17過程檢測(cè)技術(shù)及儀表--顯示儀表解析

1、第一第一節(jié)節(jié) 顯示儀表的構(gòu)成及基本原理顯示儀表的構(gòu)成及基本原理 在控制系統(tǒng)中顯示儀表具有重要的地位，它可將控制過程中在控制系統(tǒng)中顯示儀表具有重要的地位，它可將控制過程中的參數(shù)變化、被控對(duì)象的過渡過程顯示和記錄下來，供操作的參數(shù)變化、被控對(duì)象的過渡過程顯示和記錄下來，供操作人員及時(shí)了解控制系統(tǒng)的變化情況，掌握被控對(duì)象的狀態(tài)，人員及時(shí)了解控制系統(tǒng)的變化情況，掌握被控對(duì)象的狀態(tài)，是進(jìn)行系統(tǒng)控制、工況監(jiān)視、性能分析及事故評(píng)判等工作所是進(jìn)行系統(tǒng)控制、工況監(jiān)視、性能分析及事故評(píng)判等工作所必不可少的環(huán)節(jié)。必不可少的環(huán)節(jié)。概概 述述顯示儀表：對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行指示、記錄和累計(jì)的儀表。顯示儀表：對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行指示、

2、記錄和累計(jì)的儀表。一般安裝于控制室的儀表架上。一般安裝于控制室的儀表架上。主要分類：主要分類：模擬式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表圖像式顯示儀表 5 0 0 一、一、 模擬顯示儀表模擬顯示儀表用物理模擬方法對(duì)被測(cè)信息實(shí)現(xiàn)顯示的儀表用物理模擬方法對(duì)被測(cè)信息實(shí)現(xiàn)顯示的儀表1. 模擬顯示儀表的基本構(gòu)成形式模擬顯示儀表的基本構(gòu)成形式模擬顯示儀表實(shí)際上是一個(gè)將輸入信號(hào)模擬顯示儀表實(shí)際上是一個(gè)將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于操作人員觀察、轉(zhuǎn)換為便于操作人員觀察、 讀數(shù)或進(jìn)行數(shù)據(jù)讀數(shù)或進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的另一物理量處理的另一物理量(輸出信號(hào)輸出信號(hào))的信號(hào)變換裝的信號(hào)變換裝置。置。 一般模擬顯示儀表對(duì)信號(hào)的變換是多級(jí)一般模擬顯示儀表

3、對(duì)信號(hào)的變換是多級(jí)的，的， 被測(cè)量被測(cè)量x在轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)在轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)y(指針或記指針或記錄筆的位移錄筆的位移)之前要經(jīng)過一系列的中間變換。之前要經(jīng)過一系列的中間變換。 圖圖2 直接變換式儀表組成的檢測(cè)系統(tǒng)直接變換式儀表組成的檢測(cè)系統(tǒng)動(dòng)圈式顯示儀表動(dòng)圈式顯示儀表 動(dòng)圈式顯示儀表動(dòng)圈式顯示儀表磁電式模擬顯示儀表1 1、分類、分類（1 1）配熱電偶（）配熱電偶（XCZ101）的動(dòng)圈式顯示儀表的動(dòng)圈式顯示儀表（2 2）配熱電阻（）配熱電阻（XCZ102）的動(dòng)圈式顯示儀表的動(dòng)圈式顯示儀表2、基本組成、基本組成被測(cè)量測(cè)量線路電流 I測(cè)量機(jī)構(gòu)指針轉(zhuǎn)角 圖圖 3 動(dòng)圈式儀表的測(cè)量機(jī)構(gòu)動(dòng)圈式儀表的測(cè)量機(jī)構(gòu)

4、 1永久磁鐵；永久磁鐵； 2、 6張絲；張絲； 3軟磁芯；軟磁芯； 4熱電偶；熱電偶； 5動(dòng)圈；動(dòng)圈； 7刻度面板；刻度面板； 8指針指針 永久磁永久磁鐵鐵鐵芯鐵芯線圈線圈彈簧游彈簧游絲絲轉(zhuǎn)軸和支轉(zhuǎn)軸和支撐撐指針（1）原理）原理 矩形線圈通有電流矩形線圈通有電流I，置于置于B的磁場(chǎng)中，受力的磁場(chǎng)中，受力矩矩M作用轉(zhuǎn)動(dòng)；作用轉(zhuǎn)動(dòng)；平衡時(shí)有：平衡時(shí)有：M=M反反= C1M=2rFcos=2rnlBIcos =C2ICI指針的轉(zhuǎn)角指針的轉(zhuǎn)角 C靈敏度靈敏度（2）組成）組成a.動(dòng)圈：動(dòng)圈：銅線銅線Rcu20=80 無框架無框架b.磁鋼：磁鋼： 環(huán)形、產(chǎn)生輻射狀磁場(chǎng)；保證動(dòng)圈與磁力線垂直，環(huán)形、產(chǎn)生輻射

5、狀磁場(chǎng)；保證動(dòng)圈與磁力線垂直，夾角為零夾角為零c.張絲：張絲： 支承動(dòng)圈、導(dǎo)流支承動(dòng)圈、導(dǎo)流3、測(cè)量機(jī)構(gòu)及原理、測(cè)量機(jī)構(gòu)及原理（3）溫度補(bǔ)償）溫度補(bǔ)償原因：由于環(huán)境溫度變化，動(dòng)圈電阻變化，使輸出變化。原因：由于環(huán)境溫度變化，動(dòng)圈電阻變化，使輸出變化。補(bǔ)償方法：利用熱敏電阻與錳銅電阻并聯(lián)來進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償方法：利用熱敏電阻與錳銅電阻并聯(lián)來進(jìn)行補(bǔ)償。2050t()R()80604020RDRTRB /RTRBRD +RB /RTRDRTRB（4）量程調(diào)整）量程調(diào)整增加電阻增加電阻R串串可進(jìn)行量程調(diào)整及減少外線路電阻變化的影響?？蛇M(jìn)行量程調(diào)整及減少外線路電阻變化的影響。R串（5）阻尼調(diào)整）阻尼調(diào)整配熱

