化工儀表及自動(dòng)化（厲玉鳴）（第三版） 第6章 顯示儀表

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1、化工儀表及自動(dòng)化化工儀表及自動(dòng)化第六章第六章 顯示儀表顯示儀表 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表n 自動(dòng)平衡電子電位差計(jì)自動(dòng)平衡電子電位差計(jì)n 電子自動(dòng)平衡電橋電子自動(dòng)平衡電橋n 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表n 數(shù)字式顯示儀表的原理及其特點(diǎn)數(shù)字式顯示儀表的原理及其特點(diǎn)n 模模-數(shù)變換器數(shù)變換器n 電子計(jì)數(shù)器電子計(jì)數(shù)器n 顯示器顯示器n 數(shù)字式顯示儀表的基本組成數(shù)字式顯示儀表的基本組成n 數(shù)字模擬混合記錄儀數(shù)字模擬混合記錄儀n 新型顯示儀表新型顯示儀表n 無紙記錄儀無紙記錄儀n 虛擬顯示儀表虛擬顯示儀表1概述概述 凡能將生產(chǎn)過程中各種參數(shù)進(jìn)行指示、記錄或凡能將生產(chǎn)過程中各種參數(shù)進(jìn)

2、行指示、記錄或累積的儀表。累積的儀表。模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表數(shù)字顯示儀表數(shù)字顯示儀表屏幕顯示儀表屏幕顯示儀表2第一節(jié)第一節(jié) 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表n 一、自動(dòng)平衡電子電位差計(jì)一、自動(dòng)平衡電子電位差計(jì) 電位差計(jì)是用來測量電勢或電位的,當(dāng)它與熱電偶配合時(shí),可以用來測量和顯示溫度。根據(jù)這種電壓平衡原理來進(jìn)行工作。3第一節(jié)第一節(jié) 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表4圖6-1 電子電位差計(jì)原理圖 電子電位差計(jì)既保持了手動(dòng)電位差計(jì)測量精度高的優(yōu)點(diǎn)，電子電位差計(jì)既保持了手動(dòng)電位差計(jì)測量精度高的優(yōu)點(diǎn)，而且無須用手去調(diào)節(jié)就能自動(dòng)指示和記錄被測溫度值。而且無須用手去調(diào)節(jié)就能自動(dòng)指示和記錄被測溫度值。結(jié)論結(jié)論

3、熱電偶測量橋路放大器可逆電機(jī)指示機(jī)構(gòu)記錄機(jī)構(gòu)同步電機(jī)穩(wěn)壓電源圖6-2 電子電位差計(jì)原理方框圖第一節(jié)第一節(jié) 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表5圖6-3 XW系列電位差計(jì)測量橋路原理圖第一節(jié)第一節(jié) 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表橋路中各電阻的作用橋路中各電阻的作用 改變滑動(dòng)觸點(diǎn)在 RP上的位置,可以產(chǎn)生不同的橋路輸出電壓以平衡熱電偶的熱電勢。RG的大小取決于測量下限的高低。RM是決定儀表量程大小的電阻。它的大小由儀表測量范圍與所采用的熱電偶分度號(hào)來決定。6第一節(jié)第一節(jié) 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表 降低了測量誤差。nPGRRIER14 把上支路的工作電流限定在4mA。（6-1）(6)下支路限流電阻R3

4、它與R2配合，保證了下支路回路的工作電流為2mA。223RIER（6-2）7第一節(jié)第一節(jié) 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表舉例舉例例6-1 用鎳鉻-鎳硅熱電偶配電子電位差計(jì)測量某爐溫,溫度的測量范圍在400900。圖6-4是電位差計(jì)測量橋路。已知E=1V；I1=4mA；I2=2mA；R2=5.33；RPRB=90。試根據(jù)測溫要求確定橋路中的其他電阻值。圖6-4 電位差計(jì)測量橋路解：解：根據(jù)鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表(第五章附錄三)查得 400900對(duì)應(yīng)的熱電勢為16.39537.325mV。8第一節(jié)第一節(jié) 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表mVCCERIRIUGCD395.160,400221 假定由于R2

5、的存在,實(shí)現(xiàn)了冷端溫度的全補(bǔ)償,故冷端溫度的變化對(duì)熱電勢的影響可以不予考慮。當(dāng)溫度在測量下限400時(shí),滑動(dòng)觸點(diǎn)移至滑線電阻的最左端,此時(shí)根據(jù) 76.6433.52395.16395.16122IRIRG得 根據(jù)測量范圍的要求,滑線觸點(diǎn)由滑線電阻的最左端移至最右端,電壓差應(yīng)為mV93.20395.16325.379第一節(jié)第一節(jié) 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表 23.5493.2093.204IRnP因此,RP、RB、RM并聯(lián)后的等效電阻 RnP應(yīng)為 01.23823.576.64100014nPGRRIER已知 RPRB=90,可求得 R M5.55。67.49433.521000223RIER根

