第四章 顯示儀表

第四章顯示儀表第一節(jié)模擬式顯示儀表第二節(jié)數(shù)字式顯示儀表第三節(jié)新型顯示儀表凡能將生產(chǎn)過(guò)程中各種參數(shù)進(jìn)行指示、記錄或累積的儀表統(tǒng)稱為顯示儀表。2.顯示儀表的分類按能量分:電動(dòng)顯示儀表，氣動(dòng)顯示儀表。按顯示的方式分:顯示儀表模擬式顯示儀表:指針位移或記錄筆數(shù)字式顯示儀表:數(shù)字顯示屏幕顯示儀表:數(shù)字.字符.曲線和圖像顯示1.顯示儀表數(shù)字式顯示儀表:以數(shù)字的形式直接顯示被測(cè)參數(shù)大小的儀表。因具有速度快.精度高.讀數(shù)直觀,便于與計(jì)算機(jī)等數(shù)字裝置聯(lián)用等特點(diǎn),正在迅速發(fā)展。屏幕顯示儀表:將圖形、字符、曲線及數(shù)字等直接在屏幕上進(jìn)行顯示,是一種新型顯示儀器,用途非常廣泛。模擬式顯示儀表:以儀表指針(記錄筆)的角位移(線位移)來(lái)模擬顯示被測(cè)參數(shù)連續(xù)變化的儀表。測(cè)量速度較慢.精度較低.讀數(shù)易造成多值性。1).工作原理:平衡法(補(bǔ)償法.零值法),將被測(cè)電勢(shì)與已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)比較,當(dāng)兩者的差值為零時(shí),被測(cè)電勢(shì)就等于已知的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)。1.手動(dòng)電位差計(jì)I恒定,R為錳銅電阻(線性度高)。調(diào)節(jié)觸點(diǎn)C,當(dāng)IG=0時(shí),Et=UCB=IRCB。由C的位置,讀UCB,即測(cè)Et。一、自動(dòng)電子電位差計(jì)自動(dòng)平衡式顯示儀表:電子電位差計(jì)和電子自動(dòng)平衡電橋。特點(diǎn):測(cè)量精度高,工作可靠?？蓽y(cè)量顯示溫度、壓力、流量、物位等參數(shù)。第一節(jié)模擬式顯示儀表直接測(cè)量直流電壓信號(hào)。RGCBEIEtA+-(1).采用全補(bǔ)償法(IG=0),熱電偶、連接導(dǎo)線的接入對(duì)測(cè)量不產(chǎn)生任何影響。(2).采用高靈敏度檢流計(jì),可保證測(cè)量的準(zhǔn)確度。(3).只能進(jìn)行間斷測(cè)量,不能進(jìn)行自動(dòng)記錄。需人工參與。2).測(cè)量準(zhǔn)確的原因2.自動(dòng)電子電位差計(jì)的工作原理穩(wěn)壓電源電子放大器可逆電機(jī)CBA+-Et+-用可逆電動(dòng)機(jī)及一套機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)代替人手進(jìn)行電壓平衡操作,用放大器代替了檢流計(jì)來(lái)測(cè)不平衡電壓并控制可逆電動(dòng)機(jī)的工作。t0≠0℃,室溫t1時(shí),熱電勢(shì)減少,t減小,造成測(cè)量誤差。3.自動(dòng)電子電位差計(jì)的測(cè)量橋路在實(shí)際中需解決下列兩個(gè)問(wèn)題：t0=0℃時(shí),觸點(diǎn)C與t一一對(duì)應(yīng),E(t,0)?t,反映真實(shí)溫度。(1).冷端溫度補(bǔ)償問(wèn)題BCR2R3RGRPRMR4E=1VI1=4mAI2=2mAD-+AEtt0解決這個(gè)問(wèn)題,需加一個(gè)支路R2(銅絲)R3,R2與熱電偶冷端處于同一溫度。當(dāng)t1↑R2↑UR2↑,而熱電偶的熱電勢(shì)↓,達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)哪康?。UR2=E(t0,0)E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)E(t,0)?t穩(wěn)壓電源CBA+-Et+-3.自動(dòng)電子電位差計(jì)的測(cè)量橋路(2).量程匹配問(wèn)題(RGRM)觸點(diǎn)C為起點(diǎn)時(shí),UCD=E(t1,0)。儀表標(biāo)尺下限為多種時(shí),需串接電阻RG,RG↑→UCD↑→下限值↑。觸點(diǎn)C處于右端時(shí),UCD為上限t2的熱電勢(shì)。RM越小,則RP電流越小,量程越窄;R總=RP//RM減少,I1不變,RP兩端電壓減少,可改變量程。BCR2R3RGRPRMR4E=1VI1=4mAI2=2mAD-+AEtt0XW系列自動(dòng)電子電位差計(jì)測(cè)量橋路原理圖X-顯示儀表,W-直流電位差計(jì)EtBCR2R3RGRPRBRMR4E=1VI1=4mAI2=2mAA-+D(1).