12 第四章 显示仪表1.pptx

第1页：4.显示仪表

4.显示仪表

• 主要功能：

显示工业生产的工作状态

实时数据，趋势曲线，报警指示等

• 记录生产过程参数，历史数据，电子显示仪表分类：模拟式直接变换式平衡式（两种）电子显示仪表数字式屏幕显示虚拟显示

第2页：基本

基本

• 特点：
• 模拟式以指针，光柱条或记录笔的偏转角或位移量来显示被测变量的连续变化的仪表。直接变换式：线路简单，价格低廉；但精度较低，线性刻度较差，信息能量传递效率低，灵敏度不高。平衡式：线路结构复杂，价格贵，稳定性较差；但构成仪表精度、灵敏度以及信息能量传输效率都较高，线性度好。

第3页：数字式直接以数字形式显示被测

数字式直接以数字形式显示被测

• 变量的显示仪表。

基本特点

测量速度快，抗干扰性能好，精度高，读数直观；工作可靠，有自动报警，自动打印和自动检测等功能；主要应用于计算机集中监控系统。

第4页：屏幕显示

屏幕显示

第5页：显示设备

显示设备

• 配有专门数据采集处理接口和其他附加装置的计算机。

功能

直接把工艺参数用文字、符号、数字和图像配合的形式在屏幕萤光屏上进行显示。

• 是综合集中控制必不可少的显示装置。

特点

具有模拟式与数字式显示仪表两种功能；一般与计算机联用，具有计算机大存储量的记忆能力与快速处理功能；配以打字记录装置，可以以一种或多种方式同时显示输出；

第6页：虚拟显示是计算机多媒体在显示

虚拟显示是计算机多媒体在显示

• 记录方面的应用。
• 由功能强大的PC机取代实际的显示仪表。
• 功能框图：

第7页：4.1.1模拟式显示仪表的组成

4.1.1模拟式显示仪表的组成

4.1模拟式显示仪表特点1）直接变换式仪表原理结构图特点：灵敏度和相对误差灵敏度：相对误差：

第8页：直接变换式仪表的线性度与精度

直接变换式仪表的线性度与精度

• 线性单元，或非线性相互抵消。

精度较低

需尽量降低各部件单元的误差或减少过程单元（环节）数量。

• 结构简单，重量轻，尺寸小，廉价

第9页：平衡式仪表

平衡式仪表

• ①有差随动式仪表原理结构图特点有差性前项通道是一个针对差值信号的放大器，要保持输出信号的稳定，输入必不能为0值。
• Fx–Fy=△F ≠0

第10页：误差

误差

主要取决于反馈回路设定：δK：前项通道相对误差；δβ：反馈通道相对误差有：δS≈-δβχ相对不平衡度：相对平衡深度：灵敏度：取对数求导：

第11页：反应快反馈回路是一比例环节时

反应快反馈回路是一比例环节时

• 测量线路呈比例特性动态稳定性较差Kβ很大，易于引起系统的自激振荡。
• 仪表精度不高主要原因是专门的显示环节的相对误差的引入

第12页：无差随动式仪表结构原理图

无差随动式仪表结构原理图

②特点：前项通道具有积分特性可逆电机相当于一个积分环节，保证平衡时比较环节输出为0值，即无差精度高无需单独的显示环节，减少误差引入项

第13页：动态稳定性不好可逆电机

动态稳定性不好可逆电机

• 的引入相当于在前向通道中加入一个二阶积分环节，积分的引入不利于系统的稳定性。
• 量程窄

第14页：4.1.2动圈式显示仪表

4.1.2动圈式显示仪表

• 动圈式显示仪表实际上是一块毫伏电压表，可以直接显示直流毫伏电压。

仪表构成动圈

由漆包线绕制的无骨架线圈，减小惯性。

• 其阻值受温度影响较大。

基本要求

流经动圈表的满程电流不变。

第15页：测量线路各电阻作用

测量线路各电阻作用

RT//RB

温度补偿电阻组其中RT：热敏电阻（具有负温度系数），RB：锰铜电阻.

R串

量程电阻（锰铜），用于调节量程（保证动圈的满程电流）。

R并

阻尼调整电阻（锰铜），增大动圈电阻与外界电阻的比例关系，保证动圈的阻尼电流。一般只有在配热电阻的调节仪表中应用R调：附加外线路电阻，保证外线路电阻恒定。外线路电阻：

第16页：误差

误差

• 基本误差
• 变差，由可动部分的摩擦及间隙引起。
• 不完全平衡误差，由可动部分重心不合或变形引起的误差。（重力矩误差）
• 刻度与调整误差，刻度不准，以及标尺安装不准确。附加误差：使用条件不符合规定条件引起的误差。

第17页：动圈仪表配

动圈仪表配

具有温度补偿的热电偶测量电路

第18页：动圈仪表配热电阻测量电路

动圈仪表配热电阻测量电路

第19页：4.1.3自动平衡式电子电位差计

4.1.3自动平衡式电子电位差计

• 的平衡式测量仪表；能与输出为电势的各种检测元件配合，用于测量（显示）及记录。
• 工作原理调整测量电桥的输出与被测信号平衡的方法获得被测量信号值①手动电位差计标准电池高精度检流表标准电阻单刀双掷开关被测信号电源开关

