显示仪表课件

1、显示仪表课件 化工测量与仪表 第八章 显示仪表 显示仪表课件 n显示仪表是用来显示仪表是用来指示、记录或累积指示、记录或累积 生产过生产过 程中各种参数的仪表。程中各种参数的仪表。 n一般都安装在控制室的仪表盘上，与其他各一般都安装在控制室的仪表盘上，与其他各 种测量元件或变送器配套使用，连续地进行种测量元件或变送器配套使用，连续地进行 显示显示或或记录记录生产过程中各参数的变化情况。生产过程中各参数的变化情况。 n还能与控制单元配套使用，对生产过程中的还能与控制单元配套使用，对生产过程中的 各种参数进行各种参数进行自动控制自动控制和和显示显示。 显示仪表课件 n目前使用的显示仪表种类很多。目

2、前使用的显示仪表种类很多。 n按所用能源可分为按所用能源可分为电动显示仪表电动显示仪表和和气动显气动显 示仪表示仪表； n按照显示方式可分为按照显示方式可分为模拟式模拟式、数字式数字式和和图图 像显示像显示三类。三类。 显示仪表课件 n模拟式显示仪表是以指针或记录笔的偏转模拟式显示仪表是以指针或记录笔的偏转 角度或位移量来模拟显示被测变量的角度或位移量来模拟显示被测变量的连续连续 变化。变化。 n根据其测量线路的不同，又可分为根据其测量线路的不同，又可分为直接变直接变 换式换式（如动圈式）和（如动圈式）和平衡式平衡式（如电子自动（如电子自动 平衡式）两类。平衡式）两类。 n 显示仪表课件 第一

3、节第一节 动圈式显示仪表动圈式显示仪表 n该仪表是一种发展比较早的模拟式显示仪该仪表是一种发展比较早的模拟式显示仪 表，但目前仍然被广泛使用，尤其是在一表，但目前仍然被广泛使用，尤其是在一 些中小型企业，应用极为广泛。些中小型企业，应用极为广泛。 n它不仅可以与热电偶、热电阻等传感器配它不仅可以与热电偶、热电阻等传感器配 合用来显示温度，还可以对压力等其他工合用来显示温度，还可以对压力等其他工 艺变量检测的直流毫伏信号进行显示。艺变量检测的直流毫伏信号进行显示。 显示仪表课件 n动圈式显示仪表的组成如下图所示，它动圈式显示仪表的组成如下图所示，它 由由测量电路测量电路和和测量机构测量机构两部分

4、组成。两部分组成。 n不同型号的仪表其测量电路是不一样的，不同型号的仪表其测量电路是不一样的， 但其测量机构基本相同。但其测量机构基本相同。 显示仪表课件 1、测量机构和基本工作原理 n动圈式显示仪表的测量机构是一个磁电式毫伏计。 n其中动圈是用高强度漆包细铜丝绕制成的一个无骨架矩形 框，用张丝把它吊置在永久磁钢的空间磁场中。 n当测量信号（直流毫伏信号）通过张丝加在动圈上时，便 有电流流过动圈。 n此时载流线圈受到磁场力作用而转动，因为动圈是由张丝 支承的，所以动圈的转动使张丝扭转，此时，张丝就会产 生反抗动圈转动的力矩，该反力矩随着张丝扭转角度的增 大而增大。 n当两力矩达到平衡时，动圈就

5、停留在某一位置上。 n基于动圈的位置与输入的毫伏信号相对应，所以面板上可 以直接刻成温度标尺，使装在动圈上的指针直接指示出被 测对象的温度值。 显示仪表课件 测量机构和基本工作原理测量机构和基本工作原理 n动圈式显示仪表测量机构图动圈式显示仪表测量机构图 nll永久磁铁；永久磁铁；2 2、66张丝；张丝；33软铁芯；软铁芯；44 热电偶；热电偶；55动圈；动圈；77刻度面板；刻度面板；88仪表指仪表指 针针 显示仪表课件 n由于动圈仪表采用了统一的测量机构，为 了适应不同量程的被测变量，使其输入满 量程时，指针都能指示满刻度值，所以在 测量机构的电路中串入了一个量程电阻R串， 改变R串的大小，

6、就能适应不同量程的被测 变量。 显示仪表课件 2、动圈的温度补偿 n动圈仪表的刻度校验是在环境 温度为205条件下进行的， 但在仪表使用时，由于周围环 境温度的改变，会引起动圈阻 值Rd的变化，从而导致流过动 圈的电流发生变化，致使指针 偏转角改变而造成误差。 n为了补偿动圈阻值的变化，在 电路中串入一个有负温度系数 的热敏电阻RT，再用一电阻Rb 与RT并联，使两者的并联电阻 值随环境温度升高而下降，恰 好补偿动圈阻值随温度变化而 造成的误差。如图所示。 显示仪表课件 3、XCZ101型动圈式显示仪表 n该仪表的输入变量为直流毫伏信号，可与 热电偶配合构成热电偶温度计。 n其线路如图3100

7、所示，由热敏电阻RT、 并联电阻Rb、量程电阻R串以及外接调整电 阻R调等组成。 显示仪表课件 nXCZ101型动圈式显示仪表接线图 显示仪表课件 外接调整电阻的作用：由于配热电偶的动圈式仪表是外接调整电阻的作用：由于配热电偶的动圈式仪表是 通过电流通过电流I来测量直流毫伏信号来测量直流毫伏信号E（t，t0）的。因此，）的。因此， 必须保证整个测量回路的总电阻值必须保证整个测量回路的总电阻值R总不变。总不变。 否则，既使对于相同的热电势值，流过动圈的电流值否则，既使对于相同的热电势值，流过动圈的电流值 也会不一样，指针的指示值也就不同。也会不一样，指针的指示值也就不同。 已知测量回路总电阻已知

