第四章显示仪表

1、青海大学化工学院青海大学化工学院显示仪表显示仪表 过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表显示单元将控制过程中的参数变化、被控对象的过渡过程显示显示单元将控制过程中的参数变化、被控对象的过渡过程显示和记录下来，供操作人员及时了解控制系统的变化情况，以进行和记录下来，供操作人员及时了解控制系统的变化情况，以进行系统控制、工况监视、性能分析以及事故评判等。系统控制、工况监视、性能分析以及事故评判等。凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表。凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表。模拟式显示仪表模拟式显示仪表数字显示仪表数字显示仪表屏幕显示仪表屏幕显示仪表过程

2、装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表显示仪表显示仪表过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表n 一、自动平衡电子电位差计一、自动平衡电子电位差计 电位差计是用来测量电势或电位的电位差计是用来测量电势或电位的, ,当它与当它与热电偶配合时热电偶配合时, ,可以用来测量和显示温度。可以用来测量和显示温度。3过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表 电位差计的工作原理是根据平衡法电位差计的工作原理是根据平衡法(也称补偿法、零值法也称补偿法、零值法)将被将被测电势与已知的标准电势相比较，当两者的差值为零时，

3、被测电测电势与已知的标准电势相比较，当两者的差值为零时，被测电势就等于已知的标准电势。势就等于已知的标准电势。R为线性度很高的锰铜线绕电为线性度很高的锰铜线绕电阻，通过它的电流阻，通过它的电流 I 是恒定的。是恒定的。G为检流计，它是个灵敏度很为检流计，它是个灵敏度很高的电流计。高的电流计。 测量时，可调节滑动触点测量时，可调节滑动触点C的位置，以使的位置，以使RCB上的压降上的压降UCB变化，则得变化，则得UCB=I RCB ;过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表UCBEt时或时或UCBEt时，检流计有电流流过，指针发生偏转；时，检流计有电流流过，指针发生偏转；UCBE

4、t时，检流计中无电流流过，时，检流计中无电流流过，I检检0。 巳知电压巳知电压UCB正好和未知热电势正好和未知热电势Et平衡，平衡， Et=UCB（条件：（条件：I检检=0） 根据滑动触点的位置，根据滑动触点的位置，可以读出可以读出UCB，这样就达，这样就达到了对未知热电势测量到了对未知热电势测量的目的。的目的。过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表v实际电子电位差计正常工作（即：与热电偶配实际电子电位差计正常工作（即：与热电偶配接使用时）接使用时） ，应考虑以下问题：，应考虑以下问题：冷端温度补偿冷端温度补偿具体电

5、路实现：增加桥式测量电路，用具体电路实现：增加桥式测量电路，用铜电阻补偿铜电阻补偿零点迁移和量程迁移零点迁移和量程迁移下限问题下限问题上限问题上限问题量程匹配问题量程匹配问题过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表5 电位差计测量桥路原理图电位差计测量桥路原理图过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表（1 1）冷端温度补偿问题）冷端温度补偿问题举例举例用镍铬用镍铬- -镍硅热电偶测量温度，其热端温度不变，镍硅热电偶测量温度，其热端温度不变，而冷端温度从而冷端温度从升高到升高到

6、2525，这时热电势将降，这时热电势将降低低mVmV，仪表指针会指示偏低。，仪表指针会指示偏低。过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表 如果把如果把R做成随温度变化的电阻，且在温度从做成随温度变化的电阻，且在温度从0升高到升高到25时，其阻值变化量时，其阻值变化量R20.5，这时，电阻，这时，电阻R2上的电压上的电压降降UDB也增大，也增大，UDBR2I21mV。为了统一规格，上支。为了统一规格，上支路的电流规定为路的电流规定为4mA（或（或2mA），下支路电流规定），下支路电流规定2mA（或（或1mA）。因为测量桥路的补偿电压）。因为测量桥路的补偿电压UCDUCBUDB，

7、现，现在在UDB增加了增加了1mV，那么，那么UCD就会减少就会减少1mV，此时滑动触点，此时滑动触点C的平衡位置不需变化。由于的平衡位置不需变化。由于UCD的变化与热电势的变化相的变化与热电势的变化相等，故能起到温度补偿作用，使仪表的指示值基本不受冷端等，故能起到温度补偿作用，使仪表的指示值基本不受冷端温度变化的影响。温度变化的影响。 过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表7（2 2）量程匹配问题）量程匹配问题 电位差计测量桥路原理图电位差计测量桥路原理图R2冷端补偿铜电阻；RM量程电阻；RB工艺电阻；RP滑线电阻；R4终端电阻（限流电阻）；R3限流电阻；RG始端电阻；E

