热工测量及仪表-第4章-显示仪表

第四章显示仪表

第一节概述第二节模拟式显示仪表第三节数字式显示仪表第四节常用显示仪表简介第五节仪表防爆知识显示仪表：凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表。一、定义

显示仪表是指接收检测元件(包括敏感元件、传感器、变送器等)输出信号，通过适当的处理和转换，以易于识别的形式将被测参数表现出来的装置。第一节概述典型工业自动检测仪表控制系统结构图3第一节概述二、分类显示仪表按使用的能源分为气动显示仪表和电动显示仪表；按显示方式可以分为模拟式、数字式和屏幕式三大类。还有一类称为记录仪的特殊显示装置。近年来，随着计算机多媒体技术的快速发展，利用计算机来取代实际的显示仪表，形成了所谓的虚拟显示仪表的概念。显示仪表4第一节概述

模拟式显示仪表就是用标尺、指针、曲线等方式显示和记录被测变量的测量值。模拟式显示仪表工作可靠，价格低廉，能满足一定的精度要求，但结构复杂，读数不直观，重现性差。测量仪表传感器被测变量Y测量值Z显示仪表（去控制室）第二节模拟式显示仪表1.动圈式显示仪表

动圈表可以与热电偶、热电阻、压力变送器、差压变送器及流量变送器相配合，用来指示工业对象的温度、压力和流量参数，也可以对直流毫伏信号进行显示。各种被测参数只要通过传感器或变送器转换成相应的电信号，就可由动圈表直接进行显示。在动圈表中增加一些附加控制电路，还可以实现报警及控制功能。动圈表型号意义：

XCZ：显示、磁电、指示

XCT：显示、磁电、控制使用时的注意事项：注意配套使用；适当调整外接电阻；运输时，短路保护。动圈式显示仪表动圈式显示仪表的外型~220v动圈制动盘后接线示意图

XCZ-101(与热电偶配套）XCZ-102（与热电组配套）（一）XCZ-101型动圈式显示仪表的工作原理（1）结构动圈式显示仪表由动圈、张丝、磁铁、指针、表盘五部分组成。

NS+-015X10°Cxcz--102R并R热mVR串（2）工作原理

根据电磁感应原理，当有mV信号加在动圈两端时，形成一个闭合回路，便有电流流过动圈，载流动圈在磁场中将受到电磁场的作用。根据左手定则，磁力线穿过手心，四指指向电流方向，拇指就是导体受力方向，这个力使动圈转动，使动圈转动的力和绑定动圈的张丝力相等时，动圈停在某一位置，指针指示出温度的大小。设指针移动的角位移为αUR总α=KII==E(t,t0)R内+R外R内=R动

+

R串+R热R并R外=R热偶+

R补+R连+R调

=15Ω（3）电路中各电阻的作用R串：

R串电阻值较大，使动圈的电阻值随温度变化而引起的测量误差相对R串较小，以至于可忽略不计，目的是减小测量显示误差。R调：

热电偶的连接导线有长有短，为保证R总=常数，调整R调使R外=15Ω

R热敏与R并：

R热敏与R并两个电阻是动圈的温度补偿电阻。因为动圈是铜导线绕制的，当温度升高时，动圈的电阻值R动就会增加，在电压信号不变的情况下，I将减小，动圈显示仪表的指针指示会偏低，此时，R热敏的电阻值也会随着温度自动减少，与R并并联后的电阻值会更小，其作用是自动补偿R动随温度变化的特性，使回路中总电阻值保持不变。反应容器~220v补偿器R调热电偶与动圈表配套使用实际连线（二）XCZ-102型动圈式显示仪表的工作原理

由动圈表的工作原理可知，动圈表实际上是一个毫伏计，即测量电压的大小并加以显示的。热电偶恰好将被测温度转换成mV信号的大小，可直接和动圈表相连显示其温度，但热电阻是将温度转换成电阻的大小，不能直接送到动圈表上加以显示，必须先经过一个桥路将电阻的大小转换成mV信号的大小再和动圈表连接。因此XCZ-102型动圈式显示仪表与XCZ-101型动圈式显示仪表相比，在结构上应多了一个电桥。+U=220v—R13R11RtR4R12R2R1R3动圈表ab（1）工作原理热电阻调整电阻桥路电阻R3×(R1+R11+Rt0)=R4×(R2+R12)当t=0℃时,电桥平衡，Rt=Rt0Ua=Ub