6、電阻時(shí)，配熱電阻時(shí)， 由于由于R串串較大使儀表出現(xiàn)欠阻尼，故增加較大使儀表出現(xiàn)欠阻尼，故增加R并并R并4、配熱電偶的測(cè)量線路、配熱電偶的測(cè)量線路R串RDRTRB+短短（1）外線路電阻外線路電阻內(nèi)外0),(RRttEI IR外外R熱R補(bǔ)R銅補(bǔ)償器R橋R調(diào)R調(diào)（工作狀態(tài)下調(diào)整）工作狀態(tài)下調(diào)整）（2）正確使用）正確使用型號(hào)配套型號(hào)配套（熱偶、動(dòng)圈、補(bǔ)償器、補(bǔ)償導(dǎo)線）（熱偶、動(dòng)圈、補(bǔ)償器、補(bǔ)償導(dǎo)線）冷端補(bǔ)償冷端補(bǔ)償A只用補(bǔ)償導(dǎo)線只用補(bǔ)償導(dǎo)線儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)在儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)在toB用補(bǔ)償導(dǎo)線加補(bǔ)償電橋用補(bǔ)償導(dǎo)線加補(bǔ)償電橋儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)在儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)在20或或0 儀表不用時(shí)，加短路線以保護(hù)指針儀表不用時(shí)，

7、加短路線以保護(hù)指針5、配熱電阻的測(cè)量線路、配熱電阻的測(cè)量線路采用不平衡電橋測(cè)電阻采用不平衡電橋測(cè)電阻R0RtR2R3c穩(wěn)壓電源R4d+設(shè)：設(shè)：當(dāng)當(dāng)t時(shí)，電橋平衡，時(shí)，電橋平衡，Vcd 動(dòng)圈中無電流通過；動(dòng)圈中無電流通過；當(dāng)當(dāng)t時(shí)，有不平衡電壓時(shí)，有不平衡電壓Vcd輸出輸出Vcd與電阻的變化量成正比。與電阻的變化量成正比。 Rt 采用三線制采用三線制 接入，每根導(dǎo)線的電阻為接入，每根導(dǎo)線的電阻為 （3 ）動(dòng)圈儀表的不足：動(dòng)圈儀表的不足： 測(cè)量的是端電壓測(cè)量的是端電壓V，不是熱電勢(shì)不是熱電勢(shì)E；外線路電阻不是常數(shù)外線路電阻不是常數(shù) V=EIR外外 結(jié)構(gòu)造成非線性結(jié)構(gòu)造成非線性 圖圖3 自動(dòng)平衡式電

8、子電位差計(jì)的閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖自動(dòng)平衡式電子電位差計(jì)的閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 圖圖4 模擬顯示儀表的指示機(jī)構(gòu)類型模擬顯示儀表的指示機(jī)構(gòu)類型(a) 條型指示機(jī)構(gòu)；條型指示機(jī)構(gòu)； (b) 圓弧形刻度指示機(jī)構(gòu)；圓弧形刻度指示機(jī)構(gòu)； (c) 反光鏡式刻度指示機(jī)構(gòu)；反光鏡式刻度指示機(jī)構(gòu)； (d) 圓形指示機(jī)構(gòu)；圓形指示機(jī)構(gòu)； (e) 轉(zhuǎn)鼓式指示機(jī)構(gòu)；轉(zhuǎn)鼓式指示機(jī)構(gòu)； (f) 色帶指示機(jī)構(gòu)色帶指示機(jī)構(gòu) 二、數(shù)字顯示儀表二、數(shù)字顯示儀表把被測(cè)參數(shù)連續(xù)變化的模擬量變換為斷續(xù)的數(shù)字量并以把被測(cè)參數(shù)連續(xù)變化的模擬量變換為斷續(xù)的數(shù)字量并以數(shù)碼形式顯示的儀表數(shù)碼形式顯示的儀表 。被測(cè)參數(shù)前置放大A/D檢測(cè)元件

9、CPU數(shù)字顯示儀表顯示接口 電路顯示器數(shù)字式顯示儀表框圖被測(cè)變量檢測(cè)單元變送器前置放大器AD非線性補(bǔ)償標(biāo)度變換記錄打印數(shù)字顯示報(bào)警系統(tǒng)數(shù)碼輸出數(shù)字顯示儀表的分類數(shù)字顯示儀表的分類 數(shù)字顯示儀表的分類方法很多，數(shù)字顯示儀表的分類方法很多， 常見的有以下幾種：常見的有以下幾種： (1) 按照顯示位數(shù)，按照顯示位數(shù)， 可以分為位、位、可以分為位、位、位、位、 位數(shù)字顯示儀表等。顯示位數(shù)中的整數(shù)部分表示低位數(shù)字顯示儀表等。顯示位數(shù)中的整數(shù)部分表示低位上能夠顯示位上能夠顯示09之間任何數(shù)碼的位數(shù)，之間任何數(shù)碼的位數(shù)， 分?jǐn)?shù)部分的表分?jǐn)?shù)部分的表示最高位只能夠顯示示最高位只能夠顯示0或或1， 分?jǐn)?shù)部分的表示