8、稳压电源1V；I1上支路电流4mA；I2下支路电流2mAR R2 2铜电阻铜电阻装在仪表后接线板上以装在仪表后接线板上以使其和热电偶冷端处于同一温度。使其和热电偶冷端处于同一温度。下支路限流电阻下支路限流电阻R R3 3 它与它与R R2 2配合，配合，保证了下支路回路的工作电流为保证了下支路回路的工作电流为2mA2mA。 上支路限流电阻上支路限流电阻R R4 4 把上支路的工把上支路的工作电流限定在作电流限定在4mA4mA。滑线电阻滑线电阻R RP P 仪表的示值误差、仪表的示值误差、记录误差、变差、灵敏度以及仪记录误差、变差、灵敏度以及仪表运行的平滑性等都和滑线电阻表运行的平滑性等都和滑线

9、电阻的优劣有关。的优劣有关。 量程电阻量程电阻R RM M 决定仪表量程大小的决定仪表量程大小的电阻。电阻。始端（下限）电阻始端（下限）电阻R RG G 大小取决于大小取决于测量下限的高低。测量下限的高低。过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表4 电子电位差计原理图电子电位差计原理图 电子电位差计既保持了手动电位差计测量精度高的优点，电子电位差计既保持了手动电位差计测量精度高的优点，而且无须用手去调节就能自动指示和记录被测温度值。而且无须用手去调节就能自动指示和记录被测温度值。 结论结论热热电电偶偶测测量量桥桥路路放放大大器器可可逆逆电电机机指示机构指示机构记录机构记录机构

10、同步电机同步电机稳压电源稳压电源 电子电位差计原理方框图电子电位差计原理方框图过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表n 二、自动电子自动平衡电桥二、自动电子自动平衡电桥12（1 1）平衡电桥测温原理）平衡电桥测温原理利用平衡电桥来测量热电阻变化。利用平衡电桥来测量热电阻变化。平衡电桥平衡电桥 当被测温度为下限时，当被测温度为下限时，Rt t有最有最小值小值Rt0 t0，滑动触点应在，滑动触点应在RP P的左端，的左端，此时电桥的平衡条件是此时电桥的平衡条件是4230RRRRRPt过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示

11、仪表第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表 滑动触点滑动触点B B的位置就可以反映电阻的变化，亦即反映的位置就可以反映电阻的变化，亦即反映了温度的变化。并且可以看到触点的位移与热电阻的增了温度的变化。并且可以看到触点的位移与热电阻的增量呈线性关系。量呈线性关系。 结论结论142130rRRrRRRRPtt当被测温度升高后的平衡条件是当被测温度升高后的平衡条件是ttRRRRrrRRrRR323112313用式（6-4）减式（6-3），则得13过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表14（2 2）自动电子平衡电桥）自动电子平衡电桥 电

12、子平衡电桥原理方框图电子平衡电桥原理方框图 为了准确地指示出被测温度的数值，将热电阻的为了准确地指示出被测温度的数值，将热电阻的连接采用三线制接法，并加外接调整电阻。连接采用三线制接法，并加外接调整电阻。 自动平衡电桥工作原理自动平衡电桥工作原理过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表15自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较相同处相同处与这两种仪表配套的测温元件（热电偶、热电阻）与这两种仪表配套的测温元件（热电偶、热电阻）在外形结构上十分相似。在外形结构上十分相似。 仪表的外形及其组成：如放

13、大器、可逆电机、同仪表的外形及其组成：如放大器、可逆电机、同步电机及指示记录部分都是完全相同的。步电机及指示记录部分都是完全相同的。 过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表它们测量的电量形式不相同。它们测量的电量形式不相同。两者的作用原理不同。两者的作用原理不同。测温元件与测量桥路的连接方式不同。测温元件与测量桥路的连接方式不同。当用热电偶配电子电位差计测温时，其测量桥路需当用热电偶配电子电位差计测温时，其测量桥路需要考虑热电偶冷端温度的自动补偿问题；而用热电要考虑热电偶冷端温度的自动补偿问题；而用热电阻配电子平衡电桥测温时，则不存

14、在这个问题。阻配电子平衡电桥测温时，则不存在这个问题。16过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n 一、数字式显示仪表的原理及其特点一、数字式显示仪表的原理及其特点17 数字式显示仪表数字式显示仪表是能将被测的连续电量是能将被测的连续电量( (模拟量模拟量) )自自动地变成断续量动地变成断续量, ,然后进行数字编码然后进行数字编码, ,并将测量结果以数并将测量结果以数字显示的电测仪表。字显示的电测仪表。 A/DA/D变换器变换器电子计数器电子计数器显示器显示器模拟量模拟量数字量数字量读出读出 数字式显示仪表方框图数字式显示仪表方框图

15、过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表 准确度、灵敏度高准确度、灵敏度高; ; 读数方便、清晰直观、不会产生视差。读数方便、清晰直观、不会产生视差。 测量速度快，从每秒几十次到每秒上百万次测量速度快，从每秒几十次到每秒上百万次; ; 仪表的量程和被测量的极性可自动转换仪表的量程和被测量的极性可自动转换, ,可自动检查故可自动检查故障、报警以及完成指定的逻辑程序障、报警以及完成指定的逻辑程序; ; 可以方便地实现多点测量可以方便地实现多点测量; ;可以与电子计算机配合可以与电子计算机配合, ,给出一定形式的编码输出。给出一定形式的编码输出。 18过程装备控制技术过程装备控制技