8、测量回路总电阻R总是仪表的内电阻总是仪表的内电阻R内和表外内和表外 接线电阻接线电阻R外的总和，则流过动圈的电流为外的总和，则流过动圈的电流为 显示仪表课件 n式中式中R内 内是一个定值，而表外电阻 是一个定值，而表外电阻R外 外却会因线路长 却会因线路长 短，线径粗细而异。短，线径粗细而异。 n为了保证仪表的测量精度，规定动圈仪表的表外接为了保证仪表的测量精度，规定动圈仪表的表外接 线电阻为线电阻为15；包括热电偶本身的电阻；包括热电偶本身的电阻R热 热，补偿导 ，补偿导 线电阻线电阻R补 补，连接铜导线的电阻 ，连接铜导线的电阻R铜 铜，外接调整用电 ，外接调整用电 阻阻R调 调。即 。即

9、 n R外 外= R热热 R补 补十 十 R铜 铜 R调 调=15 n通过调整通过调整R调 调的值，使 的值，使R外 外等于 等于15，从而避免了由，从而避免了由 于线路长短不一对指示值的影响。于线路长短不一对指示值的影响。 n在调整时，选择在调整时，选择R热 热为热电偶经常使用的温度条件 为热电偶经常使用的温度条件 下的电阻值，其测量精确度最高。下的电阻值，其测量精确度最高。 显示仪表课件 4、XCZ102型动圈式显示仪表 n该仪表与热电阻配套构成热电阻温度该仪表与热电阻配套构成热电阻温度 计。其输入变量为热电阻的变化值。计。其输入变量为热电阻的变化值。 n为了利用统一的测量机构，需将热电为

10、了利用统一的测量机构，需将热电 阻的阻值转换成毫伏信号，仪表的线阻的阻值转换成毫伏信号，仪表的线 路如图所示。路如图所示。 n从图中可以看出，电阻信号转换为毫从图中可以看出，电阻信号转换为毫 伏信号是由不平衡电桥来完成的。伏信号是由不平衡电桥来完成的。 n其中其中RO、R2、R3、R4均为锰铜电阻，均为锰铜电阻， R1为热电阻的引线电阻，它们组成了为热电阻的引线电阻，它们组成了 电桥的四个桥臂，电桥的四个桥臂， a、b为电桥的输出为电桥的输出 端，端，c、d为电源端，为电源端， a、b、c、d四四 点把电桥分成了四个桥臂。点把电桥分成了四个桥臂。 显示仪表课件 n设计时一般使电桥中的设计时一般

11、使电桥中的 nR3=R4， nR1+R2=Rt0+R1+R0， n式中式中Rt0为对应于仪表刻度起点的热电阻值，此时为对应于仪表刻度起点的热电阻值，此时 电桥处于平衡状态，电桥的输出为零。电桥处于平衡状态，电桥的输出为零。 n当被测温度升高时，热电阻的阻值当被测温度升高时，热电阻的阻值Rt增大，电桥增大，电桥 失去平衡，失去平衡，a点电位高于点电位高于b点电位，此时有电流流点电位，此时有电流流 过动圈，指针产生偏转；过动圈，指针产生偏转； n被测温度愈高，电桥输出的不平衡电压被测温度愈高，电桥输出的不平衡电压Uab愈大，愈大， 仪表指针的偏转角度就愈大。仪表指针的偏转角度就愈大。 n不平衡电桥

12、从而完成了由电阻到电压的信号转换。不平衡电桥从而完成了由电阻到电压的信号转换。 n其动圈测量机构与配热电偶的动圈仪表线路完全其动圈测量机构与配热电偶的动圈仪表线路完全 相同。相同。 显示仪表课件 nRO为调零电阻。为调零电阻。 n当热电阻的阻值等于当热电阻的阻值等于Rt0时，如果仪表的指时，如果仪表的指 针不在零点，可以通过调节针不在零点，可以通过调节RO，使仪表的，使仪表的 指针指在起始点上。指针指在起始点上。 n当当Rt相应于仪表满刻度对应温度的阻值时，相应于仪表满刻度对应温度的阻值时， 若仪表指针不指在满刻度位置上，则可调若仪表指针不指在满刻度位置上，则可调 节节R串 串达满刻度。 达满

13、刻度。 显示仪表课件 n热电阻的三线制接法：由于热电阻需通过导线与热电阻的三线制接法：由于热电阻需通过导线与 电桥相连，而连接导线的电阻值又会随环境温度电桥相连，而连接导线的电阻值又会随环境温度 而改变，所以如果把热电阻的连接导线都接在一而改变，所以如果把热电阻的连接导线都接在一 个桥臂内，当环境温度变化时，连接导线电阻的个桥臂内，当环境温度变化时，连接导线电阻的 改变值将会与热电阻的变化值相叠加，给仪表带改变值将会与热电阻的变化值相叠加，给仪表带 来较大的误差。来较大的误差。 n因此通常采用三线制接法，即让两根连接导线分因此通常采用三线制接法，即让两根连接导线分 别接入相邻的两个桥臂，当导线

14、电阻值变化时，别接入相邻的两个桥臂，当导线电阻值变化时， 其影响可以相互抵消一部分。其影响可以相互抵消一部分。 nR1为外接调整电阻。一般规定每根连接导线的总为外接调整电阻。一般规定每根连接导线的总 电阻值为电阻值为5，若不足，若不足5时，须用锰铜丝电阻补时，须用锰铜丝电阻补 足足5，调整阻值应精确到，调整阻值应精确到5001。 n动圈仪表与热电阻配合时，其分度号必须相同。动圈仪表与热电阻配合时，其分度号必须相同。 显示仪表课件 显示仪表课件 第二节第二节 自动平衡式显示仪表自动平衡式显示仪表 n由于动圈式显示仪表实际上是一种测量由于动圈式显示仪表实际上是一种测量 电流的仪表，所以，电流的仪表

