化工仪表及自动化精品第四章显示仪表

化工仪表及自动化精品第四章显示仪表第一页，共三十五页，2022年，8月28日4.0显示仪表概述本章内容：4.1模拟式显示仪表:

自动电子电位差计自动电子平衡电桥4.2数字式显示仪表:

数字式显示仪表的特点及分类,

数字式显示仪表的基本组成4.3新型显示仪表:

无笔、无纸记录仪虚拟显示仪表第二页，共三十五页，2022年，8月28日(1)模拟式显示仪表原理：检测元件和变送器将被测变量（物理量或化学量）变换成另一物理量，此物理量随被测变量的变化作相应变化，这种变化是对被测变量的模拟。方式：利用标尺、指针、曲线等方法组成：信号变换、放大环节、磁电偏转机构及指示记录机构特点：工作可靠、价格低廉，能够反映和记录测量值的变化趋势缺点：结构较复杂，读数不够直观，测量速度不够迅速，测量重现性不好第三页，共三十五页，2022年，8月28日(2)数字式显示仪表功能：直接用数字量显示或以数字形式记录打印被测变量值的仪表。可以和多种传感器配合测量、显示各种工艺参数，并且可以进行巡回检测、越限报警及实现生产过程自动控制。方式：数字式组成：由一些必要电路组成，没有模拟式显示仪表中所必需的机械运动机构。模/数转换器特点：显示清晰直观，无读数视差。测量和显示速度、测量准确性高，重现性好。(3)新型显示仪表特点：涉及微处理技术、新型显示技术、记录技术、数据存储技术和控制技术，把信号检测处理、显示、记录、数据存储、通讯、控制、复杂数学运算等多个或全部功能集合于一体第四页，共三十五页，2022年，8月28日动圈式显示仪表核心部件是一个磁电式毫伏计。输入信号:直流毫伏标准信号1.测量机构及作用原理第五页，共三十五页，2022年，8月28日2.外接电阻和外接调整电阻

无论在刻度或使用时，规定外线电阻R外＝15Ω第六页，共三十五页，2022年，8月28日3.动圈的温度补偿在线路中串联热敏电阻Rt当温度升高时，并联的总电阻下降，而动圈的电阻增加，这样，一个增加，一个下降，配合得当就能得到较好的补偿效果。R串：改变仪表量程；锰铜丝（温度变化对阻值无影响）第七页，共三十五页，2022年，8月28日XCZ-102动圈式显示仪表：配用热电阻1.不平衡电桥电桥平衡时，有：动圈表G中无电流通过。动圈表G中有电流通过。R4R2=R3(R0+Rt)Ucd=0当tRtR4R2

R3(R0+Rt)Ucd第八页，共三十五页，2022年，8月28日2.三线制接法与外接调整电阻从热电阻引出三根导线，其中与热电阻两端相连的两根导线分别接人桥路的两个相邻桥臂上，而第三根导线与稳压电源的负极相连。这样，由于环境温度的变化而引起连接导线电阻的变化，可以互相抵消一部分，从而减少对仪表读数的影响。利用外接调整电阻R1使外接电阻（包括连接导线的电阻）值为35第九页，共三十五页，2022年，8月28日自动电子电位差计——配热电偶功能：与温度、流量、压力、差压、成分等变送器配接，可以测量和显示能转换成毫伏及直流电压信号的工艺变量。原理：电压补偿（平衡）原理型号：用XW系列来命名，X表示显示仪表，W表示直流电位差计。XW-第十页，共三十五页，2022年，8月28日电压补偿（平衡）原理用已知电压来补偿（平衡）未知电压，使测量线路的电流等于零。用这种方法测量电压比较精确，因为没有电流通过测量线路，也就不存在线路电阻影响问题。手动电位差计UCB=IRCBEt=UCB（条件：I检=0)根据平衡法将被测电势与己知的标准电势相比较，当两者的差值为零时（检流计指针指零），被测电势就等于已知的标准电势。工作原理第十一页，共三十五页，2022年，8月28日电压测量系统EN=IRNI=EN/RNEt=UBC=IRBC=(EN/RN)RBC第十二页，共三十五页，2022年，8月28日手动电位差计特点

在全补偿时(亦即检流计中无电流通过时)进行测量读数，避免了被测热电偶本身引起的压降损失和导线上的压降损失；标推电池的电动势EN、标准电阻RN及测量回路电阻的精度高；应用了高灵敏度检流计。因此测量结果准确性高。缺点：（1）手动操作不方便；（2）不能连续进行测量。优点第十三页，共三十五页，2022年，8月28日存在的缺点：（1）没有解决冷端温度补偿（2）不能进行量程匹配，即tmin不能改变工作原理若EtUCBU=UCB-Et0可逆电机转动放大C点移动UCB变化UCB=EtU=0可逆电机停止指示记录t第十四页，共三十五页，2022年，8月28日

用电子放大器代替检流计，驱动可逆电机，通过一套机械传动机构带动滑动触点C，测量结果就可自动完成了。自动电子电位差计第十五页，共三十五页，2022年，8月28日3.自动电子电位差计的测量桥路第十六页，共三十五页，2022年，8月28日（2）量程匹配问题（1）冷端温度补偿问题第十七页，共三十五页，2022年，8月28日4.自动电子电位差计的结构第十八页，共三十五页，2022年，8月28日思考题：（1）RG减小，仪表的指示温度比实际温度高还是低？（2）桥路电源电压增加，对测量有何影响？第十九页，共三十五页，2022年，8月28日举例例用镍铬-镍硅热电偶配电子电位差计测量某炉温,温度的测量范围在400~900℃。图是电位差计测量桥路。已知E=1V；I1=4mA；I2=2mA；R2=5.33Ω；RP∥RB=90Ω。试根据测温要求确定桥路中的其他电阻值。图6-4电位差计测量桥路解：根据镍铬-镍硅热电偶分度表(第五章附录三)查得400～900℃对应的热电势为16.395～37.325mV。8第二十页，共三十五页，2022年，8月28日

