1、化学工业出版社化学工业出版社 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 化学工业出版社化学工业出版社 内容提要内容提要 模拟式显示仪表模拟式显示仪表 自动平衡电子电位差计自动平衡电子电位差计 电子自动平衡电桥电子自动平衡电桥 数字式显示仪表数字式显示仪表 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 模模- -数变换器数变换器 电子计数器电子计数器 显示器显示器 数字式显示仪表的基本组成数字式显示仪表的基本组成 数字模拟混合记录仪数字模拟混合记录仪 新型显示仪表新型显示仪表 无纸记录仪无纸记录仪 虚拟显示仪表虚拟显示仪表 1 化学工业出版社化学工业出版社 概
2、述概述 显示仪表：显示仪表： 凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或凡能将生产过程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 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 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表 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.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 化学工业出版社化学工业出版社 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
3、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 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表 5 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 图6-3 XW系列电位差计测量桥路原理图 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表
4、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)滑线电阻 RP与工艺电阻 RB 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衡热电偶的热电 势。 (2)始端 (下限)电阻 RG RG的大小取决于测量下限的高 低。 (3)量程电阻RM 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 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表 (5)冷端温度补偿电阻 R2 降低了测量误差。 nPG RR I E R 1 4 (4)上支路限流电阻R4 把上支路的工作电流限定在4mA。 （6-1） (6)下支路限流电
5、阻R3 它与R2配合，保证了下支路回路 的工作电流为2mA。 2 2 3 R I E R （6-2） 7 化学工业出版社化学工业出版社 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-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
6、化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表 mVCCERIRIU GCD 395.160 ,400 221 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 76. 6 4 33. 52395.16395.16 1 22 I RI RG 得 根据测量范围的要求,滑线触点由滑线电阻的最左端 移至最右端,电压差应为 mV93.20395.16325.37 9 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表 23. 5 4 93.2093
7、.20 4 I RnP 因此,RP、RB、RM并联后的等效电阻 RnP应为 01.23823. 576. 6 4 1000 1 4nPG RR I E R 已知 RPRB= 90,可求得 R M5. 55。 67.49433. 5 2 1000 2 2 3 R I E R 根据式(6-2),可得 10 化学工业出版社化学工业出版社 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 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显
8、示仪表模拟式显示仪表 二、电子自动平衡电桥二、电子自动平衡电桥 12 （1 1）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 423 0 RRRRR Pt （6-3） 化学工业出版社化学工业出版社 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 14213 0 rRRrRRRR Ptt 当被测温度升高后的平衡条件是 （6
9、-4） tt R RR R rrRRrRR 32 3 112313 用式（6-4）减式（6-3），则得 （6-5） 13 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表 14 （2 2）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 化学工业出版社化学工业出版社 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 相同处相同处 与这两种仪表配套的测温元件（
10、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。 化学工业出版社化学工业出版社 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 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 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表 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 数字式显示仪表
11、数字式显示仪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 化学工业出版社化学工业出版社 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 18 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 数
12、字式显示仪表数字式显示仪表 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 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表 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 BAT fN 计数 20 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表 四、显示器四、显示器 图6-10 辉光数码管示意图 图6-11
13、数码管驱动电路 21 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表 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 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表 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 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 新型显示仪表新型显示仪表 一、无纸记录仪一、无纸记录仪 24 以CP
14、U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。 图6-13 无笔、无纸记录仪的原理方框图 化学工业出版社化学工业出版社 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 化
15、学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 新型显示仪表新型显示仪表 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。 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 化学工业出版社化学工业出版社 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 化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析 图图6 6- -5 5是自动平衡电桥的工作原理图是自动平衡电桥的工作原理图。请问在下列情况时请问在下列情
16、况时, , 仪表的指针仪表的指针 ( (即滑动触点的位置即滑动触点的位置) )、起点温度起点温度、仪表量程仪表量程 会如何变化会如何变化? ?简述其原因简述其原因? ? ( (1 1) )温度升高；温度升高；( (2 2) )仪表停电仪表停电; ; ( (3 3) )加大加大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,
17、可逆电机不可能自行转动。 28 化学工业出版社化学工业出版社 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 化学工业出版社化学工业出版社 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 化学工业出版社化学工业出版社
