第11章：電動顯示儀表授課課時：2學時主要內容：電動顯示儀表意義及概述。電動顯示儀表的分類：模擬式顯示儀表，數字式顯示儀表。各顯示儀表的構造組成及其任務原理，各顯示儀表與之匹配的傳感器的選擇和確定。各類顯示儀表的構造組成，各類顯示儀表的任務原理，任務方法及其配套的傳感器選型。重點和難點:各類顯示儀表的構造組成，各類顯示儀表的任務原理，任務方法及其配套的傳感器選型。各類顯示器與傳感器的匹配，如何滿足工藝精度要求主要章節11.1概述11.2模擬式顯示儀表11.3數字式顯示儀表11.4智能式顯示儀表11.5傳感器及變送器與顯示儀表的銜接

11.1概述電動顯示儀表通常是由丈量線路和顯示安裝兩部分組成。1.模擬式顯示儀表是以指針或記錄筆的偏轉角或位移量來顯示被測變量延續變化的儀表。1〕直接變換式儀表的組成與特點組成圖11.1.1直接變換式儀表特點〔1〕其線性刻度較困難?！?〕很難獲得較高的精度?！?〕信息轉換效率低，但儀表簡單可靠、分量輕、尺寸小、價錢廉價。2〕平衡式顯示儀表的組成及特點組成特點〔1〕平衡式顯示儀表線性度好、丈量精度高；〔2〕反響速度快；圖11.1.2平衡式顯示儀表的組成(3)比直接變換式儀表構造復雜、造價高。3〕顯示儀表的根本技術性能儀表的變差在規定的條件下，用同一儀表對被丈量進展正、反行程的丈量，對某一丈量點所得到的正、反行程兩次示值之差稱為該丈量點上的示值變差。圖11.1.3儀表的變差特性儀表的靈敏度儀表輸出信號的變化量和引起這個輸出變化量的被丈量變化量的比值，稱為儀表的靈敏度。儀表的分辨率儀表呼應輸入量微小變化的才干稱為儀表的分辨力，常用分辨率或靈敏限來表示。2.數字式顯示儀表把與被丈量〔例如溫度、流量、液位、壓力等〕成一定函數關系的延續變化的模擬量，變換為斷續的數字量進展顯示的儀表。1〕構成：它是由前置放大器、A／D轉換器〔模擬量轉換成數字量〕、非線性補償、標度變換以及顯示安裝等部分組成。2〕技術目的分辨率儀表在最小量程時，最末一位數字跳變一個字所代表的量值，它反映了儀表的靈敏度。圖11.1.4數字式顯示儀表的構成框圖準確度數字儀表準確度的表示方法：〔1〕〔2〕數字儀表準確度的相對誤差輸入阻抗數字儀表輸入阻抗：指儀表在任務形狀下，儀表兩個輸入端子之間所呈現的等效阻抗。干擾抑制比工業現場存在很強的電磁場及各種高頻干擾，因此對數字抗干擾性有一定得要求，通常用干擾抑制比來表示。3.智能式顯示儀表帶有微處置器的數字式儀表，可以實現復雜計算等功能。1〕構成

圖11.1.5智能式顯示儀表的構成2〕技術目的與特點技術目的技術目的與數字儀表根本一樣，在丈量誤差功能上添加了零點、滿度誤差軟件修正和數據線性化處置的功能。特點〔1〕具有常規儀表一樣的功能；〔2〕具有豐富的數據處置功能；〔3〕可以方便地與各種輸入信號銜接；〔4〕具有可編程功能；〔5〕可以存儲歷史數據，并能方便地輸出；〔6〕具有數據通訊功能；〔7〕與上位機配合可以構成分布式采集系統。11.2模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表：利用丈量的模擬信號直接顯示或者經過轉換電路處置后再顯示；也可以將模擬信號與規范信號比較調平衡后，經過計算得到丈量值再顯示。模擬式顯示儀表具有延續顯示功能，丈量值在儀表的刻度盤上讀出。1.動圈式顯示儀表采用靈敏度較高的磁電系丈量機構，易將微弱的被測信號轉換為指針的角位移。可以對直流毫伏信號進展顯示，也可以對非電勢信號但能轉換成電勢信號的參量進展顯示。1〕特點可以作參數顯示；也可作參數指示顯示和控制；可與熱電偶等測溫元件配協作為溫度顯示、調理運用；可和其他變送器配合，丈量、控制其他參數。2〕組成和丈量線路動圈式儀表由丈量線路和丈量機構兩部分組成。圖11.2.1動圈儀表檢測毫伏信號的丈量線路用于檢測毫伏信號或配熱電偶的動圈儀表丈量線路為直接變換式線路。它由環境溫度補償電阻、量程和阻尼調整電阻、量程和阻尼調整電阻組成。圖11.2.3毫伏信號的丈量線路〔1〕環境溫度補償電阻器具有負的溫度系數的熱敏電阻Rr和錳銅電阻RB并聯后再與RD串聯的方法進展補償?！?〕量程和阻尼調整電阻國產XC系列動圈儀表采用了一致的丈量機構，即用于不同的量程、不同的被丈量情況下的表頭是統一的，這就大大的簡化了消費工藝，提高了消費效率。