6、據(jù)式(6-2),可得 10第一節(jié)第一節(jié) 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表 以上計(jì)算都是粗略的,在進(jìn)行精確的計(jì)算時(shí),還要考慮許多實(shí)際的情況,例如滑線電阻 RP的兩端一般是移不到頭的。所以在計(jì)算RG、R4時(shí)必須考慮這種情況。注意注意11第一節(jié)第一節(jié) 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表n 二、電子自動(dòng)平衡電橋二、電子自動(dòng)平衡電橋12利用平衡電橋來測量熱電阻變化。利用平衡電橋來測量熱電阻變化。圖6-5 平衡電橋 當(dāng)被測溫度為下限時(shí)，Rt有最小值Rt0，滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)在RP的左端，此時(shí)電橋的平衡條件是4230RRRRRPt（6-3）第一節(jié)第一節(jié) 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表 滑動(dòng)觸點(diǎn)B的位置就可以反映電阻的變化，亦即

7、反映了溫度的變化。并且可以看到觸點(diǎn)的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。結(jié)論結(jié)論142130rRRrRRRRPtt當(dāng)被測溫度升高后的平衡條件是（6-4）ttRRRRrrRRrRR323112313用式（6-4）減式（6-3），則得（6-5）13第一節(jié)第一節(jié) 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表14圖6-7 電子平衡電橋原理方框圖 為了準(zhǔn)確地指示出被測溫度的數(shù)值，將熱電阻的連接采用三線制接法，并加外接調(diào)整電阻。圖6-6 自動(dòng)平衡電橋工作原理第一節(jié)第一節(jié) 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表15與這兩種儀表配套的測溫元件（熱電偶、熱電阻）在外形結(jié)構(gòu)上十分相似。儀表的外形及其組成：如放大器、可逆電機(jī)、同步電機(jī)及指示記錄部

8、分都是完全相同的。第一節(jié)第一節(jié) 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表它們測量的電量形式不相同。兩者的作用原理不同。測溫元件與測量橋路的連接方式不同。當(dāng)用熱電偶配電子電位差計(jì)測溫時(shí)，其測量橋路需要考慮熱電偶冷端溫度的自動(dòng)補(bǔ)償問題；而用熱電阻配電子平衡電橋測溫時(shí)，則不存在這個(gè)問題。16第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表n 一、數(shù)字式顯示儀表的原理及其特點(diǎn)一、數(shù)字式顯示儀表的原理及其特點(diǎn)17 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表是能將被測的連續(xù)電量(模擬量)自動(dòng)地變成斷續(xù)量,然后進(jìn)行數(shù)字編碼,并將測量結(jié)果以數(shù)字顯示的電測儀表。A/D變換器電子計(jì)數(shù)器顯示器模擬量數(shù)字量讀出圖6-8 數(shù)字式顯示儀表方框圖第二節(jié)第

9、二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表 準(zhǔn)確度、靈敏度高;讀數(shù)方便、清晰直觀、不會(huì)產(chǎn)生視差。測量速度快，從每秒幾十次到每秒上百萬次;儀表的量程和被測量的極性可自動(dòng)轉(zhuǎn)換,可自動(dòng)檢查故障、報(bào)警以及完成指定的邏輯程序;可以方便地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量;可以與電子計(jì)算機(jī)配合,給出一定形式的編碼輸出。18第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表n 二、模二、模-數(shù)變換器數(shù)變換器將連續(xù)變化的模擬量變換成斷續(xù)的數(shù)字量。主要任務(wù)主要任務(wù)主要有間接法和直接法兩種。工作方法工作方法19第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表n 三、電子計(jì)數(shù)器三、電子計(jì)數(shù)器 當(dāng)用間接法進(jìn)行數(shù)碼轉(zhuǎn)換時(shí),是先將模擬量轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔或頻

10、率,然后必須再將時(shí)間間隔或頻率轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,才能進(jìn)行計(jì)數(shù)。圖6-9 時(shí)間間隔測量原理框圖BATfN 計(jì)數(shù)20第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表n 四、顯示器四、顯示器圖6-10 輝光數(shù)碼管示意圖圖6-11 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路21第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表n 五、數(shù)字式顯示儀表的基本組成五、數(shù)字式顯示儀表的基本組成圖6-12 數(shù)字式溫度顯示儀表的基本組成22第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表n 六、數(shù)字模擬混合記錄儀六、數(shù)字模擬混合記錄儀 為了使數(shù)字式記錄儀與模擬式記錄儀的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來,兩者相互取長補(bǔ)短,可以在數(shù)字式顯示儀表的基礎(chǔ)上加上模擬式顯示記錄儀表的記錄部分,構(gòu)

