數(shù)字顯示儀表WORD

1、文檔可能無法思考全面，請瀏覽后下載! 數(shù)字顯示儀表概述：數(shù)字顯示儀表可以與不同的傳感器（變送器）配合， 對壓力、溫度、流量、物位、轉(zhuǎn)速等參數(shù)進行測量并以數(shù)字的形式顯示被測結(jié)果，故稱為數(shù)字顯示儀表。它顯示直觀、沒有人為視覺誤差、反應(yīng)迅速、準確度高等優(yōu)點。目前數(shù)字顯示儀表在各個行業(yè)已等到廣泛的應(yīng)用。第一節(jié) 數(shù)字顯示儀表的分類及組成1、 數(shù)字顯示儀表的分類l 按輸入信號的形式分電壓型：輸入信號是電壓或電流（1-5VDC/4-20mADC）頻率型：輸入信號是頻率(Hz)。l 按儀表具有功能分數(shù)字顯示儀、數(shù)字顯示報警儀、多功能數(shù)字顯示儀表。2、 數(shù)字顯示儀表的組成及工作原理l 數(shù)字顯示儀表的組成由五部分

2、組成：前置放大、模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換、非線性補償、標度變換及計數(shù)顯示。l 電壓型數(shù)字儀表的構(gòu)成方案如下：(a)被測參數(shù)變送器前置放大非線性補償標度變換模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換計數(shù)顯示被測參數(shù)變送器前置放大標度變換非線性模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換計數(shù)顯示(b)9 / 9被測參數(shù)變送器前置放大非線性補償標度變換模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換計數(shù)顯示(c)l 方案（a）模擬非線性補償：被測量在模擬信號時就已被線性化了，其測量準確度較低，一般只能達到0.5-0.1，優(yōu)點是可以直接輸出線性化的模擬信號。l 方案（b）非線性模/數(shù)（A/D）變換補償：利用非線性的模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換電路，在完成模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換的同時也完成

3、了線性化，因而結(jié)構(gòu)簡單，準確度高，缺點是只能適用于測量特定模擬量，多用在單一參數(shù)測量的數(shù)字式儀表中。l 方案（C）數(shù)字線性補償及標度變換：它可組成多種方案，適用面寬，主要用于直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）及計算機設(shè)定系統(tǒng)（SPC）等較大規(guī)模的控制系統(tǒng)及測量系統(tǒng)中。其測量準確度高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。第二節(jié) 模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換部分是顯示儀表的重要組成部份。其功能是將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成與其成比例的數(shù)字量，以便進行數(shù)字顯示。指針讀數(shù)輸入電壓Vi0110010101000011001000010000輸入電壓Vi量化單位i數(shù)字量（a）（b）越小轉(zhuǎn)換準確度越高上圖(a)表示模擬式儀表的指針

4、讀數(shù)與輸入電壓Vi關(guān)系;圖（b）表示了將這種關(guān)系進行整量化，即用折線代替圖（a）中的直線。在實際測量中經(jīng)常是先把非電量轉(zhuǎn)換成電壓；然后再由電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，即A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換有多種，常用的有兩種：雙積分型和逐次比較反饋編碼型。1、 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換電路l 基本原理：將一段時間內(nèi)的模擬量電壓值通過兩次積分變換成與其成正比的時間間隔，然后利用時鐘脈沖和計數(shù)器測出此時間間隔，從而得到數(shù)字量。VS檢零比較器K1K2控制器門計數(shù)器顯示時鐘脈沖RCViK3雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換原理框圖V0t22t1t21Vi1Vi2tVi2>Vi1VA2>VA10積分器輸出電壓V0波形圖VA1VA12從波