〔3〕熱電偶冷端溫度補償與熱電偶配套的動圈儀表，是直接按照熱電偶的分度表進展刻度的，即熱電偶的冷端溫度是在零度條件下刻度的，假設熱電偶冷端溫度不是零度，那么動圈儀表的讀數便不能真實的反映被測溫度值，并產生一個隨冷端溫度變化而變化的誤差。因此在實踐測溫中，必需思索冷端溫度補償問題。圖11.2.4熱電偶冷端溫度補償檢測電阻值的丈量線路3〕儀表型號工業儀表型號由三節組成：第一節以大寫字母表示，第二節以阿拉伯數字表示，尾注以大寫漢語拼音字母一位表示，普通型不加尾注；第三節以一位阿拉伯數字表示一致設計的序號，第一次一致設計不加第三節。動圈式儀表型號見課本P242.2.自動平衡式顯示儀表1〕平衡式電子電位差計任務原理：將被測電勢與知的電位差進展比較，當兩者之差為零〔即到達平衡〕時，被測電勢就等于知的電位差，此時儀表到達平衡而停頓任務，故稱為平衡式電子電位差計。平衡式電位差計圖11.2.5手動平衡式電位差計手動平衡式電位差計普通用于實驗室丈量，假設用于消費過程中的延續自動丈量，而不要求精度較高，那么必需采用自動平衡電子電位差計。圖11.2.6自動平衡式電位差計原理2〕自動平衡式電橋電子自動平衡電橋可與熱電阻配套運用丈量溫度，也可與其他能轉換電阻變化的檢測元件配套運用，丈量消費過程中的各種參數。3〕E系列平衡記錄儀〔1〕外表光滑，耐腐蝕，耐氧化、接觸良好等優點?！?〕儀表放大器運用的是低零漂、高輸入阻抗的運算放大器?！?〕儀表丈量電路中的量程電阻采用特殊的氮化狚薄膜電阻，用激光來修正其阻值，誤差不大，且穩定性極高，對提高儀表的穩定性和可靠性意義艱苦。11.3數字式顯示儀表

數字顯示儀表三要素：模數轉換〔A／D〕、非線性補償和標度變換是組成數字式儀表的三要素。1.模擬—數字轉換〔A／D轉換〕將模擬量轉換為一定碼制的數字量統稱為模數轉換。?！獢缔D換

1〕直接比較型A／D轉換是基于電位差計的電壓比較原理.即用一個作為規范的可調參考電壓與被測電壓進展比較，當兩者到達平衡偏向檢出為零時，參考電壓的大小就等于被測電壓。圖11.3.1直接比較型A／D轉換逐次比較型A／D轉換：是最典型的直接比較型。用規范電壓與被測電壓從高位到低位逐次進展比較，采用大者棄、小者留的原那么，不斷逼近、逐漸積累，即將被測電壓轉換成了數字量。圖11.3.2逐次逼近A/D轉換編碼過程2〕間接比較型A／D轉換就是被測電壓不是直接轉換成數字量，而是首先轉換成某一中間量，然后再將中間量整量化轉換成數字量。雙積分型A/D轉換：圖11.3.3被測電平平均值求取圖11.3.4間接比較型A／D轉換詳細步驟：〔1〕完成被測電壓US到平均值的轉換；〔2〕須完成被測電壓平均值到另一時間間隔的轉化；〔3〕將時間間隔整量化而成數字量N.2.非線性補償非線性補償的方法：一類是用硬件的方式實現；一類是以軟件的方式實現。數字式儀表普通采用硬件電路進展非線性補償。1〕模擬式線性化串聯方法接入圖11.3.5串聯式線性化原理硬件非線性補償：