15、，所以，凡是能引起电流变凡是能引起电流变 化的各种干扰因素都会导致测量误差化的各种干扰因素都会导致测量误差， 而且这种误差单凭提高仪表的加工精度而且这种误差单凭提高仪表的加工精度 是不能弥补的。是不能弥补的。 n另一方面，它的可动部分容易损坏，怕另一方面，它的可动部分容易损坏，怕 震动，且不便于自动记录。震动，且不便于自动记录。 显示仪表课件 n目前常用的自动平衡式显示仪表有目前常用的自动平衡式显示仪表有自动自动 电子电位差计电子电位差计和和自动平衡电桥自动平衡电桥两类，分两类，分 别与热电偶和热电阻相配用。别与热电偶和热电阻相配用。 n通过自动调节电位差或电阻值使电位差通过自动调节电位差或电

16、阻值使电位差 计或电桥达到平衡，并自动指示和记录计或电桥达到平衡，并自动指示和记录 测量结果，从而实现对温度变量的自动、测量结果，从而实现对温度变量的自动、 连续检测和显示。连续检测和显示。 n同时克服了动圈式显示仪表的缺点，提同时克服了动圈式显示仪表的缺点，提 高了测量精度。高了测量精度。 显示仪表课件 一、自动电子电位差计一、自动电子电位差计 n1 1、工作原理及组成：、工作原理及组成： 利用电位差计测量热电利用电位差计测量热电 势是基于势是基于电压平衡法电压平衡法 （也叫补偿法或零值（也叫补偿法或零值 法）。法）。 n右图所示为最简单的电右图所示为最简单的电 位差计原理线路图。位差计原理

17、线路图。 n 补偿法原理补偿法原理 显示仪表课件 nE Ex x为被测电压，线为被测电压，线 性度很高的线绕电性度很高的线绕电 阻阻R R与稳压电源与稳压电源E E组组 成一闭合回路，因成一闭合回路，因 此流过此流过R R上的电流上的电流I I 是恒定的，这样也是恒定的，这样也 就可将就可将R R的标尺刻的标尺刻 成电压数值；成电压数值； nG G是一灵敏度较高是一灵敏度较高 的检流计。的检流计。 显示仪表课件 n右图为手动电位差计的原理右图为手动电位差计的原理 线路图。线路图。 n测量未知电压的方法是调节测量未知电压的方法是调节 滑动触点滑动触点B B的位置，使滑线电的位置，使滑线电 阻阻R

18、 R在在BABA段的电阻段的电阻R RBA BA上的电 上的电 压 降压 降 U U BABA 变 化 ， 当变 化 ， 当 U UBA BA=IR =IRBA BA=E =Ex x时，流过检流计时，流过检流计 G G的电流为零，这时触点的电流为零，这时触点B B所所 指示的电压值即为未知电压指示的电压值即为未知电压E Ex x。 n用这种用这种“电压平衡法电压平衡法”法测法测 量电压，由于此时流过热电量电压，由于此时流过热电 偶内部及连接导线的电流为偶内部及连接导线的电流为 零，因此线路电阻变化对测零，因此线路电阻变化对测 量结果无影响。量结果无影响。 n手动电位差计手动电位差计 显示仪表课

19、件 2 2、自动电子电位差计的构成及、自动电子电位差计的构成及 测量桥路测量桥路 n自动电子电位差计与手动自动电子电位差计与手动 电位差计的区别是用电子电位差计的区别是用电子 放大器代替检流计，用可放大器代替检流计，用可 逆电机及一整套传动机构逆电机及一整套传动机构 代替手的操作。代替手的操作。 n它主要由测量桥路、放大它主要由测量桥路、放大 器、可逆电机、同步电机、器、可逆电机、同步电机、 指示记录机构、稳压电源、指示记录机构、稳压电源、 机械传动机构等构成。机械传动机构等构成。 n 构成方框图构成方框图 显示仪表课件 测量桥路原理图测量桥路原理图 越过电阻说明越过电阻说明 R R2 2-

20、-冷端补偿铜电阻；冷端补偿铜电阻； R RM M- -量程电阻； 量程电阻； R RB B- -工艺工艺 电阻；电阻； R RP P- -滑线电阻；滑线电阻； R R4 4- -终端电阻（限流电终端电阻（限流电 阻）；阻）；R R3 3- -限流电阻；限流电阻； R RG G- -始端电阻；始端电阻； E-E-稳压稳压 电源电源(1V)(1V)；I I1 1- -上支路电流上支路电流(4mA)(4mA)； I I2 2- -下支路电下支路电 流流(2mA) (2mA) 显示仪表课件 n自动电子电位差计的测量桥路由上、下自动电子电位差计的测量桥路由上、下 两条支路组成。两条支路组成。 n用电桥电

21、路产生直流电压用电桥电路产生直流电压U UCD CD的优点是 的优点是 可以解决仪表量程问题，实现对热电势可以解决仪表量程问题，实现对热电势 （正、负）的双向测量，同时还能对参（正、负）的双向测量，同时还能对参 比端温度进行自动补偿。比端温度进行自动补偿。 n桥路中各电阻的作用如下：桥路中各电阻的作用如下： 显示仪表课件 n铜电阻铜电阻R R2 2, ,装在仪表后接线板上以使其与装在仪表后接线板上以使其与 热电偶冷端处于同一温度。热电偶冷端处于同一温度。 n当环境温度改变时，铜电阻上的电压降变化当环境温度改变时，铜电阻上的电压降变化 量等于相应的热电偶冷端温度变化所引起的量等于相应的热电偶冷端