電阻R2:實(shí)現(xiàn)冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償。熱電偶的E(t,t0)時(shí),儀表顯示的溫度為t,儀表刻度不變化。(2).下支路限流電阻R3限制I2=2mA(25℃),精密電阻,精度為0.2%以內(nèi)。鎳鉻-鎳硅時(shí)R2=5.33Ω,鎳鉻-考銅時(shí)R2=8.92Ω,鉑銠-鉑時(shí)R2=0.74Ω。熱電偶不同,R2值就不同。(3).上支路限流電阻R4:保證I1=4mA。XW系列自動(dòng)電子電位差計(jì)測(cè)量橋路原理圖EtBCR2R3RGRPRBRMR4E=1VI1=4mAI2=2mAA-+D(4).滑線電阻RP:重要部件,儀表的誤差.靈敏度等與RP優(yōu)劣有關(guān),RP=90Ω(線性度高的錳銅),不足時(shí),使RP//RB=90Ω。(5).量程電阻RM:RM由儀表測(cè)量范圍和熱電偶分度號(hào)決定的。RM越大,IM越小,量程越大;反之,量程越小,通過(guò)改變RM.RG.R4來(lái)改變量程。(6).始端(下限)電阻RG:決定測(cè)量下限的高低。當(dāng)C點(diǎn)處于起點(diǎn)時(shí),UCD為標(biāo)尺下限的熱電勢(shì),RG↑,UCD↑大,測(cè)量下限越高。IM4.自動(dòng)電子電位差計(jì)的結(jié)構(gòu)放大器記錄機(jī)構(gòu)同步電機(jī)可逆電機(jī)穩(wěn)壓電源傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(代替人手操作)熱電偶測(cè)量電橋指示機(jī)構(gòu)原理方框圖結(jié)構(gòu)示意圖4.自動(dòng)電子電位差計(jì)的結(jié)構(gòu)二、自動(dòng)電子平衡電橋(熱電阻)當(dāng)t↑后,滑動(dòng)觸點(diǎn)在RP的某一位置B時(shí),電橋平衡:R3(Rt0+ΔRt+RP-r1)=R2(R4+r1)﹍(2)(2)-(1)則得：ΔRtR3-r1R3=R2r11.平衡電橋測(cè)溫原理當(dāng)溫度在下限時(shí),Rt為Rt0,滑動(dòng)觸點(diǎn)在RP的左端,此時(shí)電橋平衡:R3(Rt0+RP)=R2R4﹍

(1)觸點(diǎn)位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。二線制接法GE0r1BRPR4R3R2Rt+-始r2終A1).基本原理:將檢流計(jì)換成放大器,利用被放大的不平衡電壓推動(dòng)可逆電機(jī),帶動(dòng)觸點(diǎn)B移動(dòng)達(dá)到電橋平衡。XD系列交流電橋;XQ系列直流電橋2.自動(dòng)電子平衡電橋2).測(cè)量橋路各電阻的作用直流電源為1V,交流電源為6.3V。起始電阻量程電阻滑線電阻三線制接法:外接調(diào)整電阻R1=2.5ΩI1=I2=3mA,交流限流電阻R7:保證電流在規(guī)定的范圍內(nèi),以防燒毀。4).自動(dòng)電子平衡電橋的結(jié)構(gòu)原理方框圖放大器記錄機(jī)構(gòu)同步電機(jī)可逆電機(jī)穩(wěn)壓電源傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(代替人手操作)熱電阻測(cè)量電橋指示機(jī)構(gòu)接法:由熱電阻一端引出兩根線,其中一線接電橋的一橋臂,另一線接電源的負(fù)極;熱電阻另一端的一根線接熱電阻所在的橋臂。為了盡量減小誤差,電阻值為2.5Ω。3).熱電阻采用三線制接法1).相同之處(1).組成相同:放大器.可逆電機(jī).同步電機(jī).指示記錄部分。(2).與儀表配套的測(cè)溫元件(熱電偶.熱電阻)外形結(jié)構(gòu)相似。3.自動(dòng)電子平衡電橋與自動(dòng)電子電位差計(jì)比較2).不相同之處(1).輸入信號(hào):電位差計(jì)為電勢(shì);電子平衡電橋?yàn)殡娮琛?2).作用原理:電位差計(jì)測(cè)量電橋在測(cè)量時(shí)處于不平衡,輸出不平衡電壓(與被測(cè)電勢(shì)大小相同極性相反),與被測(cè)電勢(shì)補(bǔ)償,使儀表達(dá)到平衡。電子平衡電橋,當(dāng)儀表達(dá)到平衡時(shí),測(cè)量電橋處于平衡,即無(wú)輸出。(3).電位差計(jì)測(cè)溫時(shí),考慮熱電偶冷端溫度補(bǔ)償問(wèn)題。(4).