1、第五章顯示儀表第五章顯示儀表1 動圈式顯示儀表動圈式顯示儀表3 數字式顯示儀表數字式顯示儀表2 平衡式顯示儀表及測量電橋平衡式顯示儀表及測量電橋模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表 原理：原理：用指針的線位移或角位移來模擬顯用指針的線位移或角位移來模擬顯示被測參數連續變化的。示被測參數連續變化的。 方式：方式：利用標尺、指針等方法利用標尺、指針等方法 組成：組成：由一些必需的機械運動機構：磁電由一些必需的機械運動機構：磁電偏轉機構偏轉機構 優點優點：工作可靠、價格低廉，能夠反映和：工作可靠、價格低廉，能夠反映和記錄測量值的變化趨勢記錄測量值的變化趨勢,能夠大量應用。能夠大量應用。 缺點缺點：結構較復雜

2、，：結構較復雜， 讀數不夠直觀，測量讀數不夠直觀，測量速度不夠迅速，測量重現性不好速度不夠迅速，測量重現性不好數字式顯示儀表數字式顯示儀表 功能功能：直接用數字形式顯示被測變量值大：直接用數字形式顯示被測變量值大小的儀表。小的儀表。方式：方式：數字式數字式 組成組成：由一些必要電路組成，沒有模擬式：由一些必要電路組成，沒有模擬式顯示儀表中所必需的機械運動機構。顯示儀表中所必需的機械運動機構。 特點：特點：顯示清晰直觀，無讀數視差。測量顯示清晰直觀，無讀數視差。測量和顯示速度、測量準確性高，重現性好。和顯示速度、測量準確性高，重現性好。屏幕顯示儀表屏幕顯示儀表 特點特點：將圖形、曲線和字符數字等

3、直接在將圖形、曲線和字符數字等直接在屏幕上進行顯示。屏幕上進行顯示。 計算機控制系統的必要組成計算機控制系統的必要組成DCS第第1節節 動圈式顯示儀表動圈式顯示儀表 該儀表是一種發展比較早的模擬式顯示儀該儀表是一種發展比較早的模擬式顯示儀表，但目前仍然被廣泛使用，尤其是在一表，但目前仍然被廣泛使用，尤其是在一些中小型企業，應用極為廣泛。它不僅可些中小型企業，應用極為廣泛。它不僅可以與熱電偶、熱電阻等傳感器配合用來顯以與熱電偶、熱電阻等傳感器配合用來顯示溫度，還可以對壓力等其他工藝變量檢示溫度，還可以對壓力等其他工藝變量檢測的直流毫伏信號進行顯示。測的直流毫伏信號進行顯示。 動圈式顯示儀表測量機

4、構圖動圈式顯示儀表測量機構圖 l l永久磁鐵；永久磁鐵；2 2、6 6張絲；張絲；3 3軟鐵芯；軟鐵芯；4 4熱電熱電偶；偶；5 5動圈；動圈；7 7刻度面板；刻度面板；8 8儀表指針儀表指針 動圈偏轉角動圈偏轉角第第2節平衡式顯示儀表及測量電橋節平衡式顯示儀表及測量電橋 一一 電位差計電位差計 二二 電子電位差計電子電位差計 三三 測量電橋測量電橋 由于動圈式顯示儀表實際上是一種測量電由于動圈式顯示儀表實際上是一種測量電流的儀表，所以，流的儀表，所以，凡是能引起電流變化的凡是能引起電流變化的各種干擾因素都會導致測量誤差各種干擾因素都會導致測量誤差，而且這，而且這種誤差單憑提高儀表的加工精度是

5、不能彌種誤差單憑提高儀表的加工精度是不能彌補的。另一方面，它的可動部分容易損壞，補的。另一方面，它的可動部分容易損壞，怕震動，且不便于自動記錄。怕震動，且不便于自動記錄。 目前常用的自動平衡式顯示儀表有目前常用的自動平衡式顯示儀表有自動自動電子電位差計電子電位差計和和自動平衡電橋自動平衡電橋兩類，分兩類，分別與熱電偶和熱電阻相配用，通過自動別與熱電偶和熱電阻相配用，通過自動調節電位差或電阻值使電位差計或電橋調節電位差或電阻值使電位差計或電橋達到平衡，并自動指示和記錄測量結果，達到平衡，并自動指示和記錄測量結果，從而實現對溫度變量的自動、連續檢測從而實現對溫度變量的自動、連續檢測和顯示。同時克服