第20页：操作步骤

操作步骤

调准工作电流

合上开关S1，将开关S扳向位置“1”，调节RB的大小，直到检流计G指向零。

• 此时电流I经过RK所产生的电压降与标准电池的电压ES正好相等，有工作电流

第21页：测量未知电势将S扳到位置

测量未知电势将S扳到位置

• “2”，滑动Rp的触点，直到检流计G指向零，此时有被测电势Ex的大小可在滑触点b上直接读出。

电位差计工作方式

用已知的电位差(Uab)平衡(补偿)未知被测电势(Ex)而实现对未知电势的测量。

第22页：工作要素

工作要素

• 稳定的工作电流；
• 必须有检测已知电位差与被测电势是否达到平衡的检流计G；
• 必须根据检流计偏转调节滑线电阻是电桥输出与被测电势平衡。

第23页：自动平衡电子电位差计热电偶桥

自动平衡电子电位差计热电偶桥

②臂电阻（补偿电阻）起始电阻量程电阻工艺电阻滑线电阻上支路电阻下支路电阻放大器可逆电机

第24页：2配合

2配合

测量桥路①支路电流上支路

4mA下之路：2mA②电阻的作用R3：下支路限流电阻，是一固定值，用锰铜丝绕制。

• 与R，保证下支路在25℃时工作电流为2mA。
• R3的准确与否直接影响到下支路电流I2的大小，因此对它的准确度有较高的要求，一般在±0.2％以内。

R4

上支路限流电阻，用锰铜丝绕制。

• 与Rnp(Rp、RB和RM三个电阻并联后的等效电阻)、RG串联，使上支路电流为4mA。
• 电阻R4的偏差允许达到±0.5％。

第25页：2确定仪表测量的下限值

2确定仪表测量的下限值

RG

起始电阻，与R。

R2

桥臂电阻，与RG共同保证仪表适应于不同的测量下限值要求，同时与热电偶配合时亦作为冷端温度补偿电阻。

仪表输出描述式

测量值为仪表下限值场合有URnp= 0，即：

第26页：Rp

Rp

• 滑线电阻，平衡调整电阻。
• Rp的精度和制造质量直接影响仪表的质量（示值及记录误差、变差、灵敏度，仪表运行的平滑性等），因此，对其在耐磨性、抗氧化性、接触可靠性，绝缘性能以及滑线电阻的非线性度均有较高要求。
• 5级表中应用的滑线电阻的非线性度要求控制在0.2%以内）RB：工艺电阻，保证RP//RB= 90Ω。

RM

量程电阻，某一确定的RM电阻值限定了仪表的量程范围。

• 为了便于仪表量程的调整，RM电阻一般由R’M与rM串联构成。

第27页：仪表量程

仪表量程

其中

Rnp：RP、RB、RM电阻并联等效电阻。

• 设被测电势为上限值，则有：

第28页：测量桥路设计任务

测量桥路设计任务

• 根据拟定的桥路形式和测量范围等已知条件，计算出测量桥路中各桥臂电阻的阻值。
• 配热电偶的电子电位差计的测量桥路设计主要考虑热电偶冷端温度的自动补偿问题，因而采用铜补偿电阻Rcu代替一般电子电位差计中的桥臂电阻R2。
• 测量桥路的等效电路

第29页：2也随之改变

2也随之改变

• 假定与要求：
• 测量桥路中的稳压电源为1V，在负载有微小变化时，认为电源电压不变。
• 当冷端温度补偿电阻阻值随温度变化时，将使下支路中的电流I。在计算中应考虑这一因素。
• 热电偶冷端温度变化，会引起附加电势，该电势存在着非线性，为了简化计算，采用线性近似。
• 标准环境温度t0等于标准室温(20℃)加上仪表本身的温升。如对晶体管仪表，t0=20℃+5℃=25℃。仪表实际工作环境温度等于实际室温(一般为0～50℃)加上温升，即tG=55℃(tG为环境可能出现的温度上限)，tD=5℃(tD为环境可能出现的温度下限)。
• 桥路计算应使热电偶冷端附加电势分别在上、下限两点温度tG、tD得到全补偿。

第30页：下支路电阻

下支路电阻

①（R3）的计算当热电偶冷端温度由环境温度下限tD变到环境温度上限tG时，则热电势将减小E(tG，tD)；而冷端温度补偿电阻将由变到，下支路电流将由变到，即代入上式，并考虑到RCu＜＜R3，略去分母中项，经整理后可得由于αt0:标准温度下铜电阻温度系数。

