厉玉鸣《化工仪表及自动化》课件第六章 显示仪表

化 学 工 业 出 版 社 化 工 仪 表 及 自 动 化第 六 章 显 示 仪 表 化 学 工 业 出 版 社 内 容 提 要n 模 拟 式 显 示 仪 表n 自 动 平 衡 电 子 电 位 差 计n 电 子 自 动 平 衡 电 桥n 数 字 式 显 示 仪 表n 数 字 式 显 示 仪 表 的 原 理 及 其 特 点n 模 -数 变 换 器n 电 子 计 数 器n 显 示 器n 数 字 式 显 示 仪 表 的 基 本 组 成n 数 字 模 拟 混 合 记 录 仪n 新 型 显 示 仪 表 n 无 纸 记 录 仪n 虚 拟 显 示 仪 表 1 化 学 工 业 出 版 社 概 述 凡 能 将 生 产 过 程 中 各 种 参 数 进 行 指 示 、 记 录 或累 积 的 仪 表 。 模 拟 式 显 示 仪 表数 字 显 示 仪 表屏 幕 显 示 仪 表 2 化 学 工 业 出 版 社 第 一 节 模 拟 式 显 示 仪 表n一 、 自 动 平 衡 电 子 电 位 差 计 电 位 差 计 是 用 来 测 量 电 势 或 电 位 的 ,当 它 与 热 电 偶配 合 时 ,可 以 用 来 测 量 和 显 示 温 度 。 根 据 这 种 电 压 平 衡 原 理 来 进 行 工 作 。 3 化 学 工 业 出 版 社 第 一 节 模 拟 式 显 示 仪 表 4图 6-1 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 ，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 热电偶 测量桥路 放大器 可逆电机 指 示 机 构记 录 机 构同 步 电 机稳 压 电 源图 6-2 电 子 电 位 差 计 原 理 方 框 图 化 学 工 业 出 版 社 第 一 节 模 拟 式 显 示 仪 表 5图 6-3 XW系 列 电 位 差 计 测 量 桥 路 原 理 图 化 学 工 业 出 版 社 第 一 节 模 拟 式 显 示 仪 表桥 路 中 各 电 阻 的 作 用 改 变 滑 动 触 点 在 RP上 的位 置 ,可 以 产 生 不 同 的 桥 路 输 出 电 压 以 平 衡 热 电 偶 的 热 电势 。 RG的 大 小 取 决 于 测 量 下 限 的 高低 。 R M是 决 定 仪 表 量 程 大 小 的 电 阻 。 它 的 大小 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 第 一 节 模 拟 式 显 示 仪 表 降 低 了 测 量 误 差 。nPG RRIER 14 把 上 支 路 的 工 作 电 流 限 定 在 4mA。（ 6-1）(6)下 支 路 限 流 电 阻 R 3 它 与 R2配 合 ， 保 证 了 下 支 路 回 路的 工 作 电 流 为 2mA。 223 RIER （ 6-2）7 化 学 工 业 出 版 社 第 一 节 模 拟 式 显 示 仪 表举 例 例 6-1 用 镍 铬 -镍 硅 热 电 偶 配 电 子 电 位 差 计 测 量 某 炉温 ,温 度 的 测 量 范 围 在 400900 。 图 6-4是 电 位 差 计测 量 桥 路 。 已 知 E=1V； I1=4mA； I2=2mA； R2= 5.33； RP RB=90。 试 根 据 测 温 要 求 确 定 桥 路 中的 其 他 电 阻 值 。 图 6-4 电 位 差 计 测 量 桥 路 解 ： 根 据 镍 铬 -镍 硅 热 电 偶 分度 表 (第 五 章 附 录 三 )查 得 400 900 对 应 的 热 电 势 为16.395 37.325mV。 8 化 学 工 业 出 版 社 第 一 节 模 拟 式 显 示 仪 表 mVCCERIRIU GCD 395.160,400221 假 定 由 于 R2的 存 在 ,实 现 了 冷 端 温 度 的 全 补 偿 ,故 冷 端温 度 的 变 化 对 热 电 势 的 影 响 可 以 不 予 考 虑 。 当 温 度 在 测 量下 限 400 时 ,滑 动 触 点 移 至 滑 线 电 阻 的 最 左 端 ,此 时 根 据 76.64 33.52395.16395.16 1 22I RIRG得 根 据 测 量 范 围 的 要 求 ,滑 线 触 点 由 滑 线 电 阻 的 最 左 端移 至 最 右 端 ,电 压 差 应 为 mV93.20395.16325.37 9 化 学 工 业 出 版 社 第 一 节 模 拟 式 显 示 仪 表 23.5493.2093.204IRnP因 此 ,RP、 RB、 RM并 联 后 的 等 效 电 阻 RnP应 为 01.23823.576.641000 14 nPG RRIER已 知 RP RB= 90,可 求 得 R M5. 