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1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化第六章第六章 显示仪表显示仪表 内容提要内容提要n模拟式显示仪表模拟式显示仪表n自动平衡电子电位差计自动平衡电子电位差计n电子自动平衡电桥电子自动平衡电桥n数字式显示仪表数字式显示仪表n数字式显示仪表的原理及其特点数字式显示仪表的原理及其特点n模模-数变换器数变换器n电子计数器电子计数器n显示器显示器n数字式显示仪表的基本组成数字式显示仪表的基本组成n数字模拟混合记录仪数字模拟混合记录仪n新型显示仪表新型显示仪表n无纸记录仪无纸记录仪n虚拟显示仪表虚拟显示仪表1概述概述显示仪表：显示仪表：显示仪表：显示仪表：凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或凡能将生产过程
2、中各种参数进行指示、记录或累积的仪表。累积的仪表。分类分类分类分类模拟式显示仪表模拟式显示仪表数字显示仪表数字显示仪表屏幕显示仪表屏幕显示仪表2第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表n一、自动平衡电子电位差计一、自动平衡电子电位差计 电位差计是用来测量电势或电位的,当它与热电偶配合时,可以用来测量和显示温度。2.2.自动电子电位差计的工作原理自动电子电位差计的工作原理 根据这种电压平衡原理来进行工作。3第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表4图6-1 电子电位差计原理图 电子电位差计既保持了手动电位差计测量精度高的优点，电子电位差计既保持了手动电位差计测量精度高的优点，而且无须用手去调
3、节就能自动指示和记录被测温度值。而且无须用手去调节就能自动指示和记录被测温度值。结论结论热电偶测量桥路放大器可逆电机指示机构记录机构同步电机稳压电源图6-2 电子电位差计原理方框图第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表52.2.2.2.自动电子电位差计的测量桥路自动电子电位差计的测量桥路自动电子电位差计的测量桥路自动电子电位差计的测量桥路图6-3 XW系列电位差计测量桥路原理图第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表桥路中各电阻的作用桥路中各电阻的作用(1)(1)滑滑线线电电阻阻 R RP P与与工工艺艺电电阻阻 R RB B 改变滑动触点在 RP上的位置,可以产生不同的桥路输出电压以平
4、衡热电偶的热电势。(2)(2)始始端端 (下下限限)电电阻阻 R RG G RG的大小取决于测量下限的高低。(3)(3)量量程程电电阻阻R RMM RM是决定仪表量程大小的电阻。它的大小由仪表测量范围与所采用的热电偶分度号来决定。6第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表(5)(5)冷端温度补偿电阻冷端温度补偿电阻 R R2 2 降低了测量误差。(4)(4)上支路限流电阻上支路限流电阻R R4 4 把上支路的工作电流限定在4mA。（6-1）(6)下支路限流电阻R3 它与R2配合，保证了下支路回路的工作电流为2mA。（6-2）7第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表举例举例例6-1 用镍铬
5、-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6-4是电位差计测 量 桥 路。已 知 E=1V；I1=4mA；I2=2mA；R2=5.33；RPRB=90。试根据测温要求确定桥路中的其他电阻值。图6-4 电位差计测量桥路解解：根据镍铬-镍硅热电偶分度表(第五章附录三)查得 400900对应的热电势为16.39537.325mV。8第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表 假定由于R2的存在,实现了冷端温度的全补偿,故冷端温度的变化对热电势的影响可以不予考虑。当温度在测量下限400时,滑动触点移至滑线电阻的最左端,此时根据 得 根据测量范围的要求,滑线触点由滑线电阻的最
6、左端移至最右端,电压差应为9第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表因此,RP、RB、RM并联后的等效电阻 RnP应为 已知 RPRB=90,可求得 R M5.55。根据式(6-2),可得 10第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表 以上计算都是粗略的,在进行精确的计算时,还要考虑许多实际的情况,例如滑线电阻 RP的两端一般是移不到头的。所以在计算RG、R4时必须考虑这种情况。注意注意11第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表n二、电子自动平衡电桥二、电子自动平衡电桥12（1 1 1 1）平衡电桥测温原理）平衡电桥测温原理）平衡电桥测温原理）平衡电桥测温原理利用平衡电桥来测量热电阻变
7、化。利用平衡电桥来测量热电阻变化。图6-5 平衡电桥 当被测温度为下限时，Rt有最小值Rt0，滑动触点应在RP的左端，此时电桥的平衡条件是（6-3）第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表 滑动触点B的位置就可以反映电阻的变化，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。结论结论当被测温度升高后的平衡条件是（6-4）用式（6-4）减式（6-3），则得（6-5）13第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表14（2 2 2 2）自动电子平衡电桥）自动电子平衡电桥）自动电子平衡电桥）自动电子平衡电桥图6-7 电子平衡电桥原理方框图 为了准确地指示出被测温度的数值，将热电
