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1、第1页，本讲稿共15页第一节第一节 概概 述述 显示仪表（二次仪表），用于显示、记录、报警的仪表，一般都安装于显示仪表（二次仪表），用于显示、记录、报警的仪表，一般都安装于控制室内。控制室内。1 1、模拟式：用仪表指针、模拟式：用仪表指针(记录笔记录笔)的线性位移或角位移来显示被的线性位移或角位移来显示被测参数的连续变化的仪表。使用磁电偏转或电机等元件，显示反应测参数的连续变化的仪表。使用磁电偏转或电机等元件，显示反应较慢，精度较低，结构复杂，维护工作量大，但易看出参数变化趋较慢，精度较低，结构复杂，维护工作量大，但易看出参数变化趋势。势。2 2、数字式：以数字方式显示参数值，由电路构成，显示
2、反应、数字式：以数字方式显示参数值，由电路构成，显示反应快，精度较高，读数直观快，精度较高，读数直观(带单位、无读数误差带单位、无读数误差)。智能式显示仪表，。智能式显示仪表，可以实现参数运算、多参数切换和巡回显示，并易于与计算机连接，可以实现参数运算、多参数切换和巡回显示，并易于与计算机连接，此种仪表为当前显示仪表主要形式。此种仪表为当前显示仪表主要形式。3 3、图像显示式：利用、图像显示式：利用CRTCRT、液晶、等离子、投影等方式直接显、液晶、等离子、投影等方式直接显示流程及相关动态参数和符号，同时还可显示参数的变化趋势，示流程及相关动态参数和符号，同时还可显示参数的变化趋势，使得参数显
3、示更加直观。使得参数显示更加直观。显示仪表的分类：显示仪表的分类：第2页，本讲稿共15页第二节第二节 自自 动动 电电 子子 电电 位位 差差 计计一、基本原理一、基本原理 平衡法平衡法:将未知电势将未知电势ExEx与已知电势相比较与已知电势相比较,检流计指零时检流计指零时,则表则表示未知电势与已知电势相等，由已知电势知未知电势。示未知电势与已知电势相等，由已知电势知未知电势。二、手动电位差计二、手动电位差计 引引入入标标定定工工作作电电流流的的标标定定回回路路。R RN N标标准准电电阻阻,E EN N标标准准电电池池，K K打打在在标标定定时时,IR,IRN N与与E EN N比比较较,不
4、不等等时时G G偏偏转转,调调R RJ J使使G G指指0,0,则则IRIRN N=E EN N，I=2mAI=2mA，K K打打向向测测量量，测测Ex=IREx=IRCBCB。此此表表既既可可作作mVmV测测量量表表,也也可可做做标标准准mVmV信号源信号源(用于校验仪表用于校验仪表)。第3页，本讲稿共15页 三、自动电位差计三、自动电位差计 1、工作原理、工作原理 用用放放大大器器替替代代检检流流计计,Ex,Ex与与U UCBCB比比较较的的差差值值经经放放大大器器放放大大后后驱驱动动可可逆逆电电机机,可可逆逆电电机机经经传传动动机机构构代代替替了了手手动动调调节节触触点点C C的的位位置
5、置,直直到到Ex=UEx=UCBCB,C,C点点对对应应于于t t点点温温度度下下的的热热电电偶偶产产生生的的电电势势值值，本本电电路路没没有有冷冷端端温度补偿。温度补偿。2、测量桥路、测量桥路第4页，本讲稿共15页 RP为滑线电阻为滑线电阻,RP难于精确绕制难于精确绕制,故与工艺电阻故与工艺电阻RB并联后为并联后为90(固定电阻固定电阻,有利于成批生产有利于成批生产)RP为附加滑线电阻为附加滑线电阻 RM为量程电阻为量程电阻,RM量程越大量程越大 RG为起始电阻为起始电阻,RG越大越大,测量下限值越大测量下限值越大 R4上支路上支路限流电阻（限流电阻（4mA或或2mA）R3下支路限流电阻（下
6、支路限流电阻（2mA或或1mA）R2冷端补偿电阻冷端补偿电阻R2=R0（1+t0）实现冷端补偿）实现冷端补偿.当放大器输入不相等时，电机转动当放大器输入不相等时，电机转动,带动动臂左、右移动带动动臂左、右移动,使之相等使之相等,A点的不同位置指示出了点的不同位置指示出了Ex对应的温度对应的温度t。第5页，本讲稿共15页 测量桥路处于平衡状态时，待测电势与桥路输出电势相等：测量桥路处于平衡状态时，待测电势与桥路输出电势相等：Ex=(-)Ex=(-)如果想将测量桥路用于热电偶的热电势测量，并显示温度应作如果想将测量桥路用于热电偶的热电势测量，并显示温度应作如何改变才能实现正常测量？如何改变才能实现
