第八章 显示仪表

1、刘玉长刘玉长第八章第八章 显示仪表显示仪表 8.1 显示仪表显示仪表概述概述8.2 模拟式显示仪表模拟式显示仪表8.3 数字式显示仪表数字式显示仪表刘玉长刘玉长8.1 显示仪表显示仪表概述概述定义定义:接收检测元件接收检测元件(包括敏感元件、传感器、变送器等包括敏感元件、传感器、变送器等)输出信号输出信号,通过适当的处理和转换通过适当的处理和转换,以易于识别的形式将以易于识别的形式将被测参数表现出来的装置。被测参数表现出来的装置。第八章第八章 显示仪表显示仪表 分类分类:模拟式、数字式和屏幕式三大类。模拟式、数字式和屏幕式三大类。 还有一类称为记录仪的特殊显示装置。还有一类称为记录仪的特殊显示

2、装置。随着计算机多媒体技术的快速发展随着计算机多媒体技术的快速发展,利用计算机来取代利用计算机来取代实际的显示仪表实际的显示仪表,形成了所谓的虚拟显示仪表的概念。形成了所谓的虚拟显示仪表的概念。 刘玉长刘玉长数字式显示仪表数字式显示仪表:以数字的形式直接显示被测参数大小的以数字的形式直接显示被测参数大小的仪表。仪表。 因具有速度快因具有速度快.精度高精度高.读数直观读数直观,便于与计算机等数便于与计算机等数字装置联用等特点字装置联用等特点,正在迅速发展。正在迅速发展。屏幕显示仪表屏幕显示仪表:在数字仪表基础上增强了在数字仪表基础上增强了CPU.RAM.ROM.显示屏和一些其他元件的功能而构成的

3、新型显示仪表显示屏和一些其他元件的功能而构成的新型显示仪表,可可将图形、字符、曲线及数字等直接在屏幕上进行显示。将图形、字符、曲线及数字等直接在屏幕上进行显示。模拟式显示仪表模拟式显示仪表:以指针与标尺间的相对位移量或偏转角以指针与标尺间的相对位移量或偏转角来指示被测参数连续变化的显示仪表。来指示被测参数连续变化的显示仪表。 特点特点:结构简单、工作可靠、价格低廉、易于反映被测参结构简单、工作可靠、价格低廉、易于反映被测参数的变化趋势数的变化趋势;但准确度较低、线性刻度较差、信息能但准确度较低、线性刻度较差、信息能量传递效率低、灵敏度不高等缺点。量传递效率低、灵敏度不高等缺点。 8.1 显示仪

4、表显示仪表概述概述刘玉长刘玉长屏幕显示仪表组成屏幕显示仪表组成8.1 显示仪表显示仪表概述概述多路切换开关多路切换开关:可多路输入信号按一定时间间隔进行切换可多路输入信号按一定时间间隔进行切换,输入仪表内实现多点显示。输入仪表内实现多点显示。前置放大器和前置放大器和A/D转换转换:输入的微小信号放大再转换为输入的微小信号放大再转换为断续的数字量。断续的数字量。CPU:对输入的数字量信号对输入的数字量信号,进行仪表功能所需的处理进行仪表功能所需的处理,如非如非线性补偿线性补偿.标度变换标度变换.零点校正零点校正.上下限报警上下限报警.故障诊断等。故障诊断等。刘玉长刘玉长8.1 显示仪表显示仪表概

5、述概述只读存储器只读存储器:存放一些预先设置的使仪表实现各种功能的存放一些预先设置的使仪表实现各种功能的固定程序。固定程序。RAM:可用于存储各种输入可用于存储各种输入.输出数据及中间计算结果等输出数据及中间计算结果等,必须自带电池必须自带电池,否则一旦断电否则一旦断电,所有储存数据都丢失。所有储存数据都丢失。键盘键盘:为输入设备；为输入设备；打印机打印机.显示屏幕显示屏幕:为输出设备。为输出设备。刘玉长刘玉长8.1 显示仪表显示仪表概述概述记录仪记录仪:能实时保存当前仪表测量值能实时保存当前仪表测量值,以便需要时查看的以便需要时查看的装置。装置。第八章第八章 显示仪表显示仪表 有笔记录仪有笔