,Uab

=Ua-Ub=0由于加在动圈两端的电压为0，所以动圈表指针指在0的位置；t=0℃,升高时,电桥失去平衡，Rt0增大ΔRt，R3×(R1+R11+Rt0+ΔRt，)=R4×(R2+R12)Ua=Ub

,Uab=Ua-Ub=0

由于加在动圈两端的电压不为0，所以动圈表指针指在相应的位置上。（2）热电阻的三线制接法

1）什么是三线制的接法？

从热电阻本身引出三根线。其中两根将热电阻连接在电桥的桥臂上。另一根连到电桥电源的负极上。2）为什么采用三线制接法

因为热电阻安装在测量现场，动圈表安装在控制台或控制室，两者之间要通过连接导线连接，而连接导线容易受环境温度的影响引起导线电阻值的变化。当连接在两个桥臂上时，其变化可以互相抵消一部分。从而减小对仪表读数的影响。~220v动圈制动反应容器热电阻与动圈表配套使用实际连线+U=220v—R13R11RtR4R12R2R1R3动圈表ab1.R1+R11+R连1=5Ω2.R2+R12+R连2=5Ω3.R13+R连3=5Ω调整电阻的作用与大小（3）动圈式显示仪表使用注意事项1、型号要匹配动圈式显示仪表分为XCZ-101和XCZ-102两种类型，每种类型又分为好几个型号，一定要注意动表的型号和热电偶、热电阻的型号匹配。2、冷端补偿与三线制

热电偶和动圈表之间要考虑冷端补偿问题；热电阻和动圈表之间要考虑三线制接法问题。3、调整电阻

调整R调，一定要保证热电偶的R外=15Ω；保证热电阻的各支路R外=5Ω。2.自动平衡式显示仪表自动平衡显示仪表工作原理图自动平衡式显示仪表第二节模拟式显示仪表自动平衡显示仪表工作原理图（1）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。自动平衡式显示仪表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（1）自动平衡电子电位差计自动电子电位差计的测量桥路

XW系列电位差计测量桥路原理图（1）自动平衡电子电位差计桥路中各电阻的作用

(a)滑线电阻

RP与工艺电阻RB

改变滑动触点在

RP上的位置,可以产生不同的桥路输出电压以平衡热电偶的热电势。(b)始端(下限)电阻RG

RG的大小取决于测量下限的高低。(c)量程电阻RM

RM是决定仪表量程大小的电阻。它的大小由仪表测量范围与所采用的热电偶分度号来决定。（1）自动平衡电子电位差计(e)冷端温度补偿电阻R2

降低了测量误差。(d)上支路限流电阻R4

把上支路的工作电流限定在4mA。(f)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。

（a）平衡电桥测温原理利用平衡电桥来测量热电阻变化。图5-4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（1）（2）电子自动平衡电桥

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（2）用式（2）减式（1），则得（3）（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。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。3.声光式显示仪表声光式显示仪表是以声音或光柱的变化反映被测参数超越极限或模拟显示被测参数的连续变化的仪表。XXS-10型闪光报警仪第二节模拟式显示仪表第三节数字式显示仪表一、概述

