第四章 显示仪表

1/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第四章第四章 显示仪表显示仪表第一节第一节动圈式显示仪表动圈式显示仪表 第二节第二节 自动电子电位差计自动电子电位差计 第三节第三节 自动电子平衡电桥自动电子平衡电桥 第四节第四节 DDZ-IIIDDZ-III型显示仪表型显示仪表 第五节第五节 数字式显示仪表数字式显示仪表第六节第六节 新型显示记录仪表新型显示记录仪表 2/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第一节第一节 动圈式显示仪表动圈式显示仪表 电动电动按能源分类按能源分类 显示仪表显示仪表 气动气动 模拟式模拟式按显示方式分类按显示方式分类 数字式数字式 显示仪表显示仪表 图像式图像式 3/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一凡是可转变成直流电压的信号凡是可转变成直流电压的信号,均可均可用动圈式显示仪表用动圈式显示仪表 1.1.测量机构及作用原理测量机构及作用原理 工作原理图工作原理图 P.107 P.107 图图4-14-1 工作过程：工作过程：第一节第一节 动圈式显示仪表动圈式显示仪表实际温度实际温度t t热电偶热电偶热电势热电势mVmVR R串串、动圈、动圈回路回路电流电流I I动圈动圈磁场磁场磁力磁力线圈、指针转动线圈、指针转动标尺标尺显示温度显示温度t t 4/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一2.2.外接电阻和外接调整电阻外接电阻和外接调整电阻 第一节第一节 动圈式显示仪表动圈式显示仪表内内外外总总RRttERttEI ),(),(00 只有当只有当R R总总和和t t0 0为定值时，电流为定值时，电流I I才与才与所测温度一一对应所测温度一一对应，而，而R R内内属于仪表内部，属于仪表内部，出厂时已确定，仪表使用时设法保持出厂时已确定，仪表使用时设法保持R R外外一定。一定。热电偶现场接线图热电偶现场接线图 P.107P.107图图4-24-2 R R外外=R R热热 +R R补补 +R R铜铜 +R R调调 规定规定 R R外外=15=15 5/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 3.3.动圈的温度补偿动圈的温度补偿(原理图原理图)R R动动-线圈电阻线圈电阻,当仪表环境温度当仪表环境温度t0t0时，时，R R动动-R R内内，测量误差，测量误差。R RT T 补偿补偿(热敏热敏)电阻电阻，t t0 0RRT T 补偿补偿R R动动的变化；的变化；R R并并使使R R并并/R RT T对对R R动动的温度补偿效果最佳的温度补偿效果最佳；R R串串 量程电阻量程电阻。XCZ-101XCZ-101接线原理图接线原理图 “短短”端子的作用端子的作用:短接短接R R动动电阻，避免动电阻，避免动圈仪表搬运时线圈剧烈晃动而损坏。圈仪表搬运时线圈剧烈晃动而损坏。第一节第一节 动圈式显示仪表动圈式显示仪表 6/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 1.1.不平衡电桥不平衡电桥 第一节第一节 动圈式显示仪表动圈式显示仪表作用作用：将：将RtRt的变化转变的变化转变为电桥输出电压变化。为电桥输出电压变化。温度温度tRtUcdtRtUcd注注：实际接线时，：实际接线时，热电阻热电阻RtRt与电桥相与电桥相距较远距较远 7/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一2.2.三线制与外接调整电阻三线制与外接调整电阻 第一节第一节 动圈式显示仪表动圈式显示仪表缺点缺点：两个连接：两个连接导线电阻导线电阻R R1 1在同在同一桥臂上，一桥臂上，当环当环境温度变化时，境温度变化时，将引起较大的测将引起较大的测量误差量误差。不平衡电桥的不平衡电桥的二线连二线连接接方式，如图所示。方式，如图所示。8/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一三线制接法：三线制接法：(图图)将两个连接导线电阻将两个连接导线电阻R R1 1加在相邻两桥加在相邻两桥臂上，当环境温度变化时，臂上，当环境温度变化时，R R1 1对电对电桥输出的影响可相互抵消一部分，从桥输出的影响可相互抵消一部分，从而而减小测量误差减小测量误差，此时从热电阻到电，此时从热电阻到电桥有三根连接线，所以称桥有三根连接线，所以称三线制接法。三线制接法。规定规定:XCZ-102XCZ-102连接线电阻为连接线电阻为3 35 5XCZ-102XCZ-102接线图见接线图见P.108P.108图图4-44-4 第一节第一节 动圈式显示仪表动圈式显示仪表 9/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一1.1.