第四章 顯示儀表

顯示儀表顯示單元將控制過程中的參數(shù)變化、被控對象的過渡過程顯示和記錄下來，供操作人員及時了解控制系統(tǒng)的變化情況，以進行系統(tǒng)控制、工況監(jiān)視、性能分析以及事故評判等。

凡能將生產(chǎn)過程中各種參數(shù)進行指示、記錄或累積的儀表。分類模擬式顯示儀表數(shù)字顯示儀表屏幕顯示儀表顯示儀表第一節(jié)模擬式顯示儀表一、自動平衡電子電位差計

電位差計是用來測量電勢或電位的,當它與熱電偶配合時,可以用來測量和顯示溫度。3

電位差計的工作原理是根據(jù)平衡法(也稱補償法、零值法)將被測電勢與已知的標準電勢相比較，當兩者的差值為零時，被測電勢就等于已知的標準電勢。R為線性度很高的錳銅線繞電阻，通過它的電流I是恒定的。G為檢流計，它是個靈敏度很高的電流計。

測量時，可調(diào)節(jié)滑動觸點C的位置，以使RCB上的壓降UCB變化，則得UCB=IRCB;1.手動電子電位差計的工作原理UCB＞Et時或UCB＜Et時，檢流計有電流流過，指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；UCB＝Et時，檢流計中無電流流過，I檢＝0。巳知電壓UCB正好和未知熱電勢Et平衡，

Et=UCB（條件：I檢=0）

根據(jù)滑動觸點的位置，可以讀出UCB，這樣就達到了對未知熱電勢測量的目的。

用可逆電機代替人工操作（傳動機械），用放大器代替檢流計。

由于采用了穩(wěn)壓電源供電，原電路中的調(diào)整工作電流電阻RH以及標準電流回路均可以去掉

為了提高橋路的靈敏度，用放大器取代檢流計，并用放大后的不平衡電壓△U輸出驅(qū)動“可逆電機”，通過傳動系統(tǒng)帶動滑動觸點C，自動調(diào)平衡（代替手動），直至△U=0，才可以讀數(shù)。2.自動電子電位差計的工作原理實際電子電位差計正常工作（即：與熱電偶配接使用時），應考慮以下問題：冷端溫度補償具體電路實現(xiàn)：增加橋式測量電路，用銅電阻補償零點遷移和量程遷移下限問題上限問題量程匹配問題第一節(jié)模擬式顯示儀表53.自動電子電位差計的測量橋路

電位差計測量橋路原理圖第一節(jié)模擬式顯示儀表（1）冷端溫度補償問題

舉例用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度，其熱端溫度不變，而冷端溫度從０℃升高到25℃，這時熱電勢將降低１mV，儀表指針會指示偏低。

如果把R２做成隨溫度變化的電阻，且在溫度從0℃升高到25℃時，其阻值變化量ΔR2＝0.5Ω，這時，電阻R2上的電壓降UDB也增大，ΔUDB＝ΔR2·I2＝1mV。為了統(tǒng)一規(guī)格，上支路的電流規(guī)定為4mA（或2mA），下支路電流規(guī)定2mA（或1mA）。因為測量橋路的補償電壓UCD＝UCB－UDB，現(xiàn)在UDB增加了1mV，那么UCD就會減少1mV，此時滑動觸點C的平衡位置不需變化。由于UCD的變化與熱電勢的變化相等，故能起到溫度補償作用，使儀表的指示值基本不受冷端溫度變化的影響。7（2）量程匹配問題

電位差計測量橋路原理圖R2—冷端補償銅電阻；RM—量程電阻；RB—工藝電阻；RP—滑線電阻；R4—終端電阻（限流電阻）；R3—限流電阻；RG—始端電阻；E—穩(wěn)壓電源1V；I1—上支路電流4mA；I2—下支路電流2mA①R2銅電阻裝在儀表后接線板上以使其和熱電偶冷端處于同一溫度。②下支路限流電阻R3

它與R2配合，保證了下支路回路的工作電流為2mA。

③上支路限流電阻R4把上支路的工作電流限定在4mA。④滑線電阻RP

儀表的示值誤差、記錄誤差、變差、靈敏度以及儀表運行的平滑性等都和滑線電阻的優(yōu)劣有關(guān)。

⑤量程電阻RM決定儀表量程大小的電阻。⑥始端（下限）電阻RG

大小取決于測量下限的高低。4自動電子電位差計的結(jié)構(gòu)4

電子電位差計原理圖

電子電位差計既保持了手動電位差計測量精度高的優(yōu)點，而且無須用手去調(diào)節(jié)就能自動指示和記錄被測溫度值。結(jié)論熱電偶測量橋路放大器可逆電機指示機構(gòu)記錄機構(gòu)同步電機穩(wěn)壓電源

