1、6 显示仪表,6.0 显示仪表概述,本章主要内容：,6.1 模拟式显示仪表,6.2 数字式显示仪表,6.3 新型显示仪表,重点掌握：电子电位差计及自动平衡电桥的工作原理。线性化相关知识标度变换相关知识,6.0 概述,用于参数的指示、记录、累积的仪表统称为显示仪表或称为二次仪表。显示仪表的分类：,6.0.1模拟式显示仪表,原理：检测元件和变送器将被测变量（物理量或化学量）变换成另一物理量，此物理量随被测变量的变化作相应变化，这种变化是对被测变量的模拟。方式：利用标尺、指针、曲线等方法。组成：信号变换、放大环节、磁电偏转机构及指示记录机构特点：工作可靠、价格低廉，能够反映和记录测量值的变化趋势。缺
2、点：结构较复杂， 读数不够直观，测量速度不够迅速，测量重现性不好,6.0 概述,6.0.2数字式显示仪表,功能：直接用数字量显示或以数字形式记录打印被测变量值的仪表。可以和多种传感器配合测量、显示各种工艺参数，并且可以进行巡回检测、越限报警及实现生产过程自动控制。方式：数字式。组成：由一些必要电路组成，没有模拟式显示仪表中所必需的机械运动机构。模/数转换器。特点：显示清晰直观，无读数视差。测量和显示速度、测量准确性高，重现性好。,6.0 概述,6.0.3新型显示仪表,特点：涉及微处理技术、新型显示技术、记录技术、数据存储技术和控制技术，把信号检测处理、显示、记录、数据存储、通讯、控制、复杂数学
3、运算等多个或全部功能集合于一体。,6.0 概述,自动平衡式显示仪表配以不同的检测仪表可以实现电量与非电量的测量。自动平衡式仪表按原理可分为电子电位差计与电子自动平衡电桥两大类。其构成如图所示。,自动平衡式显示仪表的构成示意图,6.1 模拟式显示仪表,1、手动电位差计（1）测量原理图（P.102）,6.1.1 自动电子电位差计,（2）工作原理 电位差计是用补偿法（又称平衡法、比较法、零位法）进行测量的仪表。,（3）恒定电源工作原理第一步是校准工作电流；第二步是先将开关K置于位置2，然后用上述原理测量未知电势Et。,1、手动电位差计,6.1.1 自动电子电位差计,4,图6-1 电子电位差计原理图,
4、2、自动电子电位差计 （1）原理方框图,6.1.1 自动电子电位差计,2、自动电子电位差计,（2）工作原理,6.1.1 自动电子电位差计,图6-3 XW系列电位差计测量桥路原理图,3、测量桥路中各电阻的作用及要求 （1） R3 ，R4限流电阻，起着限制电流的作用。（2）RG起始电阻，确定仪表指针在起始端位置。（3）R2自由端温度补偿电阻。用铜丝绕制(桥路其他电阻全部为锰铜电阻)，阻值随环境温度变化，能自动补偿热电偶自由端温度变化的影响。温度补偿范围通常为050。不同分度号的电子电位差计，R2的数值是不相同的。（4）Rp为滑线电阻。（5）RB为工艺电阻。（6）RM为量程电阻，是决定仪表电量程大小
5、的电阻。,6.1.1 自动电子电位差计,小结功能：与温度、流量、压力、差压、成分等变送器配接，可以测量和显示能转换成毫伏及直流电压信号的工艺变量。原理：电压补偿原理。型号：用XW系列来命名，X表示显示仪表，W表示直流电位差计。类型：小型长图显示、大型长图显示、圆图显示等。,6.1.1 自动电子电位差计,6.1.2 电子自动平衡电桥,功能：对能转换成电阻值的各种变量进行测量、显示、记录。原理：电桥平衡原理，它与电子电位差计比较，除测温元件及测量桥路不同外，其他部分基本相同。型号：根据输出电压 XD系列交流平衡电桥 XQ系列直流平衡电桥,电桥平衡原理,平衡桥路原理图,在量程起点：,温度升高后：,两