6、记录仪:一般是模拟式仪表一般是模拟式仪表,表中有传动机构带动表表中有传动机构带动表笔在显示的同时记录被测量随时间变化的曲线。笔在显示的同时记录被测量随时间变化的曲线。分类分类:有笔记录仪和无笔记录仪。有笔记录仪和无笔记录仪。无笔记录仪无笔记录仪:是一种特殊的数字仪表是一种特殊的数字仪表, 在显示数据的同时把在显示数据的同时把实时数据保存在内存里。需要时只要输入查询起止时间实时数据保存在内存里。需要时只要输入查询起止时间,就能以数据或曲线形式显示当时的数据。就能以数据或曲线形式显示当时的数据。刘玉长刘玉长虚拟仪器虚拟仪器定义定义:通过应用程序将通用计算机与功能化硬件通过应用程序将通用计算机与功能

7、化硬件结合结合,用户通过图形界面来操作这台计算机用户通过图形界面来操作这台计算机,就像在操作就像在操作自己定义、自己设计的一台仪器一样自己定义、自己设计的一台仪器一样,从而完成对被测量从而完成对被测量的采集、分析、判断、显示、数据存储等。的采集、分析、判断、显示、数据存储等。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在计算机屏幕上完全模仿实际使用中的各种仪表,如仪表盘如仪表盘.操作盘操作盘.接线端子等接线端子等,用户通过键盘用户通过键盘.鼠标或触摸鼠标或触摸屏进行各种操作。屏进行各种操作。8.1 显示仪表显示仪表概述概述第八章第八章 显示仪表显示仪表 “虚拟虚拟”二字主要包含两方面的

8、含义二字主要包含两方面的含义: 第一第一.虚拟仪器的面板是虚拟的。虚拟仪器的面板是虚拟的。 第二第二.虚拟仪器测量功能是由软件编程来实现的。虚拟仪器测量功能是由软件编程来实现的。 刘玉长刘玉长8.2 模拟式显示仪表模拟式显示仪表自动平衡显示仪表自动平衡显示仪表:电子电位差计电子电位差计和和电子自动平衡电桥电子自动平衡电桥。特点特点:测量精度高测量精度高,工作可靠。工作可靠。可测量显示温度、压力、流量、物位等参数。可测量显示温度、压力、流量、物位等参数。8.2.1 电位差计式显示仪表电位差计式显示仪表(热电偶热电偶)是一种典型的平衡式测量仪表是一种典型的平衡式测量仪表,能与能与输出信号为电势输出

9、信号为电势(电压电压)的各种检测元件配合的各种检测元件配合,用于测量和显示被测参数。用于测量和显示被测参数。刘玉长刘玉长8.2.1 电位差计式显示仪表电位差计式显示仪表8.2.1.1 工作原理工作原理ABU电位差计的测量原理电位差计的测量原理 tE平衡法平衡法(补偿法补偿法.零值法零值法),将被测电势与已知标准电势比较将被测电势与已知标准电势比较,当两者的差值为零时当两者的差值为零时,被测电势就等于已知的标准电势。被测电势就等于已知的标准电势。I恒定恒定,Rp为锰铜电阻为锰铜电阻(线性度高线性度高)。调节触点调节触点A,当当IG=0时时,Et=UAB=IRAB。由由A的位置的位置,读读UAB,

10、即被测即被测Et。刘玉长刘玉长刘玉长刘玉长手动手动电位差计的原理线路电位差计的原理线路 8.2.1 电位差计式显示仪表电位差计式显示仪表8.2.1.1 工作原理工作原理校准工作校准工作电流回路电流回路未知电势未知电势测量回路测量回路工作电流工作电流回路回路(1) 校准工作电流的回路校准工作电流的回路:开关合在开关合在1位置位置改变改变R1,使使IG=0, ES=IRG(2) 测量未知热电势测量未知热电势Et回路回路:开关合在开关合在2位置位置改变改变B点点,使使IG=0,Et=UAB=IRAB=RABES/RG被测热电势被测热电势Et得到准确的测定得到准确的测定,由由B点的位置确定。点的位置确

11、定。刘玉长刘玉长v实例：工作电源工作电源电位计电位计检流计检流计标准电池标准电池待测电池待测电池(势势)老式仪器设备老式仪器设备刘玉长刘玉长采用电位差计测量未知电势有如下采用电位差计测量未知电势有如下优点优点 ：(1)被测电势与已知电位差平衡时进行读数的被测电势与已知电位差平衡时进行读数的,测量回路中测量回路中没有电流没有电流,故可得到较真实的测量结果。热电偶及连接线故可得到较真实的测量结果。热电偶及连接线的电阻变化对测量结果不产生影响。的电阻变化对测量结果不产生影响。(2)电位差计有较高的准确度电位差计有较高的准确度,可保证测量的准确度可保证测量的准确度;同时同时,可作为直流电压、电流、电阻

