化工仪表及自动化（厉玉鸣）（第三版） 第6章 显示仪表

化工仪表及自动化,第六章 显示仪表,内容提要,模拟式显示仪表 自动平衡电子电位差计 电子自动平衡电桥 数字式显示仪表 数字式显示仪表的原理及其特点 模-数变换器 电子计数器 显示器 数字式显示仪表的基本组成 数字模拟混合记录仪 新型显示仪表 无纸记录仪 虚拟显示仪表,1,概述,显示仪表： 凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表。,2,第一节 模拟式显示仪表,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。,2.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。,3,第一节 模拟式显示仪表,4,图6-1 电子电位差计原理图,第一节 模拟式显示仪表,5,2.自动电子电位差计的测量桥路,图6-3 XW系列电位差计测量桥路原理图,第一节 模拟式显示仪表,桥路中各电阻的作用,(1)滑线电阻 RP与工艺电阻 RB 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。,(2)始端 (下限)电阻 RG RG的大小取决于测量下限的高低。,(3)量程电阻RM RM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,第一节 模拟式显示仪表,(5)冷端温度补偿电阻 R2 降低了测量误差。,7,第一节 模拟式显示仪表,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 400900对应的热电势为16.39537.325mV。,8,第一节 模拟式显示仪表,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,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,9,第一节 模拟式显示仪表,因此,RP、RB、RM并联后的等效电阻 RnP应为,已知 RPRB= 90,可求得 R M5. 55。,根据式(6-2),可得,10,第一节 模拟式显示仪表,11,第一节 模拟式显示仪表,二、电子自动平衡电桥,12,（1）平衡电桥测温原理,利用平衡电桥来测量热电阻变化。,图6-5 平衡电桥,第一节 模拟式显示仪表,13,第一节 模拟式显示仪表,14,（2）自动电子平衡电桥,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,第一节 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,相同处,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。,第一节 模拟式显示仪表,不同处,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,第二节 数字式显示仪表,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。,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,第二节 数字式显示仪表,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,第二节 数字式显示仪表,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,20,第二节 数字式显示仪表,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,第二节 数字式显示仪表,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,第二节 数字式显示仪表,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,第三节 新型显示仪表,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,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,第三节 新型显示仪表,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。,26,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,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,Rt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,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。Rt小,就表示这时的起点温度降低。,29,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,END,