熱工測量及儀表-第4章-顯示儀表

第四章顯示儀表

第一節(jié)概述第二節(jié)模擬式顯示儀表第三節(jié)數字式顯示儀表第四節(jié)常用顯示儀表簡介第五節(jié)儀表防爆知識顯示儀表：凡能將生產過程中各種參數進行指示、記錄或累積的儀表。一、定義

顯示儀表是指接收檢測元件(包括敏感元件、傳感器、變送器等)輸出信號，通過適當的處理和轉換，以易于識別的形式將被測參數表現出來的裝置。第一節(jié)概述典型工業(yè)自動檢測儀表控制系統結構圖3第一節(jié)概述二、分類顯示儀表按使用的能源分為氣動顯示儀表和電動顯示儀表；按顯示方式可以分為模擬式、數字式和屏幕式三大類。還有一類稱為記錄儀的特殊顯示裝置。近年來，隨著計算機多媒體技術的快速發(fā)展，利用計算機來取代實際的顯示儀表，形成了所謂的虛擬顯示儀表的概念。顯示儀表4第一節(jié)概述

模擬式顯示儀表就是用標尺、指針、曲線等方式顯示和記錄被測變量的測量值。模擬式顯示儀表工作可靠，價格低廉，能滿足一定的精度要求，但結構復雜，讀數不直觀，重現性差。測量儀表傳感器被測變量Y測量值Z顯示儀表（去控制室）第二節(jié)模擬式顯示儀表1.動圈式顯示儀表

動圈表可以與熱電偶、熱電阻、壓力變送器、差壓變送器及流量變送器相配合，用來指示工業(yè)對象的溫度、壓力和流量參數，也可以對直流毫伏信號進行顯示。各種被測參數只要通過傳感器或變送器轉換成相應的電信號，就可由動圈表直接進行顯示。在動圈表中增加一些附加控制電路，還可以實現報警及控制功能。動圈表型號意義：

XCZ：顯示、磁電、指示

XCT：顯示、磁電、控制使用時的注意事項：注意配套使用；適當調整外接電阻；運輸時，短路保護。動圈式顯示儀表動圈式顯示儀表的外型~220v動圈制動盤后接線示意圖

XCZ-101(與熱電偶配套）XCZ-102（與熱電組配套）（一）XCZ-101型動圈式顯示儀表的工作原理（1）結構動圈式顯示儀表由動圈、張絲、磁鐵、指針、表盤五部分組成。

NS+-015X10°Cxcz--102R并R熱mVR串（2）工作原理

根據電磁感應原理，當有mV信號加在動圈兩端時，形成一個閉合回路，便有電流流過動圈，載流動圈在磁場中將受到電磁場的作用。根據左手定則，磁力線穿過手心，四指指向電流方向，拇指就是導體受力方向，這個力使動圈轉動，使動圈轉動的力和綁定動圈的張絲力相等時，動圈停在某一位置，指針指示出溫度的大小。設指針移動的角位移為αUR總α=KII==E(t,t0)R內+R外R內=R動

+

R串+R熱R并R外=R熱偶+

R補+R連+R調

=15Ω（3）電路中各電阻的作用R串：

R串電阻值較大，使動圈的電阻值隨溫度變化而引起的測量誤差相對R串較小，以至于可忽略不計，目的是減小測量顯示誤差。R調：

熱電偶的連接導線有長有短，為保證R總=常數，調整R調使R外=15Ω

R熱敏與R并：

R熱敏與R并兩個電阻是動圈的溫度補償電阻。因為動圈是銅導線繞制的，當溫度升高時，動圈的電阻值R動就會增加，在電壓信號不變的情況下，I將減小，動圈顯示儀表的指針指示會偏低，此時，R熱敏的電阻值也會隨著溫度自動減少，與R并并聯后的電阻值會更小，其作用是自動補償R動隨溫度變化的特性，使回路中總電阻值保持不變。反應容器~220v補償器R調熱電偶與動圈表配套使用實際連線（二）XCZ-102型動圈式顯示儀表的工作原理

由動圈表的工作原理可知，動圈表實際上是一個毫伏計，即測量電壓的大小并加以顯示的。熱電偶恰好將被測溫度轉換成mV信號的大小，可直接和動圈表相連顯示其溫度，但熱電阻是將溫度轉換成電阻的大小，不能直接送到動圈表上加以顯示，必須先經過一個橋路將電阻的大小轉換成mV信號的大小再和動圈表連接。因此XCZ-102型動圈式顯示儀表與XCZ-101型動圈式顯示儀表相比，在結構上應多了一個電橋。+U=220v—R13R11RtR4R12R2R1R3動圈表ab（1）工作原理熱電阻調整電阻橋路電阻R3×(R1+R11+Rt0)=R4×(R2+R12)當t=0℃時,電橋平衡，Rt=Rt0Ua=Ub

