化工自动化及仪表第四章

1、第四章第四章 显示仪表显示仪表华东理工大学信息学院自动化系华东理工大学信息学院自动化系控制装置执行器过程检测元件、变送器r(t)比较机构-e(t)u(t)q(t)y(t)f(t)c(t)扰动广义对象被控变量测量值控制器设定值简单控制系统构成回顾：简单控制系统构成回顾：简单控制系统的方块图简单控制系统的方块图显示仪表显示仪表显示仪表显示仪表显示仪表显示仪表4 显示仪表显示仪表4.0 显示仪表概述显示仪表概述本章内容：本章内容：4.1 模拟式显示仪表模拟式显示仪表4.2 数字式显示仪表数字式显示仪表4.3 新型显示仪表新型显示仪表功能：功能：对各种工业生产变量进行显示、记录对各种工业生产变量进行显

2、示、记录4.0 显示仪表概述显示仪表概述类型：类型：模拟式显示仪表模拟式显示仪表数字式显示仪表数字式显示仪表新型显示仪表新型显示仪表(1) 模拟式显示仪表模拟式显示仪表原理：原理：检测元件和变送器将被测变量（物理量或化检测元件和变送器将被测变量（物理量或化学量）变换成另一物理量，此物理量随被测变量的学量）变换成另一物理量，此物理量随被测变量的变化作相应变化，这种变化是对被测变量的模拟。变化作相应变化，这种变化是对被测变量的模拟。方式：方式：利用标尺、指针、曲线利用标尺、指针、曲线等方法等方法组成组成：信号变换、放大环节、：信号变换、放大环节、磁电偏转机构及指示记录机构磁电偏转机构及指示记录机构

3、(1) 模拟式显示仪表模拟式显示仪表优点：优点：工作可靠、工作可靠、价格低廉，能够反价格低廉，能够反映和记录测量值的映和记录测量值的变化趋势变化趋势(1) 模拟式显示仪表模拟式显示仪表缺点：缺点：结构较复杂，结构较复杂， 读数不够直观，测读数不够直观，测量速度不够迅速，量速度不够迅速，测量重现性不好测量重现性不好(2) 数字式显示仪表数字式显示仪表功能功能：直接用数字量显示或以数字形式记录打印被：直接用数字量显示或以数字形式记录打印被测变量值的仪表。可以和多种传感器配合测量、显测变量值的仪表。可以和多种传感器配合测量、显示各种工艺参数，并且可以进行巡回检测、越限报示各种工艺参数，并且可以进行巡

4、回检测、越限报警及实现生产过程的自动控制。警及实现生产过程的自动控制。方式：方式：数字式数字式(2) 数字式显示仪表数字式显示仪表组成组成：由一些必要电路组成，没有模拟式显示仪表：由一些必要电路组成，没有模拟式显示仪表中所必需的机械传动机构。中所必需的机械传动机构。模模/数转换器数转换器特点：特点：显示清晰直观，无读数视差。测量和显示速显示清晰直观，无读数视差。测量和显示速度、测量准确性高，重现性好。度、测量准确性高，重现性好。(3) 新型显示仪表新型显示仪表特点特点：涉及微处理技术、新型显示技术、记录技涉及微处理技术、新型显示技术、记录技术、数据存储技术和控制技术，把信号检测处理、术、数据存

5、储技术和控制技术，把信号检测处理、显示、记录、数据存储、通讯、控制、复杂数学显示、记录、数据存储、通讯、控制、复杂数学运算等多个或全部功能集合于一体运算等多个或全部功能集合于一体4.1.1 电子电位差计电子电位差计配热电偶配热电偶功能功能：与温度、流量、压力、差压、成分等变送器：与温度、流量、压力、差压、成分等变送器配接，可以测量和显示能转换直流电压信号的工艺配接，可以测量和显示能转换直流电压信号的工艺变量。变量。4.1 模拟式显示仪表模拟式显示仪表原理：电压补偿原理原理：电压补偿原理型号：用型号：用XW系列来命名，系列来命名，X表示显示仪表，表示显示仪表，W表示表示直流电位差计。直流电位差计