12、等的精密测量仪器。可作为直流电压、电流、电阻等的精密测量仪器。 8.2.1 电位差计式显示仪表电位差计式显示仪表8.2.1.1 工作原理工作原理不足不足:只能进行间断测量只能进行间断测量,不能自动记录。需人工参与。不能自动记录。需人工参与。刘玉长刘玉长自动电子电位差计自动电子电位差计:用电子放大器代替检流计用电子放大器代替检流计,用可逆电用可逆电机及传动机构代替人手的操作机及传动机构代替人手的操作,测量桥路代替测量回路测量桥路代替测量回路,实现测量过程的自动平衡、指示及记录。实现测量过程的自动平衡、指示及记录。 自动电子电位差计原理方框图自动电子电位差计原理方框图8.2.1 电位差计式显示仪表

13、电位差计式显示仪表8.2.1.1 工作原理工作原理刘玉长刘玉长自动电子电位差计的结构自动电子电位差计的结构放放大大器器记录机构记录机构同步电机同步电机可可逆逆电电机机稳压电源稳压电源传动机构传动机构(代替人手操作代替人手操作)热热电电偶偶测测量量电电桥桥指示机构指示机构原理方框图原理方框图刘玉长刘玉长结构示意图结构示意图自动电子电位差计的结构自动电子电位差计的结构刘玉长刘玉长8.2.1.2 测量桥路中各电阻的作用及要求测量桥路中各电阻的作用及要求当触点当触点A从左端至右端时从左端至右端时,要求要求UAB=040mV,则则 I = 4mA 。R4=240,R4称为称为限流电阻限流电阻。 输出为输

14、出为040mV的原理线路的原理线路(1) 输出为输出为040mV的原理线路的原理线路RP=10,稳压电源电压稳压电源电压E=1V。刘玉长刘玉长RG=10mV/4mA=2.5,RG称为称为起始电阻起始电阻。 输出为输出为1050mV的原理线路的原理线路 8.2.1.2 测量桥路中各电阻的作用及要求测量桥路中各电阻的作用及要求(2) 输出为输出为1050mV的原理线路的原理线路R4=240,R4称为限流电阻。称为限流电阻。 RP=10,稳压电源电压稳压电源电压E=1V, I=4mA。刘玉长刘玉长UAB=UACUBC。当当UACUBC时时,UAB为正值为正值;当当UACUBC时时,UAB为负值。为负

15、值。即可测量即可测量-1040 mV的直流电势的直流电势,解决了双向测量问题。解决了双向测量问题。具有两个支路的测量原理线路具有两个支路的测量原理线路 8.2.1.2 测量桥路中各电阻的作用及要求测量桥路中各电阻的作用及要求(3) 输出为输出为-1040mV的原理线路的原理线路限流电阻限流电阻冷端温度补偿冷端温度补偿刘玉长刘玉长t00,室温室温t0=t1时时,热电势减少热电势减少, 造成测量误差。造成测量误差。t0=0时时,触点触点C与与t 一一对应一一对应,E(t,0)t,反映真实温度。反映真实温度。冷端温度补偿：冷端温度补偿：CAR2R3RGRPRMR4E=1VI1=4mAI2=2mAB-

16、+DEtt0加一个支路加一个支路R2(铜丝铜丝)R3, R2与热电偶冷与热电偶冷端处于同一温度。端处于同一温度。 当当 t0R2UR2,而而E(t,t0),达到温度补偿的目的。达到温度补偿的目的。UR2=E(t0,0)E(t,t0)=E(t,0)- E(t0,0)E(t,0)t稳压电源稳压电源CBA+-Et+-8.2.1.2 测量桥路中各电阻的作用及要求测量桥路中各电阻的作用及要求温度补偿范围温度补偿范围0 50。不同分。不同分度号的电子电位差计度号的电子电位差计,R2值不同。值不同。 刘玉长刘玉长量程匹配问题量程匹配问题 (RGRM)触点触点C为起点时为起点时,UDC=E(t1,0)。仪表标