22、温度变化所引起的 电势变化值，起冷端温度补偿作用。电势变化值，起冷端温度补偿作用。 n当配用镍铬镍硅热电偶时当配用镍铬镍硅热电偶时R R2 2=5.33=5.33；配；配 用镍铬用镍铬考铜热电偶时考铜热电偶时 R R2 2= 8.92= 8.92；配用；配用 铂铑铂热电偶时铂铑铂热电偶时R R2 2= 0.74= 0.74。 显示仪表课件 n下支路限流电阻下支路限流电阻R R3 3，是一个固定电阻，是一个固定电阻， 它与它与R R2 2配合，保证了下支路回路的工作配合，保证了下支路回路的工作 电流为电流为2mA2mA。 n由于铜电阻的阻值随温度而变化，所以，由于铜电阻的阻值随温度而变化，所以，

23、 下支路的回路工作电流下支路的回路工作电流I I2 2只有在仪表的标只有在仪表的标 准工作温度（准工作温度（2525）时才为）时才为2mA2mA。 n电阻电阻R R3 3的准确度直接影响到下支路电流的准确度直接影响到下支路电流I I2 2 的大小。因此，它的精度要求较高，一的大小。因此，它的精度要求较高，一 般应在般应在0.20.2以内。以内。 显示仪表课件 n上支路限流电阻上支路限流电阻R R4 4的作用是把上支路的作用是把上支路 的工作电流限定在的工作电流限定在4mA4mA，即它与，即它与R Rnp np（ （R RP P、 R RB B、R RM M三个电阻的并联值）、 三个电阻的并联值

24、）、R RG G串联，串联， 使上支路工作电流为使上支路工作电流为4mA4mA。 n所以，当所以，当R Rnp np和 和R RG G的数值确定后，的数值确定后，R R4 4的电的电 阻值也就确定了。阻值也就确定了。 显示仪表课件 n滑线电阻滑线电阻R RP P，是测量系统中的一个非，是测量系统中的一个非 常重要的部件，仪表的误差、灵敏度和常重要的部件，仪表的误差、灵敏度和 运行的平滑性等都和滑线电阻的质量有运行的平滑性等都和滑线电阻的质量有 关。关。 n因此，除了要求装配牢固外，对材料的因此，除了要求装配牢固外，对材料的 性能要求很高，尤其对滑线电阻的线性性能要求很高，尤其对滑线电阻的线性

25、度要求更高，在度要求更高，在0.50.5级的仪表中，希望能级的仪表中，希望能 把非线性误差控制在把非线性误差控制在0.20.2范围内。范围内。 n由于工艺上的原因，由于工艺上的原因，R RP P很难绕制得十分很难绕制得十分 精确，其数值也不便增减，为此，和精确，其数值也不便增减，为此，和R RP P 并联一个电阻并联一个电阻R RB B（称为工艺电阻），并（称为工艺电阻），并 联后其数值为联后其数值为9090，这样，把两个电阻，这样，把两个电阻 作为整体来考虑，便于统一规格和成批作为整体来考虑，便于统一规格和成批 生产。生产。 显示仪表课件 n量程电阻量程电阻R RM M是决定仪表量程大小的电

26、 是决定仪表量程大小的电 阻。它的大小由仪表测量范围及所配用阻。它的大小由仪表测量范围及所配用 的热电偶分度号来决定。的热电偶分度号来决定。 n电阻电阻R RM M与滑线电阻并联， 与滑线电阻并联，R RM M越大，它从 越大，它从 上支路回路工作电流上支路回路工作电流I I1 1中所分流出的电流中所分流出的电流 I IM M越小，仪表的量程就越大；反之， 越小，仪表的量程就越大；反之，R RM M 越小，其量程也就超小。越小，其量程也就超小。 n因此，如果要制作不同量程的仪表，只因此，如果要制作不同量程的仪表，只 需改变需改变R RM M、 、R RG G和和R R4 4的阻值，滑线电阻的阻

27、值，滑线电阻R RP P 和工艺电阻和工艺电阻R RB B则不需要改变。则不需要改变。 显示仪表课件 n始端（下限）电阻始端（下限）电阻R RG G的大小取决于测量的大小取决于测量 下限的高低。下限的高低。 n当滑动触点当滑动触点C C向左移至滑线电阻的起点向左移至滑线电阻的起点F F时，时， 桥路的输出电压桥路的输出电压U UCD CD应该等于温度为标尺下 应该等于温度为标尺下 限时的热电势值。限时的热电势值。 nR RG G越大，在下限时的越大，在下限时的U UCD CD也越大，即测量下 也越大，即测量下 限越高，反之亦然。限越高，反之亦然。 显示仪表课件 3 3、平衡和记录机构、平衡和记

28、录机构 nl- l-可逆电机；可逆电机；2-2-传动齿轮；传动齿轮；3-3-拉丝轮；拉丝轮；4-4-拉线；拉线； 5-5-导线轮；导线轮；6-6-记录笔与指针；记录笔与指针； 7-7-记录纸；记录纸； 8-8-卷卷 纸辊；纸辊； 9-9-导向辊；导向辊； 10-10-收纸辊；收纸辊；11-11-储纸辊；储纸辊；12-12- 滑动触点；滑动触点；13-13-滑线电阻盘滑线电阻盘 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 二、电子自动平衡电桥二、电子自动平衡电桥 n电子自动平衡电桥是与热电阻配电子自动平衡电桥是与热电阻配 合用以测量和显示温度的，也可合用以测量和显示温度的，也可 与其

