1、第四章 显示仪表,主 要 内 容,一、显示仪表概述二、模拟式显示仪表三、数字式显示仪表,一、显示仪表概述,1、显示仪表的作用 显示仪表能与各种测量仪表和传感器配套使用,对被测参数自动进行指示、记录，在自动化系统中占有重要作用。,典型工业自动检测仪表控制系统结构图,2、显示仪表的分类 显示仪表按使用的能源分为气动显示仪表和电动显示仪表；按显示方式分为模拟式显示仪表和数字式显示仪表两大类。,动圈式模拟显示仪表,动圈式显示仪表是电动模拟式显示仪表。一般与热电偶、热电阻配套使用，用于显示温度大小，具有结构简单、价格便宜、性能可靠等特点。动圈式显示仪表有两种型号： XCZ-101(与热电偶配套） XCZ
2、-102（与热电组配套）,动圈式显示仪表的外型,盘后接线示意图,（一）XCZ-101型动圈式显示仪表的工作原理,1、结构 动圈式显示仪表由动圈、张丝、磁铁、指针、表盘五部分组成。2、工作原理,N,S,+,-,R并,R热,mV,R串,设指针移动的角位移为,U,R总, =K I,I=,=,E( t, t0 ),R内+ R外,R内= R动 + R串+ R热/ R并,R外= R热偶+ R补+ R连 +R调 =15,3、电路中各电阻的作用,R串：电阻值较大，使动圈的电阻值随温度变化而引起的测量误差相对 R串较小，以至于可忽略不计，目的是减小测量显示误差。R调：热电偶的连接导线有长有短，为保证R总=常数，
3、调整R调使R外=15,R热敏 与 R并： R热敏与R并两个电阻是动圈的温度补偿电阻。因为动圈是铜导线绕制的，当温度升高时，动圈的电阻值R动就会增加，在电压信号不变的情况下，I将减小，动圈显示仪表的指针指示会偏低，此时，R热敏的电阻值也会随着温度自动减少，与R并并联后的电阻值会更小，其作用是自动补偿R动随温度变化的特性，使回路中总电阻值保持不变。,反应容器,补偿器,R调,热电偶与动圈表配套使用实际连线,XCZ系列指针式显示仪表,1热电偶 2补偿导线 3冷端补偿器 4外接调整电阻 5铜导线 6动圈 7张丝 8磁钢（极靴） 9指针 10刻度面板,（二）XCZ-102型动圈式显示仪表的工作原理,由动圈
4、表的工作原理可知，动圈表实际上是一个毫伏计，即测量电压的大小并加以显示的。热电偶恰好将被测温度转换成mV信号的大小，可直接和动圈表相连显示其温度，但热电阻是将温度转换成电阻的大小，不能直接送到动圈表上加以显示，必须先经过一个桥路将电阻的大小转换成mV信号的大小再和动圈表连接。因此XCZ-102型动圈式显示仪表与XCZ-101型动圈式显示仪表相比，在结构上应多了一个电桥。,1、工作原理,热电阻,调整电阻,桥路电阻,R3 (R1+R11+Rt0) = R4 (R2+R12),当 t=0时,电桥平衡， Rt=Rt0,Ua = Ub , Uab = Ua-Ub = 0,由于加在动圈两端的电压为0，所以
5、动圈表指针指在0的位置；,t = 0, 升高时,电桥失去平衡，Rt0增大Rt，,R3 (R1+R11+Rt0 + Rt，) = R4 (R2+R12),Ua = Ub , Uab = Ua-Ub = 0,由于加在动圈两端的电压不为0，所以动圈表指针指在相应的位置上。,热电阻与动圈表配套使用实际连线,1.R1+R11+R连 1=52.R2+R12+R连2=53.R13+ R连3 = 5,调整电阻的作用与大小,第二节 自动电子电位差计,由于动圈式仪表实际上是一种测量电流的仪表，因此能引起电流变化的各种干扰因素都会导致测量误差，动圈表测温总回路电阻不够恒定（开环系统），这种误差不是靠提高仪表的加工要