7、正常测量？4 4、校验、校验 校验带有温度补偿电阻的自动电位差计时，应将各校验点电势减去校验校验带有温度补偿电阻的自动电位差计时，应将各校验点电势减去校验温度下的电势后再送入，即送入温度下的电势后再送入，即送入E(t,tE(t,t0 0)，原因是，原因是R R2 2已经补偿。已经补偿。例：例：热偶热偶E E分度号分度号t t0 0=20,=20,校验校验100 100 点时，送多少电势？点时，送多少电势？第6页，本讲稿共15页传传 感感 器器与与 变变 送送器器测测 量量电路电路放放 大大器器平平 衡衡电机电机指示指示机构机构附加附加机构机构记录记录机构机构同同 步步电机电机整体机构框架图：整
8、体机构框架图：第7页，本讲稿共15页第三节第三节 自自 动动 平平 衡衡 电电 桥桥工作原理：工作原理：采采用用三三线线制制将将待待测测电电阻阻接接入入平平衡衡电电桥桥，初初始始状状态态下下动动臂臂在在最最右右端端，电桥平衡：电桥平衡：R R3 3(R(Rt0t0+r)=R+r)=R2 2R R4 4 当当R Rt t=R=Rtmaxtmax时电桥平衡：时电桥平衡：R R3 3R Rtmaxtmax=(R=(R2 2+r)R+r)R4 4 当调整滑线电阻当调整滑线电阻K,K,使触点位于滑线电阻中间的某一点时：使触点位于滑线电阻中间的某一点时：R R3 3(R(Rt0t0+R+Rt t+r-r+
9、r-r1 1)=(R)=(R2 2+r+r1 1)R)R4 4 r r1 1=R=R3 3/(R/(R3 3+R+R4 4)*R)*Rt t 显然显然R Rt t随温度变化时随温度变化时,K,K点的移动能使上式重新平衡点的移动能使上式重新平衡.三线制连接的原因是要减少导线电阻随环境温度变化而变化对三线制连接的原因是要减少导线电阻随环境温度变化而变化对测量结果的影响测量结果的影响第8页，本讲稿共15页平衡电桥与电子点位差计的比较：平衡电桥与电子点位差计的比较：平衡电桥与电子点位差计的比较：平衡电桥与电子点位差计的比较：电位差计电位差计电位差计电位差计平衡电桥平衡电桥平衡电桥平衡电桥平衡情况平衡情
10、况平衡情况平衡情况桥路输出不等于桥路输出不等于桥路输出不等于桥路输出不等于0 0 0 0（放大器输入为（放大器输入为（放大器输入为（放大器输入为0 0 0 0）桥路输出为桥路输出为桥路输出为桥路输出为0 0 0 0测量形式测量形式测量形式测量形式测电势（热偶）测电势（热偶）测电势（热偶）测电势（热偶）测电阻（热阻）测电阻（热阻）测电阻（热阻）测电阻（热阻）补偿补偿补偿补偿需冷端补偿需冷端补偿需冷端补偿需冷端补偿不需不需不需不需外接线外接线外接线外接线补偿导线（两线）补偿导线（两线）补偿导线（两线）补偿导线（两线）一般导线每根一般导线每根一般导线每根一般导线每根2.52.52.52.5（三线）（
11、三线）（三线）（三线）工作电流工作电流工作电流工作电流上上上上:下支路下支路下支路下支路=2=2=2=2：1 1 1 1上下支路相同上下支路相同上下支路相同上下支路相同小于等于小于等于小于等于小于等于6mA(6mA(6mA(6mA(热阻易发热热阻易发热热阻易发热热阻易发热)第9页，本讲稿共15页第四节第四节 智能显示仪表智能显示仪表 在在数数字字式式显显示示仪仪表表中中加加上上微微处处理理器器即即是是智智能能显显示示仪仪表表。微微机机化化显显示示仪仪表表无无论论在在功功能能还还是是性性能能上上都都比比数数字字式式显显示示仪仪表表有有较较大大的的提提高高，实现了显示仪表的智能化。实现了显示仪表的
12、智能化。一、数字式显示仪表原理及组成一、数字式显示仪表原理及组成 数数字字显显示示仪仪表表至至少少应应具具备备模模/数数转转换换,非非线线性性补补偿偿和和标度变换三大部分。标度变换三大部分。第10页，本讲稿共15页 1 1、模数转换、模数转换-A/D-A/D转换转换 模模拟拟信信号号数数字字化化是是量量化化的的过过程程,用用一一个个足足够够小小的的单单位位增增量量将将在在一一定定采采样样周周期期时时间间点点上上的的模模拟拟信信号号值值量量化化,这这个个增增量量越越小小,则则模模拟拟信信号号转转化化为为数数字字信信号号的的精精度度越越高高,采采样样周周期期越越短短，模模拟拟信信号号的的连连续续变