55。 67.49433.521000223 RIER根 据 式 (6-2),可 得 10 化 学 工 业 出 版 社 第 一 节 模 拟 式 显 示 仪 表 以 上 计 算 都 是 粗 略 的 ,在 进 行 精 确 的 计 算 时 ,还 要 考 虑 许 多 实 际 的 情 况 ,例 如 滑 线 电 阻 RP的两 端 一 般 是 移 不 到 头 的 。 所 以 在 计 算 RG、 R4时必 须 考 虑 这 种 情 况 。 注 意 11 化 学 工 业 出 版 社 第 一 节 模 拟 式 显 示 仪 表n二 、 电 子 自 动 平 衡 电 桥 12 利 用 平 衡 电 桥 来 测 量 热 电 阻 变 化 。图 6-5 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 423 0 RRRRR Pt （ 6-3） 化 学 工 业 出 版 社 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 14213 0 rRRrRRRR Ptt 当 被 测 温 度 升 高 后 的 平 衡 条 件 是 （ 6-4）tt RRR RrrRRrRR 32 3112313用 式 （ 6-4） 减 式 （ 6-3） ， 则 得 （ 6-5）13 化 学 工 业 出 版 社 第 一 节 模 拟 式 显 示 仪 表 14 图 6-7 电 子 平 衡 电 桥 原 理 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 。 图 6-6 自 动 平 衡 电 桥 工 作 原 理 化 学 工 业 出 版 社 第 一 节 模 拟 式 显 示 仪 表 15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 。 化 学 工 业 出 版 社 第 一 节 模 拟 式 显 示 仪 表它 们 测 量 的 电 量 形 式 不 相 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 。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 ， 则 不 存 在 这 个 问 题 。 16 化 学 工 业 出 版 社 第 二 节 数 字 式 显 示 仪 表n一 、 数 字 式 显 示 仪 表 的 原 理 及 其 特 点 17 数 字 式 显 示 仪 表 是 能 将 被 测 的 连 续 电 量 (模 拟 量 )自动 地 变 成 断 续 量 ,然 后 进 行 数 字 编 码 ,并 将 测 量 结 果 以 数字 显 示 的 电 测 仪 表 。 A/D变 换 器 电 子 计 数 器 显 示 器模 拟 量 数 字 量 读 出图 6-8 数 字 式 显 示 仪 表 方 框 图 化 学 工 业 出 版 社 第 二 节 数 字 式 显 示 仪 表 准 确 度 、 灵 敏 度 高 ; 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 ; 仪 表 的 量 程 和 被 测 量 的 极 性 可 自 动 转 换 ,可 自 动 检 查故 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 与 电 子 计 算 机 配 合 ,给 出 一 定 形 式 的 编 码 输 出 。 18 化 学 工 业 出 版 社 第 二 节 数 字 式 显 示 仪 表n二 、 模 -数 变 换 器将 连 续 变 化 的 模 拟 量 变 换 成 断 续 的 数 字 量 。 主 要 任 务主 要 有 间 接 法 和 直 接 法 两 种 。 工 作 方 法 19 化 学 工 业 出 版 社 第 二 节 数 字 式 显 示 仪 表n三 、 电 子 计 数 器 当 用 间 接 法 进 行 数 码 转 换 时 ,是 先 将 模 拟 量 转 换 为与 之 对 应 的 时 间 间 隔 或 频 率 ,然 后 必 须 再 将 时 间 间 隔 或频 率 转 换 为 数 字 量 ,才 能 进 行 计 数 。 