,Uab

=Ua-Ub=0由于加在動圈兩端的電壓為0，所以動圈表指針指在0的位置；t=0℃,升高時,電橋失去平衡，Rt0增大ΔRt，R3×(R1+R11+Rt0+ΔRt，)=R4×(R2+R12)Ua=Ub

,Uab=Ua-Ub=0

由于加在動圈兩端的電壓不為0，所以動圈表指針指在相應的位置上。（2）熱電阻的三線制接法

1）什么是三線制的接法？

從熱電阻本身引出三根線。其中兩根將熱電阻連接在電橋的橋臂上。另一根連到電橋電源的負極上。2）為什么采用三線制接法

因為熱電阻安裝在測量現場，動圈表安裝在控制臺或控制室，兩者之間要通過連接導線連接，而連接導線容易受環(huán)境溫度的影響引起導線電阻值的變化。當連接在兩個橋臂上時，其變化可以互相抵消一部分。從而減小對儀表讀數的影響。~220v動圈制動反應容器熱電阻與動圈表配套使用實際連線+U=220v—R13R11RtR4R12R2R1R3動圈表ab1.R1+R11+R連1=5Ω2.R2+R12+R連2=5Ω3.R13+R連3=5Ω調整電阻的作用與大?。?）動圈式顯示儀表使用注意事項1、型號要匹配動圈式顯示儀表分為XCZ-101和XCZ-102兩種類型，每種類型又分為好幾個型號，一定要注意動表的型號和熱電偶、熱電阻的型號匹配。2、冷端補償與三線制

熱電偶和動圈表之間要考慮冷端補償問題；熱電阻和動圈表之間要考慮三線制接法問題。3、調整電阻

調整R調，一定要保證熱電偶的R外=15Ω；保證熱電阻的各支路R外=5Ω。2.自動平衡式顯示儀表自動平衡顯示儀表工作原理圖自動平衡式顯示儀表第二節(jié)模擬式顯示儀表自動平衡顯示儀表工作原理圖（1）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。自動平衡式顯示儀表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，而且無須用手去調節(jié)就能自動指示和記錄被測溫度值。結論熱電偶測量橋路放大器可逆電機指示機構記錄機構同步電機穩(wěn)壓電源

電子電位差計原理方框圖（1）自動平衡電子電位差計自動電子電位差計的測量橋路

XW系列電位差計測量橋路原理圖（1）自動平衡電子電位差計橋路中各電阻的作用

(a)滑線電阻

RP與工藝電阻RB

改變滑動觸點在

RP上的位置,可以產生不同的橋路輸出電壓以平衡熱電偶的熱電勢。(b)始端(下限)電阻RG

RG的大小取決于測量下限的高低。(c)量程電阻RM

RM是決定儀表量程大小的電阻。它的大小由儀表測量范圍與所采用的熱電偶分度號來決定。（1）自動平衡電子電位差計(e)冷端溫度補償電阻R2

降低了測量誤差。(d)上支路限流電阻R4

把上支路的工作電流限定在4mA。(f)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。

（a）平衡電橋測溫原理利用平衡電橋來測量熱電阻變化。圖5-4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（1）（2）電子自動平衡電橋

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系。結論當被測溫度升高后的平衡條件是（2）用式（2）減式（1），則得（3）（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值，將熱電阻的連接采用三線制接法，并加外接調整電阻。

自動平衡電橋工作原理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）在外形結構上十分相似。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。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。3.聲光式顯示儀表聲光式顯示儀表是以聲音或光柱的變化反映被測參數超越極限或模擬顯示被測參數的連續(xù)變化的儀表。XXS-10型閃光報警儀第二節(jié)模擬式顯示儀表第三節(jié)數字式顯示儀表一、概述

