检测技术及仪表4显示

1、模拟式模拟式直接变换式直接变换式平衡式（两种）平衡式（两种）电子显示仪表电子显示仪表数字式数字式屏幕显示屏幕显示虚拟显示虚拟显示直接变换式：直接变换式：线路简单，价格低廉；但精度较低，线性刻线路简单，价格低廉；但精度较低，线性刻度较差，信息能量传递效率低，灵敏度不高。度较差，信息能量传递效率低，灵敏度不高。平衡式：平衡式：线路结构复杂，价格贵，稳定性较差；但构成仪线路结构复杂，价格贵，稳定性较差；但构成仪表精度、灵敏度以及信息能量传输效率都较高，线性度表精度、灵敏度以及信息能量传输效率都较高，线性度好。好。显示设备：显示设备： 配有专门数据采集处理接口和其他附加装置的配有专门数据采集处理接口和

2、其他附加装置的计算机。计算机。功能：功能： 直接把工艺参数用文字、符号、数字和图像配直接把工艺参数用文字、符号、数字和图像配合的形式在屏幕萤光屏上进行显示。合的形式在屏幕萤光屏上进行显示。 是综合集中控制必不可少的显示装置。是综合集中控制必不可少的显示装置。特点：特点： 具有模拟式与数字式显示仪表两种功能；具有模拟式与数字式显示仪表两种功能； 一般与计算机联用，具有计算机大存储量的一般与计算机联用，具有计算机大存储量的记忆能力与快速处理功能；配以打字记录装置，记忆能力与快速处理功能；配以打字记录装置，可以以一种或多种方式同时显示输出；可以以一种或多种方式同时显示输出； l虚拟显示虚拟显示 是计

3、算机多媒体在显示记录方面的应用。由功能强大是计算机多媒体在显示记录方面的应用。由功能强大的的PC机取代实际的显示仪表。机取代实际的显示仪表。功能框图：功能框图：1niiSS 灵敏度：灵敏度：相对误差：相对误差：1nii 相对不平衡度：相对不平衡度：相对平衡深度：相对平衡深度：灵敏度：灵敏度：/1/1xyyFFFFFFFFFFFK /1yyyxyyFFFFKFFFFFFFK 1xxIK FKSKFFK 1111111SKdSdKKddKdKKdSKKKKKdKdKKKK 取对数求导取对数求导 ：反应快反应快 反馈回路是一比例环节时，测量线路呈比例特性反馈回路是一比例环节时，测量线路呈比例特性动态

4、稳定性较差动态稳定性较差 K很大，易于引起系统的自激振荡。很大，易于引起系统的自激振荡。仪表精度不高仪表精度不高 主要原因是专门的显示环节的相对误差的引入主要原因是专门的显示环节的相对误差的引入 无差随动式仪表无差随动式仪表结构原理图结构原理图 特点：特点：前项通道具有积分特性前项通道具有积分特性 可逆电机相当于一个积分环节，保证平衡时比较环可逆电机相当于一个积分环节，保证平衡时比较环节输出为节输出为0值，即无差值，即无差精度高精度高 无需单独的显示环节，减少误差引入项无需单独的显示环节，减少误差引入项动态稳定性不好动态稳定性不好 可逆电机的引入相当于在前向通道中加入一个二阶积可逆电机的引入相

5、当于在前向通道中加入一个二阶积分环节，积分的引入不利于系统的稳定性。分环节，积分的引入不利于系统的稳定性。量程窄量程窄R调：附加外线路电阻，保证外线路电阻恒定。调：附加外线路电阻，保证外线路电阻恒定。 外线路电阻外线路电阻 ：15RRRRRR调外导热补桥动圈仪表配具有温度补偿的热电偶测量电路动圈仪表配具有温度补偿的热电偶测量电路动圈仪表配热电阻测量电路动圈仪表配热电阻测量电路4.1.3 自动平衡式电子电位差计自动平衡式电子电位差计 典型的平衡式测量仪表；能典型的平衡式测量仪表；能与输出为电势与输出为电势的各种检测的各种检测元件配合，用于测量（显示）及记录。元件配合，用于测量（显示）及记录。1）