5、形圖中可以看出：輸入電壓Vi越大，則積分器輸出電壓V0也越大，t2時間間隔越長，計數(shù)器所記的數(shù)N也就越大。因此，計數(shù)所計的數(shù)，就是輸入電壓Vi在t1時間內(nèi)的平均值的數(shù)字值，從而完成了模擬量/數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。因為這個轉(zhuǎn)換器在一次轉(zhuǎn)換過程中進行了兩次積分，所以稱為雙積分轉(zhuǎn)換器。l 雙積分轉(zhuǎn)換器的特點：（1） 電路元件參數(shù)要求不苛刻。（2） 很強的抗工頻干擾能力。（3） 不宜用在快速測量系統(tǒng)中。2、 逐次比較電壓反饋編碼型l 基本原理：用一套標準電壓與被測電壓進行比較并不斷逼近，最后達到一致。標準電壓值的大小就表示了被測電壓的大小。將這一與被測電壓相平衡的標準電壓以二進制形式輸出，就實現(xiàn)了模/數(shù)轉(zhuǎn)換過

6、程。l 用實驗方法加以說明 天平稱物：現(xiàn)砝碼有2mg、1mg、0.5mg、0.25mg、0.125mg、0.0625mg共6種，按固定順序排列。后面一個砝碼是前一個質(zhì)量的1/2，相互之間可以看成是二進制的關(guān)系。假設(shè)被稱物體質(zhì)量為m=3.5627mg,其稱量過程如下：依次交砝碼放到天平上，如加砝碼后質(zhì)量小于m，則保留并記為“1”，如加砝碼后質(zhì)量大于m則，撤去此砝碼并記為“0”。如此進行下去，直到最后一個砝碼用完。砝碼重量210.50.250.1250.0625二進制數(shù)111001二進制數(shù)為“1”的砝碼重量加起來等于3.5625mg，和實際質(zhì)量相差3.5627-3.5625=0.0002 mg，這

7、就是稱量誤差。根據(jù)以上實驗，現(xiàn)在我們研究如何將一個3V的電壓轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)碼。設(shè)有一套標準電壓，見下表。標準電壓2.5二進制數(shù)10010010 由上述過程要以看出，要把一個電壓值轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)碼表示的數(shù)值，必須具備以下條件：（1） 有一套相鄰為二進制的標準電壓解碼網(wǎng)絡(luò)。（2） 有一個比較簽別器，并確定是否保留此電壓。（3） 有一個數(shù)碼寄存器，把每次比較所得的結(jié)果保存下來。（4） 有一個控制器，以完成如下任務(wù)a) 比較由最高位開始，從高位往低位逐次比較；b) 根據(jù)每一次的比較結(jié)果，使相應(yīng)位的數(shù)碼寄存器記“1”或“0”并由此決定是否保留這個“解碼網(wǎng)絡(luò)”來的電壓。標準電壓解碼網(wǎng)絡(luò)顯示器數(shù)碼寄存器控制

8、門移位寄存器控制線路比較簽別器脈沖源逐次比較型模/數(shù)轉(zhuǎn)換原理圖l 特點：完全是邏輯電路的判別過程；電路元件特性及布線時間常數(shù)小；轉(zhuǎn)換速度快。已成為現(xiàn)代數(shù)字顯示儀表模/數(shù)轉(zhuǎn)換的主要手段。3、 兩者的區(qū)別：前者為間接法，后者為直接法。第三節(jié) 非線性補償及標度變換1、 非線性補償l 非線性模/數(shù)轉(zhuǎn)換補償法（1） 根據(jù)準確度要求將曲線分成若干段，每段以直線代替曲線；將各段直線連接起來，便得到一條與原來曲線相近的折線。（2） 確定量程范圍內(nèi)線性關(guān)系的直線斜率，并逐段進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)被測參數(shù)的線性顯示。l 數(shù)字式非線性補償法 此法是讓被測參數(shù)經(jīng)模/數(shù) 轉(zhuǎn)換后再進入非線性補償環(huán)節(jié)。仍是采用以折線代替