29、他能转换成电阻值变化的变与其他能转换成电阻值变化的变 送器、传感器等配合使用，测量送器、传感器等配合使用，测量 并显示生产过程中的各种变量，并显示生产过程中的各种变量， 因而在化工生产中得到了广泛应因而在化工生产中得到了广泛应 用。用。 显示仪表课件 n电子自动平衡电子自动平衡 电桥主要由测电桥主要由测 量桥路、放大量桥路、放大 器、可逆电机、器、可逆电机、 同步电机等部同步电机等部 分构成，其组分构成，其组 成方框图如右成方框图如右 图所示。图所示。 显示仪表课件 1 1、平衡电桥的工作原理：、平衡电桥的工作原理： n线路如右图所示。线路如右图所示。 n图中图中R Rt t为热电阻，与固为热

30、电阻，与固 定电阻定电阻R R2 2、R R3 3、R R4 4组组 成电桥，成电桥，E E0 0为电源，为电源，G G 为高灵敏度检流计，为高灵敏度检流计，A A、 B B为电桥的输出端，为电桥的输出端，R RP P 为带刻度的滑线电阻。为带刻度的滑线电阻。 n如果刻度值为温度，如果刻度值为温度， 则电桥达到平衡（即则电桥达到平衡（即 检流计检流计G G中的电流为零）中的电流为零） 时，滑动触点时，滑动触点A A所指示所指示 的温度就是被测温度。的温度就是被测温度。 显示仪表课件 n当温度为量程下限值时，当温度为量程下限值时，R Rt t有最小值有最小值R Rt0 t0，滑动 ，滑动 触点触

31、点A A应在滑线电阻的最左端。此时电桥的平应在滑线电阻的最左端。此时电桥的平 衡条件是衡条件是 nR R3 3（R Rt0 t0 R RP P）=R=R2 2R R4 4 （ （4-14-1） n温度升高后，热电阻由温度升高后，热电阻由R Rt0 t0增至 增至R Rt t=R=Rt0 t0 RRt t， A A点必须右移才能使电桥重新平衡，平衡条件点必须右移才能使电桥重新平衡，平衡条件 为为 n R R3 3（R Rt0 t0+R +Rt t+R+RP P-r -r1 1）=R=R2 2（R R4 4+r+rl l） （4 42 2） n用式用式 （4 42 2）减去式（）减去式（4 41

32、1）得）得 n R R3 3（RRt t -r -r1 1）=R=R2 2r r1 1 n整理得整理得 t R RR R r 32 3 1 显示仪表课件 n由上式可以看出：滑动触点由上式可以看出：滑动触点A A的位置反映了的位置反映了 电阻的变化，亦即反映了温度的变化，并且电阻的变化，亦即反映了温度的变化，并且 可以看出触点的位移与热电阻的增量呈线性可以看出触点的位移与热电阻的增量呈线性 关系。关系。 n自动平衡电桥是用电子放大器取代检流计，自动平衡电桥是用电子放大器取代检流计， 利用被放大的不平衡电压驱动可逆电机，用利用被放大的不平衡电压驱动可逆电机，用 可逆电机再带动滑动触点可逆电机再带动

33、滑动触点A A以使电桥达到平以使电桥达到平 衡。衡。 显示仪表课件 2 2、电子自动平衡电桥、电子自动平衡电桥 n国产的电子自动平衡电桥目前有国产的电子自动平衡电桥目前有XDXD系列系列 （交流平衡电桥）和（交流平衡电桥）和XQXQ系列（直流平衡电系列（直流平衡电 桥）两种。其中直流电源为桥）两种。其中直流电源为1V1V，交流电源为，交流电源为 6.3V6.3V。 n当采用交流电桥时，输出的不平衡电压是交当采用交流电桥时，输出的不平衡电压是交 流值，可以省去直流信号变交流的过程直接流值，可以省去直流信号变交流的过程直接 送到交流放大器，结构比较简单。但抗干扰送到交流放大器，结构比较简单。但抗干

34、扰 的能力较差。直流电桥的抗干扰能力强，精的能力较差。直流电桥的抗干扰能力强，精 度较高。度较高。 显示仪表课件 n自动电子平衡电桥的电原理图如下图所示。自动电子平衡电桥的电原理图如下图所示。 n电阻电阻R Rnp np同自动电子电位差计中的一样，也是由三个元件所 同自动电子电位差计中的一样，也是由三个元件所 组成（即组成（即R RP P、R RB B、R R5 5r r5 5），），R RP P与与 R RB B并联后的电阻值为并联后的电阻值为 9090； n R R5 5r r5 5用来调整仪表起始点的刻度，用来调整仪表起始点的刻度，r r5 5、r r6 6作微调用。作微调用。 显示仪表

35、课件 n由上图可知，当由上图可知，当R Rt t的阻值随被测温度变化时，的阻值随被测温度变化时， 电桥失去平衡，这一不平衡电压从电桥的对角电桥失去平衡，这一不平衡电压从电桥的对角 线引至电子放大器进行放大，然后驱动可逆电线引至电子放大器进行放大，然后驱动可逆电 机，由可逆电机带动滑线电阻的滑动触点移动，机，由可逆电机带动滑线电阻的滑动触点移动， 以改变上支路两个桥臂阻值的比例，直到使电以改变上支路两个桥臂阻值的比例，直到使电 桥恢复平衡状态。桥恢复平衡状态。 n可逆电机同时带动指针，指示出被测温度值。可逆电机同时带动指针，指示出被测温度值。 n当被测温度为仪表刻度的始端时，热电阻的阻当被测温度