17、尺下限为多种时。仪表标尺下限为多种时,需串接电阻需串接电阻RG, RG UCD下限值下限值。触点触点C处于右端时处于右端时,UCD 为上限为上限t2的热电势。的热电势。 RM越小越小,则则RP电流越小电流越小,量程越窄量程越窄; R总总=RP / RM减少减少,I1不变不变, RP两端电压减少两端电压减少,可改变量程。可改变量程。BCR2R3RGRPRMR4E=1VI1=4mAI2=2mAD-+AEtt08.2.1.2 测量桥路中各电阻的作用及要求测量桥路中各电阻的作用及要求刘玉长刘玉长XW系列自动电子电位差计测量桥路原理图系列自动电子电位差计测量桥路原理图X-显示仪表显示仪表,W-直流电位差

18、计直流电位差计EtBCR2R3RGRPRBRMR4E=1VI1=4mAI2=2mAA-+D(1).电阻电阻R2:实现实现冷端温度自动补偿冷端温度自动补偿。热电偶的热电偶的E(t,t0)时时,仪表显示仪表显示的温度为的温度为t,仪表仪表刻度不变化刻度不变化。(2).下支路限流电阻下支路限流电阻R3限制限制I2=2mA(25),精密精密电阻电阻,精度为精度为0.2%以内。以内。镍铬镍铬-镍硅时镍硅时R2=5.33,镍铬镍铬-考铜时考铜时R2=8.92,铂铑铂铑-铂时铂时R2=0.74。热电偶不同热电偶不同,R2值就不同值就不同。(3).上支路限流电阻上支路限流电阻R4:保证保证I1= 4mA。刘玉

19、长刘玉长XW系列自动电子电位差计测量桥路原理图系列自动电子电位差计测量桥路原理图EtBCR2R3RGRPRBRMR4E=1VI1=4mAI2=2mAA-+D(4).滑线电阻滑线电阻RP:重要部件重要部件,仪表的误仪表的误差差.灵敏度等与灵敏度等与RP优劣有关优劣有关, RP=90(线性度高的锰铜线性度高的锰铜),不足时不足时,使使RP/RB=90。(5).量程电阻量程电阻RM:RM由仪表由仪表测量范围和热电偶分度号测量范围和热电偶分度号决定的。决定的。 RM越大越大,IM越小越小,量程越大量程越大;反之反之, 量程越小量程越小,通过改变通过改变RM .RG .R4 来改变量程。来改变量程。(6

20、).始端始端(下限下限)电阻电阻RG:决定测量下限的高低。当决定测量下限的高低。当C点处于点处于起点时起点时,UCD为标尺下限的热电势为标尺下限的热电势, RG,UCD 大大,测量测量下限越高。下限越高。IM刘玉长刘玉长8.2.1.3 技术指标技术指标(1)基本误差基本误差:电子电位差计的基本误差包括两种电子电位差计的基本误差包括两种,一是指一是指示基本误差示基本误差,二是记录基本误差二是记录基本误差 。(2)全行程时间全行程时间:在使用过程中当被测参数发生变化时在使用过程中当被测参数发生变化时,衡衡量仪表指示器反映被测参数变化的速度性质的指标量仪表指示器反映被测参数变化的速度性质的指标,用全

21、行程时间表示。用全行程时间表示。 (3)仪表不灵敏区仪表不灵敏区:指仪表指针不发生变化的输入信号最指仪表指针不发生变化的输入信号最大变化范围大变化范围,通常不超过量程的通常不超过量程的0.25%或或0.5%。 注意注意:电子电位差计是一种测量直流电势或电位差的显示电子电位差计是一种测量直流电势或电位差的显示仪表仪表,可与热电偶、变送器或能将被测参数转换为直流电可与热电偶、变送器或能将被测参数转换为直流电势的仪器配用。势的仪器配用。热电偶和电子电位差计的分度号必须一致热电偶和电子电位差计的分度号必须一致,仪表的外形尺仪表的外形尺寸寸.记录方式记录方式.走纸速度走纸速度.测量范围等测量范围等,按实