數字式顯示儀表是把與被測參數成一定函數關系的連續(xù)變化的模擬量，變換為斷續(xù)的數字量顯示的儀表。數字式顯示儀表與模擬式顯示儀表相比，具有測量準確度高、顯示速度快以及沒有讀數誤差等優(yōu)點，在需要時，還可輸出數字量與數字計算機等裝置聯用，因而在現代測量技術中得到廣泛應用。(一)數字式顯示儀表的分類按輸入信號的不同，數字式顯示儀表可分為電壓型(輸入連續(xù)的電壓或電流信號)頻率型(輸入連續(xù)可變的頻率或脈沖序列信號)；按使用場合不同，數字式顯示儀表可分為實驗用和工業(yè)用兩類。(二)數字式顯示儀表的性能指標數字式顯示儀表的主要性能指標有：量程；分辨率；準確度。此外還有響應時間、數據輸出、絕緣電壓、環(huán)境要求等指標。(三)數字式顯示儀表的特點二、數字顯示儀表的構成數字式顯示儀表是由前置放大器、模擬-數字信號(A/D)轉換器、非線性補償器、標度變換以及顯示裝置等部分組成。由檢測元件送來的電流或電壓信號，經前置放大器放大，然后經A/D轉換器轉換成數字量信號，最后由數字顯示器顯示其讀數。模-數轉換、非線性補償和標度變換是數字式顯示儀表的三要素，其核心環(huán)節(jié)是模-數轉換器。數字式顯示儀表組成框圖模擬顯示的特點：直觀光柱顯示的特點：一目了然智能數顯儀表

AXM系列智能顯示儀表，主芯片采用OFP封裝的小型化表面帖裝大規(guī)模集成電路，片內帶硬件看門狗及10位A／D、D／A；能夠直接控制14位LED顯示(每位8段)；具有3路模擬量輸入、3路模擬量輸出、3個開關量輸入、5個開關量輸出。XD900智能數顯表測量精度：數顯0.5級，光柱1級

報警功能：上限、下限可任意設置，報警繼電器輸出256VAC/1A、輸出一組24V/50mA直流電源，專供變送器用電源：220VAC/50Hz功耗：小于4W

XMZ系列數字顯示儀

由于該系列儀表的輸入采用了數字校正、自校準技術以及多重保護和隔離設計，因此，有效消除了溫漂和時漂引起的測量誤差，抗干擾能力強，可靠性高，測量準確穩(wěn)定。

XMZ系列數字顯示儀的面板上包括測量值顯示窗PV、參數設置鍵、數據移位鍵、數據減少鍵、數據增加鍵、下限報警AL2指示燈、上限報警AL1指示燈等。儀表上電后，儀表顯示窗口PV顯示測量值，若輸入的測量信號超出量程時，則顯示窗顯示“orAL”。XMZ系列數字顯示儀圖像顯示特點:能顯示復雜的圖形和曲線，但價格昂貴。帶RS-232接口的萬用表及圖像顯示特點:能在計算機中存儲測量到的波形及數據，可隨時重放，價格適中。記錄儀主要用來記錄被檢測對象的動態(tài)變化過程。1.無紙記錄儀

以CPU為核心采用液晶顯示的記錄儀，直接把記錄信號轉化成數字信號后，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四節(jié)其他顯示儀表簡介無紙記錄儀有紙記錄儀無紙記錄儀顯示界面1.無紙記錄儀無筆、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,無一切機械轉動結構,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。1.無紙記錄儀無紙記錄儀

SWP-SSR無紙記錄儀是智能化的多功能二次儀表，適合于對各種過程參量進行監(jiān)測，控制，記錄與數據遠傳。

1、可接受多路被測信號，根據用戶設定要求完成從信號采集，控制，記錄，追憶到傳送的全過程。

2、可直接與帶有RS232串行口的打印機連接，完成定時打印，即時打印或報警打印。

3、儀表的串行通訊接口可與上位機進行數據傳輸，實現記錄數據的集中管理。無紙記錄儀的特點

VPR200/300系列無紙記錄儀采用單片微處理器為核心、大屏幕液晶單色或彩色顯示、具有溫壓補償、PID調節(jié)、智能調理、靈巧總線、電子儲存、萬能輸入、在線自校正、自診斷和高精度、高性能、高可靠性、維護量低、無易耗品等特點。作為普通有紙記錄儀的更新換代產品被廣泛應用于化工、輕工、環(huán)保、生化、制藥、食品等行業(yè)。2.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。

采樣開關模數轉換個人計算機實時數據管理數據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虛擬顯示儀表的特點有:

使用簡單方便。結構簡單。性能優(yōu)越。34智能顯示儀表數據處理裝置數據處理裝置主要是指計算機，將復雜的系統用到頻譜分析儀。氣動儀表從本質上來說具有防爆性能(不可能產生火花)。電動儀表必須采取必要的防爆措施才具有防爆性能。原因：在某些生產現場存在著各種易燃、易爆氣體（煉油、化工等生產現場）。安裝在這種危險場所的儀表如果產生火花，就容易引起爆炸，因而必須具有防爆性能。第5節(jié)防爆儀表知識防爆儀表的分類防爆儀表的分級和分組防爆儀表的標志標準：國家標準GB3836.1《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備通用要求》標志：iaIICT5，iaIICT6，dIIBT3……5.1防爆儀表的分類s特殊型

