(精品)第6章 显示仪表1.ppt

化学工业出版社化学工业出版社 化工仪表及自动化化工仪表及自动化第六章第六章 显示仪表显示仪表 化学工业出版社化学工业出版社 内容提要内容提要n模拟式显示仪表模拟式显示仪表n自动平衡电子电位差计自动平衡电子电位差计n电子自动平衡电桥电子自动平衡电桥n数字式显示仪表数字式显示仪表n数字式显示仪表的原理及其特点数字式显示仪表的原理及其特点n模模-数变换器数变换器n电子计数器电子计数器n显示器显示器n数字式显示仪表的基本组成数字式显示仪表的基本组成n数字模拟混合记录仪数字模拟混合记录仪n新型显示仪表新型显示仪表n无纸记录仪无纸记录仪n虚拟显示仪表虚拟显示仪表1化学工业出版社化学工业出版社 概述概述显示仪表：显示仪表：显示仪表：显示仪表：凡能将生产过程中各种参数进行指示、记凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表。录或累积的仪表。分类分类分类分类模拟式显示仪表模拟式显示仪表数字显示仪表数字显示仪表屏幕显示仪表屏幕显示仪表2化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表n一、自动平衡电子电位差计一、自动平衡电子电位差计 电电位位差差计计是是用用来来测测量量电电势势或或电电位位的的,当当它它与与热热电电偶偶配合时配合时,可以用来测量和显示温度。可以用来测量和显示温度。2.2.2.2.自动电子电位差计的工作原理自动电子电位差计的工作原理自动电子电位差计的工作原理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。根据这种电压平衡原理来进行工作。3化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表4图图6-1 6-1 电子电位差计原理图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，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。而且无须用手去调节就能自动指示和记录被测温度值。结论结论热热电电偶偶测测量量桥桥路路放放大大器器可可逆逆电电机机指示机构指示机构记录机构记录机构同步电机同步电机稳压电源稳压电源图图6-2 6-2 电子电位差计原理方框图电子电位差计原理方框图化学工业出版社化学工业出版社 n当电路中有两个电位相反的电源时，总电势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。势相等，则回路电流为零。n电桥输出为零的条件为：电桥输出为零的条件为：n从电流表并联出信号并放大驱动可逆电机即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。可实现自动平衡。R RR RR RR RE E第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表52.2.2.2.自动电子电位差计的测量桥路自动电子电位差计的测量桥路自动电子电位差计的测量桥路自动电子电位差计的测量桥路图图6-3 XW6-3 XW系列电位差计测量桥路原理图系列电位差计测量桥路原理图RTRRR化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表桥路中各电阻的作用桥路中各电阻的作用 (1)(1)(1)(1)滑滑滑滑线线线线电电电电阻阻阻阻 R R R RP P P P与与与与工工工工艺艺艺艺电电电电阻阻阻阻 R R R RB B B B 改改变变滑滑动动触触点点在在 R RP P上上的的位位置置,可可以以产产生生不不同同的的桥桥路路输输出出电电压压以以平平衡衡热热电电偶偶的的热热电电势。势。(2)(2)(2)(2)始始始始端端端端 (下下下下限限限限)电电电电阻阻阻阻 R R R RG G G G R RG G的的大大小小取取决决于于测测量量下下限限的的高高低。低。(3)(3)(3)(3)量量量量程程程程电电电电阻阻阻阻R R R RM M M M R RM M是是决决定定仪仪表表量量程程大大小小的的电电阻阻。它它的的大大小小由仪表测量范围与所采用的热电偶分度号来决定。由仪表测量范围与所采用的热电偶分度号来决定。6化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表(5)(5)(5)(5)冷端温度补偿电阻冷端温度补偿电阻冷端温度补偿电阻冷端温度补偿电阻 R R R R2 2 2 2 降低了测量误差。降低了测量误差。(4)(4)(4)(4)上支路限流电阻上支路限流电阻上支路限流电阻上支路限流电阻R R R R4 4 4 4 把上支路的工作电流限定在把上支路的工作电流限定在4mA4mA。