36、为仪表刻度的始端时，热电阻的阻 值最小，滑动触点应移向值最小，滑动触点应移向R RP P的左端。的左端。 n当被测温度升至刻度的最大值时，热电阻的阻当被测温度升至刻度的最大值时，热电阻的阻 值最大，滑动触点应移向值最大，滑动触点应移向R RP P的右端。的右端。 显示仪表课件 n上图中，热电阻采用三线制接法，每根上图中，热电阻采用三线制接法，每根 导线电阻为导线电阻为2 255。如不足。如不足2 255，用，用 外接调整电阻外接调整电阻R R1 1（锰铜电阻）补足。（锰铜电阻）补足。 n电桥上、下支路的电流一般均为电桥上、下支路的电流一般均为3mA3mA。 n当用交流电作电桥的电源时，在电源回

37、当用交流电作电桥的电源时，在电源回 路中串入路中串入R R7 7用以限流，以保证流过热电用以限流，以保证流过热电 阻的电流不超过允许值。阻的电流不超过允许值。 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 第三节第三节 数字式显示仪表数字式显示仪表 n模拟式显示仪表中的信号都是随时间连续变模拟式显示仪表中的信号都是随时间连续变 化的模拟量，如用热电偶测温度，热电势是化的模拟量，如用热电偶测温度，热电势是 连续变化的模拟量。连续变化的模拟量。 n其中的测量电桥、放大器等都是模拟电路，其中的测量电桥、放大器等都是模拟电

38、路， 与其相应的显示方式是标尺、指针、记录笔与其相应的显示方式是标尺、指针、记录笔 画曲线等。画曲线等。 n而数字式显示仪表也是先用传感器将待测变而数字式显示仪表也是先用传感器将待测变 量如压力、物位、流量、温度等转换成相对量如压力、物位、流量、温度等转换成相对 应的物理量，一般为电信号，再经模数转应的物理量，一般为电信号，再经模数转 换（换（ADCADC）成数字信号（脉冲信号），由数）成数字信号（脉冲信号），由数 字电路处理后直接以数字形式显示被测结果。字电路处理后直接以数字形式显示被测结果。 显示仪表课件 n数字式显示仪表的分类数字式显示仪表的分类 方法较多，按输入信号方法较多，按输入信号

39、 的形式来分，有电压型的形式来分，有电压型 和频率型两类。和频率型两类。 n电压型的输入信号是电电压型的输入信号是电 压或电流。压或电流。 n频率型的输入信号是频频率型的输入信号是频 率、脉冲及开关信号。率、脉冲及开关信号。 n如按被测信号的点数来如按被测信号的点数来 分，它又可分成单点和分，它又可分成单点和 多点两种。多点两种。 n在单点和多点中，还可在单点和多点中，还可 以根据仪表所具有的功以根据仪表所具有的功 能来分。能来分。 显示仪表课件 一、数字式显示仪表的原理及特一、数字式显示仪表的原理及特 点点 n数字式显示仪表是直接用数字量显示被测值。数字式显示仪表是直接用数字量显示被测值。

40、n所以如果是连续变化的模拟量首先要变换成断所以如果是连续变化的模拟量首先要变换成断 续变化的数字量，（简称续变化的数字量，（简称A AD D转换器）。转换器）。 n如果输入的信号是数字量，则直接进行计数显如果输入的信号是数字量，则直接进行计数显 示，其方框图如下图所示。示，其方框图如下图所示。 显示仪表课件 n生产过程中，大量的工艺参数（如压力、生产过程中，大量的工艺参数（如压力、 流量、物位及温度等），经变送器变换流量、物位及温度等），经变送器变换 后，多数是转换成相应的电参量的模拟后，多数是转换成相应的电参量的模拟 量。量。 n因此，数字式显示仪表所要求的模数因此，数字式显示仪表所要求的模

41、数 转换装置，通常都是以电压信号作为输转换装置，通常都是以电压信号作为输 入量，也就是说数字式显示仪表实际上入量，也就是说数字式显示仪表实际上 是以数字式电压表为主体组成的仪表。是以数字式电压表为主体组成的仪表。 显示仪表课件 相对于模拟式仪表，数字式显示相对于模拟式仪表，数字式显示 仪表有以下特点：仪表有以下特点： n（1 1）准确度和灵敏度高；）准确度和灵敏度高； n（2 2）测量速度快，每秒钟从几十次到上）测量速度快，每秒钟从几十次到上 百万次；百万次； n（3 3）仪表的量程和被测量的极性可以自）仪表的量程和被测量的极性可以自 动转换，自动检查故障、报警以及完成动转换，自动检查故障、报

42、警以及完成 指定的逻辑程序；指定的逻辑程序； n（4 4）可以方便地实现多点测量；）可以方便地实现多点测量； n（5 5）可以与计算机配合，给出一定形式）可以与计算机配合，给出一定形式 的编码输出。的编码输出。 显示仪表课件 二、模数转换二、模数转换 n模数转换是数字式显示仪表的重要组成部分。模数转换是数字式显示仪表的重要组成部分。 n其主要任务是使连续变化的模拟量转换成与其成其主要任务是使连续变化的模拟量转换成与其成 比例的、断续变化的数字量，便于进行数字显示。比例的、断续变化的数字量，便于进行数字显示。 要完成这一任务必须用一定的计量单位使连续量要完成这一任务必须用一定的计量单位使连续量

43、整量化，以便得到近似的数字量。整量化，以便得到近似的数字量。 n计量单位越小，整量化数字的误差也就越小，也计量单位越小，整量化数字的误差也就越小，也 就越接近连续量的实际值。就越接近连续量的实际值。 n模数转换的过程如下图所示。模数转换的过程如下图所示。 显示仪表课件 n图（图（a a）为模拟式仪表的指针读数与输入）为模拟式仪表的指针读数与输入 电压的关系，图（电压的关系，图（b b）是将这种关系进行）是将这种关系进行 了整量化，用折线代替了图（了整量化，用折线代替了图（a a）中的直）中的直 线。线。 n很显然，分割的阶梯（即一个量化单位）很显然，分割的阶梯（即一个量化单位） 越小，转换精度