第31页：令

令

• △t=tG-tD；(η称为下支路电阻比值)。
• 设:热电偶电势在tD～tG之间随温度线性变化，则E(tG，tD)=C·△t。

代入上式，整理后可得C

热电偶冷端温度在tD～tG范围内的电势与温差的比值E：稳压电源的电压。

• 标准环境温度时，流过下支路的电流(I2)为因为有

第32页：上支路电阻的计算量程电阻RM

上支路电阻的计算量程电阻RM

②设仪表的量程为△Em=E(tmax，tmin)，当被测温度从下限值变到上限值时，则滑线电阻的滑触点将从a’滑到a”，设RP∥RB=90Ω，则代入前式，得量程电阻RM为有

第33页：0、热电偶的热端温度为tmin时

0、热电偶的热端温度为tmin时

RG、R4的计算：在标准环境温度t，滑线电阻的滑触点应位于起始端位置，且满足则得

第34页：2采用锰铜丝电阻

2采用锰铜丝电阻

毫伏信号测量

电子电位差计测量毫伏或毫安信号的工作原理和配热电偶时基本相同，但不需考虑温度补偿，所以R。一般有：

• △Em≤100mV时，取η=1／124，即当I2=2mA时，R2=4Ω，R3=496Ω；
• △Em＞100mV时，η=1／49，即当I2=2mA时，R2=10，R3=490。选定η后，其余计算步骤同上。

第35页：例已知仪表的量程为0～800

例已知仪表的量程为0～800

• ℃，配用K型热电偶，E=1V，I1=4mA，I2=2mA，环境温度t0=25℃，tG=55℃，tD=5℃，铜电阻在0~C时的温度系数α0=4.25×10-3(1／℃)，λ=3％，计算各桥路电阻值。
• 解：根据已知条件查K型热电偶的分度表可得E(800，25)=32.275mV，E(25，0)=1.0mVE(55，5)=2.032mV，△Em=(800，0)=33.275mV可以算得

第36页：

第37页：4.1.4电桥式自动平衡显示仪表

4.1.4电桥式自动平衡显示仪表

• 电桥式自动平衡显示仪表(简称自动平衡电桥)可与热电阻配套测量温度，也常常用于显示记录其他电阻类敏感元件对被测参数的测量值。
• 工作原理此类仪表将电阻类敏感元件直接接入电桥的一个桥臂，以电桥平衡的原理进行工作。
• 平衡电桥原理图

第38页：测量桥路R2、R3、R4

测量桥路R2、R3、R4

桥路固定电阻，R6

起始电阻，R5：量程电阻，Rp：滑线电阻，RB：工艺电阻，其与Rp的并联电阻为90Ω。

• 这里除滑线电阻外均为錳铜电阻。

Rt

被测热电阻，Rt= Rt0+ n△Rtm。

R1

导线电阻△Rtm：整个仪表刻度范围内热电阻的阻值变化范围。

• n：指针位置线对于仪表量程的百分数。
• [=△Rtm/ (Rt-Rt0)]

第39页：平衡条件

平衡条件

：（Rt+ R1+ R6+r2）R3=（r1+ R4）（R1+R2）

第40页：自动平衡电子电位差计

自动平衡电子电位差计

• 与的异同自动平衡电桥的构成和自动平衡电位差计基本相同，差别：
• 测量桥路作用位置自动平衡电子电位差计：在反馈环节中自动平衡电桥：作为比较环节存在
• 所接收的信号不同；自动平衡电子电位差计：毫伏信号自动平衡电桥：电阻信号
• 桥路性质自动平衡电子电位差计：不平衡电桥，输出不平衡电压自动平衡电桥：平衡电桥，平衡时输出电压信号为0
• 平衡方式自动平衡电子电位差计：电桥输出与被测电压平衡自动平衡电桥：滑线电阻的反馈触点与被测电阻平衡

第41页：测量桥路的分析计算

测量桥路的分析计算

2）a.等效电路

第42页：计算设定

计算设定

• 为了提高桥路的电压灵敏度，一般按不同的量程对桥路进行计算。设桥路下支路臂电阻比：
• 对于小量程（△Rtm＜10Ω）取η＜1
• 对于中量程（10Ω ≤△Rtm≤100Ω）取η=1
• 对于大量程（△Rtm＞100Ω）取η＞2

第43页：桥路计算中量程直流电桥

桥路计算中量程直流电桥

c.桥路的计算令：E = 1V，取R2= R3= R4，规定R1= 2.5Ω，桥路的上支路总电阻

第44页：由图可知

由图可知

，在Rt=Rt0和Rt=Rt0+△Rtm时，仪表指针分别在a’、a”处电桥平衡，即有平衡关系式：二式相减并整理得：

第45页：上支路总电阻的整理化简

上支路总电阻的整理化简

经整理后可得注意：中量程的平衡电桥测量温度的范围很宽(10Ω≤△Rtm≤100Ω)，一般情况下取It0=3mA，R2=R3=R4=165±

第46页：例自动平衡电桥配分度号为Pt

例自动平衡电桥配分度号为Pt

• l00的热电阻，仪表量程为0～50℃，Itm=6mA，E=1V，λ=0.03，求直流电桥的桥路参数。
• 解由题意可知Rt0=100Ω，Rt1=119.4Ω，△Rtm=19.4Ω，此电桥是中量程电桥，有进一步求得