数字式显示仪表是把与被测参数成一定函数关系的连续变化的模拟量，变换为断续的数字量显示的仪表。数字式显示仪表与模拟式显示仪表相比，具有测量准确度高、显示速度快以及没有读数误差等优点，在需要时，还可输出数字量与数字计算机等装置联用，因而在现代测量技术中得到广泛应用。(一)数字式显示仪表的分类按输入信号的不同，数字式显示仪表可分为电压型(输入连续的电压或电流信号)频率型(输入连续可变的频率或脉冲序列信号)；按使用场合不同，数字式显示仪表可分为实验用和工业用两类。(二)数字式显示仪表的性能指标数字式显示仪表的主要性能指标有：量程；分辨率；准确度。此外还有响应时间、数据输出、绝缘电压、环境要求等指标。(三)数字式显示仪表的特点二、数字显示仪表的构成数字式显示仪表是由前置放大器、模拟-数字信号(A/D)转换器、非线性补偿器、标度变换以及显示装置等部分组成。由检测元件送来的电流或电压信号，经前置放大器放大，然后经A/D转换器转换成数字量信号，最后由数字显示器显示其读数。模-数转换、非线性补偿和标度变换是数字式显示仪表的三要素，其核心环节是模-数转换器。数字式显示仪表组成框图模拟显示的特点：直观光柱显示的特点：一目了然智能数显仪表

AXM系列智能显示仪表，主芯片采用OFP封装的小型化表面帖装大规模集成电路，片内带硬件看门狗及10位A／D、D／A；能够直接控制14位LED显示(每位8段)；具有3路模拟量输入、3路模拟量输出、3个开关量输入、5个开关量输出。XD900智能数显表测量精度：数显0.5级，光柱1级

报警功能：上限、下限可任意设置，报警继电器输出256VAC/1A、输出一组24V/50mA直流电源，专供变送器用电源：220VAC/50Hz功耗：小于4W

XMZ系列数字显示仪

由于该系列仪表的输入采用了数字校正、自校准技术以及多重保护和隔离设计，因此，有效消除了温漂和时漂引起的测量误差，抗干扰能力强，可靠性高，测量准确稳定。

XMZ系列数字显示仪的面板上包括测量值显示窗PV、参数设置键、数据移位键、数据减少键、数据增加键、下限报警AL2指示灯、上限报警AL1指示灯等。仪表上电后，仪表显示窗口PV显示测量值，若输入的测量信号超出量程时，则显示窗显示“orAL”。XMZ系列数字显示仪图像显示特点:能显示复杂的图形和曲线，但价格昂贵。带RS-232接口的万用表及图像显示特点:能在计算机中存储测量到的波形及数据，可随时重放，价格适中。记录仪主要用来记录被检测对象的动态变化过程。1.无纸记录仪

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四节其他显示仪表简介无纸记录仪有纸记录仪无纸记录仪显示界面1.无纸记录仪无笔、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。1.无纸记录仪无纸记录仪

SWP-SSR无纸记录仪是智能化的多功能二次仪表，适合于对各种过程参量进行监测，控制，记录与数据远传。

1、可接受多路被测信号，根据用户设定要求完成从信号采集，控制，记录，追忆到传送的全过程。

2、可直接与带有RS232串行口的打印机连接，完成定时打印，即时打印或报警打印。

3、仪表的串行通讯接口可与上位机进行数据传输，实现记录数据的集中管理。无纸记录仪的特点

VPR200/300系列无纸记录仪采用单片微处理器为核心、大屏幕液晶单色或彩色显示、具有温压补偿、PID调节、智能调理、灵巧总线、电子储存、万能输入、在线自校正、自诊断和高精度、高性能、高可靠性、维护量低、无易耗品等特点。作为普通有纸记录仪的更新换代产品被广泛应用于化工、轻工、环保、生化、制药、食品等行业。2.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。

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虚拟显示仪表的特点有:

使用简单方便。结构简单。性能优越。34智能显示仪表数据处理装置数据处理装置主要是指计算机，将复杂的系统用到频谱分析仪。气动仪表从本质上来说具有防爆性能(不可能产生火花)。电动仪表必须采取必要的防爆措施才具有防爆性能。原因：在某些生产现场存在着各种易燃、易爆气体（炼油、化工等生产现场）。安装在这种危险场所的仪表如果产生火花，就容易引起爆炸，因而必须具有防爆性能。第5节防爆仪表知识防爆仪表的分类防爆仪表的分级和分组防爆仪表的标志标准：国家标准GB3836.1《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》标志：iaIICT5，iaIICT6，dIIBT3……5.1防爆仪表的分类s特殊型