44、就越高，但又同时要求越小，转换精度就越高，但又同时要求 模数转换装置的频率响应、前置放大模数转换装置的频率响应、前置放大 器的稳定性等也越高。器的稳定性等也越高。 显示仪表课件 n目前使模拟量整量化的方法很多，但常目前使模拟量整量化的方法很多，但常 用的有以下三类。用的有以下三类。 n（1 1）时间间隔数字转换。）时间间隔数字转换。 n（2 2）电压数字转换（）电压数字转换（V VD D转换）。转换）。 n（3 3）机械量（直线位移或角度等）数）机械量（直线位移或角度等）数 字转换。字转换。 n实际上，经常是把非电量先转换成电压，实际上，经常是把非电量先转换成电压， 然后再由电压转换成数字，所

45、以然后再由电压转换成数字，所以A AD D转转 换的重点是换的重点是V VD D转换。转换。 nV VD D转换的方法也很多，如双积分型转换的方法也很多，如双积分型 （间接法）、逐次比较型（直接法）等。（间接法）、逐次比较型（直接法）等。 显示仪表课件 三、电子计数器三、电子计数器 n计数器通常由多个双稳态触发器串联而成。计数器通常由多个双稳态触发器串联而成。 可以对接受的脉冲数进行逢十进一的累计。可以对接受的脉冲数进行逢十进一的累计。 另外，还能通过译码器将其译成十个状态另外，还能通过译码器将其译成十个状态 （0 09 9），驱动数码管，将被测数据显示），驱动数码管，将被测数据显示 出来。出

46、来。 显示仪表课件 四、显示器四、显示器 n在数字式显示仪表中，测量结果都是以在数字式显示仪表中，测量结果都是以 数字的形式直接显示的。数字显示的方数字的形式直接显示的。数字显示的方 式很多，如式很多，如半导体数码管半导体数码管显示器、显示器、辉光辉光 数码管数码管显示器、显示器、液晶显示器液晶显示器等。下面介等。下面介 绍半导体数码管显示器。绍半导体数码管显示器。 显示仪表课件 n半导体数码管的基本元半导体数码管的基本元 件多采用磷砷化镓做成件多采用磷砷化镓做成 的的PNPN结，当外加正向结，当外加正向 电压时，能发出清晰的电压时，能发出清晰的 光线。光线。 n单个单个PNPN结可以封装成结

47、可以封装成 发光二极管，如右图所发光二极管，如右图所 示；多个示；多个PNPN结可以分结可以分 段封装成半导体数码管，段封装成半导体数码管， 其管脚排列如下图所示。其管脚排列如下图所示。 显示仪表课件 n半导体数码管分为半导体数码管分为7 7 个字段，每段为一发个字段，每段为一发 光二极管。光二极管。 n其字型结构如右图所其字型结构如右图所 示，选择不同的字段示，选择不同的字段 发光，可以显示出不发光，可以显示出不 同的字型。同的字型。 n如当如当 a a、b b、c c、d d、e e、 f f、g g 七个字段全亮时，七个字段全亮时， 显示数字显示数字8 8；a a、b b、c c 三个字

48、段亮时，显示三个字段亮时，显示 数字数字7 7。 显示仪表课件 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 n数字式显示仪表的种类很多。数字式显示仪表的种类很多。 n现以热电偶数字显示温度计为例，如下图所示，现以热电偶数字显示温度计为例，如下图所示， 它可以接受各种热电偶所给出的热电势；直接它可以接受各种热电偶所给出的热电势；直接 以四位或五位数字显示出相应的温度值；并能以四位或五位数字显示出相应的温度值；并能 给出所测温度给出所测温度lmVlmV的模拟电压供温度调节的模拟电压供温度调节 仪用。仪用。 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表

49、课件 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 显示仪表课件 第四节第四节 新型显示记录仪表新型显示记录仪表 n现代工业控制领域和电子信息技术领域现代工业控制领域和电子信息技术领域 的飞速发展，使得以的飞速发展，使得以CPUCPU为核心的新型为核心的新型 显示记录仪表被广泛地应用到化工、炼显示记录仪表被广泛地应用到化工、炼 油等各行各业中。油等各行各业中。 n进入进入2020世纪世纪9090年代以后，一种新型显示年代以后，一种新型显示 记录仪表记录仪表无纸、无笔记录仪无纸、无笔记录仪问世。问世。 显示仪表课件 一、概述一、概

50、述 n无纸、无笔记录仪是一种以无纸、无笔记录仪是一种以CPUCPU为核心采用液为核心采用液 晶显示的记录仪，无机械传动、纸和笔。直接晶显示的记录仪，无机械传动、纸和笔。直接 将记录信号转化为数字信号，然后送到随机存将记录信号转化为数字信号，然后送到随机存 储器进行保存，并在大屏幕液晶显示屏上显示储器进行保存，并在大屏幕液晶显示屏上显示 出来。出来。 n记录信号由工业专用微处理器（记录信号由工业专用微处理器（CPUCPU）进行转）进行转 化、保存和显示，所以可随意放大、缩小地显化、保存和显示，所以可随意放大、缩小地显 示在显示屏上，观察、记录信号状态极为方便。示在显示屏上，观察、记录信号状态极为