22、际要求选择。按实际要求选择。刘玉长刘玉长当当t后后,滑动触点在滑动触点在RP的某一位置的某一位置B时时,电桥平衡电桥平衡: R3(Rt0+Rt+RP-r1)=R2(R4+r1) (2) (2)-(1)则得：则得： RtR3-r1R3=R2r1RrRRR31t231. 平衡电桥测温原理平衡电桥测温原理当温度在下限时当温度在下限时,Rt为为Rt0,滑动触点在滑动触点在RP的左端的左端,此时电桥平衡此时电桥平衡:R3(Rt0+RP)=R2R4 (1)触点位移与热电阻的触点位移与热电阻的增量呈线性关系。增量呈线性关系。GE0r1BRPR4R3R2Rt+-始始r2终终A8.2.2 自动平衡电桥式显示仪表

23、自动平衡电桥式显示仪表 (热电阻热电阻)二线制接法二线制接法刘玉长刘玉长1).基本原理基本原理:将检流计换成放大器将检流计换成放大器,利用被放大的不平衡电利用被放大的不平衡电压推动可逆电机压推动可逆电机, 带动触点带动触点B移动达到电桥平衡。移动达到电桥平衡。 XD系列交流电桥系列交流电桥;XQ系列直流电桥系列直流电桥2. 自动电子平衡电桥自动电子平衡电桥2). 测量桥路各电阻的作用测量桥路各电阻的作用直流电源为直流电源为1V,交流电源为交流电源为6.3V。起始电阻起始电阻量程电阻量程电阻滑线电阻滑线电阻三线制接法三线制接法:外接调整外接调整电阻电阻R1=2.5(20)I1=I2=3mA,交流

24、限流电阻交流限流电阻R7:保证电流在规定的保证电流在规定的范围内范围内,以防烧毁。以防烧毁。刘玉长刘玉长4).自动电子平衡电桥的结构原理方框图自动电子平衡电桥的结构原理方框图放放大大器器记录机构记录机构同步电机同步电机可可逆逆电电机机稳压电源稳压电源传动机构传动机构(代替人手操作代替人手操作)热热电电阻阻测测量量电电桥桥指示机构指示机构接法接法:由热电阻一端引出两根线由热电阻一端引出两根线,其中一线接电桥的一桥其中一线接电桥的一桥臂臂,另一线接电源的负极另一线接电源的负极;热电阻另一端的一根线接热电热电阻另一端的一根线接热电阻所在的桥臂。为了尽量减小误差阻所在的桥臂。为了尽量减小误差,电阻值为

25、电阻值为2.5。3).热电阻采用三线制接法热电阻采用三线制接法刘玉长刘玉长1).相同之处相同之处(1).组成相同组成相同:放大器放大器.可逆电机可逆电机.同步电机同步电机.指示记录部分。指示记录部分。(2).与仪表配套的测温元件与仪表配套的测温元件(热电偶热电偶.热电阻热电阻)外形结构相似外形结构相似。3.自动电子平衡电桥与自动电子电位差计比较自动电子平衡电桥与自动电子电位差计比较2).不相同之处不相同之处(1).输入信号输入信号:电位差计为电势电位差计为电势;电子平衡电桥为电阻。电子平衡电桥为电阻。(2).作用原理作用原理:当仪表达到平衡时当仪表达到平衡时,电位差计电桥不平衡电位差计电桥不平

26、衡,输出电压输出电压(与被测电势大小相同极性相反与被测电势大小相同极性相反),与被测电势补偿与被测电势补偿;电子平衡电桥电子平衡电桥,测量电桥处于平衡测量电桥处于平衡,即无输出。即无输出。(3). 电位差计测温时电位差计测温时,考虑热电偶冷端温度补偿问题。考虑热电偶冷端温度补偿问题。(4).测温元件与测量电桥的连接方式不同测温元件与测量电桥的连接方式不同:热电偶补偿导热电偶补偿导线采用两线制接法。热电阻采用三线制接法。线采用两线制接法。热电阻采用三线制接法。(5).稳压源的供电方式稳压源的供电方式:电位差计用直流电位差计用直流;电子平衡电桥可电子平衡电桥可直流也可交流。直流也可交流。刘玉长刘玉

27、长例例1:K分度号的热电偶采用如图所示的方式与配套的电分度号的热电偶采用如图所示的方式与配套的电子电位差计接入控制室测炉温子电位差计接入控制室测炉温,已知电子电位差计显示已知电子电位差计显示温度为温度为700C时时,求实际温度求实际温度t。t30C20CK分度号分度号补偿导线补偿导线30C控制室控制室电子电电子电位差计位差计解题思路：解题思路：根据电位差计根据电位差计,显示显示700C则对应的热电势则对应的热电势:EK(700,0)电位差计中有温度补偿的铜电阻电位差计中有温度补偿的铜电阻,补偿热电势补偿热电势: UR=EK(20,0)补偿导线可实现冷端温度迁移补偿导线可实现冷端温度迁移,热电偶