電子電位差計原理方框圖第一節(jié)模擬式顯示儀表二、自動電子自動平衡電橋12（1）平衡電橋測溫原理利用平衡電橋來測量熱電阻變化。平衡電橋

當被測溫度為下限時，Rt有最小值Rt0，滑動觸點應在RP的左端，此時電橋的平衡條件是第一節(jié)模擬式顯示儀表

滑動觸點B的位置就可以反映電阻的變化，亦即反映了溫度的變化。并且可以看到觸點的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。結(jié)論當被測溫度升高后的平衡條件是用式（6-4）減式（6-3），則得13第一節(jié)模擬式顯示儀表14（2）自動電子平衡電橋

電子平衡電橋原理方框圖

為了準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。

自動平衡電橋工作原理第一節(jié)模擬式顯示儀表15自動電子平衡電橋與自動電子電位差計的比較相同處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、同步電機及指示記錄部分都是完全相同的。第一節(jié)模擬式顯示儀表不同處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。當用熱電偶配電子電位差計測溫時，其測量橋路需要考慮熱電偶冷端溫度的自動補償問題；而用熱電阻配電子平衡電橋測溫時，則不存在這個問題。16第二節(jié)數(shù)字式顯示儀表一、數(shù)字式顯示儀表的原理及其特點17

數(shù)字式顯示儀表是能將被測的連續(xù)電量(模擬量)自動地變成斷續(xù)量,然后進行數(shù)字編碼,并將測量結(jié)果以數(shù)字顯示的電測儀表。A/D變換器電子計數(shù)器顯示器模擬量數(shù)字量讀出

數(shù)字式顯示儀表方框圖

準確度、靈敏度高;

讀數(shù)方便、清晰直觀、不會產(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轉(zhuǎn)換,可自動檢查故障、報警以及完成指定的邏輯程序;可以方便地實現(xiàn)多點測量;可以與電子計算機配合,給出一定形式的編碼輸出。特點18第二節(jié)數(shù)字式顯示儀表二、模-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。主要任務主要有間接法和直接法兩種。工作方法19第二節(jié)數(shù)字式顯示儀表三、電子計數(shù)器

當用間接法進行數(shù)碼轉(zhuǎn)換時,是先將模擬量轉(zhuǎn)換為與之對應的時間間隔或頻率,然后必須再將時間間隔或頻率轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,才能進行計數(shù)。時間間隔測量原理框圖20第二節(jié)數(shù)字式顯示儀表四、顯示器輝光數(shù)碼管示意圖數(shù)碼管驅(qū)動電路21第二節(jié)數(shù)字式顯示儀表五、數(shù)字式顯示儀表的基本組成數(shù)字式溫度顯示儀表的基本組成22第二節(jié)數(shù)字式顯示儀表六、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)點結(jié)合起來,兩者相互取長補短,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)成數(shù)字模擬混合記錄儀。23第三節(jié)新型顯示儀表一、無紙記錄儀24

以CPU為核心采用液晶顯示的記錄儀，直接把記錄信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號后，送到隨機存儲器加以保存，并在大屏液晶顯示屏上加以顯示。無筆、無紙記錄儀的原理方框圖第三節(jié)新型顯示儀表無筆、無紙記錄儀的特點：

①液晶全動態(tài)顯示,并有背光功能。②輸入信號多樣化,并以工業(yè)專用微處理器CPU為核心,從而實現(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。③無紙、無筆、無墨水,無一切機械轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu),無需日常維護。④精度高：實時顯示,±0.2%;曲線及棒圖顯示,±0.5%。⑤具有與上位機通訊的標準,可靠性高,價格與一般記錄儀相仿。25二、虛擬顯示儀表利用計算機強大的功能來完成顯示儀表所有的工作。

26采樣開關(guān)模數(shù)轉(zhuǎn)換個人計算機實時數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)計算處理多媒體顯示顯示模式輸入通道輸入通道插卡虛擬顯示儀表原理框圖第三節(jié)新型顯示儀表虛擬顯示儀表的特點有:

使用簡單方便。結(jié)構(gòu)簡單。性能優(yōu)越。27例題分析圖6-5是自動平衡電橋的工作原理圖。請問在下列情況時,儀表的指針(即滑動觸點的位置)、起點溫度、儀表量程會如何變化?簡述其原因?(1)溫度升高；(2)儀表停電;(3)加大R6；(4)減小R5；(5)電阻體被燒斷。解：(1)當溫度升高時,滑動觸點將向右移動,這是因為當溫度升高后,Rt增加,只有滑動觸點向右移,使與Rt串聯(lián)的這個橋臂的電阻值減小,才能使電橋達到新的平衡。

(2)儀表停電時,指針隨撥隨停,因為此時放大器的輸入與輸出均沒有信號,可逆電機不可能自行轉(zhuǎn)動。28例題分析(3)加大R6,滑動觸點將向右移動,這是因為R6增加,會使與Rt串聯(lián)的這個橋臂的電阻值增加,只有滑動觸點右移,才能使這個橋臂的電阻值恢復到原來的數(shù)值,電橋恢復平衡。若其他電阻值都不變,增加R6會使起點溫度降低,這是因為滑動觸點移至最左端時,代表的是起始溫度,這時要使電橋平衡,Rt必然要小一些,以抵消增加R6對整個橋臂電阻值的影響。R