6、了動圈式顯示儀表的和顯示。同時克服了動圈式顯示儀表的缺點，提高了測量精度。缺點，提高了測量精度。一一 電位差計電位差計 - + I UX B W G A C E 用已知電壓來補償未知電壓，使測量線路的電流用已知電壓來補償未知電壓，使測量線路的電流等于零。用這種方法測量電壓比較精確，因為沒有電等于零。用這種方法測量電壓比較精確，因為沒有電流通過測量線路，也就不存在線路電阻影響問題。流通過測量線路，也就不存在線路電阻影響問題。 E Ex x為被測電壓，線性度很高的線繞電阻為被測電壓，線性度很高的線繞電阻R R與與穩壓電源穩壓電源E E組成一閉合回路，因此流過組成一閉合回路，因此流過R R上上的電流

7、的電流I I是恒定的，這樣也就可將是恒定的，這樣也就可將R R的標尺的標尺刻成電壓數值；刻成電壓數值；G G是一靈敏度較高的檢流計。是一靈敏度較高的檢流計。 測量未知電壓的方法測量未知電壓的方法: :調節滑動觸點調節滑動觸點B B的位置，的位置，使滑線電阻使滑線電阻R R在在BABA段的電阻段的電阻R RBABA上的電壓降上的電壓降U UBABA變化，當變化，當U UBABA=IR=IRBABA=E=Ex x時，流過檢流計時，流過檢流計G G的電流為零，這時觸點的電流為零，這時觸點B B所指示的電壓值所指示的電壓值即為未知電壓即為未知電壓E Ex x。 用這種用這種“電壓平衡法電壓平衡法”法測

8、量電壓，由于法測量電壓，由于此時流過熱電偶內部及連接導線的電流為此時流過熱電偶內部及連接導線的電流為零，因此線路電阻變化對測量結果無影響。零，因此線路電阻變化對測量結果無影響。 二二 電子電位差計電子電位差計 自動電子電位差計與手動電位差計的區別自動電子電位差計與手動電位差計的區別是用電子放大器代替檢流計，用可逆電機是用電子放大器代替檢流計，用可逆電機及一整套傳動機構代替手的操作。它主要及一整套傳動機構代替手的操作。它主要由測量橋路、放大器、可逆電機、同步電由測量橋路、放大器、可逆電機、同步電機、指示記錄機構、穩壓電源、機械傳動機、指示記錄機構、穩壓電源、機械傳動機構等構成。機構等構成。4圖圖

9、 電子電位差計原理圖電子電位差計原理圖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壓電源 電子電位差計原理框圖電子電位差計原理框圖測量橋路原理圖測量橋路原理圖測量橋路原理圖測量橋路原理圖 改變滑動觸點改變滑動觸點在在 RP上的位置上的位置, ,可以產生不同的橋路輸出電壓以可以產生不同的橋路輸出電壓以平衡熱電偶的熱電勢。平衡熱電偶的熱電勢。 測量橋路原理圖測量橋路原理圖 RG的大小取決于測量的大小取決于測量下限的高低。下限的高低。 測量橋路原理圖測量橋路原理圖RM是決定儀表量程大小的電阻。是決定儀表量程大小的電阻。它的大小由儀表測量范圍與所采用的熱電偶分度它的大小由儀表測量范圍與所采用

10、的熱電偶分度號來決定。號來決定。 測量橋路原理圖測量橋路原理圖nPGRRIER14 把上支路的工作電流限定把上支路的工作電流限定在在4mA。測量橋路原理圖測量橋路原理圖 降低了測量誤差。降低了測量誤差。測量橋路原理圖測量橋路原理圖(6)(6)下支路限流電阻下支路限流電阻R3 它與它與R2配合，保證了下支配合，保證了下支路回路的工作電流為路回路的工作電流為2mA。 223RIER 自動電子電位差計的測量橋路由上、下自動電子電位差計的測量橋路由上、下兩條支路組成。用電橋電路產生直流電兩條支路組成。用電橋電路產生直流電壓壓U UCDCD的優點是可以解決儀表量程問題，的優點是可以解決儀表量程問題，實現

11、對熱電勢（正、負）的雙向測量，實現對熱電勢（正、負）的雙向測量，同時還能對參比端溫度進行自動補償。同時還能對參比端溫度進行自動補償。橋路中各電阻的作用如下：橋路中各電阻的作用如下： 銅電阻銅電阻R R2 2, ,裝在儀表后接線板上以使其與裝在儀表后接線板上以使其與熱電偶冷端處于同一溫度。當環境溫度改變熱電偶冷端處于同一溫度。當環境溫度改變時，銅電阻上的電壓降變化量等于相應的熱時，銅電阻上的電壓降變化量等于相應的熱電偶冷端溫度變化所引起的電勢變化值，起電偶冷端溫度變化所引起的電勢變化值，起冷端溫度補償作用。當配用鎳鉻鎳硅熱電冷端溫度補償作用。當配用鎳鉻鎳硅熱電偶時偶時R R2 2=5.33=5.