n無火花型

q充沙型

o充油型

p正壓型

i本質安全型

e增安型

d隔爆型

按照國標GB3836.1規(guī)定，防爆電氣設備分為兩大類：

I類：煤礦井下用電氣設備

II類：工廠用電氣設備

II類(工廠用)電氣設備又分為8種類型。其標志如下：

在爆炸性氣體或蒸汽中使用的儀表，引起爆炸主要有兩方面原因：2.儀表過高的表面溫度II類(工廠用)防爆儀表的分級和分組就是針對上述兩個方面進行的。1.儀表產生能量過高的電火花或儀表內部因故障產生的火焰通過表殼的縫隙引燃儀表外的氣體或蒸汽防爆儀表的分級0.45>MICR0.5≥dmaxIIC0.8≥MICR≥0.450.9>dmax>0.5IIBMICR>0.8dmax≥0.9IIAMICRdmax(mm)級別根據：最大試驗安全間隙dmax

或

最小點燃電流的比值MICR

防爆儀表的分組根據：儀表最高表面溫度

450T1300T2200T3135T485100最高表面溫度T6T5溫度組別儀表的最高表面溫度=實測最高表面溫度―實測時環(huán)境溫度

+規(guī)定最高環(huán)境溫度防爆儀表的標志防爆儀表的防爆標志為“Ex”；儀表的防爆等級標志的順序為：防爆型式、類別、級別、溫度組別。儀表常見的防爆等級有iaIICT5(iaIICT6)和dIIBT3二種。前者表示II類本質安全型ia等級C級T5組；后者表示II類隔爆型B級T3組。防爆儀表的分級與分組，與易燃易爆氣體或蒸汽的分級和分組是相對應的。

硝酸乙脂二硫化碳乙炔氫、水煤氣IIC乙醚、二乙醚二甲醚、丙烯醛、碳化氫環(huán)氧丙烷、丁二烯、乙烯丙烯脂、二甲醚、環(huán)丙烷、市用煤氣IIB亞硝酸乙脂乙醛、三甲胺環(huán)乙烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、汽油、煤油、柴油、戊醇、己醇、環(huán)乙醇乙醇、丁醇、丁烷、醋酸丁脂、醋酸戊脂、環(huán)戊烷、丙烯、乙苯、甲醇、丙醇甲烷、氨、乙烷、丙烷、丙酮、苯、甲苯、一氧化碳、丙烯酸、甲脂、苯乙烯、醋酸乙脂、醋酸、氯苯、醋酸甲脂IIAT685～100℃

T5100～135℃

T4135～200℃

T3200～300℃

T2300～400℃

T1>450℃

組別

過程控制儀表的防爆措施過程控制儀表主要有:

隔爆型防爆儀表本質安全型防爆儀表隔爆型防爆儀表特點：儀表的電路和接線端子全部置于防爆殼體內

防爆措施：采用耐壓80～100N/cm2以上的表殼表殼外部的溫升不得超過由易爆性氣體或蒸汽的引燃溫度所規(guī)定的數值表殼接合面的縫隙寬度及深度，應根據它的容積和易爆性氣體的級別采用規(guī)定的數值使用注意：*揭開儀表表殼后，將失去了防爆性能

*長期使用會逐漸降低防爆性能本質安全型防爆儀表正常狀態(tài)指在設計規(guī)定條件下的工作狀態(tài)，故障狀態(tài)指電路中非保護性元件損壞或產生短路、斷路、接地及電源故障等情況。本質安全型防爆儀表也稱安全火花型防爆儀表。這種儀表，在正常狀態(tài)下或規(guī)定的故障狀態(tài)下產生的電火花和熱效應均不會引起規(guī)定的易爆性氣體混合物爆炸。本質安全型ia和ib兩個等級分別表示：ia

等級

在正常工作、一個故障和兩個故障時均不能點燃爆炸性氣體混合物的電氣設備。ib

等級

在正常工作和一個故障時不能點燃爆炸性氣體的電氣設備。5.2安全柵安全柵能與各種現場的一次儀表配合，組成本質安全防爆系統，用于現代化工業(yè)的自動化過程控制，廣泛地用于石油化工、冶金、醫(yī)藥、船舶等領域?？上拗莆ｋU能量進入不安全場所。安全柵是保證過程控制系統具有安全火花防爆性能的關健儀表。安全柵是構成安全火花防爆系統的關鍵儀表，其作用是：一方面保證信號的正常傳輸另一方面控制流入危險場所的能量在爆炸性氣體或爆炸性混合物的點火能量以下，以確保系統的安全火花性能。常用的安全柵有兩種：一種是齊納式安全柵