6、式相减整理得：,r1与Rt成正比关系，即滑动触点B的位置反映了电阻的变化，也即反映了温度的变化。,6.1.2 电子自动平衡电桥配热电阻,如果将检流计换成电子放大器，利用放大后的不平衡电压去驱动可逆电机，使可逆电机带动滑动触点B以达到电桥平衡这就是电子自动平衡电桥的工作原理，见下图。,6.1.2 电子自动平衡电桥配热电阻,热电阻Rt采用三线制接法，规定每根导线电阻是2.5。RP为滑线电阻，RP与RB并联后的电阻值为90，R5为量程电阻，R6为调整仪表起始刻度的电阻。当测量温度在量程起点时调整R6，使滑动触点移到滑线电阻最左端；当测量温度在量程终点时调整R5，使滑动触点移到滑线电阻最右端。R4为限
7、流电阻，它决定了上支路电流的I1大小。,6.1.2 电子自动平衡电桥配热电阻,两个系统比较,数字式显示仪表的作用：把与被测量（例如温度、流量、液位、压力等）成一定函数关系的连续变化的模拟量，变换为断续的数字量显示。数字显示仪表的特点：直接以数字的方式显示被测值，具有测量精度高，显示速度快以及没有读数误差等优点；在需要时，还可输出数字量与数字计算机等装置联用，在现代测量技术中得到广泛应用。,6.2 数字式显示仪表,按输入信号形式：电压型、频率型按输入信号的点数：单点和多点按显示位数：3位半、4位半等多种。半位显示是指最高位是0或1。按测量速率：低速型（每秒钟测量几次到几十次）、中速型（每秒钟测量
8、几十次到几百次）、高速型（每秒钟测量千次以上）。,6.2.1数字式显示仪表的分类,按功能：,6.2.2 主要技术指标（1）显示方式： 3位半或4位半数码管显示。（2）分辨率：仪表末位数改变一个字时所代表的输入信号值，表明仪表所能显示被测参数的最小变化量。（3）精度等级： 0.2级或0.5级。（4）输入阻抗：仪表在工作状态下呈现在仪表两输入端之间的等效阻抗，一般在10M以上。另外，还有采样速率、干扰抑制系数等。,6.2.3 基本组成,数显仪表的组成框图,6.2.4 数字式显示仪表的特点 （1）精确度高，可避免视差。（2）灵敏度高，响应速度快，而且不受输送距离限制。（3）量程和极性可以自动转换，因
9、而量程范围宽，能直接读出测量值和累积值。（4）智能型除具有一般数字式显示仪表的特点，还有量程设定、报警参数设定、自动协调PID参数、仪表中数据掉电保护、可编程的逻辑控制等功能。（5）体积小，重量轻，易安装，可以在恶劣环境中工作等。,6.2.5 数字式显示仪表的选用（1）目前在新的工程设计中,数字式显示仪表已全系列代替了动圈式指示仪和指示调节仪。适用于参数变化较快，观察距离较远及参数精度要求高的场合。（2）大屏幕的数字显示仪表是炼钢炉前测温和吊车电子称量等工艺过程的首选仪表。（3）数字式显示调节仪在单参数调节系统中比动圈指示调节器性能好，操作方便，工作可靠，适用面广。（4）智能化数字显示调节仪，
10、对单参数调节系统而言，比单回路固定程序调节器价格便宜。操作方便，适用面广，受用户欢迎。,6.2.6 数字模拟混合记录仪,将数字式、模拟式显示记录仪表的优点相结合，取长补短。框图见下图：,当前的显示仪表是涉及微处理技术、新型显示技术、记录技术、数据存储技术和控制技术，把信号检测处理、显示、记录、数据储存、通讯、控制、复杂数学运算等多个或全部功能集合于一体的新型仪表。它使用方便，观察直观，功能丰富，可靠性高,6.3 新型显示仪表,1、显示和记录方式。显示方式除了传统的指针式外，有液晶(LCD)、发光二极管(LED)、荧光数码管，有荧光带，还有彩色CRT显示器、超薄性(TFT)VGA彩色液晶显示器等
11、；记录方式有记录纸上记录、在热敏纸上记录，有打印方式记录，还有通过ICRAM卡、磁盘等电子方式数据存储记录。2、输入信号、输入通道和记录通道。输入信号通用性加强，能直接接受来自现场的检测元件和变送器信号，如各种热电偶、热电阻信号；信号量程范围可以任意设定；直流电压信号量程从(1100)mV，直流电流信号量程从1500mA。各种显示记录仪表都有输入、多记录通道供选用。,6.3.1 显示仪表的发展趋势,6.3.1 显示仪表的发展趋势,3、测量精度高和采样周期短。测量精度有些达到0.05级，一般也达到0.1和0.2级。记录精度有些达到0.1级，一般都达到0.25和0.5级。所有通道采样一次所需时间最