注意测温元件与显示仪表注意测温元件与显示仪表配套配套使用；使用；2.2.注意调整注意调整外接调整电阻外接调整电阻；3.3.搬运时搬运时注意将注意将短路端短路短路端短路，可阻尼，可阻尼动圈转动。动圈转动。实际上将动圈本身短接实际上将动圈本身短接成一成一回路回路。第一节第一节 动圈式显示仪表动圈式显示仪表 10/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 自动电子电位差计自动电子电位差计由电压平衡原理由电压平衡原理图可知，测未知图可知，测未知电压的电压的方法方法是：是：用已知电压与用已知电压与未知电压相平衡未知电压相平衡来测未知电压来测未知电压。11/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一特点：特点：可自动调整滑线触头可自动调整滑线触头C C，但，但测量测量结果受电源电压影响较大结果受电源电压影响较大。第二节第二节 自动电子电位差计自动电子电位差计 12/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 测量桥路原理图测量桥路原理图 演示演示（1 1）冷端温度补偿问题）冷端温度补偿问题 U=UU=UCDCD-E-Et t,U,UCDCD=U=UCBCB-U-UDBDB铜电阻铜电阻R R2 2:t t0 0 Et Et R RCUCUUUDBDB U UCDCD U U不变不变 可见，仪表示值基本不受冷端温度的影响可见，仪表示值基本不受冷端温度的影响。所以，所以，R R2 2为冷端温度补偿电阻为冷端温度补偿电阻。第二节第二节 自动电子电位差计自动电子电位差计 13/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一（2 2）量程匹配问题）量程匹配问题 (原理图原理图)零点电阻零点电阻R RG G：R RG GU UCDCD，所能测的，所能测的EtEt，即，即测量下限测量下限。上、下支路限流电阻上、下支路限流电阻R3R3、R4:R4:滑线电阻滑线电阻R RP P:工艺电阻工艺电阻R RB B:使使R RP P/R/RB B=90=90或或300300 量程电阻量程电阻R RM M:R RM M I IM MU UCDCD 测量范围测量范围 第二节第二节 自动电子电位差计自动电子电位差计 14/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一工作原理工作原理演示演示 第二节第二节 自动电子电位差计自动电子电位差计 15/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 当在测量下限时，电桥平衡当在测量下限时，电桥平衡 R R3 3(R(Rt0t0+R+RP P)=R)=R2 2R R4 4 当所测温度上升时当所测温度上升时 R Rt t r r1 1 R R3 3(R(Rt0t0+R+Rt t+R+RP P-r-r1 1)=R=R2 2(R(R4 4+r+r1 1)整理，得整理，得 第三节第三节 自动电子平衡电桥自动电子平衡电桥tRRRRr3231触点触点B B的位置决定的位置决定r r1 1的值。的值。（演示演示)可见，可见，B B的位置与的位置与RRt t一一对应。一一对应。16/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一工作原理图工作原理图 RtRt 热电阻热电阻 （R R5 5+r+r5 5）调量程的电阻调量程的电阻 （R R6 6+r+r6 6）调零电阻调零电阻 R R2 2、R R3 3、R R4 4 限流电阻限流电阻 R R1 1 外线调整电阻外线调整电阻采用采用三线制接法三线制接法，规定为规定为R R1 1=2.5=2.5。工作原理工作原理演示演示 组成方框图组成方框图 第三节第三节 自动电子平衡电桥自动电子平衡电桥 17/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一相同点：相同点：外形、组成相似。外形、组成相似。不同点不同点:（1 1）输入信号输入信号不同；不同；（2 2）测量稳定时）测量稳定时,前者电桥处于不平衡状前者电桥处于不平衡状态态,后者处于平衡状态后者处于平衡状态。（3 3）前者前者与热电偶配套，与热电偶配套，需考虑冷端温需考虑冷端温度自动补偿问题度自动补偿问题，而后者不存在该问题。，而后者不存在该问题。（4 4）输入）输入前者采用两线制接法前者采用两线制接法,后者采用后者采用三线制接法。三线制接法。（5 5）供电电源，）供电电源，前者是直流电，后者是前者是直流电，后者是直流电也可为交流电直流电也可为交流电。第三节第三节 自动电子平衡电桥自动电子平衡电桥 18/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一1.