10、最高位只能分?jǐn)?shù)部分的表示最高位只能夠顯示夠顯示03。2134332142152143(2) 按照采樣速率，按照采樣速率， 可以分為低速型、可以分為低速型、 中速型和高速型數(shù)中速型和高速型數(shù)字顯示儀表。字顯示儀表。 低速型數(shù)字顯示儀表的采樣速率為零點(diǎn)幾次每低速型數(shù)字顯示儀表的采樣速率為零點(diǎn)幾次每秒到幾次每秒；秒到幾次每秒； 中速型的為十幾次每秒到幾百次每秒；中速型的為十幾次每秒到幾百次每秒； 高高速型的為幾千次每秒以上。速型的為幾千次每秒以上。 (3) 按照輸入信號(hào)的形式，按照輸入信號(hào)的形式， 可以分為電壓型和頻率型數(shù)可以分為電壓型和頻率型數(shù)字顯示儀表。字顯示儀表。 前者的輸入信號(hào)為電壓或電流等

11、形式的信號(hào)；前者的輸入信號(hào)為電壓或電流等形式的信號(hào)； 后者的輸入信號(hào)為頻率、后者的輸入信號(hào)為頻率、 脈沖或開關(guān)等形式的信號(hào)。脈沖或開關(guān)等形式的信號(hào)。 (4) 按照輸入信號(hào)的點(diǎn)數(shù)，按照輸入信號(hào)的點(diǎn)數(shù)， 可以分為單點(diǎn)式和多點(diǎn)式數(shù)字可以分為單點(diǎn)式和多點(diǎn)式數(shù)字顯示儀表。顯示儀表。 (5) 按照電路中的主要元器件，按照電路中的主要元器件， 可以分為電子管式、可以分為電子管式、 晶晶體管式、體管式、 集成電路式和帶微處理器式數(shù)字顯示儀表等。集成電路式和帶微處理器式數(shù)字顯示儀表等。 (6) 按照顯示器件，按照顯示器件， 可以分為利用輝光管、可以分為利用輝光管、 熒光管、熒光管、 液液晶、晶、 發(fā)光二極管、發(fā)

12、光二極管、 等離子體等顯示器進(jìn)行顯示的數(shù)字顯示儀等離子體等顯示器進(jìn)行顯示的數(shù)字顯示儀表等。表等。 (7) 按照儀表的功能，按照儀表的功能， 可以分為顯示型、可以分為顯示型、 顯示報(bào)警型、顯示報(bào)警型、 顯示調(diào)節(jié)型和巡回檢測(cè)型數(shù)字顯示儀表等。顯示調(diào)節(jié)型和巡回檢測(cè)型數(shù)字顯示儀表等。 (8) 按照是否具有智能，按照是否具有智能， 可以分為常規(guī)和智能數(shù)字顯示可以分為常規(guī)和智能數(shù)字顯示儀表。儀表。 2. 2 數(shù)字顯示儀表的特點(diǎn) 數(shù)字顯示儀表中由于沒有磁電偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、 伺服電動(dòng)機(jī)等機(jī)械部分， 并且以數(shù)字形式直接顯示測(cè)量結(jié)果， 因此使得它具有了模擬顯示儀表無法比擬的許多優(yōu)點(diǎn)。 其主要特點(diǎn)如下： (1) 準(zhǔn)確度高

13、。 一般通用的數(shù)字顯示儀表要達(dá)到0.05%的準(zhǔn)確度是比較容易的。 高準(zhǔn)確度的數(shù)字顯示儀表的準(zhǔn)確度可達(dá)106數(shù)量級(jí)。 而模擬顯示儀表要達(dá)到0.1%的準(zhǔn)確度也是困難的。 (2) 分辨力高。 例如數(shù)字電壓表的分辨力一般為10 V或1 V， 有的可達(dá)0.1 V。 (3) 無主觀讀數(shù)誤差。 數(shù)字顯示儀表以數(shù)字形式顯示測(cè)量結(jié)果， 讀數(shù)清晰、 客觀。 隨著發(fā)光二極管、 液晶和等離子體等新型顯示器件的應(yīng)用， 讀數(shù)視角更加寬廣， 色彩更加柔和， 大大減輕了觀察者的疲勞。 (4) 測(cè)量速度快。 數(shù)字顯示儀表的測(cè)量速度一般由A/D轉(zhuǎn)換器決定。 根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器工作原理的不同， 數(shù)字顯示儀表的測(cè)量速度可以達(dá)到數(shù)次每秒

14、至數(shù)十萬(wàn)次每秒。 因此， 數(shù)字顯示儀表可以對(duì)變化極快的被測(cè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。 這是模擬顯示儀表無法實(shí)現(xiàn)的。 (5) 能夠以數(shù)字形式輸出結(jié)果。 該特點(diǎn)使得數(shù)字顯示儀表能夠方便地與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，為測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理提供了良好的條件。 同時(shí)， 用數(shù)字量來傳輸信息， 可以使傳輸距離不受限制。 (6) 線路簡(jiǎn)單， 可靠性好， 耐震性強(qiáng)。 數(shù)字顯示儀表普遍采用中、 大規(guī)模集成電路， 簡(jiǎn)化了測(cè)量線路， 提高了可靠性。 并且它沒有磁電偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、 伺服電動(dòng)機(jī)等機(jī)械部分， 也提高了可靠性和耐震性。 (7) 制造、 調(diào)試和維修簡(jiǎn)單。 數(shù)字顯示儀表采用模塊化設(shè)計(jì)方法， 盡管品種繁多，但都是采用為數(shù)不多的、 功能分離的模塊化