28、所测的热电势热电偶所测的热电势为为:EK(t,20),其与补偿热电势一起使仪表显示其与补偿热电势一起使仪表显示700C。则依题意有：则依题意有： EK(t,20) +EK(20,0)=EK(700,0),由中间温度定律可知由中间温度定律可知t= 700C。刘玉长刘玉长t30C20CCu线线Cu线线30C控制控制室电室电位差位差计计例例2:K分度号的热电偶采用下图的方式与配套的电位差计分度号的热电偶采用下图的方式与配套的电位差计接入控制室测炉温接入控制室测炉温,已知电位差计显示温度为已知电位差计显示温度为700C时时,求实求实际温度际温度t。EK(t,0)=EK(700,0)-EK(20,0)+

29、EK(30,0) = 29.129-0.798+1.203=29.534V解解:查表得查表得:EK(20,0)=0.798mV, EK(700,0)=29.129mV EK(30,0)=1.203mV 依题意有依题意有:EK(t,30)+EK(20,0)=EK(700,0),EK(t,0)-EK(30,0)+EK(20,0)=EK(700,0),t=700+(29.534-29.129)/(29.548-29.129)x10=709.7C查表查表:EK(710,0)=29.548V, EK(700,0)=29.129V刘玉长刘玉长例例3: K分度号的热电偶采用下图的方式与分度号的热电偶采用下图

30、的方式与S分度号的电分度号的电位差计接入控制室测炉温位差计接入控制室测炉温,已知电位差计显示温度为已知电位差计显示温度为700C时时,求实际温度求实际温度t。 t30C20CK分度号补分度号补偿导线偿导线30C控制室控制室S型型电位电位差计差计EK(t,0)= ES(700,0)-ES(20,0)+EK(20,0) =6.275-0.113+0.798=6.96mV解解:查表得查表得:EK(20,0) =0.798mV, ES(20,0)=0.113mV, ES(700,0)=6.275mV,依题意依题意:EK(t,20) +ES(20,0)=ES(700,0)，查表查表:EK(180,0)=

31、7.34mV, EK(170,0)=6.941mVt=170+(6.96-6.941)/(7.34-6.941)x10=170.5C刘玉长刘玉长例例4: K分度号的热电偶采用下图的方式与分度号的热电偶采用下图的方式与S分度号的电分度号的电位差计接入控制室测炉温位差计接入控制室测炉温,已知电位差计显示温度为已知电位差计显示温度为700C时时,求实际温度求实际温度t。t30C20CCu线线Cu线线30C控制控制室室S型型电位电位差计差计刘玉长刘玉长例例4: K分度号的热电偶采用下图的方式与分度号的热电偶采用下图的方式与S分度号的电分度号的电位差计接入控制室测炉温位差计接入控制室测炉温,已知电位差计

32、显示温度为已知电位差计显示温度为700C时时,求实际温度求实际温度t。EK(t,0)= ES(700,0)-ES(20,0)+EK(30,0) =6.275-0.113+1.203=7.365mV解解:查表得查表得:EK(30,0) =1.203mV, ES(20,0)=0.113mV, ES(700,0)=6.275mV,依题意依题意:EK(t,30) +ES(20,0)=ES(700,0)，查表查表:EK(180,0)=7.34mV, EK(190,0)=7.739mVt=180+(7.365-7.34)/(7.739-7.34)x10=180.6Ct30C20CCu线线Cu线线30C控制

33、控制室室S型型电位电位差计差计刘玉长刘玉长用分度号用分度号Pt100铂电阻测温铂电阻测温,在计算时错用了在计算时错用了Cu100的分的分度表度表,查得温度为查得温度为140C,问实际温度为多少？问实际温度为多少？解解:查表查表Cu100表表:R140=159.96, 查表查表Pt100表表:R150=157.33, R160=161.05,t=150+(159.96-157.33)/(161.05-157.33)x10=157C刘玉长刘玉长8.3 数字式显示仪表数字式显示仪表定义定义:把与被测参数成一定函数关系的连续变化的模拟量把与被测参数成一定函数关系的连续变化的模拟量,变换为断续的数字量显