6、。XW- 例：例：XWF-100，0.5级级类型类型：小型长图显示、大型长图显示、圆图显示等。：小型长图显示、大型长图显示、圆图显示等。电压补偿原理电压补偿原理 - + I UX B W G A C E 电压测量系统电压测量系统 用已知电压来补偿未知电压，使测量线路的电流用已知电压来补偿未知电压，使测量线路的电流等于零。用这种方法测量电压比较精确，因为没有电等于零。用这种方法测量电压比较精确，因为没有电流通过测量线路，也就不存在线路电阻影响问题。流通过测量线路，也就不存在线路电阻影响问题。 用电子放大器代替检流计，驱动可逆电机，用电子放大器代替检流计，驱动可逆电机，通过一套机械传动机构带动滑动

7、触点通过一套机械传动机构带动滑动触点C C，测量，测量结果就可自动完成了。结果就可自动完成了。 - + R4 R3 R2 RG RP G D A C B - + UX I1 I2 测量桥路原理图测量桥路原理图UJ33A型直流电位差计UJ33D-3数字电位差计4.1.2 电子自动平衡电桥电子自动平衡电桥配热电阻配热电阻功能：功能：对能转换成电阻值的各种变量进行测量、显对能转换成电阻值的各种变量进行测量、显示、记录。示、记录。原理原理：电桥平衡原理：电桥平衡原理型号：根据输出电压型号：根据输出电压 XD系列系列交流平衡电桥交流平衡电桥 XQ系列系列直流平衡电桥直流平衡电桥 例：例：XQF-100，

8、0.5级级 QJ57/QJ57P-1直流双臂电桥内附晶体管放大检流计和工作电源。适合于工矿企业、实验室或车间现场以及野外工作场所作直流电阻测量之用；用来测量其范围内的直流电阻、金属导体的电阻率、导线电阻、直流分流器电阻、开关、电器的接触电阻及各类电机、变压器的绕线电阻和稳升试QJ57P-1型具有交直流两用电桥平衡原理电桥平衡原理 RP r2 终 始 r1 - Rt R2 R3 R4 G A B E + 平衡桥路原理图平衡桥路原理图在量程起点：在量程起点：3024()tPR RRR R温度升高后：温度升高后：301241()()ttPR RRRrR Rr两式相减整理得：两式相减整理得：3123t

9、RrRRRr r1 1与与RRt t成正比关系，即滑动触点成正比关系，即滑动触点B B的位置反映了电阻的位置反映了电阻的变化，也即反映了温度的变化。的变化，也即反映了温度的变化。 如果将检流计换成电子放大器，利用放大如果将检流计换成电子放大器，利用放大后的不平衡电压去驱动可逆电机，使可逆电后的不平衡电压去驱动可逆电机，使可逆电机带动滑动触点机带动滑动触点B以达到电桥平衡，这就是以达到电桥平衡，这就是电子自动平衡电桥的工作原理，见下图。电子自动平衡电桥的工作原理，见下图。 热电阻热电阻RtRt采用三线制接法，规定每根导线电阻采用三线制接法，规定每根导线电阻是是2.52.5。R RP P为滑线电阻

10、，为滑线电阻，R RP P与与R RB B并联后的电阻值并联后的电阻值为为9090，R R5 5为量程电阻，为量程电阻，R R6 6为调整仪表起始刻度为调整仪表起始刻度的电阻。的电阻。当测量温度在量程起点时调整当测量温度在量程起点时调整R R6 6，使滑使滑动触点移到滑线电阻最左端；当测量温度在量动触点移到滑线电阻最左端；当测量温度在量程终点时调整程终点时调整R R5 5，使滑动触点移到滑线电阻最右使滑动触点移到滑线电阻最右端。端。R R4 4为限流电阻，它决定了上支路电流的为限流电阻，它决定了上支路电流的I I1 1大大小。小。4.2 数字式显示仪表数字式显示仪表4.2.0 概述概述 用数码

