化工仪表自动化-第4章概要

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1、化工仪表自动化,四川理工学院电信系自动化教研室,2,第四章 显示仪表,4.1 模拟显示仪表 4.2 数字显示仪表 4.3 新型显示仪表,3,第四章 显示仪表,凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表统称为显示仪表（或称为二次仪表）。 按照能源来分：可分为电动显示仪表、气动显示仪表；按照显示的方式来分：可分为模拟式、数字式和屏幕显示三种。,4,第四章 显示仪表,所谓模拟式显示仪表，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。 这类仪表免不了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。,5,第四章 显示仪表,数字

2、显示仪表，是直接以数字形式显示被测参数值大小的仪表。 这类仪表由于避免了使用磁电偏转机构或机电式伺服机构，因而测量速度快、精度高、读数直观，对所测参数便于进行数值控制和数字打印记录，尤其是它能将模拟信号转换为数字量，便于和数字计算机或其他数字装置联用。,6,第四章 显示仪表,数字式仪表的特点： 准确，但最后一位经常跳动不止。,热敏电阻,7,第四章 显示仪表,LED亮度高、耐振动；LCD耗电省、集成度高，但不利于夜间观察。,8,第四章 显示仪表,屏幕显示，就是将图形、曲线、字符和数字等直接在屏幕上进行显示。它是随着电子计算机的推广应用而相应发展起来的一种新型显示仪器，其中应用比较普遍的是液晶显示

3、器。,9,4.1 模拟显示仪表,2,自动电子平衡电桥,自动电子电位差计,1,10,自动电子电位差计,自动电子电位差计可测量毫伏级直流电压信号，可以和多种参数的传感器配套使用。 1. 手动电位差计 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。,11,自动电子电位差计,其中R为线性度很高的锰铜线绕电阻，它由稳压电源供电，这样就可以认为通过它的电流I是恒定的。G为检流计，它是个灵敏度很高的电流计。Et为被测的未知热电势。,12,自动电子电位差计,测量时，可调节滑动触点C的位置，以使RCB上的压降UCB变化。

4、当UCBEt时，检流计中就有电流流过，指针就向一方偏转；当UCBEt时，检流汁也有电流流过，电流方向相反，指针向另一个方向偏转；只有当UCBEt时，检流计中无电流流过，即此时I检0。 根据滑动触点的位置，可以读出UCB，这样就达到了对末知热电势测量的目的。,13,自动电子电位差计,2. 自动电子电位差计的工作原理 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。,14,自动电子电位差计,3. 自动电子电位差计的测量桥路 在实际应用中，还需要进一步解决两个问题。,15,自动电子电位差计,(1)冷端温度补偿问题 R2是用铜丝绕制而

5、成的，让R2与热电偶冷端处于同一温度。 用镍铬镍硅热电偶测量温度，其热端温度不变，而冷瑞温度从0升高到25，这时热电势将降低1mV，仪表指针会指示偏低。,16,自动电子电位差计,如果把R2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的位置不再变化。 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

6、值基本不受冷端温度变化的影响。,17,自动电子电位差计,(2)量程匹配问题 当滑动触点C处于滑线电阻的起点时，UCD应该相应于t1为标尺下 限的热电势。仪表的标尺下限有多种规格，RG越大，在下限时的UCD越大，即测量下限越高，反之亦然。,18,自动电子电位差计,当滑动触点C从滑线电阻的左端移到右端时，UCD应该相应于t2为标尺上限的热电势。 因为滑线电阻的阻值是定值，那么两端的电位差怎样仍能满足量程要求呢? 其方法是在滑线电阻Rp两端串联一个量程电阻RM。RM的值越小，则流过Rp的电流越小，量程就越窄。 从另一个角度来分析，并联了量程电阻RM后，它与滑线电阻总的等效阻值就减少、尽管总电流不变，

7、滑线电阻两端的电位差就减少。这样就达到了改变量程的目的。,19,自动电子电位差计,XW系列自动电子电位差计测量桥路原理图，测量桥路由定电压单元供给1V的工作电压。,20,自动电子电位差计,R2铜电阻 装在仪表后接线板上以使其和热电偶冷端处于同一温度。通常情况下，在下支路电流I2取2mA的桥路中，当配用镍铬镍硅热电偶时R25.33；配用镍铬考铜热电偶时R28.92；配用铂铑铂热电偶时R20.74。 下支路限流电阻R3，是一个固定电阻，它与R2配合，保证了下支路回路的工作电流为2mA。由于铜电阻值随温度而变化，实际上，下支路回路工作电流I2只是在仪表的标准工作温度(取25)时才为2mA。R3电阻的

