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1、化工仪表及自动化第四章 显示仪表 内容提要n 概述n 模拟式显示仪表 n自动电子电位差计 n自动电子平衡电桥n 数字式显示仪表 n数字式显示仪表的特点及分类 n数字式显示仪表的基本组成n 新型显示仪表 n无笔、无纸记录仪 n虚拟显示仪表1概述显示仪表：显示仪表：凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表。显示仪表一般都装在控制室的仪表盘上。它和各种 测量元件或变送单元配套使用；又能与控制单元配套 使用， 分类分类模拟式显示仪表数字显示仪表屏幕显示仪表2第一节 模拟式显示仪表n 一、自动电子电位差计电子电位差计电子电位差计 是用来测量直流电压信号的，凡是能转 换成毫伏级直流电压信号的工艺
2、变量都能用它来测量。 1.1.手动电位差计手动电位差计工作原理工作原理 根据平衡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4-1 电压平衡原理图测量时，可调节滑动触点C的位置，使同时有3第一节 模拟式显示仪表42.2.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。特点特点 用可逆电动机及一套机械传动机构代替了人手进行 电压平衡操作； 用放大器代替了检流计来检测不平衡电压并控制可 逆电机的工作。 图4-2 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 ，而且无须用手去调节就能自 动指
3、示和记录被测温度值。 结论第一节 模拟式显示仪表53.3.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4-3 电位差计测量桥路原理图图4-2 电子电位差计原理图（1）冷端温度补偿问题 举例 用镍铬用镍铬- -镍硅热电偶测量温度，其热端温度不变，镍硅热电偶测量温度，其热端温度不变， 而冷端温度从而冷端温度从升高到升高到2525，这时热电势将降，这时热电势将降 低低mVmV，仪表指针会指示偏低。，仪表指针会指示偏低。第一节 模拟式显示仪表如果把R做成随温度变化的电阻，且在温度从0升高到 25时，其阻值变化量R20.5，这时，电阻R2上的电压 降UDB也增大，UDBR2I21mV。为了统一
4、规格，上支 路的电流规定为4mA（或2mA），下支路电流规定2mA（或 1mA）。因为测量桥路的补偿电压UCDUCBUDB，现在 UDB增加了1mV，那么UCD就会减少1mV，此时滑动触点C的 平衡位置不需变化。由于UCD的变化与热电势的变化相等， 故能起到温度补偿作用，使仪表的指示值基本不受冷端温度 变化的影响。 6第一节 模拟式显示仪表7（2）量程匹配问题 图4-4 XW系列电位差计测量桥路原理图R2冷端补偿铜电阻；RM量程 电阻；RB工艺电阻；RP滑线 电阻；R4终端电阻（限流电阻 ）；R3限流电阻；RG始端电 阻；E稳压电源1V；I1上支 路电流4mA；I2下支路电流 2mAR2铜电阻
5、 装在仪表后接线板上以 使其和热电偶冷端处于同一温度。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。 上支路限流电阻R4 把上支路的工 作电流限定在4mA。滑线电阻RP 仪表的示值误差、 记录误差、变差、灵敏度以及仪 表运行的平滑性等都和滑线电阻 的优劣有关。 量程电阻RM 决定仪表量程大小的 电阻。始端（下限）电阻RG 大小取决于 测量下限的高低。第一节 模拟式显示仪表84.4.自动电子电位差计的结构自动电子电位差计的结构 测量桥路 放大器 可逆电机 指示机构 记录机构 图4-5 电子电位差计方框原理图第一节 模拟式显示仪表n 二、自动电子平衡电桥91.1.平衡电
6、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化。图4-6 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（4-3）第一节 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。 结论当被测温度升高后的平衡条件是（4-4）用式（4-4）减式（4-3），则得（4-5）10第一节 模拟式显示仪表112.2.自动电子平衡电桥自动电子平衡电桥图4-7 自动平衡电桥结构原理图图4-8 自动电子平衡电桥方框图为了准确地指示出被测温度的数值，将热电阻的连 接采用三线制接法，并加外接
7、调整电阻。 第一节 模拟式显示仪表123. 3.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 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 模拟式显示仪表不同处不同处 它们的输入信号不同。 两者的作用原理不同。 当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。 测温元件与测量桥路的连接方式不同。 13第一节 模拟式显示仪表其他模拟式显示仪表：其他模拟
8、式显示仪表：动圈式显示仪表动圈式显示仪表采用灵敏度较高的磁电系测量机构将被测信号转换为指 针的角位移，实质上是一种利用偏差法测量电流的仪表。 光柱式显示仪表光柱式显示仪表将输入信号通过由许多发光二极管组成的光柱显示出 来，具有显示醒目、形象直观、精度稳定的特点。 14第二节 数字式显示仪表n 一、数字式显示仪表的特点及分类特点特点清晰直观、读数 方便、不会产生视 差。线路简单、可靠 性好、耐振性好。有利于制造、调 试和维修，降低生 产成本。 分类分类按输入信号的形式来分，有电压 型和频率型两类。按被测信号的点数来分，它又可 分成单点和多点两种。根据仪表所具有的功能，又可分 为数字显示仪、数字显
9、示报警仪、 数字显示输出仪、数字显示记录仪 以及具有复合功能的数字显示报警 输出记录仪等15第二节 数字式显示仪表图4-9 数字式显示仪表分类图16第二节 数字式显示仪表n 二、数字式显示仪表的基本组成17图4-10 数显仪表组成结构1. 1.信号变换电路信号变换电路2.2.前置放大电路前置放大电路3.3.非线性校正或开方运算电路非线性校正或开方运算电路4.4.模数转换电路（模数转换电路（A AD D转换）转换）5.5.标度变换电路标度变换电路6.6.数字显示电路及光柱电平驱动电路数字显示电路及光柱电平驱动电路7.7.V VI I转换电路和控制电路转换电路和控制电路第三节 新型显示仪表n 一、无笔、无纸记录仪181.1.概论概论以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。 2.2.无笔、无纸记录无笔、无纸记录 仪的原理和组成仪的原理和组成图4-11 无笔、无纸记录仪的原理方框图第三节 新型显示仪表n 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用计算机强大的功能来完成显示仪表所有的工作。 结构结构比较简单，仅由原有意义上的采样、模数转换电路通过 输入通道插卡插入计算机即可。 特点特点在计算机屏幕上完全模仿实际使用中的各种仪表。 19