16、术4 4、显示仪表、显示仪表第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n二、模二、模- -数变换器数变换器将连续变化的模拟量变换成断续的数字量。将连续变化的模拟量变换成断续的数字量。 主要任务主要任务主要有间接法和直接法两种。主要有间接法和直接法两种。 工作方法工作方法1919过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n 三、电子计数器三、电子计数器 当用间接法进行数码转换时当用间接法进行数码转换时, ,是先将模拟量转换为是先将模拟量转换为与之对应的时间间隔或频率与之对应的时间间隔或频率, ,然后必须再将时间间隔或然后必须再将时间间隔或

17、频率转换为数字量频率转换为数字量, ,才能进行计数。才能进行计数。 时间间隔测量原理框图BATfN 计数20过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n 四、显示器四、显示器辉光数码管示意图数码管驱动电路21过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n 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数字式温度显示仪表的基本组成数字式温度显示仪表的基本组成22过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n 六、数字模

18、拟混合记录仪六、数字模拟混合记录仪 为了使数字式记录仪与模拟式记录仪的优点结合为了使数字式记录仪与模拟式记录仪的优点结合起来起来, ,两者相互取长补短两者相互取长补短, ,可以在数字式显示仪表的基可以在数字式显示仪表的基础上加上模拟式显示记录仪表的记录部分础上加上模拟式显示记录仪表的记录部分, ,构成数字模构成数字模拟混合记录仪。拟混合记录仪。23过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表第三节第三节 新型显示仪表新型显示仪表n 一、无纸记录仪一、无纸记录仪24 以以CPUCPU为核心采用液晶显示的记录仪，直接把记录为核心采用液晶显示的记录仪，直接把记录信号转化成数字信号后，送

19、到随机存储器加以保存，信号转化成数字信号后，送到随机存储器加以保存，并在大屏液晶显示屏上加以显示。并在大屏液晶显示屏上加以显示。 无笔、无纸记录仪的原理方框图无笔、无纸记录仪的原理方框图过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表第三节第三节 新型显示仪表新型显示仪表无笔、无纸记录仪的特点无笔、无纸记录仪的特点： 液晶全动态显示液晶全动态显示, , 并有背光功能。并有背光功能。 输入信号多样化输入信号多样化, ,并以工业专用微处理器并以工业专用微处理器 CPU为核心为核心, ,从而实现了高性能、多回路的监测从而实现了高性能、多回路的监测, ,并随意放大、缩小地并随意放大、缩小地显

20、示在显示屏上。显示在显示屏上。 无纸、无笔、无墨水无纸、无笔、无墨水, ,无一切机械转动结构无一切机械转动结构, ,无需日常无需日常维护。维护。 精度高：实时显示精度高：实时显示, ,0.2%;0.2%;曲线及棒图显示曲线及棒图显示, ,0.5%0.5%。 具有与上位机通讯的标准具有与上位机通讯的标准, ,可靠性高可靠性高, ,价格与一般记录价格与一般记录仪相仿。仪相仿。 25过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表n 二、虚拟显示仪表二、虚拟显示仪表 26采样采样开关开关模数模数转换转换个人计算机个人计算机实时实时数据管理数据管理数据数据计算处理计算处理多媒体多媒体显示显示

21、显示显示模式模式输入通道输入通道输入通道插卡输入通道插卡虚拟显示仪表原理框图虚拟显示仪表原理框图过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表第三节第三节 新型显示仪表新型显示仪表虚拟显示仪表的特点有虚拟显示仪表的特点有: : 使用简单方便。使用简单方便。 结构简单。结构简单。 性能优越。性能优越。 27过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表、显示仪表例题分析例题分析图图6-56-5是自动平衡电桥的工作原理图。请问在下列情况时是自动平衡电桥的工作原理图。请问在下列情况时, ,仪表的指针仪表的指针 ( (即滑动触点的位置即滑动触点的位置) )、起点温度、仪表量程、起点温度、

22、仪表量程会如何变化会如何变化? ?简述其原因简述其原因? (1)? (1)温度升高；温度升高；(2)(2)仪表停电仪表停电; ; (3)(3)加大加大R6； (4)(4)减小减小R5；(5)(5)电阻体被烧断。电阻体被烧断。 解：解：(1)(1)当温度升高时当温度升高时, ,滑动触点将向右移动滑动触点将向右移动, ,这是因为当这是因为当温度升高后温度升高后, ,Rt增加增加, ,只有滑动触点向右移只有滑动触点向右移, ,使与使与Rt串联的串联的这个桥臂的电阻值减小这个桥臂的电阻值减小, ,才能使电桥达到新的平衡。才能使电桥达到新的平衡。 (2)(2)仪表停电时仪表停电时, ,指针随拨随停指针随拨随停, ,因为此时放大器的输因为此时放大器的输入与输出均没有信号入与输出均没有信号, ,可逆电机不可能自行转动。可逆电机不可能自行转动。 28过程装备控制技术过程装备控制技术4 4、显示仪表