測(cè)溫元件與測(cè)量電橋的連接方式不同:熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線采用兩線制接法。熱電阻采用三線制接法。(5).穩(wěn)壓源的供電方式:電位差計(jì)用直流;電子平衡電橋可直流也可交流。例1:K分度號(hào)的熱電偶采用如圖所示的方式與配套的電子電位差計(jì)接入控制室測(cè)爐溫,已知電子電位差計(jì)顯示溫度為1000oC時(shí),求實(shí)際溫度t。t30oC20oCK分度號(hào)補(bǔ)償導(dǎo)線30oC控制室電子電位差計(jì)解題思路：根據(jù)電位差計(jì),顯示1000oC則對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì):EK(1000,0)電位差計(jì)中有溫度補(bǔ)償?shù)你~電阻,補(bǔ)償熱電勢(shì):UR=EK(20,0)補(bǔ)償導(dǎo)線可實(shí)現(xiàn)冷端溫度遷移,熱電偶所測(cè)的熱電勢(shì)為:EK(t,20),其與補(bǔ)償熱電勢(shì)一起使儀表顯示1000oC。則依題意有：EK(t,20)+EK(20,0)=EK(1000,0),由中間溫度定律可知t=1000oC。t30oC20oCCu線Cu線30oC控制室電位差計(jì)例2:K分度號(hào)的熱電偶采用下圖的方式與配套的電位差計(jì)接入控制室測(cè)爐溫,已知電位差計(jì)顯示溫度為700oC時(shí),求實(shí)際溫度t。EK(t,0)=EK(700,0)-EK(20,0)+EK(30,0)=29128-798+1203=29533μV解:查表得:EK(20,0)=798μV,EK(700,0)=29128μVEK(30,0)=1203μV依題意有:EK(t,30)+EK(20,0)=EK(700,0),EK(t,0)-EK(30,0)+EK(20,0)=EK(700,0),t=709+(29533-29505)/(29547-29505)=709.7oC查表:EK(709,0)=29505μV,EK(710,0)=29547μV例3:

K分度號(hào)的熱電偶采用下圖的方式與E分度號(hào)的電位差計(jì)接入控制室測(cè)爐溫,已知電位差計(jì)顯示溫度為400oC時(shí),求實(shí)際溫度t。

t30oC20oCK分度號(hào)補(bǔ)償導(dǎo)線30oC控制室E型電位差計(jì)EK(t,0)=EE(400,0)-EE(20,0)+EK(20,0)=28943-1192+798=28549μV解:查表得:EK(20,0)=798μV,EE(20,0)=1192μV,EE(400,0)=28943μV,依題意有:EK(t,20)+EE(20,0)=EE(400,0)，查表:EK(686,0)=28540μV,EK(687,0)=28583μVt=686+(28549-28540)/(28583-28540)=686.2oC第二節(jié)數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表:用數(shù)字顯示測(cè)量結(jié)果的儀表。是一種具有模/數(shù)轉(zhuǎn)換器并以十進(jìn)制數(shù)碼形式顯示被測(cè)量值的儀表。一、數(shù)字式顯示儀表的特點(diǎn)及分類數(shù)字式顯示儀表按輸入信號(hào)形式分電壓型按顯示方式分單點(diǎn)多點(diǎn)頻率型單點(diǎn)按功能分顯示儀多點(diǎn)顯示報(bào)警儀顯示報(bào)警輸出記錄儀顯示輸出儀顯示記錄儀按顯示方式分按功能分按功能分按功能分特點(diǎn):直接顯示數(shù)字.清晰直觀.讀數(shù)方便.不產(chǎn)生視差;線路簡(jiǎn)單.可靠性好.耐振性好;調(diào)試和維修方便,降低成本。組成:信號(hào)變換.前置放大.非線性校正或開(kāi)方運(yùn)算.模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換.標(biāo)度變換.數(shù)字顯示.電壓/電流(V/I)轉(zhuǎn)換及各種控制電路等。二、數(shù)字顯示儀表的基本組成(熱電勢(shì))電流信號(hào)信號(hào)變換前置放大非線性校正或開(kāi)方運(yùn)算A/D轉(zhuǎn)換標(biāo)度變換數(shù)字顯示V/I轉(zhuǎn)換控制電路工藝變量(熱電阻)(電壓)(電流)光柱電平驅(qū)動(dòng)繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作或電流信號(hào)光柱顯示2.將小信號(hào)(毫伏級(jí))放大(伏級(jí))。