9、曲線的方法。l 二者特點：非線性補償優(yōu)點缺點非線性模/數(shù)轉(zhuǎn)換補償法線路簡單通用性差數(shù)字式非線性補償法通過邏輯線路，可預(yù)先設(shè)定系數(shù)；可檢測不同被測量；多用在巡檢儀和智能儀表中。線路復(fù)雜2、 標度變換l 模擬量的標度變換（簡單可靠但儀表的通用性受限制，僅適用于專用裝置）（1）電阻信號的標度變換 為了將熱電阻的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柕妮敵?，通常采用不平衡電橋作電?電壓轉(zhuǎn)換。URRRtR0I1I2E 如圖：為不平衡電橋測溫原理。 當被測溫度處于下限時，Rt=Rt0=R0,則： 且橋路設(shè)計時使得R>>Rt0，故被測溫度處于任一值時都有：于是，有: U=I（Rt-R0）=IRt 上式說明了可

10、由不平衡電橋的轉(zhuǎn)換關(guān)系，通過改變橋路的參數(shù)來實現(xiàn)標度變換。（2）電勢信號的標度變換 當數(shù)字儀表以熱電偶的熱電勢作為輸入信號時，若熱在儀表規(guī)定的輸入信號范圍內(nèi)，則可將信號送入儀表中，通過適當選取前置放大器的放大倍數(shù)來實現(xiàn)標度變換。（3）電流信號的標度變換。數(shù)字顯示儀表與具有標準輸出的變送器配套使用時，可用簡單的電阻網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)標度變換。如圖：R1R2UI注意：滿足儀表輸入阻抗的要求；同時，滿足變送器對負載阻抗匹配的要求。l 數(shù)字量的標度變換數(shù)字量的標度變換是在A/D轉(zhuǎn)換之后，進入計數(shù)器之前，通過系數(shù)運算而實現(xiàn)的。進行系數(shù)運算，即乘以（或除以）某系數(shù)，扣除多余的脈沖數(shù)，可使被測物理量和顯示數(shù)字值的單位

11、得到統(tǒng)一。第四節(jié) 數(shù)字顯示儀表的技術(shù)指標1、 顯示位數(shù)顯示位數(shù)常見的有三位、四位，更高可達8位。位數(shù)越多讀數(shù)的準確度就越高。現(xiàn)場使用多為三位、四位，它們都可以再增加半位，即：3、4。2、 分辨率分辨率指數(shù)字顯示儀表顯示的最小數(shù)和最大數(shù)的比值。分辨力_是指數(shù)字顯示儀表在最低量程上，最末位改變一個字時相對應(yīng)的被測信號值，它相當于模擬式儀表的靈敏限。3、 數(shù)字顯示儀表的誤差三種情況(1)當儀表的分辨力滿足3b<a%(tmax-tmin)時則: =±a%(tmax-tmin)+b(2) 當儀表的分辨力滿足10b<a%(tmax-tmin)時則: =±a%(tmax-tm

12、in)+2b(3) 當儀表的分辨力滿足3b>a%(tmax-tmin)時則: =±a%(tmax-tmin)第五節(jié) 智能儀表 智能儀表，是指以單片微型計算機為核心的儀表。1、 智能儀表的特點：l 體積小、可靠性高、功能強及使用靈活。很容易與計算機聯(lián)接。l 測量儀表智能化，通過微處理器的數(shù)據(jù)處理和存貯等功能，可進行各種自動校正。l 操作可自動化。便于操作，提高了測試的準確度。l 具有自測試自診斷的功能，大大提高了儀表的可靠性，簡化和加快了儀表的檢修工作。2、 智能儀表舉例 復(fù)習(xí)題：1. 數(shù)字顯示儀表由幾部份組成？2. A/D轉(zhuǎn)換有幾種方式？3. 有一臺數(shù)字顯示儀表，其測量范圍是0-800，儀表的精度等級為0.5，其基本誤差為多少？4. 對