（6-16-1）(6)(6)下下支支路路限限流流电电阻阻R R3 3 它它与与R R2 2配配合合，保保证证了了下下支支路路回回路路的的工作电流为工作电流为2mA2mA。（6-26-2）7化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表举例举例例例6-1 6-1 用用镍镍铬铬-镍镍硅硅热热电电偶偶配配电电子子电电位位差差计计测测量量某某炉炉温温,温温度度的的测测量量范范围围在在400400 900900。图图6-46-4是是电电位位差差计计测测量量桥桥路路。已已知知E E=1V=1V；I I1 1=4mA=4mA；I I2 2=2mA=2mA；R R2 2=5.335.33；RPRB=90RPRB=90。试试根根据据测测温温要要求求确确定定桥桥路路中中的的其其他他电阻值。电阻值。图图6-4 6-4 电位差计测量桥路电位差计测量桥路解解：根根据据镍镍铬铬-镍镍硅硅热热电电偶偶分分度度表表(第第五五章章附附录录三三)查查得得 400400900900对对应应的的热热电电势势为为16.39516.39537.32537.325mVmV。8化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表 假假定定由由于于R R2 2的的存存在在,实实现现了了冷冷端端温温度度的的全全补补偿偿,故故冷冷端端温温度度的的变变化化对对热热电电势势的的影影响响可可以以不不予予考考虑虑。当当温温度度在在测测量量下限下限400400时时,滑动触点移至滑线电阻的最左端滑动触点移至滑线电阻的最左端,此时根据此时根据 得得 根根据据测测量量范范围围的的要要求求,滑滑线线触触点点由由滑滑线线电电阻阻的的最最左左端端移至最右端移至最右端,电压差应为电压差应为9化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表因此因此,R RP P、R RB B、R RM M并联后的等效电阻并联后的等效电阻 R RnPnP应为应为 已知已知 RPRB=90RPRB=90,可求得可求得 R R M M5.555.55。根据式根据式(6-2),(6-2),可得可得 10化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表 以上计算都是粗略的以上计算都是粗略的,在进行精确的计在进行精确的计算时算时,还要考虑许多实际的情况还要考虑许多实际的情况,例如滑线电阻例如滑线电阻 R RP P的两端一般是移不到头的。所以在计算的两端一般是移不到头的。所以在计算R RG G、R R4 4时必须考虑这种情况。时必须考虑这种情况。注意注意11化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表n二、电子自动平衡电桥二、电子自动平衡电桥12（1 1 1 1）平衡电桥测温原理）平衡电桥测温原理）平衡电桥测温原理）平衡电桥测温原理利用平衡电桥来测量热电阻变化。利用平衡电桥来测量热电阻变化。图图6-5 6-5 平衡电桥平衡电桥 当当被被测测温温度度为为下下限限时时，R Rt t有有最最小小值值R Rt0t0，滑滑动动触触点点应应在在R RP P的的左左端端，此时电桥的平衡条件是此时电桥的平衡条件是（6-36-3）化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表 滑动触点滑动触点B B的位置就可以反映电阻的变化，亦即反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。的增量呈线性关系。结论结论当被测温度升高后的平衡条件是当被测温度升高后的平衡条件是（6-46-4）用式（用式（6-46-4）减式（）减式（6-36-3），则得），则得（6-56-5）13化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表14（2 2 2 2）自动电子平衡电桥）自动电子平衡电桥）自动电子平衡电桥）自动电子平衡电桥图图6-7 6-7 电子平衡电桥原理方框图电子平衡电桥原理方框图 为为了了准准确确地地指指示示出出被被测测温温度度的的数数值值，将将热热电电阻阻的的连接采用三线制接法，并加外接调整电阻。连接采用三线制接法，并加外接调整电阻。图图6-6 6-6 自动平衡电桥工作原理自动平衡电桥工作原理化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表15自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较相同处相同处相同处相同处与与这这两两种种仪仪表表配配套套的的测测温温元元件件（热热电电偶偶、热热电电阻阻）在外形结构上十分相似。在外形结构上十分相似。仪仪表表的的外外形形及及其其组组成成：如如放放大大器器、可可逆逆电电机机、同同步电机及指示记录部分都是完全相同的。步电机及指示记录部分都是完全相同的。