8、准确度直接影响到下文路电流I2的大小。因此，对它的精度有较高的要求，一般应在0.2以内。,21,自动电子电位差计,上支路限流电阻R4的作用在于把上支路的工作电流限定在4mA，即它与RnP(RP、RB、RM三个电阻并联后的等效电阻值)、RG串联，使上支路工作电流为4mA。所以，当RnP和RG的数值确定后，R4的电阻值也就被确定。 滑线电阻RP，是测量系统中一个很重要的部件，由于工艺上的原因，RP很难绕得十分精确，其数值也不便增减，为此，和RP并联一个电阻RB(RB称为工艺电阻)，并联后其数值为90(或300)，这样，把两个电阻作为整体来考虑，便于统一规格和成批生产。,22,自动电子电位差计,量程

9、电阻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。电阻RM与滑线电阻相并联，当RM越大，它从上支路回路工作电流I1中所分流出的电流IM越小，仪表的量程就越大；反之，RM越小，其量程越小。因此，如果要制作不同量程的仪表，只需改变RM、RG、R4的阻值就可以了。而滑线电阻RP和工艺电阻RB都不需改变，这样给工作带来了方便。,23,自动电子电位差计,始端(下限)电阻RG 的大小取决于测量下限的高低。当滑动触点C左移至滑线电阻的起点时，桥路输出电压UCD应该相应于温度为标尺下限时的热电势。RG 越大，在下限时的UCD也越大，即测量下限越高，反之亦然。,24,自动电子

10、电位差计,4. 自动电子电位差计的结构 实际上自动电子电位差计是由测量桥路、放大器、可逆电机、指示机构、记录机构所组成。图411(a)是其原理方框图，图(b)是其结构示意图。,25,自动电子电位差计,自动电子电位差计外形,26,自动电子平衡电桥,1. 平衡电桥测温原理 电子平衡电桥却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接人一检流计G；RP为一带刻度的滑线电阻。,27,自动电子平衡电桥,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: 当被测温度升高后的平衡条件是:,28,自动电

11、子平衡电桥,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。,29,自动电子平衡电桥,2. 电子自动平衡电桥 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。但因无法在输入端装滤波网络，故抗干扰能力差。 采用直流供

12、电可以克服上述缺点，从而获得较高的精度。,30,自动电子平衡电桥,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。,31,自动电子平衡电桥,应当指出的是，自动电子平衡电桥中的热电阻也采用三线制接法，R1为外接调整电阻，此值规定为2.5;桥路上下支路的电流一般分别为3mA；当用交流电作为桥路电源时，在电源回路中则串入R7电阻用以限流，以保证流过热电阻的电流不超过允许值。,32,自动电子平衡电桥,完整的自动电子平衡电桥的方框图如

13、图所示。,33,自动电子平衡电桥,3. 自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较 电子电位差计和电子自动平衡电桥有很多相似之处。 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都是完全相同的。,34,自动电子平衡电桥,两种仪表在本质上却各有其特点，现将它们不同之处归纳如下。 (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。 (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

14、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。,35,自动电子平衡电桥,(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。 (4)测温元件与测量桥路的连接方式不同。自动电子电位差汁的测温元件热电偶是连接在桥路输出回路(即放大器的输入回路)中，用补偿导线采用两线制接法，而自动平衡电桥的测温元件热电阻是采用三线制接到桥路中。 (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。,36,其它模

15、拟显示仪表,模拟显示仪表还有除了自平衡式以外，还有动圈式、光柱式等。 动圈式仪表可以与热电偶、热电阻等测温元件配合，作为温度显示、控制之用；也可与其他变送器配合，用来测量、控制其他参数。 动圈式仪表实质上是一种测量电流的仪表，最终由装在动圈上的指针就能指示出被测对象的参数。 能引起电流变化的各种干扰因素都会导致测量误差，这种误差不是靠提高仪表的加工要求就能弥补的。同时，它的可动部分容易损坏，怕震动，阻尼时间较长，不便于实现自动记录。,37,动圈式仪表,动圈式仪表测量机构的核心部件就是一个磁电式毫伏计。其中动圈是用具有绝缘层的细铜线绕成的短形框，如图41所示。,38,光柱显示仪表,光柱显示式报警

16、指示计是新一代的指示仪表，它可以广泛地应用在石油、化工、轻工、冶金、电力等工业系统中。 该仪表具有显示醒目、形象直观、精度稳定、耐颠震等优点，因此、被广泛地用来显示液位的高低；又因为带报警机构，当测量值超越上、下设定值时，能自动发出报警信号。,39,光柱显示仪表,光柱显示的特点：一目了然,40,4.2 数字显示仪表,2,数显仪表的基本组成,数显仪表的特点和分类,1,41,数显仪表的特点和分类,数字式显示仪表和模拟式显示仪表一样，与各种传感器、变送器相配，可以对压力、物位、流量、温度等进行测量，并直接以数字形式显示被测结果。 数字式显示仪表的分类方法较多，按输入信号的形式来分，有电压型和频率型两类：电压型的输入信号是电压或电流；频率型的输入信号是频率、脉冲及开关信号。如按被测信号的点数来分，它义可分成单点和多点两种。,42,数显仪表的特点和分类,数字显示仪表分类：,43,数显仪表的基本组成,工艺变量,信号变换,前置放大,非线性校正或开方运算,A/D转换,标度变换,光柱显示,V/I转换,