、整机结构：,（1）电子放大器 （JF-12型）交流放大（机械斩波，飘移小） 输入桥路不
7、平衡电势U 输出驱动可逆电机的控制电流,（2）可逆电机 （伺服电机）根据放大器放大后的U正负，有 正反方向来带动滑轮（滑动触点）及指针自动调平衡直至 U =0（停转）,（3）同步记录机构 同步电机拖动记录纸均速转动（记录笔夹 墨水、指针等）,二、自动电子电位差计,滑线电阻RP与工艺电阻RB,始端电阻RG,量程电阻RM,上支路限流电阻R4,冷端温度补偿电阻R2,下支路限流电阻R3,【例61】用镍铬一镍硅热电偶配电子电位差计测量某炉温，温度的测量范围在400900。图64是电位差计测量桥路。已知 E=1V；I1=4mA；I2=2mA；R2=5.33；RPRB=90。,自动电子平衡电桥,电子自动平衡
8、电桥也是与热电阻配套测温使用，但它精度较高，能自动记录，是工业上应用很广泛的仪表之一。,关于热电阻测温,主要是有一个三线制问题,是用电桥法测温的特有问题。 从原理上讲，只有当热电阻阻值变化量相对热电阻而言可以忽略时， U与Rt近似线性关系。在准确性上，受到一定限制。,一、平衡电桥的测温原理,而电子平衡电桥是利用平衡电桥来测量热电阻变化的。,图中Rt为热电阻、它与R2、R3、R4、RP组成电桥，电源电压为E0； 对角线A、B接入一检流计G； RP为一带刻度的滑线电阻。,一、平衡电桥的测温原理,当被测温度为下限时，Rt有最小值Rto，滑动触点应在RP的左端，此时电桥的平衡条件是:,当被测温度升高后
9、的平衡条件是:,r1单位刻度对应的电阻值；,从上式可以看出：滑动触点B 的位置就可以反映热电阻的变化，亦即反映了温度的变化。并且可以看到触点的位移与热电阻的增量呈线性关系。,如果将检流计换成电子放大器，利用被放大的不平衡电压去推动可逆电机，使可逆电机再带动滑动触点B 以达到电桥平衡。这就是自动平衡电桥的基本原理。,一、平衡电桥的测温原理,二、自动电子平衡电桥,目前我国生产的电子自动平衡电桥有XD系列(交流平衡电桥)、XQ系列（直流平衡电桥）两种。 其中直流电源为1V，交流电源为6.3V。,采用交流电桥时，输出的不平衡电压是交流值，可以省去变流级而直接送到交流放大器，结构比较简单。但因无法在输入
10、端装滤波网络，故抗干扰能力差。,采用直流供电可以克服这个缺点，获得较高的精度。,如图所示，同自动电子电位差计一样，RnP也是由三个元件所组成(RP、RB、R5十r5)，RP与RB并联后的电阻规定为90；R5十r5是调整仪表量程的电阻；R6十r6为调整仪表起始点刻度的电阻；r5、r6作为刻度的微调用。,二、自动电子平衡电桥,以上所述是自动电子平衡电桥的原理图，而一台完整的自动电子平衡电桥的方框图如下图所示。,三、自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较,首先，与这两种仪表配套的测温元件(热电偶、热电阻)在外形结构上十分相似。,另外，就仪表的外形及其组成：如放大器、可逆电机、同步电机及指示记录部分
11、都是完全相同的。,这两种仪表在本质上却各有其特点（不同点）：,(1)它们的输入信号不同。电位差计输入信号是电势；而电子平衡桥输人信号是电阻。,三、自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较,(2)两者的作用原理不同 电子电位差计的测量桥路在测量时，它本身是处于不平衡状态，即测量桥路有不平衡电压输出，它与被测电势大小相同，而极性相反，这样才与被测电势相补偿，从而使仪表达到平衡状态。 而电子平衡电桥，当仪表达到平衡时，测量桥路本身处于平衡状态，即测量桥路无输出。,(3) 用热电偶配电子电位差计测温时，其测量桥路需要考虑热电偶冷端温度的自动补偿问题，而用热电阻配电子平衡电桥测温时、则不存在这个问题。,三、自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较,(5)自动电子电位差计桥路供电的稳压电源是直流。而自动平衡电桥桥路供电的电源可直流，也可以是交流。,(4)测温元件与测量桥路的连接方式不同。,