6、工作原理）工作原理 调整测量电桥的输出与被测信号平衡的方法获得被测调整测量电桥的输出与被测信号平衡的方法获得被测量信号值量信号值 手动电位差计手动电位差计标准电池标准电池 高精度检流表高精度检流表标准电阻标准电阻单刀双掷开关单刀双掷开关 被测信号被测信号 电源开关电源开关 a. 调准工作电流：调准工作电流： 合上开关合上开关S1，将开关，将开关S扳向位置扳向位置“1”， 调节调节RB的大小，直到检流计的大小，直到检流计G指向零。指向零。 此时电流此时电流I经过经过RK所产生的电压降与标准电池的所产生的电压降与标准电池的电压电压ES正好相等，有正好相等，有工作电流工作电流SKEIR Sxpabp

7、abKEEIRRR xPabER被测电势被测电势Ex的大小可在的大小可在滑触点滑触点b上直接读出。上直接读出。 电位差计工作：电位差计工作：用已知的电位差用已知的电位差(Uab)平衡平衡(补偿补偿)未知被测电势未知被测电势(Ex)而实现而实现对未知电势的测量。对未知电势的测量。 热电偶热电偶桥臂电阻桥臂电阻（补偿电阻）（补偿电阻）起始电阻起始电阻量程电阻量程电阻工艺电阻工艺电阻滑线电阻滑线电阻上支路电阻上支路电阻下支路电阻下支路电阻放大器放大器可逆电机可逆电机122npabRGUUI RI R min122xGEI RI RRp：滑线电阻，平衡调整电阻。：滑线电阻，平衡调整电阻。 Rp的精度和

8、制造质量直接影响仪表的质量（示值及记的精度和制造质量直接影响仪表的质量（示值及记录误差、变差、灵敏度，仪表运行的平滑性等），因录误差、变差、灵敏度，仪表运行的平滑性等），因此，对其在耐磨性、抗氧化性、接触可靠性，绝缘性此，对其在耐磨性、抗氧化性、接触可靠性，绝缘性能以及滑线电阻的非线性度均有较高要求。（能以及滑线电阻的非线性度均有较高要求。（0.5级表级表中应用的滑线电阻的非线性度要求控制在中应用的滑线电阻的非线性度要求控制在0.2%以内）以内）RB：工艺电阻，保证：工艺电阻，保证 Rp/RB = 90。RM：量程电阻，某一确定的：量程电阻，某一确定的RM电阻值限定了仪表的量电阻值限定了仪表的

9、量程范围。程范围。 为了便于仪表量程的调整，为了便于仪表量程的调整，RM电阻一般由电阻一般由RM与与rM串串联构成。联构成。max11221min1xnpGnpxxnpEI RI RI RI REEI R3）测量桥路设计）测量桥路设计任务：任务： 根据拟定的桥路形式和测量范围等已知条件，计算出根据拟定的桥路形式和测量范围等已知条件，计算出测量桥路中各桥臂电阻的阻值。测量桥路中各桥臂电阻的阻值。 配热电偶的电子电位差计的测量桥路设计配热电偶的电子电位差计的测量桥路设计 主要考虑热电偶冷端温度的自动补偿问题，因而采用主要考虑热电偶冷端温度的自动补偿问题，因而采用铜补偿电阻铜补偿电阻Rcu代替一般电

10、子电位差计中的桥臂电阻代替一般电子电位差计中的桥臂电阻R2。测量桥路的等效电路测量桥路的等效电路 下支路电阻（下支路电阻（R3）的计算）的计算 当热电偶冷端温度由环境温度下限当热电偶冷端温度由环境温度下限tD变到环境温度上限变到环境温度上限tG时，则热电势将减小时，则热电势将减小E(tG，tD)；而冷端温度补偿电；而冷端温度补偿电阻将由阻将由 变到变到 ，下支路电流将由，下支路电流将由 变到变到 ，即，即DTCuRGTCuR1DTI1GTI2223(,)GGGDDDGDTTTTTTGDCuCuCuCuTTCuCuEEE ttIRIRRRRRRR 由于由于0000001()1()GDttCuCu