51、方便。 必要时还可以将记录曲线或数据送往打印机打必要时还可以将记录曲线或数据送往打印机打 印或送往微型计算机保存和进一步处理。印或送往微型计算机保存和进一步处理。 显示仪表课件 n该仪表的输入信号种类多，可以与热电该仪表的输入信号种类多，可以与热电 偶、热电阻、辐射感温器或其他产生直偶、热电阻、辐射感温器或其他产生直 流电压、直流电流的变送器相配合。对流电压、直流电流的变送器相配合。对 压力、流量、液位、温度等工艺参数进压力、流量、液位、温度等工艺参数进 行数字记录和数字显示；行数字记录和数字显示； n可以对输入信号进行组态或编程，并有可以对输入信号进行组态或编程，并有 报警功能。报警功能。

52、显示仪表课件 二、无纸、无笔记录仪的原理二、无纸、无笔记录仪的原理 及组成及组成 n该仪表采用工业专用微处理器（该仪表采用工业专用微处理器（CPUCPU），可实现），可实现 全数字采样、存贮和显示等。全数字采样、存贮和显示等。 n其原理方框图如下图所示。其原理方框图如下图所示。 显示仪表课件 n（1 1）模）模- -数（数（A AD D）转换器）转换器: : 将所记录的模拟信号将所记录的模拟信号 转换为数字量以便于转换为数字量以便于CPUCPU进行运算处理。该记录进行运算处理。该记录 仪可同时接仪可同时接1 18 8个模拟量。个模拟量。 n（2 2）CPU: CPU: 用来对各种数据进行采集和

53、处理，并用来对各种数据进行采集和处理，并 对其进行放大或缩小，还可以送到液晶显示屏显对其进行放大或缩小，还可以送到液晶显示屏显 示，也可以送至随机存贮器（示，也可以送至随机存贮器（RAMRAM）存贮，并可）存贮，并可 与设定的上、下限信号进行比较，如果越限便发与设定的上、下限信号进行比较，如果越限便发 出报警信号。出报警信号。CPUCPU作为该记录仪的核心，一切关作为该记录仪的核心，一切关 于数据计算和处理的功能均由它来承担。于数据计算和处理的功能均由它来承担。 n（3 3）随机存贮器（）随机存贮器（RAMRAM）: : 用来存贮用来存贮 CPUCPU处理过处理过 的数据。根据采样时间的不同，

54、可以保存的数据。根据采样时间的不同，可以保存3 3170170 天的历史数据。由于记录仪内有备用电池供电，天的历史数据。由于记录仪内有备用电池供电， 所以停电时也能保证所有记录数据和组态信号不所以停电时也能保证所有记录数据和组态信号不 会因掉电而丢失。会因掉电而丢失。 显示仪表课件 n（4 4）只读存贮器（）只读存贮器（ROMROM）: : 其中有固化程序，其中有固化程序， 用来指挥用来指挥CPUCPU完成各种功能的操作，只要接上完成各种功能的操作，只要接上 电源，电源，ROMROM中的程序就能使中的程序就能使CPUCPU开始工作。开始工作。 n（5 5）显示控制器）显示控制器: : 用来将用

55、来将CPUCPU内的数据显示在内的数据显示在 液晶显示屏上。液晶显示屏上。 n（6 6）键盘控制器）键盘控制器: : 操作人员通过键盘控制器输操作人员通过键盘控制器输 入操作信号至入操作信号至 CPUCPU，使，使 CPUCPU按照要求工作。按照要求工作。 n（7 7）报警输出电路）报警输出电路: : 当所记录的数据越限（越当所记录的数据越限（越 过上限或低于下限）时，过上限或低于下限）时，CPUCPU就能及时发出报就能及时发出报 警信号，由报警电路产生报警输出。警信号，由报警电路产生报警输出。 n（8 8）时钟电路）时钟电路: : 记录仪所需的记录时间间隔、记录仪所需的记录时间间隔、 时标或

56、日期均由时钟电路产生，送给时标或日期均由时钟电路产生，送给CPUCPU。 显示仪表课件 n该记录仪内还配有打印控制器和通讯控该记录仪内还配有打印控制器和通讯控 制器，制器，CPUCPU内的数据可通过它们与外接内的数据可通过它们与外接 的微型打印机或微型计算机（的微型打印机或微型计算机（PCPC）连接，）连接， 实现数据的打印和通讯。实现数据的打印和通讯。 显示仪表课件 三、记录仪的使用三、记录仪的使用 n无纸、无笔无纸、无笔 记录仪的显记录仪的显 示界面如右示界面如右 图所示。图所示。 n（实物图实物图） 显示仪表课件 1 1、实时单通道显示、实时单通道显示 n左上角显示日期（年左上角显示日期

57、（年- -月月- -日）和时间（时日）和时间（时 分分秒）。秒）。 n右上角显示该通道的工程单位（如右上角显示该通道的工程单位（如等）。等）。 n第二行是棒图，并含有报警上、下限标志。第二行是棒图，并含有报警上、下限标志。 n各通道数据越限时有报警显示（各通道数据越限时有报警显示（H H表示上限表示上限 报警、报警、L L表示下限报警），并显示当前数据的表示下限报警），并显示当前数据的 通道号。通道号。 n通道号的右边有手动通道号的右边有手动/ /自动翻页显示，自动翻页显示，A A表示表示 自动翻页显示，自动翻页显示，MM表示手动翻页显示，中间标表示手动翻页显示，中间标 有工程量数据。有工程量数据。 显示仪表课件 n用百分量标尺显示实时趋势曲线，并用百分量标尺显示实时趋势曲线，并 标有时间标尺，右端为标有时间标尺，右端为0 0，表示当前时间，表示当前时间， 左端为左端为5 50m0m，表示，表示5 50min0min前的时间，前