13、变化化趋趋势势越越能能被被体体现，即对模拟信号失真越小，但同时转化要求的技术越高。现，即对模拟信号失真越小，但同时转化要求的技术越高。A/DA/D转转换换有有多多种种方方式式：电电压压转转化化为为数数字字量量的的方方式式是是目目前前最最常常用用的的一一种种转转换换方方式式。电电压压转转化化为为数数字字量量的的方方式式有有单单积积分分型型，双双积积分分型型,逐次比较逐次比较(逼近逼近)型，还有脉冲宽度调制型和电压频率型。型，还有脉冲宽度调制型和电压频率型。第11页，本讲稿共15页 2 2、非线性补偿、非线性补偿 被被测测参参数数经经检检测测元元件件及及变变送送器器转转换换后后的的模模拟拟信信号号
14、与与被被测测参参数数之之间间有有时时为为非非线线性性函函数数关关系系,数数字字式式仪仪表表内内通通常常设设有有非非线线性性补补偿环节。偿环节。补补偿偿环环节节是是使使得得显显示示值值与与显显示示仪仪表表输输入入值值之之间间具具有有一一定定规规律律的的非非线线性性关关系系，以以补补偿偿输输入入信信号号与与被被测测参参数数之之间间的的非非线线性性关关系系，使使显显示示值值与与被被测测参参数数之之间间呈呈线线性性关关系系。常常用用的的非非线线性性补补偿偿的的方方法法有有模模拟拟式式非非线线性补偿法性补偿法,非线性模非线性模/数转换补偿法数转换补偿法,数字式非线性补偿法等数字式非线性补偿法等.应应用用
15、较较多多的的是是数数字字式式非非线线性性补补偿偿法法,这这种种方方法法是是将将非非线线性性的的输输入入电电压压(A/D(A/D转转换换后后)分分段段,将将具具有有明明显显斜斜率率变变化化的的曲曲线线段段分分开开成成几几段段具具有有较较好好线线性性的的近近似似直直线线段段,然然后后对对于于不不同同斜斜率率的的直直线线段段乘乘以以不不同同的的直直线线斜斜率率,使使之之正正好好能能转转化化为为统统一一的的线线性性(同同一一斜斜率率输输出出),),实实现现线线性化。性化。第12页，本讲稿共15页 3 3、标度变换、标度变换 通通过过对对输输入入量量进进行行比比例例系系数数运运算算，转转换换成成数数字字
16、式式仪仪表表可可以以直直接显示的变量值。接显示的变量值。如如被被测测温温度度为为1000,1000,经经转转换换后后输输出出12501250个个脉脉冲冲,利利用用一一个个乘乘法法器器,使使12501250乘乘以以0.80.8的的系系数数,则则得得到到了了10001000这这个个脉脉冲冲数数,再再用用一一个计数器计数个计数器计数10001000从而显示出从而显示出1000.1000.第13页，本讲稿共15页二、智能显示仪表二、智能显示仪表 智能仪表一般都具有量程自动转换、自校正、自诊断等含有智能仪表一般都具有量程自动转换、自校正、自诊断等含有一定人工智能的分析能力；传统仪表中难以实现的问题如通信
17、、一定人工智能的分析能力；传统仪表中难以实现的问题如通信、复杂的公式计算等问题，对于智能仪表而言，只需软、硬件设计复杂的公式计算等问题，对于智能仪表而言，只需软、硬件设计配合得当即可。硬件结构更为简单，稳定性、可靠性、性能价格配合得当即可。硬件结构更为简单，稳定性、可靠性、性能价格比都大大提高。比都大大提高。第14页，本讲稿共15页 无纸记录仪无纸、无笔，内部无任何无纸记录仪无纸、无笔，内部无任何传统记录仪的机械传动部件，避免了纸和传统记录仪的机械传动部件，避免了纸和笔的消耗与维护。笔的消耗与维护。它内置了大容量的存储器它内置了大容量的存储器RAMRAM，可以，可以存储多个变量的大量历史数据，将信存储多个变量的大量历史数据，将信号送入存储器保存并在大屏液晶显示号送入存储器保存并在大屏液晶显示器上加以显示器上加以显示。它能够显示过程变量它能够显示过程变量的百分值和工程单位的当前值、历史的百分值和工程单位的当前值、历史趋势曲线、报警状态、流量累计值等，趋势曲线、报警状态、流量累计值等，提供多个变量的同时显示。提供多个变量的同时显示。可对记录信号在显示屏上随意放大或可对记录信号在显示屏上随意放大或缩小，必要时可与计算机连接将数据进行缩小，必要时可与计算机连接将数据进行打印或进一步处理。打印或进一步处理。第15页，本讲稿共15页