数字显示仪表

1、精选文档数字显示仪表概述：数字显示仪表可以与不同的传感器（变送器）协作， 对压力、温度、流量、物位、转速等参数进行测量并以数字的形式显示被测结果，故称为数字显示仪表。它显示直观、没有人为视觉误差、反应快速、精确度高等优点。目前数字显示仪表在各个行业已等到广泛的应用。第一节 数字显示仪表的分类及组成1、 数字显示仪表的分类l 按输入信号的形式分电压型：输入信号是电压或电流（1-5VDC/4-20mADC）频率型：输入信号是频率(Hz)。l 按仪表具有功能分数字显示仪、数字显示报警仪、多功能数字显示仪表。2、 数字显示仪表的组成及工作原理l 数字显示仪表的组成由五部分组成：前置放大、模/数（A/D

2、）转换、非线性补偿、标度变换及计数显示。l 电压型数字仪表的构成方案如下：(a)被测参数变送器前置放大非线性补偿标度变换模/数（A/D）转换计数显示被测参数变送器前置放大标度变换非线性模/数（A/D）转换计数显示 (b)被测参数变送器前置放大非线性补偿标度变换模/数（A/D）转换计数显示(c)l 方案（a）模拟非线性补偿：被测量在模拟信号时就已被线性化了，其测量精确度较低，一般只能达到0.5-0.1，优点是可以直接输出线性化的模拟信号。l 方案（b）非线性模/数（A/D）变换补偿：利用非线性的模/数（A/D）转换电路，在完成模/数（A/D）转换的同时也完成了线性化，因而结构简洁，精确度高，缺点

3、是只能适用于测量特定模拟量，多用在单一参数测量的数字式仪表中。l 方案（C）数字线性补偿及标度变换：它可组成多种方案，适用面宽，主要用于直接数字把握系统（DDC）及计算机设定系统（SPC）等较大规模的把握系统及测量系统中。其测量精确度高，结构较简单。第二节 模/数（A/D）转换模/数（A/D）转换部分是显示仪表的重要组成部份。其功能是将连续变化的模拟量转换成与其成比例的数字量，以便进行数字显示。指针读数输入电压Vi0110010101000011001000010000输入电压Vi量化单位i数字量（a）（b）越小转换精确度越高上图(a)表示模拟式仪表的指针读数与输入电压Vi关系;图（b）表示了

4、将这种关系进行整量化，即用折线代替图（a）中的直线。在实际测量中经常是先把非电量转换成电压；然后再由电压转换成数字信号，即A/D转换。A/D转换有多种，常用的有两种：双积分型和逐次比较反馈编码型。1、 双积分型A/D转换电路l 基本原理：将一段时间内的模拟量电压值通过两次积分变换成与其成正比的时间间隔，然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，从而得到数字量。VS检零比较器K1K2把握器门计数器显示时钟脉冲RCViK3双积分模/数转换原理框图V0t22t1t21Vi1Vi2tVi2Vi1VA2VA10积分器输出电压V0波形图VA1VA12从波形图中可以看出：输入电压Vi越大，则积分器输出电压V0

5、也越大，t2时间间隔越长，计数器所记的数N也就越大。因此，计数所计的数，就是输入电压Vi在t1时间内的平均值的数字值，从而完成了模拟量/数字量的转换。由于这个转换器在一次转换过程中进行了两次积分，所以称为双积分转换器。l 双积分转换器的特点：（1） 电路元件参数要求不苛刻。（2） 很强的抗工频干扰力量。（3） 不宜用在快速测量系统中。2、 逐次比较电压反馈编码型l 基本原理：用一套标准电压与被测电压进行比较并不断靠近，最终达到全都。标准电压值的大小就表示了被测电压的大小。将这一与被测电压相平衡的标准电压以二进制形式输出，就实现了模/数转换过程。l 用试验方法加以说明 天平称物：现砝码有2mg、

6、1mg、0.5mg、0.25mg、0.125mg、0.0625mg共6种，按固定挨次排列。后面一个砝码是前一个质量的1/2，相互之间可以看成是二进制的关系。假设被称物体质量为m=3.5627mg,其称量过程如下：依次交砝码放到天平上，如加砝码后质量小于m，则保留并记为“1”，如加砝码后质量大于m则，撤去此砝码并记为“0”。如此进行下去，直到最终一个砝码用完。砝码重量210.50.250.1250.0625二进制数111001二进制数为“1”的砝码重量加起来等于3.5625mg，和实际质量相差3.5627-3.5625=0.0002 mg，这就是称量误差。依据以上试验，现在我们争辩如何将一个3V

