第四章 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。

凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表。分类模拟式显示仪表数字显示仪表屏幕显示仪表显示仪表第一节模拟式显示仪表一、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,当它与热电偶配合时,可以用来测量和显示温度。3

电位差计的工作原理是根据平衡法(也称补偿法、零值法)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，被测电势就等于已知的标准电势。R为线性度很高的锰铜线绕电阻，通过它的电流I是恒定的。G为检流计，它是个灵敏度很高的电流计。

测量时，可调节滑动触点C的位置，以使RCB上的压降UCB变化，则得UCB=IRCB;1.手动电子电位差计的工作原理UCB＞Et时或UCB＜Et时，检流计有电流流过，指针发生偏转；UCB＝Et时，检流计中无电流流过，I检＝0。巳知电压UCB正好和未知热电势Et平衡，

Et=UCB（条件：I检=0）

根据滑动触点的位置，可以读出UCB，这样就达到了对未知热电势测量的目的。

用可逆电机代替人工操作（传动机械），用放大器代替检流计。

由于采用了稳压电源供电，原电路中的调整工作电流电阻RH以及标准电流回路均可以去掉

为了提高桥路的灵敏度，用放大器取代检流计，并用放大后的不平衡电压△U输出驱动“可逆电机”，通过传动系统带动滑动触点C，自动调平衡（代替手动），直至△U=0，才可以读数。2.自动电子电位差计的工作原理实际电子电位差计正常工作（即：与热电偶配接使用时），应考虑以下问题：冷端温度补偿具体电路实现：增加桥式测量电路，用铜电阻补偿零点迁移和量程迁移下限问题上限问题量程匹配问题第一节模拟式显示仪表53.自动电子电位差计的测量桥路

电位差计测量桥路原理图第一节模拟式显示仪表（1）冷端温度补偿问题

举例用镍铬-镍硅热电偶测量温度，其热端温度不变，而冷端温度从０℃升高到25℃，这时热电势将降低１mV，仪表指针会指示偏低。

如果把R２做成随温度变化的电阻，且在温度从0℃升高到25℃时，其阻值变化量ΔR2＝0.5Ω，这时，电阻R2上的电压降UDB也增大，ΔUDB＝ΔR2·I2＝1mV。为了统一规格，上支路的电流规定为4mA（或2mA），下支路电流规定2mA（或1mA）。因为测量桥路的补偿电压UCD＝UCB－UDB，现在UDB增加了1mV，那么UCD就会减少1mV，此时滑动触点C的平衡位置不需变化。由于UCD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温度变化的影响。7（2）量程匹配问题

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—稳压电源1V；I1—上支路电流4mA；I2—下支路电流2mA①R2铜电阻装在仪表后接线板上以使其和热电偶冷端处于同一温度。②下支路限流电阻R3

它与R2配合，保证了下支路回路的工作电流为2mA。

③上支路限流电阻R4把上支路的工作电流限定在4mA。④滑线电阻RP

仪表的示值误差、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的优劣有关。

⑤量程电阻RM决定仪表量程大小的电阻。⑥始端（下限）电阻RG

大小取决于测量下限的高低。4自动电子电位差计的结构4

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，而且无须用手去调节就能自动指示和记录被测温度值。结论热电偶测量桥路放大器可逆电机指示机构记录机构同步电机稳压电源

电子电位差计原理方框图第一节模拟式显示仪表二、自动电子自动平衡电桥12（1）平衡电桥测温原理利用平衡电桥来测量热电阻变化。平衡电桥

当被测温度为下限时，Rt有最小值Rt0，滑动触点应在RP的左端，此时电桥的平衡条件是第一节模拟式显示仪表

滑动触点B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量呈线性关系。结论当被测温度升高后的平衡条件是用式（6-4）减式（6-3），则得13第一节模拟式显示仪表14（2）自动电子平衡电桥

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第一节模拟式显示仪表15自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较相同处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。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。第一节模拟式显示仪表不同处它们测量的电量形式不相同。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。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；而用热电阻配电子平衡电桥测温时，则不存在这个问题。16第二节数字式显示仪表一、数字式显示仪表的原理及其特点17

数字式显示仪表是能将被测的连续电量(模拟量)自动地变成断续量,然后进行数字编码,并将测量结果以数字显示的电测仪表。A/D变换器电子计数器显示器模拟量数字量读出

数字式显示仪表方框图

准确度、灵敏度高;

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;

仪表的量程和被测量的极性可自动转换,可自动检查故障、报警以及完成指定的逻辑程序;可以方便地实现多点测量;可以与电子计算机配合,给出一定形式的编码输出。特点18第二节数字式显示仪表二、模-数变换器将连续变化的模拟量变换成断续的数字量。主要任务主要有间接法和直接法两种。工作方法19第二节数字式显示仪表三、电子计数器

当用间接法进行数码转换时,是先将模拟量转换为与之对应的时间间隔或频率,然后必须再将时间间隔或频率转换为数字量,才能进行计数。时间间隔测量原理框图20第二节数字式显示仪表四、显示器辉光数码管示意图数码管驱动电路21第二节数字式显示仪表五、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22第二节数字式显示仪表六、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起来,两者相互取长补短,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,构成数字模拟混合记录仪。23第三节新型显示仪表一、无纸记录仪24

以CPU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，送到随机存储器加以保存，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第三节新型显示仪表无笔、无纸记录仪的特点：

①液晶全动态显示,并有背光功能。②输入信号多样化,并以工业专用微处理器CPU为核心,从而实现了高性能、多回路的监测,并随意放大、缩小地显示在显示屏上。③无纸、无笔、无墨水,无一切机械转动结构,无需日常维护。④精度高：实时显示,±0.2%;曲线及棒图显示,±0.5%。⑤具有与上位机通讯的标准,可靠性高,价格与一般记录仪相仿。25二、虚拟显示仪表利用计算机强大的功能来完成显示仪表所有的工作。

26采样开关模数转换个人计算机实时数据管理数据计算处理多媒体显示显示模式输入通道输入通道插卡虚拟显示仪表原理框图第三节新型显示仪表虚拟显示仪表的特点有:

使用简单方便。结构简单。性能优越。27例题分析图6-5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(即滑动触点的位置)、起点温度、仪表量程会如何变化?简述其原因?(1)温度升高；(2)仪表停电;(3)加大R6；(4)减小R5；(5)电阻体被烧断。解：(1)当温度升高时,滑动触点将向右移动,这是因为当温度升高后,Rt增加,只有滑动触点向右移,使与Rt串联的这个桥臂的电阻值减小,才能使电桥达到新的平衡。

(2)仪表停电时,指针随拨随停,因为此时放大器的输入与输出均没有信号,可逆电机不可能自行转动。28例题分析(3)加大R6,滑动触点将向右移动,这是因为R6增加,会使与Rt串联的这个桥臂的电阻值增加,只有滑动触点右移,才能使这个桥臂的电阻值恢复到原来的数值,电桥恢复平衡。若其他电阻值都不变,增加R6会使起点温度降低,这是因为滑动触点移至最左端时,代表的是起始温度,这时要使电桥平衡,Rt必然要小一些,以抵消增加R6对整个桥臂电阻值的影响。R