11、tGttCuCutDRRttRRtt DTCuRGTCuR000030()(,)2()2()tCutGDGDtCutGDDRttE ttERRtttt t0:标准温度下铜电标准温度下铜电阻温度系数。阻温度系数。03/tCuRR 00022()ttDCECttt 0032tCutERRI 因为因为03tCuRR 有有032(1)tERI 1(12 )npmIRE 设设RPRB=90，则，则 9090MnpMRRR 代入前式，得量程电阻代入前式，得量程电阻RM为为 有有19090(12 )MMMERIE 00min012(,)()ttGnpCuE ttI RRIR 则则 00min0211(,)t

12、tCuGnpE ttI RRRII 得得41npGERRRI02tI033030 0(55,5)2.0320.04065554.25 103.84 101/114.25 1025tECnVtt 00033322()0.04060.01081 103.84 100.040623.84 10 502 20ttDCECttt 00003231min021411000494.662(10.0108)(1)0.0108 494.655.34909.8190(12 )(,)1190 9.810.032.1542 5.34909.81100090 9.812.15234909.81ttCumMmttCuGn

13、pGERIRREEIEE ttI RRIIERRRI 9.004.1.4 电桥式自动平衡显示仪表电桥式自动平衡显示仪表 电桥式自动平衡显示仪表电桥式自动平衡显示仪表(简称自动平衡电桥简称自动平衡电桥)可与可与热热电阻电阻配套测量温度，也常常用于显示记录其他配套测量温度，也常常用于显示记录其他电阻电阻类敏感元件类敏感元件对被测参数的测量值。对被测参数的测量值。 1）工作原理）工作原理 此类仪表将电阻类敏感元件直接接入电桥的一个桥此类仪表将电阻类敏感元件直接接入电桥的一个桥臂，以电桥平衡的原理进行工作。臂，以电桥平衡的原理进行工作。平衡电桥原理图平衡电桥原理图 l对于小量程（对于小量程（Rtm10

14、） 取取 1l对于中量程（对于中量程（10 Rtm 100） 取取 =1l对于大量程（对于大量程（Rtm 100） 取取 21 12 23 3R RR RR Rh h+ += =S0 01 16 64 40 0t tn np pt tE ER RR RR RR RR RR RI I= =+ + + + += =3016124301612430161243016124(12 )()()(12 )()()()(1)()(1)tnpnpnptnpnpnpttmnpnpttmnpnpRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRllllllllll+-=+-=+ D+

15、=+-+ D+=+-二式相减并整理得：二式相减并整理得：12(12 )(12 )(1)(12 )tmnpnpnpRRRRRRR 1 1( (1 1) )( (1 12 2 ) )m mn np pR RR Rh hl lD D= =+ +- -5 59 90 09 90 0n np pn np pR RR RR R= =- -整理化简得整理化简得 6206201212tmtnptmtnpRRRRRRRRRRl ll l=+D-=+D- -上支路总电阻上支路总电阻R为为 21212 21212tmtmRRRRRRRRl ll l =+D+=+D+ +WW2 23 34 41 11 16 65 5 , ,2 2. . 5 5 , ,1 1. . 0 01 15 5R RR RR RR Rh h= = = = = =W2 20. 030. 032216519. 42. 5333. 122216519. 42. 5333. 121210. 061210. 06tmtmRRRRRRl ll l =+D=+=+D=+=-6m A0 0/1000/333. 123/1000/333. 123t tIERm AIERm A =5 562062019. 419. 410. 2410. 24(1)(12 )(11. 05)(10.