化工儀表及自動(dòng)化精品第四章顯示儀表

1、化工儀表及自動(dòng)化精品第四章顯示儀表第1頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二4.0 顯示儀表概述本章內(nèi)容：4.1 模擬式顯示儀表: 自動(dòng)電子電位差計(jì) 自動(dòng)電子平衡電橋4.2 數(shù)字式顯示儀表: 數(shù)字式顯示儀表的特點(diǎn)及分類, 數(shù)字式顯示儀表的基本組成4.3 新型顯示儀表: 無(wú)筆、無(wú)紙記錄儀 虛擬顯示儀表第2頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二(1) 模擬式顯示儀表原理：檢測(cè)元件和變送器將被測(cè)變量（物理量或化學(xué)量）變換成另一物理量，此物理量隨被測(cè)變量的變化作相應(yīng)變化，這種變化是對(duì)被測(cè)變量的模擬。方式：利用標(biāo)尺、指針、曲線等方法組成：信號(hào)變換、放大環(huán)節(jié)、磁電偏轉(zhuǎn)機(jī)

2、構(gòu)及指示記錄機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：工作可靠、價(jià)格低廉，能夠反映和記錄測(cè)量值的變化趨勢(shì)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜， 讀數(shù)不夠直觀，測(cè)量速度不夠迅速，測(cè)量重現(xiàn)性不好第3頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二(2) 數(shù)字式顯示儀表功能：直接用數(shù)字量顯示或以數(shù)字形式記錄打印被測(cè)變量值的儀表?？梢院投喾N傳感器配合測(cè)量、顯示各種工藝參數(shù)，并且可以進(jìn)行巡回檢測(cè)、越限報(bào)警及實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制。方式：數(shù)字式組成：由一些必要電路組成，沒有模擬式顯示儀表中所必需的機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器特點(diǎn)：顯示清晰直觀，無(wú)讀數(shù)視差。測(cè)量和顯示速度、測(cè)量準(zhǔn)確性高，重現(xiàn)性好。(3) 新型顯示儀表特點(diǎn)：涉及微處理技術(shù)、新型顯示技術(shù)、記

3、錄技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)和控制技術(shù)，把信號(hào)檢測(cè)處理、顯示、記錄、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通訊、控制、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算等多個(gè)或全部功能集合于一體第4頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二動(dòng)圈式顯示儀表核心部件是一個(gè)磁電式毫伏計(jì)。輸入信號(hào):直流毫伏標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)1.測(cè)量機(jī)構(gòu)及作用原理第5頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二2.外接電阻和外接調(diào)整電阻 無(wú)論在刻度或使用時(shí)，規(guī)定外線電阻R外15第6頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二3.動(dòng)圈的溫度補(bǔ)償在線路中串聯(lián)熱敏電阻Rt當(dāng)溫度升高時(shí)，并聯(lián)的總電阻下降，而動(dòng)圈的電阻增加，這樣，一個(gè)增加，一個(gè)下降，配合得當(dāng)就能得到較好的補(bǔ)

4、償效果。R串：改變儀表量程；錳銅絲（溫度變化對(duì)阻值無(wú)影響）第7頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二XCZ-102動(dòng)圈式顯示儀表：配用熱電阻1.不平衡電橋電橋平衡時(shí)，有：動(dòng)圈表G中無(wú)電流通過。動(dòng)圈表G中有電流通過。R4 R2 = R3 (R0 + Rt)Ucd=0當(dāng)tRtR4 R2 R3 (R0 + Rt)Ucd第8頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二2.三線制接法與外接調(diào)整電阻從熱電阻引出三根導(dǎo)線，其中與熱電阻兩端相連的兩根導(dǎo)線分別接人橋路的兩個(gè)相鄰橋臂上，而第三根導(dǎo)線與穩(wěn)壓電源的負(fù)極相連。這樣，由于環(huán)境溫度的變化而引起連接導(dǎo)線電阻的變化，可以互相抵消一

5、部分，從而減少對(duì)儀表讀數(shù)的影響。利用外接調(diào)整電阻R1使外接電阻（包括連接導(dǎo)線的電阻）值為35第9頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二自動(dòng)電子電位差計(jì)配熱電偶功能：與溫度、流量、壓力、差壓、成分等變送器配接，可以測(cè)量和顯示能轉(zhuǎn)換成毫伏及直流電壓信號(hào)的工藝變量。原理：電壓補(bǔ)償（平衡）原理型號(hào)：用XW系列來(lái)命名，X表示顯示儀表，W表示直流電位差計(jì)。XW-第10頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二電壓補(bǔ)償（平衡）原理 用已知電壓來(lái)補(bǔ)償（平衡）未知電壓，使測(cè)量線路的電流等于零。用這種方法測(cè)量電壓比較精確，因?yàn)闆]有電流通過測(cè)量線路，也就不存在線路電阻影響問題。手動(dòng)電