n无火花型

q充沙型

o充油型

p正压型

i本质安全型

e增安型

d隔爆型

按照国标GB3836.1规定，防爆电气设备分为两大类：

I类：煤矿井下用电气设备

II类：工厂用电气设备

II类(工厂用)电气设备又分为8种类型。其标志如下：

在爆炸性气体或蒸汽中使用的仪表，引起爆炸主要有两方面原因：2.仪表过高的表面温度II类(工厂用)防爆仪表的分级和分组就是针对上述两个方面进行的。1.仪表产生能量过高的电火花或仪表内部因故障产生的火焰通过表壳的缝隙引燃仪表外的气体或蒸汽防爆仪表的分级0.45>MICR0.5≥dmaxIIC0.8≥MICR≥0.450.9>dmax>0.5IIBMICR>0.8dmax≥0.9IIAMICRdmax(mm)级别根据：最大试验安全间隙dmax

或

最小点燃电流的比值MICR

防爆仪表的分组根据：仪表最高表面温度

450T1300T2200T3135T485100最高表面温度T6T5温度组别仪表的最高表面温度=实测最高表面温度―实测时环境温度

+规定最高环境温度防爆仪表的标志防爆仪表的防爆标志为“Ex”；仪表的防爆等级标志的顺序为：防爆型式、类别、级别、温度组别。仪表常见的防爆等级有iaIICT5(iaIICT6)和dIIBT3二种。前者表示II类本质安全型ia等级C级T5组；后者表示II类隔爆型B级T3组。防爆仪表的分级与分组，与易燃易爆气体或蒸汽的分级和分组是相对应的。

硝酸乙脂二硫化碳乙炔氢、水煤气IIC乙醚、二乙醚二甲醚、丙烯醛、碳化氢环氧丙烷、丁二烯、乙烯丙烯脂、二甲醚、环丙烷、市用煤气IIB亚硝酸乙脂乙醛、三甲胺环乙烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、汽油、煤油、柴油、戊醇、己醇、环乙醇乙醇、丁醇、丁烷、醋酸丁脂、醋酸戊脂、环戊烷、丙烯、乙苯、甲醇、丙醇甲烷、氨、乙烷、丙烷、丙酮、苯、甲苯、一氧化碳、丙烯酸、甲脂、苯乙烯、醋酸乙脂、醋酸、氯苯、醋酸甲脂IIAT685～100℃

T5100～135℃

T4135～200℃

T3200～300℃

T2300～400℃

T1>450℃

组别

过程控制仪表的防爆措施过程控制仪表主要有:

隔爆型防爆仪表本质安全型防爆仪表隔爆型防爆仪表特点：仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内

防爆措施：采用耐压80～100N/cm2以上的表壳表壳外部的温升不得超过由易爆性气体或蒸汽的引燃温度所规定的数值表壳接合面的缝隙宽度及深度，应根据它的容积和易爆性气体的级别采用规定的数值使用注意：*揭开仪表表壳后，将失去了防爆性能

*长期使用会逐渐降低防爆性能本质安全型防爆仪表正常状态指在设计规定条件下的工作状态，故障状态指电路中非保护性元件损坏或产生短路、断路、接地及电源故障等情况。本质安全型防爆仪表也称安全火花型防爆仪表。这种仪表，在正常状态下或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不会引起规定的易爆性气体混合物爆炸。本质安全型ia和ib两个等级分别表示：ia

等级

在正常工作、一个故障和两个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。ib

等级

在正常工作和一个故障时不能点燃爆炸性气体的电气设备。5.2安全栅安全栅能与各种现场的一次仪表配合，组成本质安全防爆系统，用于现代化工业的自动化过程控制，广泛地用于石油化工、冶金、医药、船舶等领域。可限制危险能量进入不安全场所。安全栅是保证过程控制系统具有安全火花防爆性能的关健仪表。安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表，其作用是：一方面保证信号的正常传输另一方面控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或爆炸性混合物的点火能量以下，以确保系统的安全火花性能。常用的安全栅有两种：一种是齐纳式安全栅