7、的电压转换成二进制数码。设有一套标准电压，见下表。标准电压2.5二进制数10010010 由上述过程要以看出，要把一个电压值转换为二进制数码表示的数值，必需具备以下条件：（1） 有一套相邻为二进制的标准电压解码网络。（2） 有一个比较签别器，并确定是否保留此电压。（3） 有一个数码寄存器，把每次比较所得的结果保存下来。（4） 有一个把握器，以完成如下任务a) 比较由最高位开头，从高位往低位逐次比较；b) 依据每一次的比较结果，使相应位的数码寄存器记“1”或“0”并由此打算是否保留这个“解码网络”来的电压。标准电压解码网络显示器数码寄存器把握门移位寄存器把握线路比较签别器脉冲源逐次比较型模/数转

8、换原理图l 特点：完全是规律电路的判别过程；电路元件特性及布线时间常数小；转换速度快。已成为现代数字显示仪表模/数转换的主要手段。3、 两者的区分：前者为间接法，后者为直接法。第三节 非线性补偿及标度变换1、 非线性补偿l 非线性模/数转换补偿法（1） 依据精确度要求将曲线分成若干段，每段以直线代替曲线；将各段直线连接起来，便得到一条与原来曲线相近的折线。（2） 确定量程范围内线性关系的直线斜率，并逐段进行模/数转换，从而实现被测参数的线性显示。l 数字式非线性补偿法 此法是让被测参数经模/数 转换后再进入非线性补偿环节。仍是接受以折线代替曲线的方法。l 二者特点：非线性补偿优点缺点非线性模/

9、数转换补偿法线路简洁通用性差数字式非线性补偿法通过规律线路，可预先设定系数；可检测不同被测量；多用在巡检仪和智能仪表中。线路简单2、 标度变换l 模拟量的标度变换（简洁牢靠但仪表的通用性受限制，仅适用于专用装置）（1）电阻信号的标度变换 为了将热电阻的电阻变化转变为电压信号的输出，通常接受不平衡电桥作电阻-电压转换。URRRtR0I1I2E 如图：为不平衡电桥测温原理。 当被测温度处于下限时，Rt=Rt0=R0,则： 且桥路设计时使得RRt0，故被测温度处于任一值时都有：于是，有: U=I（Rt-R0）=IRt 上式说明白可由不平衡电桥的转换关系，通过转变桥路的参数来实现标度变换。（2）电势信

10、号的标度变换 当数字仪表以热电偶的热电势作为输入信号时，若热在仪表规定的输入信号范围内，则可将信号送入仪表中，通过适当选取前置放大器的放大倍数来实现标度变换。（3）电流信号的标度变换。数字显示仪表与具有标准输出的变送器配套使用时，可用简洁的电阻网络实现标度变换。如图：R1R2UI留意：满足仪表输入阻抗的要求；同时，满足变送器对负载阻抗匹配的要求。l 数字量的标度变换数字量的标度变换是在A/D转换之后，进入计数器之前，通过系数运算而实现的。进行系数运算，即乘以（或除以）某系数，扣除多余的脉冲数，可使被测物理量和显示数字值的单位得到统一。第四节 数字显示仪表的技术指标1、 显示位数显示位数常见的有

11、三位、四位，更高可达8位。位数越多读数的精确度就越高。现场使用多为三位、四位，它们都可以再增加半位，即：3、4。2、 辨别率辨别率指数字显示仪表显示的最小数和最大数的比值。辨别力_是指数字显示仪表在最低量程上，最末位转变一个字时相对应的被测信号值，它相当于模拟式仪表的灵敏限。3、 数字显示仪表的误差三种状况(1)当仪表的辨别力满足3ba%(tmax-tmin)时则: =a%(tmax-tmin)+b(2) 当仪表的辨别力满足10ba%(tmax-tmin)时则: =a%(tmax-tmin)第五节 智能仪表 智能仪表，是指以单片微型计算机为核心的仪表。1、 智能仪表的特点：l 体积小、牢靠性高、功能强及使用机敏。很简洁与计算机联接。l 测量仪表智能化，通过微处理器的数据处理和存贮等功能，可进行各种自动校正。l 操作可自动化。便于操作，提高了测试的精确度。l 具有自测试自诊断的功能，大大提高了仪表的牢靠性，简化和加快了仪表的检修工作。2、 智能仪表举例 复习题：1. 数字显示仪表由几部份组成？2. A/D转换有几种方式？3. 有一台数字显示仪表，其测量范围是0-800，仪表的精度等级为