15、電路組合而成， 因此有利于制造、 調(diào)試和維修。 三、屏幕顯示儀表三、屏幕顯示儀表包括無紙記錄儀、虛擬儀表和集散控制系統(tǒng)的顯示部分多媒體顯示數(shù)據(jù)計(jì)算處理輸入通道輸入通道插卡實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理PC機(jī)A/D采樣開關(guān)顯示模式第二節(jié)第二節(jié) 模擬自動(dòng)平衡式顯示儀表模擬自動(dòng)平衡式顯示儀表一、自動(dòng)平衡式電子電位差計(jì)一、自動(dòng)平衡式電子電位差計(jì)1. 工作原理及構(gòu)成工作原理及構(gòu)成 自動(dòng)平衡式電子電位差計(jì)和手動(dòng)電位差計(jì)一樣以天自動(dòng)平衡式電子電位差計(jì)和手動(dòng)電位差計(jì)一樣以天平稱重的平衡法（也稱為補(bǔ)償法或零值法）來測(cè)量電平稱重的平衡法（也稱為補(bǔ)償法或零值法）來測(cè)量電勢(shì)，它將被測(cè)電勢(shì)與已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)進(jìn)行比較，當(dāng)二勢(shì)，它將被測(cè)電勢(shì)與

16、已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)進(jìn)行比較，當(dāng)二者的差值為零時(shí)，被測(cè)電勢(shì)就等于已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)。者的差值為零時(shí)，被測(cè)電勢(shì)就等于已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)。 .手動(dòng)電位差計(jì)的原理線路手動(dòng)電位差計(jì)的原理線路 K1ERBIdaRPbEx21GEsf 是標(biāo)準(zhǔn)電池；是標(biāo)準(zhǔn)電池； 是靈敏度較高的檢流計(jì)；是靈敏度較高的檢流計(jì)； 是標(biāo)準(zhǔn)電阻是標(biāo)準(zhǔn)電阻； 是帶有滑觸點(diǎn)的電阻；是帶有滑觸點(diǎn)的電阻； 是可調(diào)電阻；是可調(diào)電阻； 是直流電是直流電源；源； 是單刀雙擲開關(guān)；是單刀雙擲開關(guān)； 是電源開關(guān)是電源開關(guān) , 是被測(cè)電勢(shì)是被測(cè)電勢(shì)工作過程工作過程 第一步調(diào)準(zhǔn)工作電流第一步調(diào)準(zhǔn)工作電流 :合上開關(guān)合上開關(guān) ，把開關(guān)，把開關(guān) 扳向扳向位置位置“1”，調(diào)

17、節(jié)，調(diào)節(jié) 的大小，直到檢流計(jì)的大小，直到檢流計(jì) 指向零指向零 SEGKRPRBREK1KxEKSREI BR1KKG 第二步對(duì)未知電勢(shì)的測(cè)量第二步對(duì)未知電勢(shì)的測(cè)量 : 把把 扳到位置扳到位置“2”，用手滑動(dòng)，用手滑動(dòng) 的觸點(diǎn)，直到的觸點(diǎn)，直到檢流計(jì)檢流計(jì) 指向零指向零 KPRGPabKSPabxRREIRE. 自動(dòng)平衡式電子電位差計(jì)自動(dòng)平衡式電子電位差計(jì) 可配熱電偶或直流信號(hào)發(fā)生器可配熱電偶或直流信號(hào)發(fā)生器 設(shè)被測(cè)信號(hào)為熱電偶的電勢(shì)設(shè)被測(cè)信號(hào)為熱電偶的電勢(shì) ,自動(dòng)的電位差計(jì)的測(cè)自動(dòng)的電位差計(jì)的測(cè)量過程和手動(dòng)電位差計(jì)類似量過程和手動(dòng)電位差計(jì)類似 。自動(dòng)平衡式電子電位差計(jì)組成框圖自動(dòng)平衡式電子電位

18、差計(jì)組成框圖 如下如下自動(dòng)平衡式電子電位差計(jì)組成框圖自動(dòng)平衡式電子電位差計(jì)組成框圖 熱電偶熱電偶同步電機(jī)同步電機(jī)可逆電機(jī)可逆電機(jī)測(cè)量橋路測(cè)量橋路放大器放大器記錄機(jī)構(gòu)記錄機(jī)構(gòu)指示機(jī)構(gòu)指示機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2 .測(cè)量橋路的分析測(cè)量橋路的分析 自動(dòng)電子電位差計(jì)的測(cè)量橋路有兩條支路（分別稱為自動(dòng)電子電位差計(jì)的測(cè)量橋路有兩條支路（分別稱為上支路和下支路），而手動(dòng)電位差計(jì)的測(cè)量橋路只有上支路和下支路），而手動(dòng)電位差計(jì)的測(cè)量橋路只有一條支路一條支路 目前我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的目前我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的XW系列電子電位差計(jì)的上支路系列電子電位差計(jì)的上支路電流為電流為4mA，下支路電流為，下支路電流為2mA 測(cè)量橋路的設(shè)計(jì)計(jì)

19、算測(cè)量橋路的設(shè)計(jì)計(jì)算 橋路計(jì)算的目的是：根據(jù)擬定的橋路形式和測(cè)量范橋路計(jì)算的目的是：根據(jù)擬定的橋路形式和測(cè)量范圍等已知條件，計(jì)算出測(cè)量橋路中各橋臂電阻的阻圍等已知條件，計(jì)算出測(cè)量橋路中各橋臂電阻的阻值值 下支路電阻的計(jì)算下支路電阻的計(jì)算 上支路電阻的計(jì)算上支路電阻的計(jì)算 2. 1測(cè)量橋路中各電阻的作用及要求測(cè)量橋路中各電阻的作用及要求 1) 橋臂電阻橋臂電阻R2在配用熱電偶測(cè)溫時(shí)，在配用熱電偶測(cè)溫時(shí)， 橋臂電阻作為熱電偶冷端橋臂電阻作為熱電偶冷端溫度補(bǔ)償電阻。溫度補(bǔ)償電阻。 現(xiàn)在常用的補(bǔ)償電阻是用銅絲繞制，現(xiàn)在常用的補(bǔ)償電阻是用銅絲繞制， 用符號(hào)用符號(hào)RCu表示。表示。 當(dāng)配用當(dāng)配用K分度熱電