6、位差計(jì)UCB = I RCBEt = UCB（條件：I檢 = 0)根據(jù)平衡法將被測(cè)電勢(shì)與己知的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)相比較，當(dāng)兩者的差值為零時(shí)（檢流計(jì)指針指零），被測(cè)電勢(shì)就等于已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)。工作原理第11頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二電壓測(cè)量系統(tǒng)EN = I RNI = EN / RNEt = UBC = I RBC = (EN / RN) RBC 第12頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二手動(dòng)電位差計(jì)特點(diǎn) 在全補(bǔ)償時(shí)(亦即檢流計(jì)中無(wú)電流通過時(shí))進(jìn)行測(cè)量讀數(shù)，避免了被測(cè)熱電偶本身引起的壓降損失和導(dǎo)線上的壓降損失；標(biāo)推電池的電動(dòng)勢(shì)EN 、標(biāo)準(zhǔn)電阻RN及測(cè)量回路電

7、阻的精度高；應(yīng)用了高靈敏度檢流計(jì)。 因此測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性高。缺點(diǎn)：（1）手動(dòng)操作不方便；（2） 不能連續(xù)進(jìn)行測(cè)量。優(yōu)點(diǎn)第13頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二存在的缺點(diǎn)：（1）沒有解決冷端溫度補(bǔ)償（2） 不能進(jìn)行量程匹配，即tmin不能改變工作原理若Et UCB U= UCB - Et 0 可逆電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)放大C點(diǎn)移動(dòng)UCB變化UCB= EtU=0可逆電機(jī)停止指示記錄t第14頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二 用電子放大器代替檢流計(jì)，驅(qū)動(dòng)可逆電機(jī)，通過一套機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滑動(dòng)觸點(diǎn)C，測(cè)量結(jié)果就可自動(dòng)完成了。自動(dòng)電子電位差計(jì)第15頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5

8、月20日，0點(diǎn)21分，星期二3.自動(dòng)電子電位差計(jì)的測(cè)量橋路第16頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二（2）量程匹配問題（1）冷端溫度補(bǔ)償問題第17頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二4.自動(dòng)電子電位差計(jì)的結(jié)構(gòu)第18頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二思考題：（1）RG減小，儀表的指示溫度比實(shí)際溫度高還是低？（2）橋路電源電壓增加，對(duì)測(cè)量有何影響？第19頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二舉例例用鎳鉻-鎳硅熱電偶配電子電位差計(jì)測(cè)量某爐溫,溫度的測(cè)量范圍在400900。圖是電位差計(jì)測(cè)量橋路。已知E=1V；I1=4mA；

9、I2=2mA；R2= 5.33；RPRB=90。試根據(jù)測(cè)溫要求確定橋路中的其他電阻值。 圖6-4 電位差計(jì)測(cè)量橋路解：根據(jù)鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表(第五章附錄三)查得 400900對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)為16.39537.325mV。 8第20頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二 假定由于R2的存在,實(shí)現(xiàn)了冷端溫度的全補(bǔ)償,故冷端溫度的變化對(duì)熱電勢(shì)的影響可以不予考慮。當(dāng)溫度在測(cè)量下限400時(shí),滑動(dòng)觸點(diǎn)移至滑線電阻的最左端,此時(shí)根據(jù) 得 根據(jù)測(cè)量范圍的要求,滑線觸點(diǎn)由滑線電阻的最左端移至最右端,電壓差應(yīng)為9第21頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二因此,RP、RB、R

10、M并聯(lián)后的等效電阻 RnP應(yīng)為 已知 RPRB= 90,可求得 R M5. 55。 根據(jù)式(6-2),可得 10第22頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二 以上計(jì)算都是粗略的,在進(jìn)行精確的計(jì)算時(shí),還要考慮許多實(shí)際的情況,例如滑線電阻 RP的兩端一般是移不到頭的。所以在計(jì)算RG、R4時(shí)必須考慮這種情況。 注意第23頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二電橋平衡原理圖4-6 平衡橋路原理圖在量程起點(diǎn)：溫度升高后：兩式相減整理得：r1與Rt成正比關(guān)系，即滑動(dòng)觸點(diǎn)B的位置反映了電阻的變化，也即反映了溫度的變化。 二、自動(dòng)電子平衡電橋第24頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，

11、5月20日，0點(diǎn)21分，星期二 如果將檢流計(jì)換成電子放大器，利用放大后的不平衡電壓去驅(qū)動(dòng)可逆電機(jī)，使可逆電機(jī)帶動(dòng)滑動(dòng)觸點(diǎn)B以達(dá)到電橋平衡，這就是電子自動(dòng)平衡電橋的工作原理，見下圖。 熱電阻Rt采用三線制接法，規(guī)定每根導(dǎo)線電阻是2.5。RP為滑線電阻，RP與RB并聯(lián)后的電阻值為90，R5為量程電阻，R6為調(diào)整儀表起始刻度的電阻。當(dāng)測(cè)量溫度在量程起點(diǎn)時(shí)調(diào)整R6，使滑動(dòng)觸點(diǎn)移到滑線電阻最左端；當(dāng)測(cè)量溫度在量程終點(diǎn)時(shí)調(diào)整R5，使滑動(dòng)觸點(diǎn)移到滑線電阻最右端。R4為限流電阻，它決定了上支路電流的I1大小。圖4-7 自動(dòng)平衡電橋工作原理圖4-8 電子平衡電橋原理方框圖第25頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20