8、阻的连接采用三线制接法，并加外接调整电阻。图6-6 自动平衡电桥工作原理第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表15自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较相同处相同处相同处相同处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。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都是完全相同的。第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表不同处不同处不同处不同处它们测量的电量形式不相同。两者的作用原理不同。测温元件与测量桥路的连接方式不同。当用热电
9、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。16第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n一、数字式显示仪表的原理及其特点一、数字式显示仪表的原理及其特点17 数数字字式式显显示示仪仪表表是能将被测的连续电量(模拟量)自动地变成断续量,然后进行数字编码,并将测量结果以数字显示的电测仪表。A/D变换器电子计数器显示器模拟量数字量读出图6-8 数字式显示仪表方框图第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表 准确度、灵敏度高;读数方便、清晰直观、不会产生视差。测量速度快，从每秒几十次到每秒上百万次;仪表的量程和被测量的极
10、性可自动转换,可自动检查故障、报警以及完成指定的逻辑程序;可以方便地实现多点测量;可以与电子计算机配合,给出一定形式的编码输出。特点特点特点特点18第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n二、模二、模-数变换器数变换器将连续变化的模拟量变换成断续的数字量。主要任务主要任务主要有间接法和直接法两种。工作方法工作方法19第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n三、电子计数器三、电子计数器 当用间接法进行数码转换时,是先将模拟量转换为与之对应的时间间隔或频率,然后必须再将时间间隔或频率转换为数字量,才能进行计数。图6-9 时间间隔测量原理框图20第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n四
11、、显示器四、显示器图6-10 辉光数码管示意图图6-11 数码管驱动电路21第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n五、数字式显示仪表的基本组成五、数字式显示仪表的基本组成图6-12 数字式温度显示仪表的基本组成22第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n六、数字模拟混合记录仪六、数字模拟混合记录仪 为了使数字式记录仪与模拟式记录仪的优点结合起来,两者相互取长补短,可以在数字式显示仪表的基础上加上模拟式显示记录仪表的记录部分,构成数字模拟混合记录仪。23第三节第三节 新型显示仪表新型显示仪表n一、无纸记录仪一、无纸记录仪24 以CPU为核心采用液晶显示的记录仪，直接把记录信号转化成数字
12、信号后，送到随机存储器加以保存，并在大屏液晶显示屏上加以显示。图6-13 无笔、无纸记录仪的原理方框图第三节第三节 新型显示仪表新型显示仪表无笔、无纸记录仪的特点：液晶全动态显示,并有背光功能。输入信号多样化,并以工业专用微处理器 CPU为核心,从而实现了高性能、多回路的监测,并随意放大、缩小地显示在显示屏上。无纸、无笔、无墨水,无一切机械转动结构,无需日常维护。精度高：实时显示,0.2%;曲线及棒图显示,0.5%。具有与上位机通讯的标准,可靠性高,价格与一般记录仪相仿。25第三节第三节 新型显示仪表新型显示仪表n二、虚拟显示仪表二、虚拟显示仪表利用计算机强大的功能来完成显示仪表所有的工作。利
13、用计算机强大的功能来完成显示仪表所有的工作。26采样开关模数转换个人计算机实时数据管理数据计算处理多媒体显示显示模式输入通道输入通道插卡图6-14 虚拟显示仪表原理框图第三节第三节 新型显示仪表新型显示仪表虚拟显示仪表的特点有:使用简单方便。结构简单。性能优越。27例题分析例题分析图图6-56-5是是自自动动平平衡衡电电桥桥的的工工作作原原理理图图。请请问问在在下下列列情情况况时时,仪仪表表的的指指针针 (即即滑滑动动触触点点的的位位置置)、起起点点温温度度、仪仪表表量量程程会会如如何何变变化化?简简述述其其原原因因?(1)(1)温温度度升升高高；(2)(2)仪仪表表停停电电;(3)(3)加大
14、加大R6；(4)(4)减小减小R5；(5)(5)电阻体被烧断。电阻体被烧断。解解：(1)当温度升高时,滑动触点将向右移动,这是因为当温度升高后,Rt增加,只有滑动触点向右移,使与Rt串联的这个桥臂的电阻值减小,才能使电桥达到新的平衡。(2)仪表停电时,指针随拨随停,因为此时放大器的输入与输出均没有信号,可逆电机不可能自行转动。28例题分析例题分析 (3)加大R6,滑动触点将向右移动,这是因为R6增加,会使与Rt串联的这个桥臂的电阻值增加,只有滑动触点右移,才能使这个桥臂的电阻值恢复到原来的数值,电桥恢复平衡。若其他电阻值都不变,增加R6会使起点温度降低,这是因为滑动触点移至最左端时,代表的是起始温度,这时要使电桥平衡,Rt必然要小一些,以抵消增加R6对整个桥臂电阻值的影响。Rt小,就表示这时的起点温度降低。29例题分析例题分析 (4)减小R5,量程会降低,这是因为R5减小,滑线电阻组件的等效电阻值减小,使滑动触点由最左端移到最右端的电位差变小,故量程减小。(5)电阻体被烧断,滑动触点将移向最右端,这是因为电阻体烧断后,Rt趋于无穷大,放大器始终有一个正的电位输入,可逆电机转动,直至滑向最右端指针被挡住为止。30