20、偶時(shí)，分度熱電偶時(shí)，RCu=5.33; 當(dāng)配用當(dāng)配用J分度熱分度熱電偶時(shí)，電偶時(shí)， RCu=0.74 , 這些電阻皆為這些電阻皆為25時(shí)的阻值。時(shí)的阻值。 注意：注意： 若電子電位差計(jì)不是配熱電偶使用，若電子電位差計(jì)不是配熱電偶使用， 則則R2應(yīng)為錳銅絲繞制。應(yīng)為錳銅絲繞制。2) 限流電阻限流電阻R3R3是固定電阻，是固定電阻， 用錳銅絲繞制。用錳銅絲繞制。 它與它與R2配合，配合， 使下支路在使下支路在25時(shí)工作電流為時(shí)工作電流為2 mA。 R3的準(zhǔn)確與否的準(zhǔn)確與否直接影響到下支路電流直接影響到下支路電流I2的大小，的大小， 因此對(duì)它的精度因此對(duì)它的精度有較高的要求，有較高的要求， 一般在一

21、般在0.2%以內(nèi)。以內(nèi)。3) 起始值電阻起始值電阻R6 R6是決定儀表起始刻度值（下限）的錳銅電是決定儀表起始刻度值（下限）的錳銅電阻。阻。 它在不同下限的儀表中有不同值，它在不同下限的儀表中有不同值， 下限下限越高，越高， R6越大。越大。4) 限流電阻限流電阻R4R4用錳銅絲繞制。用錳銅絲繞制。 它與它與RHB(RM、 RB和和RH三個(gè)電三個(gè)電阻并聯(lián)后的等效電阻阻并聯(lián)后的等效電阻)、 R6串聯(lián)，串聯(lián)， 使上支路回路電流使上支路回路電流為為4 mA。 5) 滑線電阻滑線電阻RHRH是滑線電阻，除了要求裝配牢靠外，是滑線電阻，除了要求裝配牢靠外， 對(duì)耐磨對(duì)耐磨性、性、 抗氧化性、抗氧化性、 接

22、觸的可靠性以及絕緣性能等方面接觸的可靠性以及絕緣性能等方面應(yīng)有很高的要求，應(yīng)有很高的要求， 尤其是對(duì)線性度的要求。尤其是對(duì)線性度的要求。 在在0.5級(jí)級(jí)儀表中，儀表中， 希望把非線性誤差控制在希望把非線性誤差控制在0.2%范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 6) 湊合電阻湊合電阻(工藝電阻工藝電阻)RB由于滑線電阻由于滑線電阻RH的阻值很難繞得十分準(zhǔn)確，的阻值很難繞得十分準(zhǔn)確， 而而且繞制成的電阻也不能采用增加或減少圈數(shù)的方法來且繞制成的電阻也不能采用增加或減少圈數(shù)的方法來調(diào)整阻值，調(diào)整阻值， 因此給滑線電阻因此給滑線電阻RH并聯(lián)一個(gè)電阻并聯(lián)一個(gè)電阻RB。 利利用用RB的調(diào)整湊合，的調(diào)整湊合， 使并聯(lián)后的電阻值

23、為一固定值使并聯(lián)后的電阻值為一固定值RHRB=90 (精度要求為精度要求為900.1), 然后即把然后即把RH與與RB作為一個(gè)整體來處理。作為一個(gè)整體來處理。7) 量程電阻量程電阻RMRM是決定儀表量程大小的電阻，是決定儀表量程大小的電阻， 它的大小由儀它的大小由儀表測(cè)量范圍及所采用的分度號(hào)（當(dāng)儀表與熱電偶配套表測(cè)量范圍及所采用的分度號(hào)（當(dāng)儀表與熱電偶配套使用時(shí)）決定。使用時(shí)）決定。 RM越大，越大， 與與RH、RB并聯(lián)后的電阻就并聯(lián)后的電阻就越大，因而對(duì)應(yīng)的儀表量程也越大；越大，因而對(duì)應(yīng)的儀表量程也越大； 反之，反之， RM越小越小， 儀表量程就越小。儀表量程就越小。 為了便于儀表量程的微調(diào)

24、，為了便于儀表量程的微調(diào)， RM由由RM與與rM串聯(lián)而串聯(lián)而成，成， 只要調(diào)整只要調(diào)整rM的阻值，的阻值， 即能很方便地微調(diào)儀表量即能很方便地微調(diào)儀表量程。程。3. 測(cè)溫電位差計(jì)測(cè)量橋路計(jì)算測(cè)溫電位差計(jì)測(cè)量橋路計(jì)算按電路中按電路中Y形電路的等效變換可得測(cè)量橋路形電路的等效變換可得測(cè)量橋路的等效計(jì)算電路如圖的等效計(jì)算電路如圖25所示。所示。 圖圖25 測(cè)量橋路的等效計(jì)算電路測(cè)量橋路的等效計(jì)算電路3. 測(cè)溫電位差計(jì)測(cè)量橋路計(jì)算舉例測(cè)溫電位差計(jì)測(cè)量橋路計(jì)算舉例已知：已知： E=1 V， I1=4 mA， I2=2 mA，儀表配用，儀表配用K型熱電偶，型熱電偶， 儀表測(cè)量范圍為儀表測(cè)量范圍為0-800