其中加濾波電路可抑止干擾信號(hào)。1.將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓(電流)值。3.將信號(hào)處理成線性特性,提高儀表測(cè)量精度。開(kāi)方運(yùn)算將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成流量值。與熱電偶配套的數(shù)顯儀表還有冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能。4.A/D轉(zhuǎn)換電路(數(shù)顯儀表的核心)二、數(shù)字顯示儀表的基本組成分類把連續(xù)變化的模擬量變換成斷續(xù)變化的脈沖數(shù)字量。5.標(biāo)度變換電路間接型:雙積分型.脈沖寬帶調(diào)制型.電壓/頻率轉(zhuǎn)換型。直接型:逐次比較型。間接型:將模擬量轉(zhuǎn)換一個(gè)中間量(T/f),再轉(zhuǎn)換數(shù)字量?？垢蓴_能力強(qiáng)。直接型:直接將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。將顯示值和被測(cè)原始參數(shù)值統(tǒng)一起來(lái),使儀表以工程量值形式顯示被測(cè)參數(shù)。如被測(cè)溫度為65℃時(shí),A/D轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器輸出為1000個(gè)脈沖,經(jīng)過(guò)標(biāo)度變換使儀表直接顯示65℃。6.數(shù)字顯示電路及光柱電平驅(qū)動(dòng)電路二、數(shù)字顯示儀表的基本組成光柱電平驅(qū)動(dòng)電路:將測(cè)量信號(hào)與一組基準(zhǔn)值比較,驅(qū)動(dòng)一列發(fā)光二極管,使被測(cè)值以光柱高度或長(zhǎng)度形式顯示。數(shù)字顯示方法:發(fā)光二極管(LED)和液晶顯示器(LCD)等。7.V/I轉(zhuǎn)換電路和控制電路V/I轉(zhuǎn)換電路:將電壓轉(zhuǎn)換4~20mA(0~10mA)直流電流信號(hào),與電動(dòng)單元組合儀表.可編程序控制器或計(jì)算機(jī)連用。7.V/I轉(zhuǎn)換電路和控制電路控制電路:根據(jù)偏差信號(hào)按PID或其他控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算,輸出控制信號(hào),直接對(duì)生產(chǎn)過(guò)程加以控制。第三節(jié)新型顯示儀表定義:涉及微處理技術(shù).新型顯示和記錄技術(shù).數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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)算等全部或部分功能集合于一體的新型儀表。特點(diǎn):使用方便.觀察直觀.功能豐富.可靠性高.維護(hù)簡(jiǎn)單。一、無(wú)筆、無(wú)紙記錄儀1.概述該儀表輸入信號(hào)多樣化,可對(duì)溫度.壓力.流量.物位等參數(shù)進(jìn)行組態(tài)與編程并直接顯示.記錄。帶有報(bào)警功能。以CPU為核心的液晶顯示記錄儀,直接把信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字,保存在隨機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi),可在液晶顯示屏上顯示。需要時(shí)可把記錄曲線或數(shù)據(jù)送到打印機(jī)打印或計(jì)算機(jī)保存和進(jìn)一步處理。2.無(wú)筆、無(wú)紙記錄儀的原理與組成記錄儀的核心,數(shù)據(jù)計(jì)算與邏輯處理存貯CPU處理后的歷史數(shù)據(jù),可保存3-170天的數(shù)據(jù)固化程序。CPU操作的軟件。將CPU內(nèi)數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上顯示160×128點(diǎn)陣輸入指令產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘發(fā)出報(bào)警信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)打印實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊組態(tài)界面時(shí)間組態(tài):用于組態(tài)(或修改)日期、時(shí)間、記錄點(diǎn)數(shù)和采樣周期。