假定由于R2的存在,实现了冷端温度的全补偿,故冷端温度的变化对热电势的影响可以不予考虑。当温度在测量下限400℃时,滑动触点移至滑线电阻的最左端,此时根据得

根据测量范围的要求,滑线触点由滑线电阻的最左端移至最右端,电压差应为9第二十一页，共三十五页，2022年，8月28日因此,RP、RB、RM并联后的等效电阻RnP应为已知RP∥RB=90Ω,可求得RM≈5.55Ω。

根据式(6-2),可得

10第二十二页，共三十五页，2022年，8月28日

以上计算都是粗略的,在进行精确的计算时,还要考虑许多实际的情况,例如滑线电阻

RP的两端一般是移不到头的。所以在计算RG、R4时必须考虑这种情况。注意第二十三页，共三十五页，2022年，8月28日电桥平衡原理图4-6平衡桥路原理图在量程起点：温度升高后：两式相减整理得：r1与ΔRt成正比关系，即滑动触点B的位置反映了电阻的变化，也即反映了温度的变化。二、自动电子平衡电桥第二十四页，共三十五页，2022年，8月28日

如果将检流计换成电子放大器，利用放大后的不平衡电压去驱动可逆电机，使可逆电机带动滑动触点B以达到电桥平衡，这就是电子自动平衡电桥的工作原理，见下图。

热电阻Rt采用三线制接法，规定每根导线电阻是2.5Ω。RP为滑线电阻，RP与RB并联后的电阻值为90Ω，R5为量程电阻，R6为调整仪表起始刻度的电阻。当测量温度在量程起点时调整R6，使滑动触点移到滑线电阻最左端；当测量温度在量程终点时调整R5，使滑动触点移到滑线电阻最右端。R4为限流电阻，它决定了上支路电流的I1大小。图4-7自动平衡电桥工作原理图4-8电子平衡电桥原理方框图第二十五页，共三十五页，2022年，8月28日第二十六页，共三十五页，2022年，8月28日例：在下列情况下仪表的指针O如何变化？为什么？（a）温度升高；（b）仪表停电；（c）加大R6；（d）A线断；（e）B线断；（f）C线断；（g）Rt短路及断路。第二十七页，共三十五页，2022年，8月28日自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较相似点：（1）配套的测温元件（热电偶、热电阻）在外形结构上相似（2）外形及其组成：放大器，可逆电机，同步电机及指示记录部分相同不同点：（1）输入信号不同电位差计：电势；电子平衡电桥：电阻（2）作用原理不同电位差计：测量桥路有平衡电压输出，与被测电热大小相同，极性相反平衡电桥：仪表到平衡时，测量桥路本身处于平衡状态，桥路无输出（3）测温元件不同电位差计：热电偶；电子平衡电桥：热电阻（4）测量桥路的连接方式不同电位差计：两线制接法；电子平衡电桥：三线制接法（5）补偿方式不同

电位差计：冷端温度的补偿；电子平衡电桥：导接的补偿第二十八页，共三十五页，2022年，8月28日两个系统比较项目热电偶系统热电阻系统输入信号电动势电阻电桥输出E0冷端温度补偿有无接线方式双补偿线，桥中三线，桥臂电源直流直流或交流第二十九页，共三十五页，2022年，8月28日数显仪表用数码管显示测量值或偏差值，清晰直观，读数方便，不会产生视差。数显仪表普遍采用中、大规模集成电路，线路简单，可靠性好，耐振性强。由于仪表采用模块化设计方法，即不同品种的数显仪表都是由为数不多的、功能分离的模块化电路组合而成，因此有利于制造、调试和维修，降低生产成本。数显仪表品种繁多，配接灵活，可输入多种类型测量信号，输出统一标准的电流信号（0~10mA直流电流或4~20mA直流电流）和报警信号。仪表具有非线性校正及开方运算电路，配接热电偶测温时具有冷端温度补偿功能，配接热电阻时考虑了外线电阻的补偿，配接差压变送器测流量时可直接显示流量值。4.2数字式显示仪表4.2.0概述第三十页，共三十五页，2022年，8月28日4.2.1分类(1)按功能：显示型、显示报警型、显示调节型、巡回检测型(2)按输入信号形式：电压型、频率型(3)按输入信号的点数：单点和多点(4)按显示位数：3位半、4位半等多种。半位显示是指最高位是0或1。(5)按测量速率：低速型（每秒钟测量几次到几十次）、中速型（每秒钟测量几十次到几百次）、高速型（每秒钟测量千次以上）。第三十一页，共三十五页，2022年，8月28日4.2.2主要技术指标(1)显示方式：

3位半或4位半数码管显示(2)分辨率：仪表末位数改变一个字时所代表的输入信号值，表明仪表所能显示被测参数的最小变化量。(3)精度等级：

0.2级或0.5级(4)输入阻抗：仪表在工作状态下呈现在仪表两输入端之间的等效阻抗，一般在10MΩ以上。另外，还有采样速率、干扰拟制系数等第三十二页，共三十五页，2022年，8月28日4.2.3数字式显示仪表的基本组成第三十三页，共三十五页，2022年，8月28日

当前的显示仪表是涉及微处理技术、新型显示技术、记录技术、数据存储技术和控制技术，把信号检测处理、显示、记录、数据储存、通讯、控制、复杂数学运算等多个或全部功能集合于一体的新型仪表。它使用方便，观察直观，功能丰富，可靠性高4.3新型显示仪表