12、短为0.1s(6通道以内)和1s(6通道以上)。4、运算能力。普遍具有加、减、乘、除、比率、平方根、通道/分组平均、计算质量流量、蒸汽流量等几十种运算功能，还有非线性处理、自动校正、自动判别诊断功能。,6.3.1 显示仪表的发展趋势,5、报警、控制功能。根据需要组态配置报警功能，有绝对高/低、偏差、变化率增/减、数字状态等报警。报警时面板指示，记录纸上或电子数据存储器中记录报警信息。带微处理器的显示仪表通过软件实现控制功能。除了常规的位式控制和PID控制规律外，已有把程序控制、PID整定、自适应PID及专家系统都放入其中，其控制功能接近于数字式控制器。6、电子数据存储。数据可存入磁盘以便保存或
13、日后分析使用；也可以存入ICRAM卡。,6.3.1 显示仪表的发展趋势,7、操作。方便的人机对话窗口，屏幕式菜单或屏幕图形界面按钮操作。同时也可以通过专门的手操器、上位机对显示记录仪进行参数设定、组态、校验等操作。8、虚拟显示仪表。采用多媒体技术，用个人计算机取代实际的仪表。,6.3.2 屏幕显示仪表,1、仪表构造及原理框图屏幕显示仪表是在数字仪表的基础上增加了微处理器，存储器、显示屏以及与之配套的一些辅助设备等。如下图,2、特点由于加入了微处理器及显示屏，因而对信息的存储以及综合处理能力大大加强，例如可对热电偶冷端温度、非线性特性以及电路零点漂移等进行补偿，进行数字滤波，各种运算处理，设定参
14、数的上、下限值、报警、数据存储、通讯、传输以及趋势显示等。,6.3.2 屏幕显示仪表,3、各部分作用多路切换开关可把多路输入信号，按一定时间间隔进行切换，输入仪表内，以实现多点显示；前置放大器和A/D转换是把输入的微小信号进行放大，而后转换为断续的数字量；CPU的作用则是对输入的数字量信号，进行仪表功能所需的处理,诸如非线性补偿、标度变换、零点校正、满度设定、上下限报警、故障诊断、数据传输控制等；,6.3.2 屏幕显示仪表,3、各部分作用只读存储器是存放一些预先设置的是仪表实现各种功能的固定程序；其中EPROM需离线光擦除后写人，EEPROM可在线电擦除后写人；读写存储器RAM是用于存储各种输
15、入、输出数据以及中间计算结果等，它必须带自备电池，否则一旦断电，所有贮存数据将全部丢失。键盘为输入设备，打印机、显示屏幕为输出设备。,6.3.2 屏幕显示仪表,6.3.3 虚拟显示仪表,1、利用计算机的强大功能来完成显示仪表的所有工作。虚拟显示仪表硬件结构简单，只有原有意义上的采样、模/数转换电路通过输入通道插卡插入计算机即可。虚拟仪器的显著特点是在计算机屏幕上完全模仿实际使用中的各种仪表，如仪表盘、操作盘、接线端子等，用户通过键盘、鼠标或触摸屏进行各种操作。2、由于计算机完全取代显示仪表，除受输入通道插卡性能限制外，其他各种性能如计算速度、计算的复杂性、精确度、稳定性、可靠性都大增强。此外一台计算机中可以同时实现多台虚拟仪表，可集中运行和显示。,6.3.4 无笔无纸记录仪,无纸、无笔显示记录仪实际上是一台简化的计算机系统。主要配置：CPU：工业专用微处理器；主板：专用。包括：ROM，RAM，时钟电路接口电路：键盘控制器：接面板膜式键盘；显示控制器：接液晶显示器；打印控制器：接微型打印机；通讯控制器：外接计算机（PC）；A/D转换器：接测试仪表（模拟量）。,无笔无纸记录仪主要功能,显示柱状图显示、数字显示、实时变化趋势曲线设定极限、报警；时间、单位简易编程组态具有格式化的简易编程功能历史记录通讯,本章作业,P.942，5，7,