25、。 環(huán)境溫度變環(huán)境溫度變化范圍為化范圍為tL=5， tH55。 設(shè)計(jì)環(huán)境溫度為設(shè)計(jì)環(huán)境溫度為t025。按照所配用的熱電偶分度號(hào)按照所配用的熱電偶分度號(hào)K和測(cè)溫范圍查分度和測(cè)溫范圍查分度表可得表可得Et(tmax, t0)=(33.2771) mV=32.277 mVEt(tmin, t0)=(01) mV=1 mV 式中式中, tmax=800、 tmin=0分別為被測(cè)溫度的上、分別為被測(cè)溫度的上、 下下限值。限值。 由此得到儀表的量程為由此得到儀表的量程為Etm=Et(tmax, t0)Et(tmin,t0)=33.277 mV 環(huán)境溫度變化在冷端溫度變化最大范圍時(shí)，環(huán)境溫度變化在冷端溫度變

26、化最大范圍時(shí)， 熱熱電偶輸出的變化為電偶輸出的變化為Et(tH, tL)=(2.2290.198) mV=2.031 mV銅電阻溫度系數(shù)銅電阻溫度系數(shù)t0=3.84103 J； 0.03 根據(jù)上述已知數(shù)據(jù)計(jì)算橋路的電阻值。根據(jù)上述已知數(shù)據(jù)計(jì)算橋路的電阻值。 橋路的上支路電阻的計(jì)算舉例橋路的上支路電阻的計(jì)算舉例滑線電阻觸點(diǎn)從左端起點(diǎn)滑向右端終點(diǎn)， 橋路的不平衡電壓應(yīng)恰好與全量程Etm相等， 即I1(12)RHB=Etm式中, 為滑線電阻因受兩邊固定端的影響而滑不到的部分和滑線電阻全長(zhǎng)的比值， 取0.03。 所以所以 850. 84)03. 021 (277.33)21 (1mHBIERt因?yàn)?9

27、0/BHRR故 9090MMHBRRR所以815. 9850. 89090850. 89090HBHBMRRR 電橋式自動(dòng)平衡顯示儀表電橋式自動(dòng)平衡顯示儀表(簡(jiǎn)稱自動(dòng)平衡電橋簡(jiǎn)稱自動(dòng)平衡電橋)將電將電阻類敏感元件直接接入電橋的一個(gè)橋臂，以電橋平阻類敏感元件直接接入電橋的一個(gè)橋臂，以電橋平衡的原理進(jìn)行工作衡的原理進(jìn)行工作 和自動(dòng)平衡電子電位差計(jì)一樣，變化的電勢(shì)經(jīng)放大和自動(dòng)平衡電子電位差計(jì)一樣，變化的電勢(shì)經(jīng)放大器放大后驅(qū)動(dòng)可逆電機(jī)，再帶動(dòng)可調(diào)電位器上的滑器放大后驅(qū)動(dòng)可逆電機(jī)，再帶動(dòng)可調(diào)電位器上的滑動(dòng)觸點(diǎn)，直至輸出電勢(shì)為零，儀表到達(dá)平衡狀態(tài)動(dòng)觸點(diǎn)，直至輸出電勢(shì)為零，儀表到達(dá)平衡狀態(tài) 二、自動(dòng)平衡電橋

28、二、自動(dòng)平衡電橋1.自動(dòng)平衡電橋的自動(dòng)平衡電橋的工作原理工作原理 圖圖 自動(dòng)平衡式直流電子平衡電橋原理圖自動(dòng)平衡式直流電子平衡電橋原理圖當(dāng)被測(cè)溫度為測(cè)溫下限時(shí)， 熱電阻Rt=Rt0， 滑動(dòng)觸點(diǎn)在a點(diǎn)， 電橋平衡，輸出u=0。 橋臂電阻應(yīng)滿足 (Rt0+R1+R6+RH)R3=(R2+R1)R4 （1-75） 當(dāng)被測(cè)溫度升高時(shí)， Rt的電阻值增加， 電橋失去平衡， 輸出u0， 經(jīng)放大器放大， 驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)SM， 通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滑動(dòng)觸點(diǎn)， 使之移到b處， 電橋重新平衡，這時(shí)橋臂電阻應(yīng)滿足(Rt0+Rt+R1+R6+(1n)RH)R3=(R2+R1)(R4+nRH) (1-76) (RtnRH

29、)R3=(R2+R1)nRHtRRRRRn3213（1-77）式(1-77)表明， 電橋滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置n與熱電阻阻值的變化Rt成正比。在橋路設(shè)計(jì)和改量程時(shí)， 必須滿足如下條件： 1、 流過熱電阻的工作電流不得超過允許值, 以免由于熱電阻本身發(fā)熱過大而產(chǎn)生測(cè)量誤差； 2、較高的橋路電壓靈敏度。 1. 普通數(shù)字式顯示儀表普通數(shù)字式顯示儀表檢測(cè)元件檢測(cè)元件前置放大前置放大A/D標(biāo)度變換標(biāo)度變換數(shù)字顯示數(shù)字顯示其它輸出其它輸出形式形式被測(cè)參數(shù)被測(cè)參數(shù)第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表3 數(shù)字顯示儀表的構(gòu)成數(shù)字顯示儀表的構(gòu)成 在工業(yè)過程參數(shù)的測(cè)量中，在工業(yè)過程參數(shù)的測(cè)量中， 被測(cè)信號(hào)通過各種傳感

30、器或被測(cè)信號(hào)通過各種傳感器或變送器轉(zhuǎn)換后，變送器轉(zhuǎn)換后， 幾乎都是隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬信號(hào)。幾乎都是隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬信號(hào)。 因此因此， 在數(shù)字顯示儀表中，在數(shù)字顯示儀表中， 必須要有一個(gè)能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)必須要有一個(gè)能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的環(huán)節(jié)，字信號(hào)的環(huán)節(jié)， 該環(huán)節(jié)就稱為該環(huán)節(jié)就稱為A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器， 它是數(shù)字顯示儀它是數(shù)字顯示儀表的核心。表的核心。 以它為核心，以它為核心， 可以將數(shù)字顯示儀表分為模擬和數(shù)可以將數(shù)字顯示儀表分為模擬和數(shù)字兩大組成部分。字兩大組成部分。 數(shù)字顯示儀表的模擬部分一般設(shè)有濾波器、數(shù)字顯示儀表的模擬部分一般設(shè)有濾波器、 前置放大器前置放大器和模擬切換開