11、管等显示测量值或偏差值，清晰直观，用数码管等显示测量值或偏差值，清晰直观，读数方便，不会产生视差。读数方便，不会产生视差。 采用中、大规模集成电路，线路简单，可靠性采用中、大规模集成电路，线路简单，可靠性好，耐振性强。好，耐振性强。 采用模块化设计方法，有利于制造、调试和维采用模块化设计方法，有利于制造、调试和维修，降低生产成本。修，降低生产成本。4.2 数字式显示仪表数字式显示仪表4.2.0 概述概述 仪表具有非线性校正及开方运算电路，配接热仪表具有非线性校正及开方运算电路，配接热电偶测温时具有冷端温度补偿功能，配接热电电偶测温时具有冷端温度补偿功能，配接热电阻时考虑了外线电阻的补偿，配接差

12、压变送器阻时考虑了外线电阻的补偿，配接差压变送器测流量时可直接显示流量值。测流量时可直接显示流量值。 品种繁多，配接灵活，可输入多种类型测量信品种繁多，配接灵活，可输入多种类型测量信号，输出统一标准的电流信号（号，输出统一标准的电流信号（0 0-10mA-10mA直流直流电流或电流或4 4-20mA-20mA直流电流）和报警信号。直流电流）和报警信号。4.2.1 分类分类(1)按功能：按功能：显示型、显示报警型、显示调节型、巡显示型、显示报警型、显示调节型、巡回检测型回检测型(2)按输入信号形式：按输入信号形式：电压型、频率型电压型、频率型(3)按输入信号的点数：按输入信号的点数：单点和多点单

13、点和多点(4)按显示位数：按显示位数：3位半、位半、4位半等多种。半位显示是位半等多种。半位显示是指最高位是指最高位是0或或1。(5)按测量速率：按测量速率：低速型（每秒钟测量几次到几十低速型（每秒钟测量几次到几十次）、中速型（每秒钟测量几十次到几百次）、高次）、中速型（每秒钟测量几十次到几百次）、高速型（每秒钟测量千次以上）。速型（每秒钟测量千次以上）。单通道数显表单通道数显表 多通道数显表多通道数显表 流量积算仪流量积算仪无纸记录仪无纸记录仪闪光报警仪闪光报警仪智能报警仪智能报警仪 PID调节仪调节仪4.2.2 主要技术指标主要技术指标(1)显示方式：显示方式： 3位半或位半或4位半数码管

14、显示位半数码管显示(2)分辨率：分辨率：仪表末位数改变一个字时所代表的输入仪表末位数改变一个字时所代表的输入信号值，表明仪表所能显示被测参数的最小变化量。信号值，表明仪表所能显示被测参数的最小变化量。(3)精度等级：精度等级： 0.2级或级或0.5级级(4)输入阻抗：输入阻抗：仪表在工作状态下呈现在仪表两输入仪表在工作状态下呈现在仪表两输入端之间的等效阻抗，一般在端之间的等效阻抗，一般在10M以上。以上。另外，还有采样速率、干扰拟制系数等另外，还有采样速率、干扰拟制系数等4.2.3 基本组成基本组成 信号变换 前置放大 非线性校正或开方运算 A/D 转换 V/I 转换 控制电路 光柱电平驱动

15、标度变换 工艺变量 （热电势） 光柱显示 电流信号 （热电阻） （电压） （电流） 数字显示 继电器触点动作或电流信号 数显仪表的组成框图数显仪表的组成框图XMT5000XMT5000系列系列智能数字显示仪表智能数字显示仪表 适用于温度、压力、液位、流量、重量等工业过程参适用于温度、压力、液位、流量、重量等工业过程参数的测量、显示与控制。数的测量、显示与控制。适用范围适用范围仪表外形及尺寸仪表外形及尺寸 功能特点功能特点 万能输入信号万能输入信号通过简单的按键设定，即可适用于以下任意一种输通过简单的按键设定，即可适用于以下任意一种输入信号入信号热电阻：热电阻：Pt100Pt100、Pt50Pt

16、50、Cu50Cu50、Cu100Cu100。热电偶：热电偶：K K、E E、S S、B B、J J、R R、T T、N N，并带自，并带自动冷端温度补偿。动冷端温度补偿。标准信号：标准信号：0-10mA0-10mA、4-20mA4-20mA、0-5V0-5V、1-5V1-5V，线性或开方信号。线性或开方信号。远传压力表：远传压力表：30-350W30-350W，信号偏差可现场，信号偏差可现场按键修正，即设即用。按键修正，即设即用。一般线性非标信号：一般线性非标信号：0-60mV0-60mV以内或以内或0-60mV0-60mV以上以上0-5V0-5V以内任意信号可按键即设即用。以内任意信号可按