电动记录仪的整机结构电动记录仪的整机结构 第四节第四节 DDZ-IIIDDZ-III型显示仪表型显示仪表 19/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一2.测量组件的工作原理测量组件的工作原理 第四节第四节 DDZ-IIIDDZ-III型显示仪表型显示仪表总之，记录仪采用总之，记录仪采用电压负反馈电压负反馈的原的原理而工作。理而工作。20/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一3.DDZ-III型记录仪的特点型记录仪的特点24V24V直流电源直流电源线性及逻辑集成电路线性及逻辑集成电路1-5V1-5V输入信号输入信号无机械触点、无滑动部件无机械触点、无滑动部件长条形外形长条形外形记录采用宝石笔尖，纵向记录，墨水记录采用宝石笔尖，纵向记录，墨水瓶随同笔杆上、下移动瓶随同笔杆上、下移动 第四节第四节 DDZ-IIIDDZ-III型显示仪表型显示仪表 21/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一特点：特点：显示醒目、形象直观、精度稳定、显示醒目、形象直观、精度稳定、耐颠震等，并可上、下限报警；电源耐颠震等，并可上、下限报警；电源为为24VDC24VDC或或220VAC220VAC，输入信号为，输入信号为1-5V1-5V或或4-204-20mAmA。结构原理框图结构原理框图 第四节第四节 DDZ-IIIDDZ-III型显示仪表型显示仪表 光柱显示器光柱显示器(几百个发光二极管组成几百个发光二极管组成)组成组成 报警机构报警机构(比较器、报警设定等比较器、报警设定等)其它其它模拟显示仪表示例模拟显示仪表示例 22/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第五节第五节 数字式显示仪表数字式显示仪表 23/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第五节第五节 数字式显示仪表数字式显示仪表 一般组成：一般组成：模模-数转换、非线性补数转换、非线性补偿及标度变换偿及标度变换。数字式显示仪表组成方案数字式显示仪表组成方案 24/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一作用：作用：将连续变化的将连续变化的模拟量转换成模拟量转换成与其成比例的断续变化的与其成比例的断续变化的数字量数字量,便于进行数字显示。便于进行数字显示。第五节第五节 数字式显示仪表数字式显示仪表 时间间隔时间间隔常用常用方法方法 电压电压 数字转换数字转换 机械量机械量实际：实际：非电量非电量电压电压V V数字量数字量D D关键：关键：V-DV-D转换转换。V-DV-D转换方法：转换方法：双积分型、逐次比较型等。双积分型、逐次比较型等。25/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一作用：作用：可对所接受的脉冲进行可对所接受的脉冲进行逢十逢十进一的计数。进一的计数。还可还可通过译码器译成通过译码器译成十个状态（十个状态（0-90-9），驱动数码管），驱动数码管，将被测数据显示出来将被测数据显示出来。第五节第五节 数字式显示仪表数字式显示仪表 晶体晶体振荡器振荡器闸门闸门计数器计数器放大整形放大整形被测信号被测信号fATB计数计数 N=fA.TB 26/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一作用：作用：将计数器将计数器的某一的某一状态保存状态保存下下来，供译码显示用。来，供译码显示用。第五节第五节 数字式显示仪表数字式显示仪表 27/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一数字显示方法：数字显示方法：将计数器的将计数器的脉冲数脉冲数通过译码器通过译码器译成对应显示二进制数译成对应显示二进制数再由再由辉光数码管、发光二极辉光数码管、发光二极 管和管和液晶显示参数值液晶显示参数值等。等。如图，数码显示数字如图，数码显示数字“5”5”。第五节第五节 数字式显示仪表数字式显示仪表 123456712345671101101数码管数码管真真 值值其二进制数为：其二进制数为：28/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一作用：作用：补偿输入信号与被测参数之补偿输入信号与被测参数之间的非线性关系，从而间的非线性关系，从而使显示值和使显示值和与被测参数之间呈线性关系与被测参数之间呈线性关系。第五节第五节 数字式显示仪表数字式显示仪表 实际实际tEt mV实际实际t显显示示tEt mV显显示示t 29/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一标度变换的作用：标度变换的作用：将测量值进行一定的比例变换，使将测量值进行一定的比例变换，使仪表直接显示工程值。仪表直接显示工程值。