34、示变换为断续的数字量显示测量结果测量结果的仪表。的仪表。8.3.1 数字式显示仪表概述数字式显示仪表概述8.3.1.3数字式显示仪表的分类数字式显示仪表的分类数数字字式式显显示示仪仪表表按输入信按输入信号形式分号形式分电电压压型型按显示按显示方式分方式分单点单点多点多点频频率率型型单点单点按功按功能分能分显示仪显示仪多点多点显示报警仪显示报警仪显示报警输出记录仪显示报警输出记录仪显示输出仪显示输出仪显示记录仪显示记录仪按显示按显示方式分方式分按功按功能分能分按功按功能分能分按功按功能分能分刘玉长刘玉长8.3.1.2 数字式显示仪表的性能指标数字式显示仪表的性能指标v数字式显示仪表的主要性能指标

35、有：数字式显示仪表的主要性能指标有： 量程；量程； 分辨率；分辨率； 准确度。准确度。v此外还有响应时间、数据输出、绝缘电压、环境要此外还有响应时间、数据输出、绝缘电压、环境要求等指标。求等指标。刘玉长刘玉长8.3.1.3 数字式显示仪表的特点数字式显示仪表的特点(1)准确度高准确度高,可避免视差。可避免视差。(2)灵敏度高灵敏度高,响应速度快响应速度快,而且不受输送距离限制。而且不受输送距离限制。(3)量程和极性可以自动转换量程和极性可以自动转换,因而量程范围宽因而量程范围宽,能直接读能直接读出测量值和累积值。出测量值和累积值。(4)体积小体积小,重量轻重量轻,易安装易安装,可以在恶劣环境中

36、工作。可以在恶劣环境中工作。(5) 智能型数字式显示仪表智能型数字式显示仪表,还有量程设定、报警参数设还有量程设定、报警参数设定、自动整定定、自动整定PID参数、仪表数据掉电保护、可编程参数、仪表数据掉电保护、可编程逻辑控制等功能。逻辑控制等功能。刘玉长刘玉长组成组成:信号变换信号变换.前置放大前置放大.非线性校正或开方运算非线性校正或开方运算.模模/数数(A/D)转换转换.标度变换标度变换.数字显示数字显示.电压电压/电流电流(V/I)转换及各转换及各种控制电路等。种控制电路等。(热电势热电势)电流信号电流信号信号信号变换变换前置前置放大放大非线性非线性校正或校正或开方运开方运算算A/D转换

37、转换标度变换标度变换数字显示数字显示V/I转换转换控制电路控制电路工艺变量工艺变量(热电阻热电阻)(电压电压)(电流电流)光柱电平驱动光柱电平驱动继电器触点动作继电器触点动作或电流信号或电流信号光柱显示光柱显示2.将小信号将小信号(毫伏级毫伏级)放大放大(伏级伏级),其其中加滤波电路可抑止干扰信号。中加滤波电路可抑止干扰信号。1.将输入信号转换将输入信号转换成电压成电压(电流电流)值。值。3.将信号处理成线性特性将信号处理成线性特性,提提高仪表测量精度。高仪表测量精度。开方运算开方运算将差压信号转换成流量值。将差压信号转换成流量值。与热电偶配套的数显仪表还有冷端温度自动补偿功能。与热电偶配套的

38、数显仪表还有冷端温度自动补偿功能。8.3.2 数字显示仪表的构成数字显示仪表的构成刘玉长刘玉长数字式显示仪表组成框图数字式显示仪表组成框图8.3.2 数字显示仪表的构成数字显示仪表的构成刘玉长刘玉长8.3.3 模模-数转换数转换(A/D)定义定义:把连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。把连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。 分类分类: （1）直接比较型。）直接比较型。 （2）间接比较型。）间接比较型。 （3）复合型。）复合型。8.3.3.1 直接比较型直接比较型基本原理基本原理:将要转换的模拟电压信号与一套相邻电压数值将要转换的模拟电压信号与一套相邻电压数值相差相差2倍倍(二进制关系二

39、进制关系)的标准电压进行的标准电压进行逐次比较逐次比较,不断逼近不断逼近,直到两者相等为止直到两者相等为止,标准电压以二进制形式输出。标准电压以二进制形式输出。直接比较原理示意图直接比较原理示意图 刘玉长刘玉长逐次比较的条件逐次比较的条件: (一个电压转换为二进制数码一个电压转换为二进制数码)(1).有一套相邻关系为有一套相邻关系为二进制的标准电压二进制的标准电压,产生这套电压产生这套电压的网络称为的网络称为解码网络解码网络。(2).有一个有一个比较鉴别器比较鉴别器,把把标准电压标准电压和被转换的电压进行和被转换的电压进行比较比较,并判别大小并判别大小,以决定是否保留这位电压。以决定是否保留这