頁(yè)面及記錄間隔的組態(tài):用于頁(yè)面、記錄間隔的設(shè)置、背光的打開(kāi)/關(guān)閉設(shè)置。各個(gè)通道信息組態(tài):各個(gè)通道輸入量、測(cè)量上下限、報(bào)警上下限、開(kāi)方運(yùn)算等設(shè)置。通訊信息組態(tài):用于通訊地址和方式的設(shè)置。顯示畫(huà)面選擇組態(tài):選擇最需要的顯示畫(huà)面。報(bào)警信息組態(tài):每個(gè)通道的上下限報(bào)警觸點(diǎn)的設(shè)置。2.無(wú)筆、無(wú)紙記錄儀的原理與組成利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能來(lái)完成顯示儀表所有的工作。特點(diǎn):在計(jì)算機(jī)屏幕上完全模仿實(shí)際使用中的各種儀表,如儀表面盤.操作盤.接線端子等。用戶通過(guò)計(jì)算機(jī)鍵盤.鼠標(biāo)或觸摸屏進(jìn)行各種操作。一臺(tái)計(jì)算機(jī)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多臺(tái)虛擬儀表,可集中運(yùn)行和顯示。二、虛擬顯示儀表傳統(tǒng)儀器:是一個(gè)實(shí)物器具。實(shí)物的基本特點(diǎn):形狀.大小.體積和重量。在傳統(tǒng)儀器的操縱面板上可通過(guò)開(kāi)關(guān)、按鍵來(lái)操縱它,同時(shí)通過(guò)它的顯示區(qū)域可獲得最終的測(cè)量結(jié)果。

9.1虛擬儀器技術(shù)(VirtualInstrument,簡(jiǎn)記為VI)虛擬儀器:不是一個(gè)實(shí)物器具,是基于計(jì)算機(jī)的測(cè)量?jī)x器。沒(méi)有固定尺寸和外觀形狀。它通過(guò)軟件在計(jì)算機(jī)的屏幕上以各種圖形的方式模擬出傳統(tǒng)儀器的外觀及操縱儀器所需的開(kāi)關(guān)、按鍵、顯示器等部件。虛擬儀器的操作是通過(guò)計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)或鍵盤來(lái)實(shí)現(xiàn)的。與傳統(tǒng)儀器比較項(xiàng)目傳統(tǒng)儀器虛擬儀器儀器定義儀器廠商用戶中心環(huán)節(jié)硬件是關(guān)鍵軟件是關(guān)鍵功能設(shè)定儀器的功能、規(guī)模均已固定系統(tǒng)功能和規(guī)?？赏ㄟ^(guò)軟件修改和增減開(kāi)放性封閉的系統(tǒng),與其它設(shè)備連接受限基于計(jì)算機(jī)的開(kāi)放系統(tǒng),可方便地同外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)及其它設(shè)備連接性能/價(jià)格比價(jià)格昂貴價(jià)格低，可重復(fù)使用技術(shù)更新慢（5～10年）快（1～2年）開(kāi)發(fā)維護(hù)費(fèi)用開(kāi)發(fā)維護(hù)費(fèi)用高軟件結(jié)構(gòu)可大大節(jié)省開(kāi)發(fā)和維護(hù)費(fèi)用應(yīng)用情況多為實(shí)驗(yàn)室擁有個(gè)人可以擁有一個(gè)實(shí)驗(yàn)室二、模-數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)(一).基本概念1.主要任務(wù):是使連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成與其成比例的、斷續(xù)變化的數(shù)字量,便于進(jìn)行數(shù)字顯示。2.模擬量:可在其測(cè)量范圍內(nèi)任意變化,即模擬量是連續(xù)變化的,將0~9這十個(gè)數(shù)字,通過(guò)指針或記錄筆位移模擬表示其信號(hào)大小的。3.數(shù)字量:數(shù)字量的電信號(hào),只能取二進(jìn)制數(shù)中即“0”和“1”的任一個(gè)狀態(tài)。一定位數(shù)的二進(jìn)制數(shù)可表達(dá)一個(gè)確定的被測(cè)量,數(shù)字量是非連續(xù)的量。它們也可以轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兪熘氖M(jìn)制數(shù),直接以數(shù)字的形式表示被測(cè)量。4.