图 6-9 时 间 间 隔 测 量 原 理 框 图 BATfN 计 数20 化 学 工 业 出 版 社 第 二 节 数 字 式 显 示 仪 表n四 、 显 示 器 图 6-10 辉 光 数 码 管 示 意 图 图 6-11 数 码 管 驱 动 电 路21 化 学 工 业 出 版 社 第 二 节 数 字 式 显 示 仪 表n五 、 数 字 式 显 示 仪 表 的 基 本 组 成 图 6-12 数 字 式 温 度 显 示 仪 表 的 基 本 组 成22 化 学 工 业 出 版 社 第 二 节 数 字 式 显 示 仪 表n六 、 数 字 模 拟 混 合 记 录 仪 为 了 使 数 字 式 记 录 仪 与 模 拟 式 记 录 仪 的 优 点 结 合起 来 ,两 者 相 互 取 长 补 短 ,可 以 在 数 字 式 显 示 仪 表 的 基础 上 加 上 模 拟 式 显 示 记 录 仪 表 的 记 录 部 分 ,构 成 数 字 模拟 混 合 记 录 仪 。 23 化 学 工 业 出 版 社 第 三 节 新 型 显 示 仪 表n一 、 无 纸 记 录 仪 24 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 。 图 6-13 无 笔 、 无 纸 记 录 仪 的 原 理 方 框 图 化 学 工 业 出 版 社 第 三 节 新 型 显 示 仪 表无笔、无纸记录仪的特点： 液 晶 全 动 态 显 示 , 并 有 背 光 功 能 。 输 入 信 号 多 样 化 ,并 以 工 业 专 用 微 处 理 器 CPU为 核 心 ,从 而 实 现 了 高 性 能 、 多 回 路 的 监 测 ,并 随 意 放 大 、 缩 小 地显 示 在 显 示 屏 上 。 无 纸 、 无 笔 、 无 墨 水 ,无 一 切 机 械 转 动 结 构 ,无 需 日 常维 护 。 精 度 高 ： 实 时 显 示 , 0.2%;曲 线 及 棒 图 显 示 , 0.5%。 具 有 与 上 位 机 通 讯 的 标 准 ,可 靠 性 高 ,价 格 与 一 般 记 录仪 相 仿 。 25 化 学 工 业 出 版 社 第 三 节 新 型 显 示 仪 表n二 、 虚 拟 显 示 仪 表 26采 样开 关 模 数转 换 个 人 计 算 机实 时数 据 管 理 数 据计 算 处 理 多 媒 体显 示显 示模 式输 入 通 道 输 入 通 道 插 卡图 6-14 虚 拟 显 示 仪 表 原 理 框 图 化 学 工 业 出 版 社 第 三 节 新 型 显 示 仪 表虚 拟 显 示 仪 表 的 特 点 有 : 使 用 简 单 方 便 。 结 构 简 单 。 性 能 优 越 。 27 化 学 工 业 出 版 社 例 题 分 析图 6-5是 自 动 平 衡 电 桥 的 工 作 原 理 图 。 请 问 在 下 列 情 况 时 ,仪 表 的 指 针 (即 滑 动 触 点 的 位 置 )、 起 点 温 度 、 仪 表 量 程会 如 何 变 化 ?简 述 其 原 因 ? (1)温 度 升 高 ； (2)仪 表 停 电 ; (3)加 大 R6； (4)减 小 R5； (5)电 阻 体 被 烧 断 。 解 ： (1)当 温 度 升 高 时 ,滑 动 触 点 将 向 右 移 动 ,这 是 因 为 当温 度 升 高 后 ,R t增 加 ,只 有 滑 动 触 点 向 右 移 ,使 与 Rt串 联 的 这个 桥 臂 的 电 阻 值 减 小 ,才 能 使 电 桥 达 到 新 的 平 衡 。 (2)仪 表 停 电 时 ,指 针 随 拨 随 停 ,因 为 此 时 放 大 器 的 输入 与 输 出 均 没 有 信 号 ,可 逆 电 机 不 可 能 自 行 转 动 。 28 化 学 工 业 出 版 社 例 题 分 析 (3)加 大 R6,滑 动 触 点 将 向 右 移 动 ,这 是 因 为 R6增 加 ,会 使 与 Rt串 联 的 这 个 桥 臂 的 电 阻 值 增 加 ,只 有 滑 动 触 点右 移 ,才 能 使 这 个 桥 臂 的 电 阻 值 恢 复 到 原 来 的 数 值 ,电 桥恢 复 平 衡 。 若 其 他 电 阻 值 都 不 变 ,增 加 R6会 使 起 点 温 度降 低 ,这 是 因 为 滑 动 触 点 移 至 最 左 端 时 ,代 表 的 是 起 始 温度 ,这 时 要 使 电 桥 平 衡 ,Rt必 然 要 小 一 些 ,以 抵 消 增 加 R6对 整 个 桥 臂 电 阻 值 的 影 响 。 R t小 ,就 表 示 这 时 的 起 点 温度 降 低 。 29 化 学 工 业 出 版 社 例 题 分 析 (4)减 小 R5,量 程 会 降 低 ,这 是 因 为 R5减 小 ,滑 线 电阻 组 件 的 等 效 电 阻 值 减 小 ,使 滑 动 触 点 由 最 左 端 移 到最 右 端 的 电 位 差 变 小 ,故 量 程 减 小 。 (5)电 阻 体 被 烧 断 ,滑 动 触 点 将 移 向 最 右 端 ,这 是因 为 电 阻 体 烧 断 后 ,Rt趋 于 无 穷 大 ,放 大 器 始 终 有 一 个正 的 电 位 输 入 ,可 逆 电 机 转 动 ,直 至 滑 向 最 右 端 指 针 被挡 住 为 止 。 30 化 学 工 业 出 版 社