17、键即设即用。其它特殊订做的非标信号。其它特殊订做的非标信号。单片机智能化单片机智能化零点和放大倍数自动跟踪，长期运行无漂移。零点和放大倍数自动跟踪，长期运行无漂移。全部参数可按键设定。全部参数可按键设定。 双屏显示，附屏显示内容可设定。双屏显示，附屏显示内容可设定。报警、控制参数可设定报警、控制参数可设定最多可带最多可带4 4个报警控制继电器输出。个报警控制继电器输出。每个继电器的报警值和报警回差可设定。每个继电器的报警值和报警回差可设定。 每个报警点的报警方式每个报警点的报警方式( (上限报警或下限报警上限报警或下限报警) )可分别设定。可分别设定。对于现场干扰或线路接触不良造成的异常报警的

18、对于现场干扰或线路接触不良造成的异常报警的不响应（屏蔽滤波）时间（不响应（屏蔽滤波）时间（0-100-10秒内）报警秒内）报警1 1和报和报警警2 2继电器可分别设定。继电器可分别设定。对于现场干扰或线路接触不良造成的异常报警的对于现场干扰或线路接触不良造成的异常报警的不响应（屏蔽滤波）时间（不响应（屏蔽滤波）时间（0-100-10秒内）报警秒内）报警1 1和报和报警警2 2继电器可分别设定。继电器可分别设定。可带可带RS485/ RS232/ModemRS485/ RS232/Modem等隔离通讯接口等隔离通讯接口FBBUS-ASCIIFBBUS-ASCII码协议与码协议与MODBUS-RT

19、UMODBUS-RTU协议可选协议可选(MODBUS-RTU(MODBUS-RTU协议仅用于协议仅用于ModbusModbus选项，接线方式与选项，接线方式与RS485RS485相同相同) )技术指标技术指标使用条件使用条件环境温度：环境温度：0 050; 50; 相对湿度：相对湿度：90%90%电源电压电源电压AC90VAC90V265V265V（505060HZ60HZ）或）或DC24DC2410%V 10%V 基本误差基本误差显示分辨率显示分辨率0.5%F.S0.5%F.S1 1字字0.001,0.01,0.1,10.001,0.01,0.1,1技术指标技术指标变送器电源输出变送器电源输

20、出电压电压242410%VDC10%VDC，最大电流，最大电流30mA30mA，可直接配接二，可直接配接二线制无源变送器线制无源变送器内部冷端补偿温度范围内部冷端补偿温度范围0 05050功耗功耗3W3W重量重量0.5kg0.5kg4.2.3 数字模拟混合记录仪数字模拟混合记录仪将将数字式、模拟式显示记录仪表的优点相结合，取数字式、模拟式显示记录仪表的优点相结合，取长补短。框图见下图：长补短。框图见下图： 当前的显示仪表是涉及微处理技术、新型显当前的显示仪表是涉及微处理技术、新型显示技术、记录技术、数据存储技术和控制技术，示技术、记录技术、数据存储技术和控制技术，把信号检测处理、显示、记录、数

21、据存储、通讯、把信号检测处理、显示、记录、数据存储、通讯、控制、复杂数学运算等多个或全部功能集合于一控制、复杂数学运算等多个或全部功能集合于一体的新型仪表。它使用方便，观察直观，功能丰体的新型仪表。它使用方便，观察直观，功能丰富，可靠性高富，可靠性高4.3 新型显示仪表新型显示仪表4.3.0 概述概述4.3.1 显示仪表的发展动态显示仪表的发展动态4.3.2 无纸记录仪无纸记录仪 特点：特点：以以CPU为核心，控制数据的采集、显示、打为核心，控制数据的采集、显示、打印、存储、报警等，采用液晶显示装置，完全摈弃印、存储、报警等，采用液晶显示装置，完全摈弃了传统记录仪的机械传动、纸张和笔。精度高，价了传统记录仪的机械传动、纸张和笔。精度高，价格并不高。格并不高。浙大中控浙大中控 R1000R1000系列无