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1、自动化学院自动化学院电气测控工程系 化工仪表及自动化化工仪表及自动化第四章第四章 显示仪表显示仪表 自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 内容提要内容提要n概述概述n模拟式显示仪表模拟式显示仪表n自动电子电位差计自动电子电位差计n自动电子平衡电桥自动电子平衡电桥n数字式显示仪表数字式显示仪表(自学自学)n数字式显示仪表的特点及分类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数字式显示仪表的基本组成n新型显示仪表新型显示仪表(自学自学)n无笔、无纸记录仪无笔、无纸记录仪n虚拟显示仪表虚拟显示仪表1自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 概述概述显示仪表：显示仪表：显
2、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。凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表。 显显示示仪仪表表一一般般都都装装在在控控制制室室的的仪仪表表盘盘上上。它它和和各各种种测测量量元元件件或或变变送送单单元元配配套套使使用用；又又能能与与控控制制单单元元配配套套使用，使用， 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自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表n一、自动电子电位差计一、自动电子电位差计电电子子电电位位差差计计 是用来测量直流电压信号的，凡是
3、能转换成毫伏级直流电压信号的工艺变量都能用它来测量。 1.1.1.1.手动电位差计手动电位差计手动电位差计手动电位差计工作原理工作原理工作原理工作原理 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自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表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
4、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示和记录被测温度值。 结论结论自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表53.3.3.3.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举例用用镍镍铬铬- -镍镍硅硅热热电电偶偶测测量量温温度度，其其热热端端温温度度不不变变，而而冷冷端端温温度度从从升升高高到
5、到2525，这这时时热热电电势势将将降降低低mVmV，仪表指针会指示偏低。，仪表指针会指示偏低。自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表 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，
6、使仪表的指示值基本不受冷端温度变化的影响。 6自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表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
7、、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。自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表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自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表n二、自动电子平衡电桥二、自动电子平衡电桥91.1.1.1.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
8、变化。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）自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 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（4-4）用式（4-4）减式（4-3），则得（4-5）10自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表112.2.2.2.自动电子平衡电桥自动电子平衡电桥自动电子
9、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，并加外接调整电阻。 自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表123.3.3.3.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
10、完全相同的。 自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 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自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表其他模拟式显示仪表：其他模拟式显示仪表：其他模拟式显示仪表：其他模拟式显示仪表：动圈式显示仪表动圈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
11、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自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n一、数字式显示仪表的特点及分类一、数字式显示仪表的特点及分类特点特点特点特点 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
12、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自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表图4-9 数字式显示仪表分类图16自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n二、数字式显示仪表的基本组成二、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
13、（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自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 第三节第三节 新型显示仪表新型显示仪表n一、无笔、无纸记录仪一、无笔、无纸记录仪181.1.1.1.概论概论概论概论 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。 2.2.2.2.无无无无笔笔笔笔、无无无无纸纸纸纸记记记记录录录录仪的原理和组成仪的原理和组成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自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系 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自动化学院自动化学院电气测控工程系电气测控工程系