11、成數(shù)字模擬混合記錄儀。23第三節(jié)第三節(jié) 新型顯示儀表新型顯示儀表n 一、無紙記錄儀一、無紙記錄儀24 以CPU為核心采用液晶顯示的記錄儀，直接把記錄信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)后，送到隨機(jī)存儲(chǔ)器加以保存，并在大屏液晶顯示屏上加以顯示。圖6-13 無筆、無紙記錄儀的原理方框圖第三節(jié)第三節(jié) 新型顯示儀表新型顯示儀表無筆、無紙記錄儀的特點(diǎn)：液晶全動(dòng)態(tài)顯示,并有背光功能。輸入信號(hào)多樣化,并以工業(yè)專用微處理器 CPU為核心,從而實(shí)現(xiàn)了高性能、多回路的監(jiān)測,并隨意放大、縮小地顯示在顯示屏上。無紙、無筆、無墨水,無一切機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu),無需日常維護(hù)。精度高：實(shí)時(shí)顯示,0.2%;曲線及棒圖顯示,0.5%。具有與上位機(jī)通訊的

12、標(biāo)準(zhǔn),可靠性高,價(jià)格與一般記錄儀相仿。25第三節(jié)第三節(jié) 新型顯示儀表新型顯示儀表n 二、虛擬顯示儀表二、虛擬顯示儀表 26采樣開關(guān)模數(shù)轉(zhuǎn)換個(gè)人計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)計(jì)算處理多媒體顯示顯示模式輸入通道輸入通道插卡圖6-14 虛擬顯示儀表原理框圖第三節(jié)第三節(jié) 新型顯示儀表新型顯示儀表虛擬顯示儀表的特點(diǎn)有:使用簡單方便。結(jié)構(gòu)簡單。性能優(yōu)越。27例題分析例題分析圖圖6-56-5是自動(dòng)平衡電橋的工作原理圖。請(qǐng)問在下列情況時(shí)是自動(dòng)平衡電橋的工作原理圖。請(qǐng)問在下列情況時(shí),儀表的指針儀表的指針 (即滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置即滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置)、起點(diǎn)溫度、儀表量程、起點(diǎn)溫度、儀表量程會(huì)如何變化會(huì)如何變化?簡述其原因簡述其原

13、因?(1)?(1)溫度升高；溫度升高；(2)(2)儀表停電儀表停電;(3)(3)加大加大R6；(4)(4)減小減小R5；(5)(5)電阻體被燒斷。電阻體被燒斷。解：解：(1)當(dāng)溫度升高時(shí),滑動(dòng)觸點(diǎn)將向右移動(dòng),這是因?yàn)楫?dāng)溫度升高后,Rt增加,只有滑動(dòng)觸點(diǎn)向右移,使與Rt串聯(lián)的這個(gè)橋臂的電阻值減小,才能使電橋達(dá)到新的平衡。(2)儀表停電時(shí),指針隨撥隨停,因?yàn)榇藭r(shí)放大器的輸入與輸出均沒有信號(hào),可逆電機(jī)不可能自行轉(zhuǎn)動(dòng)。28例題分析例題分析 (3)加大R6,滑動(dòng)觸點(diǎn)將向右移動(dòng),這是因?yàn)镽6增加,會(huì)使與Rt串聯(lián)的這個(gè)橋臂的電阻值增加,只有滑動(dòng)觸點(diǎn)右移,才能使這個(gè)橋臂的電阻值恢復(fù)到原來的數(shù)值,電橋恢復(fù)平衡。若其他電阻值都不變,增加R6會(huì)使起點(diǎn)溫度降低,這是因?yàn)榛瑒?dòng)觸點(diǎn)移至最左端時(shí),代表的是起始溫度,這時(shí)要使電橋平衡,Rt必然要小一些,以抵消增加R6對(duì)整個(gè)橋臂電阻值的影響。Rt小,就表示這時(shí)的起點(diǎn)溫度降低。29例題分析例題分析 (4)減小R5,量程會(huì)降低,這是因?yàn)镽5減小,滑線電阻組件的等效電阻值減小,使滑動(dòng)觸點(diǎn)由最左端移到最右端的電位差變小,故量程減小。(5)電阻體被燒斷,滑動(dòng)觸點(diǎn)將移向最右端,這是因?yàn)殡娮梵w燒斷后,Rt趨于無窮大,放大器始終有一個(gè)正的電位輸入,可逆電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),直至滑向最右端指針被擋住為止。30