31、關(guān)等環(huán)節(jié)。和模擬切換開關(guān)等環(huán)節(jié)。 來自于傳感器或變送器的電信號(hào)一來自于傳感器或變送器的電信號(hào)一般都比較微弱，般都比較微弱， 并且包含著在傳輸過程中受到的各種干擾成并且包含著在傳輸過程中受到的各種干擾成分。分。 數(shù)字顯示儀表的數(shù)字部分一般由計(jì)數(shù)器、數(shù)字顯示儀表的數(shù)字部分一般由計(jì)數(shù)器、 譯碼器、譯碼器、 時(shí)時(shí)鐘脈沖發(fā)生器、鐘脈沖發(fā)生器、 顯示驅(qū)動(dòng)以及邏輯控制電路等組成。顯示驅(qū)動(dòng)以及邏輯控制電路等組成。 被放大被放大的模擬信號(hào)由的模擬信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)后，轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)后， 經(jīng)譯碼經(jīng)譯碼和驅(qū)動(dòng)，送到顯示器件中進(jìn)行數(shù)字顯示，和驅(qū)動(dòng)，送到顯示器件中進(jìn)行數(shù)字顯示， 也可以送

32、到報(bào)警系也可以送到報(bào)警系統(tǒng)中去報(bào)警。統(tǒng)中去報(bào)警。第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表2. 智能式數(shù)字顯示儀表智能式數(shù)字顯示儀表 由于由于CPU的存在，使顯示儀表的功能大大增加，性能也的存在，使顯示儀表的功能大大增加，性能也有較大的提高，主要特點(diǎn)：有較大的提高，主要特點(diǎn)： 可用軟件方式實(shí)現(xiàn)儀表的標(biāo)度變換和非線性處理；可用軟件方式實(shí)現(xiàn)儀表的標(biāo)度變換和非線性處理； 可以和內(nèi)部或外部存儲(chǔ)設(shè)備相連，保存歷史數(shù)據(jù)；可以和內(nèi)部或外部存儲(chǔ)設(shè)備相連，保存歷史數(shù)據(jù)；必要時(shí)也可隨時(shí)查看歷史數(shù)據(jù)；必要時(shí)也可隨時(shí)查看歷史數(shù)據(jù)； 可方便地對(duì)儀表進(jìn)行設(shè)定，如放大倍數(shù)的設(shè)定，不可方便地對(duì)儀表進(jìn)行設(shè)定，如放大倍數(shù)的設(shè)定，

33、不同檢測(cè)元件的選擇，顯示形式和單位的切換等；同檢測(cè)元件的選擇，顯示形式和單位的切換等； 一般都具有通訊功能，可方便地與其它設(shè)備一起使一般都具有通訊功能，可方便地與其它設(shè)備一起使用；與計(jì)算機(jī)一起構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)式或總線式測(cè)量系統(tǒng)；用；與計(jì)算機(jī)一起構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)式或總線式測(cè)量系統(tǒng)； 有些性能較好的儀表還具有故障的診斷；自校正等有些性能較好的儀表還具有故障的診斷；自校正等功能。功能。 3. 雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 間接比較型間接比較型A/D轉(zhuǎn)換類型定義：即被測(cè)電壓不是直轉(zhuǎn)換類型定義：即被測(cè)電壓不是直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出，而是先轉(zhuǎn)變成一個(gè)中間量，然后接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出，而是先轉(zhuǎn)變成一個(gè)中間量，然后再將中間

34、量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。如時(shí)間間隔、頻率等。再將中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。如時(shí)間間隔、頻率等。雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 間接比較型間接比較型A/D轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度較高、轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度較高、 干干擾抑制能力強(qiáng)、擾抑制能力強(qiáng)、 造價(jià)低等造價(jià)低等. 缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度較低，缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度較低， 通常低于通常低于30次次/s。 應(yīng)用應(yīng)用:各類數(shù)字顯示儀表和低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各類數(shù)字顯示儀表和低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。中。 3.1 雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理轉(zhuǎn)換器的工作原理 雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器屬于間接比較型轉(zhuǎn)換器屬于間接比較型A/D轉(zhuǎn)換類型轉(zhuǎn)換類型。雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換電路首先要能夠?qū)?/p>

35、模擬輸入電壓轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換電路首先要能夠?qū)⒛M輸入電壓轉(zhuǎn)換為時(shí)間間隔，后轉(zhuǎn)變成數(shù)字量輸出。輸出數(shù)據(jù)常以換為時(shí)間間隔，后轉(zhuǎn)變成數(shù)字量輸出。輸出數(shù)據(jù)常以BCD碼或數(shù)碼管七段碼格式給出，碼或數(shù)碼管七段碼格式給出， 以便與數(shù)字顯示以便與數(shù)字顯示器件接口。器件接口。 1. A/D轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理 典型的雙積分型典型的雙積分型A/D轉(zhuǎn)換電路的基本組成如圖轉(zhuǎn)換電路的基本組成如圖5所所示。示。 它的每一次轉(zhuǎn)換通?？梢苑譃檎蚍e分、它的每一次轉(zhuǎn)換通常可以分為正向積分、 反向反向積分和清零準(zhǔn)備三個(gè)工作階段。積分和清零準(zhǔn)備三個(gè)工作階段。第一步：采樣積分，對(duì)電容第一步：采樣積分，對(duì)電容C充電，完成被測(cè)電壓充電，完成被測(cè)電壓U