設在A／D轉換之前進展非線性補償的稱為模擬式線性化；設在A／D轉換之后進展非線性補償的稱為數字線性化；設在A／D轉換器中進展非線性補償的稱為A／D轉換線性化。反響式接入反響式線性化就是利用反響補償原理，引入非線性的負反響環節，用負反響環節本身的非線性特性來補償檢測元件或傳感器的非線性，使U0和X之間的關系具有線性特性。2〕數字線性化3〕A／D轉換線性化3.信號的規范化及標度變換1〕信號規范化將各種不同規格的丈量信號一致同來進展信號規范化，然后再顯示和傳輸。規范化的輸出信號可以是電流、電壓或其他方式的信號。規范化電流信號：一種是將丈量信號轉換成4～20mA、DC〔規范的Ⅲ型儀表輸出信號〕；另一種是將丈量信號轉換成0～10mA、DC〔規范的Ⅱ型儀表輸出信號〕。規范化電壓信號：國內采用的統不斷流電壓傳輸信號有以下幾種：0～10mV、0～30mV、0～40.95mV、0～50mV、0～5V、1～5V等。規范化的測溫元件：主要有規范化熱電偶、熱電阻，規范化的熱電偶主要有S、B、K、T、E、J、R等；規范化的熱電阻主要有Pt10、Pt100、Pt1000、Cu50、Cu100等。2〕標度變換對于過程丈量參數，在數字儀表上要用被測變量的方式顯示，這就存在一個量綱復原問題，通常稱之為“標度變換〞。圖11.3.7丈量環節的標度變換原理數字式儀表顯示值與丈量值之間的關系可以用下式表示4.數字式儀表的規格與型號數字式儀表型號見課本表11.3.111.4智能式顯示儀表1.構造特點儀表的中心部分運用微處置器；儀表內部的芯片都是以總線方式相銜接的；儀表有著多種規范接口方式；儀表有著靈敏的面板構造。1〕微處置化2〕總線構造3〕規范化接口4〕靈敏的面板構造2.數字濾波技術1〕算術平均值法算術平均值法就是對同一丈量點的數據，延續采樣N次，然后取其平均值。2〕中位值法對同一丈量點的數據延續采樣3次，將丈量數據排隊，取其中間值作為丈量值。3〕綜合濾波法結合上述的算術平均值法和中位值法濾波的特點，構成綜合濾波法。3.標度變換1〕線性信號的標度變換線性信號的標度變換2〕非線性信號的標度變換丈量信號與傳輸信號之間的關系有時是非線性關系，假設這種非線性關系是知的，那么可采用數學計算的方法處理。4.非線性補償技術1〕線性插值原理線性插值的思想就是以直代曲，將一個非線性的關系曲線，用分成假設干的直線段來表示。分成的直線段越多，越接近于曲線，線性插值的誤差也就越小。圖11.4.1分段線性插值法2〕線性插值分段法等距分段法變距分段法5.數據處置功能1〕求取丈量值的平均值、方差值、規范值和均方根值等。2〕按線性關系、對數關系即乘方關系求取丈量值相對于基準值的各種比值。3〕進展各種隨機量的統計規律的分析和處置。4〕進展曲線擬合和非線性的校正。5〕進展邏輯運算，實現極值判別和報警功能等。6〕進展加、減、乘、除、積分、微分等計算。6.自校準功能為了消除丈量過程中，智能儀表的運用環境發生變化而帶來的丈量誤差，這種校準功能只能減少儀表本身的丈量轉化誤差，而消除不了丈量信號的傳輸誤差。圖11.4.2變增益自校準功能7.其他功能1〕自診斷功能2〕定時功能3〕通訊功能11.5傳感器及變送器與顯示

儀表的銜接1.傳感器與顯示儀表直接相銜接1〕熱電偶的連熱電偶與顯示儀表的銜接不能運用普通導線直接相連，要用一樣材質的導線或者是相近材質的補償導線相銜接。〔a〕〔b〕圖11.5.1熱電偶與顯示儀表直接銜接2〕熱電阻的銜接熱電阻與顯示儀表的銜接普通都采用三線制，銜接導線無特殊要求，選擇規范的信號電纜線即可。圖11.5.2熱電阻與顯示儀表直接銜接2.一體化變送器與顯示儀表相銜接一體化變送器〔或一體