12、33；配用鎳鉻；配用鎳鉻考銅熱電偶時考銅熱電偶時 R R2 2= 8.92= 8.92；配用鉑銠鉑熱電偶時；配用鉑銠鉑熱電偶時R R2 2= = 0.740.74。 下支路限流電阻下支路限流電阻R R3 3，是一個固定電阻，是一個固定電阻，它與它與R R2 2配合，保證了下支路回路的工作配合，保證了下支路回路的工作電流為電流為2mA2mA。由于銅電阻的阻值隨溫度。由于銅電阻的阻值隨溫度而變化，所以，下支路的回路工作電流而變化，所以，下支路的回路工作電流I I2 2只有在儀表的標準工作溫度（只有在儀表的標準工作溫度（2525）時）時才為才為2mA2mA。電阻。電阻R R3 3的準確度直接影響到的

13、準確度直接影響到下支路電流下支路電流I I2 2的大小。因此，它的精度要的大小。因此，它的精度要求較高，一般應在求較高，一般應在0.20.2以內。以內。 上支路限流電阻上支路限流電阻R R4 4的作用是把上支路的作用是把上支路的工作電流限定在的工作電流限定在4mA4mA，即它與，即它與R Rnpnp（R RP P、R RB B、R RMM三個電阻的并聯值）、三個電阻的并聯值）、R RG G串聯，串聯，使上支路工作電流為使上支路工作電流為4mA4mA。所以，當。所以，當R Rnpnp和和R RG G的數值確定后，的數值確定后，R R4 4的電阻值也就確的電阻值也就確定了。定了。 滑線電阻滑線電阻

14、R RP P，是測量系統中的一個非，是測量系統中的一個非常重要的部件，儀表的誤差、靈敏度和常重要的部件，儀表的誤差、靈敏度和運行的平滑性等都和滑線電阻的質量有運行的平滑性等都和滑線電阻的質量有關。因此，除了要求裝配牢固外，對材關。因此，除了要求裝配牢固外，對材料的性能要求很高，尤其對滑線電阻的料的性能要求很高，尤其對滑線電阻的線性度要求更高，在線性度要求更高，在0.50.5級的儀表中，希級的儀表中，希望能把非線性誤差控制在望能把非線性誤差控制在0.20.2范圍內。范圍內。由于工藝上的原因，由于工藝上的原因， R RP P很難繞制得十分很難繞制得十分精確，其數值也不便增減，為此，和精確，其數值也

15、不便增減，為此，和R RP P并聯一個電阻并聯一個電阻R RB B（稱為工藝電阻），并（稱為工藝電阻），并聯后其數值為聯后其數值為9090，這樣，把兩個電阻，這樣，把兩個電阻作為整體來考慮，便于統一規格和成批作為整體來考慮，便于統一規格和成批生產生產 量程電阻量程電阻R RMM是決定儀表量程大小的電是決定儀表量程大小的電阻。它的大小由儀表測量范圍及所配用阻。它的大小由儀表測量范圍及所配用的熱電偶分度號來決定。電阻的熱電偶分度號來決定。電阻R RMM與滑線與滑線電阻并聯，電阻并聯，R RMM越大，它從上支路回路工越大，它從上支路回路工作電流作電流I I1 1中所分流出的電流中所分流出的電流I I

16、MM越小，儀表越小，儀表的量程就越大；反之，的量程就越大；反之，R RMM越小，其量程越小，其量程也就超小。因此，如果要制作不同量程也就超小。因此，如果要制作不同量程的儀表，只需改變的儀表，只需改變R RMM、R RG G和和R R4 4的阻值，的阻值，滑線電阻滑線電阻R RP P和工藝電阻和工藝電阻R RB B則不需要改變。則不需要改變。 始端（下限）電阻始端（下限）電阻R RG G的大小取決于測量的大小取決于測量下限的高低。當滑動觸點下限的高低。當滑動觸點C C向左移至滑線電向左移至滑線電阻的起點阻的起點F F時，橋路的輸出電壓時，橋路的輸出電壓U UCDCD應該等應該等于溫度為標尺下限時

17、的熱電勢值。于溫度為標尺下限時的熱電勢值。R RG G越大，越大，在下限時的在下限時的U UCDCD也越大，即測量下限越高，也越大，即測量下限越高，反之亦然。反之亦然。三三 測量電橋測量電橋 電橋是測量電阻、電容和電感的電路，通電橋是測量電阻、電容和電感的電路，通常采用直流電橋來測量電阻的大小常采用直流電橋來測量電阻的大小1用手動平衡電橋測量熱電阻用手動平衡電橋測量熱電阻 電橋平衡時電橋平衡時 c、d兩點間電位差兩點間電位差為為0，檢流計中無電，檢流計中無電流通過，有流通過，有當當R2=R31用手動平衡電橋測量熱電阻用手動平衡電橋測量熱電阻R1為帶刻度的滑線為帶刻度的滑線電阻，電橋達到平電阻，