化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 模拟式显示仪表模拟式显示仪表不同处不同处不同处不同处它们测量的电量形式不相同。它们测量的电量形式不相同。两者的作用原理不同。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。测温元件与测量桥路的连接方式不同。当当用用热热电电偶偶配配电电子子电电位位差差计计测测温温时时，其其测测量量桥桥路路需需要要考考虑虑热热电电偶偶冷冷端端温温度度的的自自动动补补偿偿问问题题；而而用用热热电电阻阻配电子平衡电桥测温时，则不存在这个问题。配电子平衡电桥测温时，则不存在这个问题。16化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n一、数字式显示仪表的原理及其特点一、数字式显示仪表的原理及其特点17 数数字字式式显显示示仪仪表表是是能能将将被被测测的的连连续续电电量量(模模拟拟量量)自自动动地地变变成成断断续续量量,然然后后进进行行数数字字编编码码,并并将将测测量量结结果果以以数数字显示的电测仪表。字显示的电测仪表。A/DA/D变换器变换器电子计数器电子计数器显示器显示器模拟量模拟量数字量数字量读出读出图图6-8 6-8 数字式显示仪表方框图数字式显示仪表方框图化学工业出版社化学工业出版社 数数字字显显示示仪仪表表电电压压型型频频率率型型单点式单点式多点式多点式单点式单点式多点式多点式显示仪显示仪显示报警仪显示报警仪显示输出仪显示输出仪显示记录仪显示记录仪显示报警输出记录仪显示报警输出记录仪第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表 准确度、灵敏度高准确度、灵敏度高;读数方便、清晰直观、不会产生视差。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测量速度快，从每秒几十次到每秒上百万次;仪仪表表的的量量程程和和被被测测量量的的极极性性可可自自动动转转换换,可可自自动动检检查查故障、报警以及完成指定的逻辑程序故障、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方便地实现多点测量;可以与电子计算机配合可以与电子计算机配合,给出一定形式的编码输出。给出一定形式的编码输出。特点特点特点特点18化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n二、模二、模-数变换器数变换器将连续变化的模拟量变换成断续的数字量。将连续变化的模拟量变换成断续的数字量。主要任务主要任务主要有间接法和直接法两种。主要有间接法和直接法两种。工作方法工作方法19化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n三、电子计数器三、电子计数器 当当用用间间接接法法进进行行数数码码转转换换时时,是是先先将将模模拟拟量量转转换换为为与与之之对对应应的的时时间间间间隔隔或或频频率率,然然后后必必须须再再将将时时间间间间隔隔或或频率转换为数字量频率转换为数字量,才能进行计数。才能进行计数。图图6-9 6-9 时间间隔测量原理框图时间间隔测量原理框图20化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n四、显示器四、显示器图图6-10 6-10 辉光数码管示意图辉光数码管示意图图图6-11 6-11 数码管驱动电路数码管驱动电路21二位二位0.28寸数码管寸数码管 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n五、数字式显示仪表的基本组成五、数字式显示仪表的基本组成图图6-12 6-12 数字式温度显示仪表的基本组成数字式温度显示仪表的基本组成22化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 数字式显示仪表数字式显示仪表n六、数字模拟混合记录仪六、数字模拟混合记录仪 为为了了使使数数字字式式记记录录仪仪与与模模拟拟式式记记录录仪仪的的优优点点结结合合起起来来,两两者者相相互互取取长长补补短短,可可以以在在数数字字式式显显示示仪仪表表的的基基础础上上加加上上模模拟拟式式显显示示记记录录仪仪表表的的记记录录部部分分,构构成成数数字字模模拟混合记录仪。拟混合记录仪。23化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 新型显示仪表新型显示仪表n一、无纸记录仪一、无纸记录仪24 以以CPUCPU为为核核心心采采用用液液晶晶显显示示的的记记录录仪仪，直直接接把把记记录录信信号号转转化化成成数数字字信信号号后后，送送到到随随机机存存储储器器加加以以保保存存，并并在大屏液晶显示屏上加以显示。在大屏液晶显示屏上加以显示。