12、日，0點(diǎn)21分，星期二第26頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二例：在下列情況下儀表的指針O如何變化？為什么？（a）溫度升高；（b）儀表停電；（c）加大R6；（d）A線斷；（e）B線斷；（f）C線斷；（g）Rt短路及斷路。第27頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二自動(dòng)電子平衡電橋與自動(dòng)電子電位差計(jì)的比較相似點(diǎn)：（1）配套的測(cè)溫元件（熱電偶、熱電阻）在外形結(jié)構(gòu)上相似（2）外形及其組成：放大器，可逆電機(jī)，同步電機(jī)及指示記錄部分相同不同點(diǎn)：（1） 輸入信號(hào)不同 電位差計(jì)：電勢(shì)；電子平衡電橋：電阻（2）作用原理不同 電位差計(jì)：測(cè)量橋路有平衡電壓輸出，與被測(cè)電熱大

13、小相同，極性相反 平衡電橋：儀表到平衡時(shí)，測(cè)量橋路本身處于平衡狀態(tài)，橋路無(wú)輸出（3）測(cè)溫元件不同 電位差計(jì)：熱電偶；電子平衡電橋：熱電阻（4）測(cè)量橋路的連接方式不同 電位差計(jì)：兩線制接法；電子平衡電橋：三線制接法（5）補(bǔ)償方式不同 電位差計(jì)：冷端溫度的補(bǔ)償；電子平衡電橋：導(dǎo)接的補(bǔ)償?shù)?8頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二兩個(gè)系統(tǒng)比較項(xiàng)目熱電偶系統(tǒng)熱電阻系統(tǒng)輸入信號(hào)電動(dòng)勢(shì)電阻電橋輸出E0冷端溫度補(bǔ)償有無(wú)接線方式雙補(bǔ)償線，橋中三線，橋臂電源直流直流或交流第29頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二數(shù)顯儀表用數(shù)碼管顯示測(cè)量值或偏差值，清晰直觀，讀數(shù)方便，不會(huì)產(chǎn)

14、生視差。數(shù)顯儀表普遍采用中、大規(guī)模集成電路，線路簡(jiǎn)單，可靠性好，耐振性強(qiáng)。由于儀表采用模塊化設(shè)計(jì)方法，即不同品種的數(shù)顯儀表都是由為數(shù)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(diào)試和維修，降低生產(chǎn)成本。數(shù)顯儀表品種繁多，配接靈活，可輸入多種類型測(cè)量信號(hào)，輸出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)（010mA直流電流或420mA直流電流）和報(bào)警信號(hào)。儀表具有非線性校正及開方運(yùn)算電路，配接熱電偶測(cè)溫時(shí)具有冷端溫度補(bǔ)償功能，配接熱電阻時(shí)考慮了外線電阻的補(bǔ)償，配接差壓變送器測(cè)流量時(shí)可直接顯示流量值。4.2 數(shù)字式顯示儀表4.2.0 概述第30頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二4.2.1 分

15、類(1)按功能：顯示型、顯示報(bào)警型、顯示調(diào)節(jié)型、巡回檢測(cè)型(2)按輸入信號(hào)形式：電壓型、頻率型(3)按輸入信號(hào)的點(diǎn)數(shù)：?jiǎn)吸c(diǎn)和多點(diǎn)(4)按顯示位數(shù)：3位半、4位半等多種。半位顯示是指最高位是0或1。(5)按測(cè)量速率：低速型（每秒鐘測(cè)量幾次到幾十次）、中速型（每秒鐘測(cè)量幾十次到幾百次）、高速型（每秒鐘測(cè)量千次以上）。第31頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二4.2.2 主要技術(shù)指標(biāo)(1)顯示方式： 3位半或4位半數(shù)碼管顯示(2)分辨率：儀表末位數(shù)改變一個(gè)字時(shí)所代表的輸入信號(hào)值，表明儀表所能顯示被測(cè)參數(shù)的最小變化量。(3)精度等級(jí)： 0.2級(jí)或0.5級(jí)(4)輸入阻抗：儀表在工作狀態(tài)下呈現(xiàn)在儀表兩輸入端之間的等效阻抗，一般在10M以上。另外，還有采樣速率、干擾擬制系數(shù)等第32頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二4.2.3 數(shù)字式顯示儀表的基本組成第33頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)21分，星期二 當(dāng)前的顯示儀表是涉及微處理技術(shù)、新型顯示技術(shù)、記錄技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)和控制技術(shù)，把信號(hào)檢測(cè)處理、顯示、記錄、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、通訊、控制、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算等多個(gè)或全部功能集合于一體的新型儀表。它使用方便，觀察直觀，功能豐富，可靠性高4.3 新型顯示儀表4.3.0 概述4.3.1 顯示儀表的發(fā)展動(dòng)態(tài)4.3.2 無(wú)紙