40、位电压。(3).有一个有一个数码寄存器数码寄存器,保存每次比较的结果是保存每次比较的结果是“1”或或“0”。(4).有一套有一套控制线路控制线路,比较由高位开始比较由高位开始,逐次到低位。逐次到低位。8.3.3.1 直接比较型直接比较型8.3.3 模模-数转换数转换(A/D)例如例如:将将3V的模拟电压信号转化成数字信号的模拟电压信号转化成数字信号,可采用一套可采用一套电压值分别如下的电压值分别如下的共共11种电压。种电压。2.5V,1.25V,0.625V,0.3125V,2.5/210V刘玉长刘玉长比较过程：比较过程：用用2.5V与与3V比较比较,2.53.0,不保留不保留,记记“10”。

41、用用0.625V与与3V比较比较,2.5+0.6253.0,不保留不保留,记记“100”。用用0.3125V与与3V比较比较,2.5+0.3125Rt0,则：则：120tEEIIIRRRR 0(-)ttUI RRIR 例例:用用Cu50测温时测温时,测温为测温为050,则则R t=10.70,显示显示“50”的数字值。设数字仪表的分辨力为的数字值。设数字仪表的分辨力为100V,即末位跳一个即末位跳一个字需要字需要100V的输入信号。的输入信号。50.4710.70tUImAR I值通过选取值通过选取E或或R得到得到,当仪表的分辨率或显示位数改变时当仪表的分辨率或显示位数改变时,桥路参数也要适当

42、予以调整。桥路参数也要适当予以调整。显示显示“50”时时,就需就需50 100 10-6 = 5 mV的信号的信号,可得：可得：刘玉长刘玉长B B 电势信号的标度变换电势信号的标度变换(V/V变换变换)8.3.5.1 模拟量标度变换模拟量标度变换以以热电偶热电偶的热电势作为输入信号时的标度变换。的热电势作为输入信号时的标度变换。如有一配如有一配K分度号热电偶的数字测温仪表分度号热电偶的数字测温仪表,满度显示为满度显示为“1023”,此时放大器的输出为此时放大器的输出为4V。而该热电偶。而该热电偶1000时时的电势值为的电势值为41.276mV,通过选取前置放大器的放大倍数来通过选取前置放大器的

43、放大倍数来实现其标度变换。实现其标度变换。设数字仪表显示设数字仪表显示“1000”时放大器的输出为时放大器的输出为x,则：则： 1023:4= 1000:x而此时热电偶的热电势是而此时热电偶的热电势是41.27 mV,故前置放大器的放大故前置放大器的放大倍数倍数K应该是应该是3910 / 41.27 = 94.7。x=4000/1023= 3.91V= 3910 mV刘玉长刘玉长当数字仪表与变送器配套使用时当数字仪表与变送器配套使用时,可用简单的电阻网络可用简单的电阻网络实现标度转换。即将变送器输出的标准直流毫安信号实现标度转换。即将变送器输出的标准直流毫安信号转换为规格化电压信号。转换为规格

44、化电压信号。电流信号的标度变换电流信号的标度变换C 电流信号的标度变换电流信号的标度变换(I/V变换变换)8.3.5.1 模拟量标度变换模拟量标度变换U=IR2 I刘玉长刘玉长8.3.5.2 数字量标度变换数字量标度变换如被测温度为如被测温度为1000,而经而经A/D转换器后输出转换器后输出1250个脉冲个脉冲,如直接送给计数器显示如直接送给计数器显示,必然显示必然显示1250四位数字。如通过四位数字。如通过系数为系数为0.8的乘法器的乘法器,就可显示就可显示1000四位数四位数,实现标度变换。实现标度变换。刘玉长刘玉长8.4 常用数字显示仪表简介常用数字显示仪表简介XMZ系列为例系列为例,该系列仪表的输入有数字校正该系列仪表的输入有数字校正.自校准技自校准技术及多重保护和隔离设计术及多重保护和隔离设计,则消除了温漂和时漂引起的测则消除了温漂和时漂引起的测量误差量误差,抗干扰能力强抗干扰能