計(jì)量單位:用一定的計(jì)量單位使連續(xù)變化的模擬量整量化,才能得到近似的數(shù)字量。計(jì)量單位越小,整量化的誤差就越小,數(shù)字量越接近連續(xù)量本身的值。E/mVt/oC模擬電信號(hào)000100100000數(shù)字電信號(hào)E/mVt/oC分割的階梯(一個(gè)量化單位)越小,轉(zhuǎn)換精度越高,但要求模-數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的頻率響應(yīng)、前置放大的穩(wěn)定性等越高。這是一對(duì)矛盾。(二).模-數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)的方法(1).時(shí)間間隔-數(shù)字轉(zhuǎn)換；(2).電壓-數(shù)字轉(zhuǎn)換(V-D轉(zhuǎn)換)；重點(diǎn)是V-D轉(zhuǎn)換。(3).機(jī)械量(直線位移和角度)-數(shù)字轉(zhuǎn)換。下面介紹V-D轉(zhuǎn)換中兩種類型:雙積分型、逐次比較型。1.雙積分型(間接法)(1).定義:在一次測(cè)量過(guò)程中,用同一個(gè)積分器進(jìn)行兩次積分,一次是對(duì)被測(cè)電壓Vx的定時(shí)積分,另一次是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓Vr的定值積分。(2).基本原理:將一段時(shí)間內(nèi)的模擬電壓通過(guò)兩次積分,變換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔,然后由脈沖發(fā)生器和計(jì)數(shù)器來(lái)測(cè)量此時(shí)間間隔而得到數(shù)字量。定時(shí)定值(3).積分過(guò)程定時(shí)積分:t1時(shí),S接通-Vx,積分時(shí)間為T1,積分區(qū)間為t1～t2,則輸出電壓為:在T1時(shí)間內(nèi),Vx的平均值為:則：定值積分:

t2時(shí),S接通Vr,輸入反向,積分器反向積分,在T2時(shí)間內(nèi),輸出電壓為:則：即：當(dāng)T1.Vr一定時(shí),Vx與時(shí)間間隔T2成比例。2.逐次比較型(直接法)1).基本原理:將要轉(zhuǎn)換的模擬電壓信號(hào)與一套相鄰電壓數(shù)值相差2倍(為二進(jìn)制關(guān)系)的標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行逐次比較,不斷逼近,直到兩者相等為止,標(biāo)準(zhǔn)電壓以二進(jìn)制形式輸出。2).逐次比較的條件:

(一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)碼)(1).要有一套相鄰關(guān)系為二進(jìn)制的標(biāo)準(zhǔn)電壓,產(chǎn)生這套電壓的網(wǎng)絡(luò)稱為解碼網(wǎng)絡(luò)。(2).要有一個(gè)比較鑒別器,把由解碼網(wǎng)絡(luò)來(lái)的,每次進(jìn)行試探的電壓和被轉(zhuǎn)換的電壓進(jìn)行比較,并判別其大小,以決定是否保留這位電壓。(3).要有一個(gè)數(shù)碼寄存器,保存每次比較的結(jié)果是“1”或“0”。(4).要有一套控制線路來(lái)完成以下兩個(gè)任務(wù)：a.比較由高位開(kāi)始,由高位到低位逐次比較。b.根據(jù)每次比較結(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位“解碼網(wǎng)絡(luò)”來(lái)的電壓。例如:將3V的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào),可采用一套電壓值分別如下的共11種電壓。2.5V,1.25V,0.625V,0.3125V,·········,2.5/210V比較過(guò)程如下：用2.5V電壓與3V比較,2.5<3.0,保留,記“1”。再用1.25V電壓與3V比較,2.5+1.25>3.0,不保留,記“10”。再用0.625V與3V比較,2.5+0.625>3.0,不保留,記“100”。再用0.3125V與3V比較,2.5+0.3125<3.0,保留,記“1001”。如此比較,直到2.5/210電壓用完為止,最終所用的標(biāo)準(zhǔn)電壓的總和接近3V,比較過(guò)程結(jié)束,此時(shí)寄存器中所記錄的數(shù)字信號(hào)即3V所對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。