化工仪表及自动化电子课件 -4

化工仪表及自动化电子课件-4 第四章显示仪表化学与环境工程学院化工与制药教研室湖北民族学院

第四章显示仪表 本章内容： 4.1 模拟式显示仪表 4.2 数字式显示仪表 4.3 新型显示仪表

基本要求： • 掌握自动电子电位差计的工作原理； • 熟悉电位差计的测量电桥及各个电阻的作用； • 掌握自动电子平衡电桥的工作原理。

4.0 显示仪表概述 功能：对各种检测变量进行指示、记录和累计。分类：

4.0 显示仪表概述 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。

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。

E R R R R 4.1 模拟式显示仪表 4.1.1 电子电位差计 • 当电路中有两个电位相反的电源时，总电势为两个电源电势之差。如果两个电源的电动势相等，则回路电流为零。 • 电桥输出为零的条件为： • 从电流表并联出信号并放大驱动可逆电机即可实现自动平衡。

4.1.1 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。类型：小型长图显示、大型长图显示、圆图显示等。

测量电桥 放大器可逆电机指示机构热电偶记录机构同步电机稳压电源 4.1.1 电子电位差计—配热电偶热电偶—自动电位差计测温系统构造

4.1.1 电子电位差计—配热电偶 电压测量系统测量桥路原理图

用已知电压来补偿未知电压，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。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。

4.1 模拟式显示仪表 4.1.2 电子自动平衡电桥—配热电阻功能：对能转换成电阻值的各种变量进行测量、显示、记录。原理：电桥平衡原理型号：根据输出电压 XD系列—交流平衡电桥 XQ系列—直流平衡电桥

测量电桥 放大器可逆电机指示机构热电阻记录机构同步电机稳压电源热电阻—自动电位差计测温系统

电桥平衡原理 在量程起点：温度升高后：两式相减整理得：平衡桥路原理图 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。

电桥平衡原理 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。

电桥平衡原理 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。

两个系统—热电偶与热电阻的比较

4.1 模拟式显示仪表 • 动圈式显示仪表的实质就是指针式电流/电压表。其核心部件是一个磁电式毫安计。 • 动圈式显示仪表通过一定的内置电路可以直接用来作为热电偶、热电阻，以及电流或电压的显示。 • 部分显示表还附带有模拟量输出，以实现简单的控制功能。 4.1.3 动圈式显示仪表

N N S S 4.1.3 动圈式显示仪表一、动圈显示基本原理 • 磁场中，一个用弹性张丝悬挂的线圈，当线圈有电流通过时，线圈在电磁力的作用下发生偏转；在电磁力矩与张丝的弹性力矩平衡时，线圈达到最大偏转角并稳定下来。 • 指针与线圈相连，指示电流大小。 • 部分动圈仪表采用螺旋弹簧(游丝)代替张丝作为弹性体。

二、动圈式显示仪表测温注意事项 • 型号意义 • XCZ：显示、磁电、指示 • XCT：显示、磁电、控制 • 注意配套使用 • 适当调整外接电阻 • 运输时，短路保护

4.2 数字式显示仪表 4.2.0 概述 • 数字显示仪主要功能：将模拟量信号转换为数字量信号，并用数字符号显示出来。 • 数字显示仪有单独的标准化（DDZ Ⅲ系列）仪表。有些测试仪表的二次仪表也附带内置的数字显示仪。 • 模拟量信号：以连续变化的物理量的大小模拟实际参数的大小。 • 数字量信号：以脉冲数表达的实际参数的大小。

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。普遍采用中、大规模集成电路，线路简单，可靠性好，耐振性强。采用模块化设计方法，有利于制造、调试和维修，降低生产成本。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。

缺点:不易判读被测量的变化趋势； 数字跳动频繁而影响判读(所以有时仍采用模拟式显示仪表)。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。

4.2.1 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）。

分类： 电压型单点式显示仪表数字显示仪表多点式显示报警仪表显示输出仪表单点式频率型显示记录仪表多点式显示报警输出记录仪

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。

4.2.3 基本组成 数显仪表的组成框图

1、A/D转换 • 功能：将电压信号转换为数字脉冲信号；输入与输出电位隔离。 • 构成： • 低精度时直接用集成芯片转换；单芯片精度取决于输出位数。 • 高精度时分段采用集成芯片转换。 • 对以电流方式输入的信号，先转换成电压信号。 2、电子计数器 • 功能：将A/D转换输出或测试仪表的数字输出按10进制分段； • 构造与工作原理： • 一般由多个双稳态触发器串联组成； • 通过依次触发，实现进位。

2 3 1 3 1 2 1 2 3 温度：560ºC 压力：3.1MPa 3、显示器 • 功能： • 显示数字 • 分类: • 辉光数码管 • 发光二极管 • 液晶显示器

4.3 新型显示仪表 4.3.0 概述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。

4.3.1 无纸记录仪 特点：以CPU为核心，控制数据的采集、显示、打印、存储、报警等，采用液晶显示装置，完全摈弃了传统记录仪的机械传动、纸张和笔。精度高，价格并不高。主要功能：显示：柱状图显示、数字显示、实时变化趋势曲线；设定极限、报警；时间、单位。简易编程—组态：具有格式化的简易编程功能。历史记录通讯

无纸、无笔显示记录仪实际上是一台简化的计算机系统。无纸、无笔显示记录仪实际上是一台简化的计算机系统。主要配置： • CPU：工业专用微处理器； • 主板：专用。包括：ROM，RAM，时钟电路 • 接口电路： • 键盘控制器：接面板膜式键盘； • 显示控制器：接液晶显示器； • 打印控制器：接微型打印机； • 通讯控制器：外接计算机（PC）； • A/D转换器：接测试仪表（模拟量）。

4.3.2 虚拟显示仪表 特点：利用计算机来完成显示仪表所有的工作。在计算机屏幕上完全模仿实际使用中的各种仪表，如仪表面盘、操作盘、接线端子等。用户通过计算机键盘、鼠标或触摸屏进行操作。

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