化工仪表及自动化-第4章

1、化工仪表及自动化,第四章 显示仪表,内容提要,概述 模拟式显示仪表 自动电子电位差计 自动电子平衡电桥 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 新型显示仪表 无笔、无纸记录仪 虚拟显示仪表,1,概述,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。,显示仪表一般都装在控制室的仪表盘上。它和各种测量元件或变送单元配套使用；又能与控制单元配套使用，,2,第一节 模拟式显示仪表,一、自动电子电位差计,电子电位差计 是用来测量直流电压信号的，凡是能转换成毫伏级直流电压信号的工艺变量都能用它来测量。,1.手动电位差计,工作原理,根据平衡法将被测电势与已知的标

2、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。,图4-1 电压平衡原理图,测量时，可调节滑动触点C的位置，使,同时有,3,第一节 模拟式显示仪表,4,2.自动电子电位差计的工作原理,根据这种电压平衡原理来进行工作。,特点,用可逆电动机及一套机械传动机构代替了人手进行电压平衡操作； 用放大器代替了检流计来检测不平衡电压并控制可逆电机的工作。,图4-2 电子电位差计原理图,第一节 模拟式显示仪表,5,3.自动电子电位差计的测量桥路,图4-3 电位差计测量桥路原理图,图4-2 电子电位差计原理图,（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

3、升高到25，这时热电势将降低mV，仪表指针会指示偏低。,第一节 模拟式显示仪表,如果把R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R20.5，这时，电阻R2上的电压降UDB也增大，UDBR2I21mV。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UCDUCBUDB，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。,6,第一节 模拟式显示仪表,7,（2）量程匹配问题,图4-4 XW

4、系列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2mA,R2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。,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。,上支路限流电阻R4 把上支路的工作电流限定在4mA。,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。,量程电阻RM 决定仪表量程大小的电阻。,始端（下限）电阻RG 大小取决于测量下限的高低。,第一节 模拟式显示

5、仪表,8,4.自动电子电位差计的结构,测量桥路 放大器 可逆电机 指示机构 记录机构,图4-5 电子电位差计方框原理图,第一节 模拟式显示仪表,二、自动电子平衡电桥,9,1.平衡电桥测温原理,利用平衡电桥来测量热电阻变化。,图4-6 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,（4-3）,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,（4-4）,用式（4-4）减式（4-3），则得,（4-5）,10,第一节 模拟式显示仪表

6、,11,2.自动电子平衡电桥,图4-7 自动平衡电桥结构原理图,图4-8 自动电子平衡电桥方框图,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。,第一节 模拟式显示仪表,12,3.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,它们的输入信号不同。 两者的作用原理不同。 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，

7、则不存在这个问题。 测温元件与测量桥路的连接方式不同。,13,第一节 模拟式显示仪表,其他模拟式显示仪表：,动圈式显示仪表,采用灵敏度较高的磁电系测量机构将被测信号转换为指针的角位移，实质上是一种利用偏差法测量电流的仪表。,光柱式显示仪表,将输入信号通过由许多发光二极管组成的光柱显示出来，具有显示醒目、形象直观、精度稳定的特点。,14,第二节 数字式显示仪表,一、数字式显示仪表的特点及分类,特点,清晰直观、读数方便、不会产生视差。 线路简单、可靠性好、耐振性好。 有利于制造、调试和维修，降低生产成本。,分类,按输入信号的形式来分，有电压型和频率型两类。 按被测信号的点数来分，它又可分成单点和多

8、点两种。 根据仪表所具有的功能，又可分为数字显示仪、数字显示报警仪、数字显示输出仪、数字显示记录仪以及具有复合功能的数字显示报警输出记录仪等,15,第二节 数字式显示仪表,图4-9 数字式显示仪表分类图,16,第二节 数字式显示仪表,二、数字式显示仪表的基本组成,17,图4-10 数显仪表组成结构,1.信号变换电路,2.前置放大电路,3.非线性校正或开方运算电路,4.模数转换电路（AD转换）,5.标度变换电路,6.数字显示电路及光柱电平驱动电路,7.VI转换电路和控制电路,第三节 新型显示仪表,一、无笔、无纸记录仪,18,1.概论,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。,2.无笔、无纸记录仪的原理和组成,图4-11 无笔、无纸