图图6-13 6-13 无笔、无纸记录仪的原理方框图无笔、无纸记录仪的原理方框图化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 新型显示仪表新型显示仪表无笔、无纸记录仪的特点无笔、无纸记录仪的特点：液晶全动态显示液晶全动态显示,并有背光功能。并有背光功能。输输入入信信号号多多样样化化,并并以以工工业业专专用用微微处处理理器器 CPUCPU为为核核心心,从从而而实实现现了了高高性性能能、多多回回路路的的监监测测,并并随随意意放放大大、缩缩小小地地显示在显示屏上。显示在显示屏上。无无纸纸、无无笔笔、无无墨墨水水,无无一一切切机机械械转转动动结结构构,无无需需日日常常维护。维护。精度高：实时显示精度高：实时显示,0.2%;,0.2%;曲线及棒图显示曲线及棒图显示,0.5%,0.5%。具具有有与与上上位位机机通通讯讯的的标标准准,可可靠靠性性高高,价价格格与与一一般般记记录录仪相仿。仪相仿。25化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 新型显示仪表新型显示仪表n二、虚拟显示仪表二、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。利用计算机强大的功能来完成显示仪表所有的工作。利用计算机强大的功能来完成显示仪表所有的工作。利用计算机强大的功能来完成显示仪表所有的工作。26采样采样开关开关模数模数转换转换个人计算机个人计算机实时实时数据管理数据管理数据数据计算处理计算处理多媒体多媒体显示显示显示显示模式模式输入通道输入通道输入通道插卡输入通道插卡图图6-14 6-14 虚拟显示仪表原理框图虚拟显示仪表原理框图化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 新型显示仪表新型显示仪表虚拟显示仪表的特点有虚拟显示仪表的特点有:使用简单方便。使用简单方便。结构简单。结构简单。性能优越。性能优越。27化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析图图6-56-5是是自自动动平平衡衡电电桥桥的的工工作作原原理理图图。请请问问在在下下列列情情况况时时,仪仪表表的的指指针针 (即即滑滑动动触触点点的的位位置置)、起起点点温温度度、仪仪表表量量程程会会如如何何变变化化?简简述述其其原原因因?(1)(1)温温度度升升高高；(2)(2)仪仪表表停停电电;(3)(3)加大加大R R6 6；(4)(4)减小减小R R5 5；(5)(5)电阻体被烧断。电阻体被烧断。解解：(1)(1)当当温温度度升升高高时时,滑滑动动触触点点将将向向右右移移动动,这这是是因因为为当当温温度度升升高高后后,R Rt t增增加加,只只有有滑滑动动触触点点向向右右移移,使使与与R Rt t串串联联的的这这个桥臂的电阻值减小个桥臂的电阻值减小,才能使电桥达到新的平衡。才能使电桥达到新的平衡。(2)(2)仪仪表表停停电电时时,指指针针随随拨拨随随停停,因因为为此此时时放放大大器器的的输输入与输出均没有信号入与输出均没有信号,可逆电机不可能自行转动。可逆电机不可能自行转动。28化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析 (3)(3)加加大大R R6 6,滑滑动动触触点点将将向向右右移移动动,这这是是因因为为R R6 6增增加加,会会使使与与R Rt t串串联联的的这这个个桥桥臂臂的的电电阻阻值值增增加加,只只有有滑滑动动触触点点右右移移,才才能能使使这这个个桥桥臂臂的的电电阻阻值值恢恢复复到到原原来来的的数数值值,电电桥桥恢恢复复平平衡衡。若若其其他他电电阻阻值值都都不不变变,增增加加R R6 6会会使使起起点点温温度度降降低低,这这是是因因为为滑滑动动触触点点移移至至最最左左端端时时,代代表表的的是是起起始始温温度度,这这时时要要使使电电桥桥平平衡衡,R Rt t必必然然要要小小一一些些,以以抵抵消消增增加加R R6 6对对整整个个桥桥臂臂电电阻阻值值的的影影响响。R Rt t小小,就就表表示示这这时时的的起起点点温温度度降低。降低。29化学工业出版社化学工业出版社 例题分析例题分析 (4)(4)减减小小R R5 5,量量程程会会降降低低,这这是是因因为为R R5 5减减小小,滑滑线线电电阻阻组组件件的的等等效效电电阻阻值值减减小小,使使滑滑动动触触点点由由最最左左端端移移到到最右端的电位差变小最右端的电位差变小,故量程减小。故量程减小。(5)(5)电电阻阻体体被被烧烧断断,滑滑动动触触点点将将移移向向最最右右端端,这这是是因因为为电电阻阻体体烧烧断断后后,R Rt t趋趋于于无无穷穷大大,放放大大器器始始终终有有一一个个正正的的电电位位输输入入,可可逆逆电电机机转转动动,直直至至滑滑向向最最右右端端指指针针被被挡住为止。挡住为止。30化学工业出版社化学工业出版社