数字式显示仪表示例数字式显示仪表示例 第五节第五节 数字式显示仪表数字式显示仪表 30/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一新型记录仪，即为无笔、无纸记新型记录仪，即为无笔、无纸记录仪。它是以录仪。它是以CPUCPU为核心，采用液晶显为核心，采用液晶显示的记录仪。示的记录仪。不存在机械传动、纸张不存在机械传动、纸张和笔，而是将数字信号在和笔，而是将数字信号在RAMRAM中保存，中保存，并在液晶屏上显示，可随意放大、缩并在液晶屏上显示，可随意放大、缩小，也可与上位计算机通讯实现打印小，也可与上位计算机通讯实现打印和磁盘或光盘保存信息等。和磁盘或光盘保存信息等。实物图实物图 第六节第六节 新型显示记录仪表新型显示记录仪表 31/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第六节第六节 新型显示记录仪表新型显示记录仪表 一般端子板可接一般端子板可接1-81-8个模拟量，输入处个模拟量，输入处理单元主要是理单元主要是A/DA/D转换器，其它与计算转换器，其它与计算机原理相似。机原理相似。32/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一1.1.实时单通道显示实时单通道显示可显示日期、时间、工程单位、棒图、可显示日期、时间、工程单位、棒图、曲线图显示、报警显示、手动曲线图显示、报警显示、手动/自动翻自动翻页操作等。页操作等。2.2.组态界面（六种组态）组态界面（六种组态）时间及通道；时间及通道；页面及记录间隔；页面及记录间隔；通 道 信 息；通 道 信 息；通 讯 信 息；通 讯 信 息；显示画面选择；显示画面选择；报警信息。报警信息。第六节第六节 新型显示记录仪表新型显示记录仪表 33/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一模拟式显示表：模拟式显示表：以仪表的指针以仪表的指针(或记录笔或记录笔)的线位移的线位移 (或角位移或角位移)来模拟显示参数变化的仪表。来模拟显示参数变化的仪表。第一节第一节 动圈式显示仪表动圈式显示仪表 34/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一数字显示表：数字显示表：直接以数字形式显示被测参数的仪表直接以数字形式显示被测参数的仪表.图像显示表：图像显示表：将图形、曲线、字符和数字等直接在将图形、曲线、字符和数字等直接在 屏幕上进行显示。屏幕上进行显示。第一节第一节 动圈式显示仪表动圈式显示仪表 35/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一第一节第一节 动圈式显示仪表动圈式显示仪表 36/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一第一节第一节 动圈式显示仪表动圈式显示仪表 37/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一第一节第一节 动圈式显示仪表动圈式显示仪表 38/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一第一节第一节 动圈式显示仪表动圈式显示仪表 39/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 自动电子电位差计自动电子电位差计 40/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 自动电子平衡电桥自动电子平衡电桥 41/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 自动电子平衡电桥自动电子平衡电桥 42/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第四节第四节 DDZ-IIIDDZ-III型显示仪表型显示仪表 43/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第四节第四节 DDZ-IIIDDZ-III型显示仪表型显示仪表 44/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第四节第四节 DDZ-IIIDDZ-III型显示仪表型显示仪表 45/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第四节第四节 DDZ-IIIDDZ-III型显示仪表型显示仪表 46/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第四节第四节 DDZ-IIIDDZ-III型显示仪表型显示仪表 47/47十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第六节第六节 新型显示记录仪表新型显示记录仪表