36、i到平均值的轉(zhuǎn)換，獲得電容的輸出電壓到平均值的轉(zhuǎn)換，獲得電容的輸出電壓UA； 第二步：完成被測(cè)電壓平均值到時(shí)間間隔第二步：完成被測(cè)電壓平均值到時(shí)間間隔T的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換 ； 第三步：將時(shí)間間隔第三步：將時(shí)間間隔T整量化而成數(shù)字量整量化而成數(shù)字量N 。 圖圖5 雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換電路的基本組成轉(zhuǎn)換電路的基本組成1) 正向積分階段正向積分階段 通常，通常， 在進(jìn)入此階段之前，在進(jìn)入此階段之前， 積分電容上的電荷已積分電容上的電荷已經(jīng)被清零，經(jīng)被清零， 計(jì)數(shù)器也已經(jīng)被清零。假設(shè)正向積分階段計(jì)數(shù)器也已經(jīng)被清零。假設(shè)正向積分階段從從t0時(shí)刻開始，時(shí)刻開始， 則在此時(shí)刻邏輯控制電路讓模擬開關(guān)則在此時(shí)刻

37、邏輯控制電路讓模擬開關(guān)S1導(dǎo)通，導(dǎo)通， S2、 S3和和S4斷開，斷開， 同時(shí)打開控制門，同時(shí)打開控制門， 讓時(shí)讓時(shí)鐘脈沖通過，鐘脈沖通過， 從而使計(jì)數(shù)器開始對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，從而使計(jì)數(shù)器開始對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)， 一一直到計(jì)數(shù)器累計(jì)的脈沖數(shù)達(dá)到直到計(jì)數(shù)器累計(jì)的脈沖數(shù)達(dá)到N1為止。為止。 假設(shè)時(shí)鐘脈沖的周期為假設(shè)時(shí)鐘脈沖的周期為Tcp， 則正向積分階段所經(jīng)則正向積分階段所經(jīng)歷的時(shí)間為歷的時(shí)間為T1N1Tcp。 在此期間，在此期間， 輸入電壓輸入電壓Ui經(jīng)緩沖經(jīng)緩沖放大器后加在積分電阻放大器后加在積分電阻R上，上， 則流過則流過R的電流為的電流為IUi/R， 并且此電流全部流進(jìn)積分電容并且此電流全部流進(jìn)

38、積分電容C。 如果在此期間如果在此期間Ui不變，不變， 則則C上的電壓從零開始線性變上的電壓從零開始線性變化，從而使積分器的輸出電壓也從零開始線性變化?；?，從而使積分器的輸出電壓也從零開始線性變化。 若若Ui0， 則積分器的輸出電壓從零開始線性減小；則積分器的輸出電壓從零開始線性減??； 若若Ui0， 則從零開始線性增加，則從零開始線性增加， 如圖如圖6所示。所示。 而且，而且， Ui不不同時(shí)，同時(shí)， 積分器輸出電壓的變化速率也不同，積分器輸出電壓的變化速率也不同， 如圖如圖6中的中的直線和直線所示。直線和直線所示。 圖圖6 積分器的輸出電壓波形積分器的輸出電壓波形 (a) Ui0時(shí)的輸出電壓波

39、形；時(shí)的輸出電壓波形； (b) Ui0時(shí)的輸出電壓波形時(shí)的輸出電壓波形根據(jù)以上分析易知， 到正向積分階段的結(jié)束時(shí)刻t1， 積分器的輸出電壓為icp1i1iINT1d110URCTNUTRCtURCUtt101010d1d1d1iiINTtttttttURCtRUCtICU當(dāng)Ui在正向積分階段內(nèi)不為常量時(shí)， 式(2-17)可以寫成當(dāng)Ui在正向積分階段內(nèi)為常量時(shí)， 式(2-17)可以寫成icp1i1iINT1d110URCTNUTRCtURCUtt(2-17)(2-18)(2-19)2) 反向積分階段反向積分階段 到到t1時(shí)刻，時(shí)刻， 邏輯控制電路首先斷開邏輯控制電路首先斷開S1， 同時(shí)讓計(jì)數(shù)器清

40、同時(shí)讓計(jì)數(shù)器清零，零， 并讓并讓S2或或S3導(dǎo)通，導(dǎo)通， 其它模擬開關(guān)狀態(tài)不變。其它模擬開關(guān)狀態(tài)不變。 于是，于是， 計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器又從器又從t1時(shí)刻開始累計(jì)時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)。時(shí)刻開始累計(jì)時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)。 至于應(yīng)該讓至于應(yīng)該讓S2還是還是S3導(dǎo)通，導(dǎo)通， 取決于正向積分階段取決于正向積分階段Ui的極性。的極性。 若若Ui0， 則讓則讓S2導(dǎo)導(dǎo)通，通， 使負(fù)的基準(zhǔn)電壓使負(fù)的基準(zhǔn)電壓UR 加到緩沖放大器的輸入端；加到緩沖放大器的輸入端； 若若Ui0， 則讓則讓S3導(dǎo)通，導(dǎo)通， 使正的基準(zhǔn)電壓使正的基準(zhǔn)電壓UR加到緩沖放大器的加到緩沖放大器的輸入端。于是，輸入端。于是， 積分器的輸出電壓開始反方向線性變化，積分器的輸出電壓開始反方向線性變化， 即即無論原來是正的還是負(fù)的，無論原來是正的還是負(fù)的， 絕對(duì)值均開始線性減小。絕對(duì)值均開始線性減小。 但是，但是， 與正向積分階段不同的是，與正向積分階段不同的是， 此時(shí)流出此時(shí)流出C的的電流電流I為常量，為常量， 即即IUR/R或或IUR/R。 因此，因此， 此階此階段積分器輸出電壓的變化速率固