6、求就能弥补的。 同时，它的可动部分容易损坏，怕震动，阻尼时间较长，且不便于实现自动记录。,利用自动电子电位差计来测量电势，就可以克服以上的缺点，提高测量精度（“电压平衡原理”）工作原理 电位差计的工作原理是根据平衡法(也称补偿法、零值法)将被测电势与已知的标准电势相比较，当两者的差值为零时，被测电势就等于已知的标准电势。,图中R为线性度很高的锰铜线绕电阻，通过它的电流 I 是恒定的。G为检流计，它是个灵敏度很高的电流计。 测量时，可调节滑动触点C的位置，以使RCB上的压降UCB变化，则得,一、手动电位差计,UCB=I RCB,这样，当UCBEt时或UCBEt时，检流计中就有电流流过，指针就发生
7、偏转； 只有当UCBEt时，检流计中无电流流过，即此时I检0。 也就是说，这时的巳知电压UCB正好和未知热电势Et平衡，即 Et=UCB（条件：I检=0）,根据滑动触点的位置可以读出UCB，这样就达到了对未知热电势测量的目的。,由上述可知，要想使工作电流I 等于定值，用稳压电源供电是一个好办法。 如果用电池代替稳压电源时，就应在工作回路中加调整工作电流的电位器RH和标准电阻RN。,它利用标准电池EN及标准电阻RN来校准工作电流I，以确保工作电流恒定。,校准工作电流： 将开关K合在“1”的位置上，然后调节工作回路的电位器RH，使检流计G的指示为零。即 ENI RN,因为EN为标准电动势，RN为标
8、准电阻，两个都是已知标准值，所以此时的电流I为仪表刻度时的规定值。,测量未知热电势Et 将开关K合到“2”位置上，这时校准回路断开，测量回路接通，移动滑动触点C的位置，直至检流计指示为零，此时便得：,用可逆电机代替人工操作（传动机械），用放大器代替检流计。,采用了稳压电源供电。,二、自动电子电位差计,为了提高桥路的灵敏度，用放大器取代检流计，并用放大后的不平衡电压U输出驱动“可逆电机”，通过传动系统带动滑动触点C，自动调平衡（代替手动），直至U =0，才可以读数。,1、自动电子电位差计工作原理,为了弥补仪表工作环境温度（T10）,而使热电偶少反映出的热电势（E(T1,0)）。在下支路设置电阻R
9、2（铜电阻）。 R2-温度补偿电阻 ； R3 -限流电阻,、自动电子电位差计的测量桥路,（）冷端温度补偿,自动电位差计测量桥路原理图,暂时把RB/RP/ RM看作一个电阻。为了能使滑线电阻R的滑动全范围时，对应热电势的变化全范围，需要在上支路设置两个电阻 RG-下限电阻 ； R4 上限电阻（上支路限流4mA）。,RB工艺电阻：由于Rp是手工绕制的滑线电阻，阻值难以精确控制，故需要并联一个碳膜电阻，并使RP/ RB=90，整体考虑，统一生产。,RM量程电阻：通过改变RM 阻值，达到改变三个电阻并联等效后的结果阻值。,（）量程匹配问题,R,R,、整机结构：,（1）电子放大器 （JF-12型）交流放
10、大（机械斩波，飘移小）：输入桥路不平衡电势U 输出驱动可逆电机的控制电流 （2）可逆电机 （伺服电机）根据放大器放大后的U正负，有正反方向来带动滑轮（滑动触点）及指针自动调平衡直至 U =0（停转） （3）同步记录机构 同步电机拖动记录纸均速转动（记录笔夹、墨水、指针等）,两种测量热电势的方法测得的结果极为准确，其原因如下。 由于它们是在全补偿时(亦即检流计中无电流通过时)进行测量读数、因此，被测热电势本身引起的压降损失和导线上的压降损失就不存在了，对测量结果也无影响。 测量结果的准确性是依赖于标准电池的电动势及测量回路电阻的精度，而标准电池及电阻一般可以得到较高的准确性。 应用了高灵敏度检流计作为监测。,2、工作原理,根据电磁感应原理，当有mV信号加在动圈两端时，形成一个闭合回路，便有电流流过动圈，载流动圈在磁场中将受到电磁场的作用。这个力使动圈转动，使动圈转动的力和绑定动圈的张丝力相等时，动圈停在某一位置，指针指示出温度的大小。,