18、電橋達到平衡（即檢流計衡（即檢流計G中中的電流為零）時，的電流為零）時，滑動觸點的位置可滑動觸點的位置可確定熱電阻阻值。確定熱電阻阻值。1用手動平衡電橋測量熱電阻用手動平衡電橋測量熱電阻存在的問題：存在的問題：Rt與與R1和和RL都有關系，都有關系，而而RL與溫度有關與溫度有關。改進：采用三線制改進：采用三線制 電橋的平衡條件：電橋的平衡條件：2 用不平衡電橋測量熱電阻用不平衡電橋測量熱電阻通過動圈表的電通過動圈表的電流只是流只是Rt的函數，的函數，動圈表指針的偏動圈表指針的偏轉角就代表轉角就代表Rt的的大小大小 數顯儀表普遍采用中、大規模集成電路，數顯儀表普遍采用中、大規模集成電路，線路簡單

19、，可靠性好，耐振性強。由于儀表線路簡單，可靠性好，耐振性強。由于儀表采用模塊化設計方法，即不同品種的數顯儀采用模塊化設計方法，即不同品種的數顯儀表都是由為數不多的、功能分離的模塊化電表都是由為數不多的、功能分離的模塊化電路組合而成，因此有利于制造、調試和維修，路組合而成，因此有利于制造、調試和維修，降低生產成本。數顯儀表品種繁多，配接靈降低生產成本。數顯儀表品種繁多，配接靈活，可輸入多種類型測量信號，輸出統一標活，可輸入多種類型測量信號，輸出統一標準的電流信號（準的電流信號（0 010mA10mA直流電流或直流電流或4 420mA20mA直流電流）和報警信號。直流電流）和報警信號。第三節第三節

20、 數字式顯示儀表數字式顯示儀表 模擬式顯示儀表中的信號都是隨時間連續模擬式顯示儀表中的信號都是隨時間連續變化的模擬量，如用熱電偶測溫度，熱電變化的模擬量，如用熱電偶測溫度，熱電勢是連續變化的模擬量。其中的測量電橋、勢是連續變化的模擬量。其中的測量電橋、放大器等都是模擬電路，與其相應的顯示放大器等都是模擬電路，與其相應的顯示方式是標尺、指針、記錄筆畫曲線等。而方式是標尺、指針、記錄筆畫曲線等。而數字式顯示儀表也是先用傳感器將待測變數字式顯示儀表也是先用傳感器將待測變量如壓力、物位、流量、溫度等轉換成相量如壓力、物位、流量、溫度等轉換成相對應的物理量，一般為電信號，再經模對應的物理量，一般為電信號

21、，再經模數轉換（數轉換（ADCADC）成數字信號（脈沖信號），）成數字信號（脈沖信號），由數字電路處理后直接以數字形式顯示被由數字電路處理后直接以數字形式顯示被測結果。測結果。 一原理與基本組成一原理與基本組成 數字式顯示儀表一般應具備模數轉換數字式顯示儀表一般應具備模數轉換（ADC）、非線性補償、標度變換三部分。）、非線性補償、標度變換三部分。 一原理與基本組成一原理與基本組成17二模數轉換二模數轉換 雙積分ADC的基本原理是對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分，將輸入電壓平均值變成與之成正比的時間間隔，然后利用時鐘脈沖和計數器測出此時間間隔，進而得到相應的數字量輸出。由于該轉換電路是對

22、輸入電壓的平均值進行變換，所以它具有很強的抗工頻干擾能力，在數字測量中得到廣泛應用。 工作過程分兩步：工作過程分兩步： 采樣積分時間：采樣積分時間：K1閉合，閉合，Ui通過通過R向向C充電，充電，充電時間長度為充電時間長度為t1 工作過程分兩步：工作過程分兩步： 比較測量時間比較測量時間t2： K1 斷開，斷開，K2閉合，閉合，UB通過通過R向向C反充電，計數開始，反充電，計數開始，C上電壓開始下降；上電壓開始下降； C上電上電壓過零時計數停止，壓過零時計數停止， K2斷開，斷開， K3閉合使閉合使C電荷清電荷清零。零。 輸入電壓越大，輸入電壓越大，t2時間間隔越大，計數器所時間間隔越大，計數器所計的數也越大。從而完成了模數轉換計的數也越大。從而完成了模數轉換三電信號的標準化與標度變換三電信號的標準化與標度變換 信號的類別不同，電平高低相差懸殊。信號的類別不同，電平高低相差懸殊。 信號的標準化信號的標準化:將不同性質的信號或不同電將不同性質的信號或不同電平的信號統一起來，稱為信號的標準化平的信號統一起來