模擬電壓信號(hào)：3V數(shù)字信號(hào)為：10011001100模數(shù)轉(zhuǎn)化逐次比較型:測(cè)量過(guò)程不像雙積分需要一段時(shí)間,所以具有高速轉(zhuǎn)換性能。具有測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好,測(cè)量速度高特點(diǎn)。但有電路復(fù)雜,抗干擾性差,要求精密元件多等缺點(diǎn)。三、電子計(jì)數(shù)器1.組成:由多個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器串聯(lián)而成?？蓪?duì)接受的脈沖進(jìn)行逢十進(jìn)一的計(jì)數(shù)。還能通過(guò)譯碼器譯成十個(gè)狀態(tài)(0-9),驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管,將被測(cè)數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。2.當(dāng)用逐次比較型模-數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí),用以驅(qū)動(dòng)增減基準(zhǔn)電壓砝碼的脈沖可直接送往計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。當(dāng)用雙積分型模-數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí),先將模擬量轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔,再將時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,才能計(jì)數(shù)。3.時(shí)間間隔測(cè)量方法寬度TB為所要測(cè)量的時(shí)間間隔;石英晶體振蕩器可獲得精確的時(shí)基信號(hào)(周期為1s);閘門為門電路,以B的輸入寬度TB為控制閘門電路的啟閉時(shí)間,B的脈沖前沿去開(kāi)門,B的脈沖后沿去關(guān)門,A的輸入信號(hào)在閘門開(kāi)放的時(shí)間內(nèi),直接送入計(jì)數(shù)器,進(jìn)行計(jì)數(shù)。所計(jì)之?dāng)?shù)N為:N=fA·TBfA為A通道信號(hào)的頻率,當(dāng)fA=1時(shí),N=TB。四、寄存器作用:把計(jì)數(shù)器的某一狀態(tài)保存下來(lái),供譯碼顯示用,而把計(jì)數(shù)器的其他狀態(tài)與譯碼器隔開(kāi)不予顯示。

五、顯示器在數(shù)顯儀表中,測(cè)量的結(jié)果都是用數(shù)字形式直接顯示的。數(shù)字顯示的方法有輝光數(shù)碼管顯示器、發(fā)光二極管、液晶顯示器等。輝光數(shù)碼管:利用輝光放電原理制成的。充稀有氣體（氖、氙）。輝光數(shù)碼管顯示器:一個(gè)陽(yáng)極和十個(gè)陰極。譯碼器中的譯碼狀態(tài)←計(jì)數(shù)器接受的脈沖數(shù)←輸入信號(hào)

因此顯示器所顯示的數(shù)字就反映被測(cè)參數(shù)的大小。1六、非線性補(bǔ)償

1.將被測(cè)參數(shù)從模擬量轉(zhuǎn)換到數(shù)字顯示這一過(guò)程中,如何使顯示值和儀表的輸入之間具有一定規(guī)律的非線性關(guān)系,以補(bǔ)償輸入信號(hào)和被測(cè)參數(shù)之間的非線性關(guān)系,從而使顯示值和被測(cè)參數(shù)之間呈線性關(guān)系。2.方法:模擬式非線性補(bǔ)償法、非線性模-數(shù)轉(zhuǎn)換補(bǔ)償法、數(shù)字式非線性補(bǔ)償法。以雙積分型模-數(shù)轉(zhuǎn)換為例說(shuō)明非線性補(bǔ)償:以熱電偶測(cè)溫?cái)?shù)字儀表為例,熱電勢(shì)E與t的非線性曲線如圖,而要求儀表的顯示數(shù)值N與溫度t成,即N=Kt。以雙積分型模-數(shù)轉(zhuǎn)換為例說(shuō)明非線性補(bǔ)償:為了得到線性關(guān)系,把模-數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)成非線性以補(bǔ)償E與t的非線性,步驟如下：(1).根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際的允許,用幾段直線代替E=f(t)曲線。(2).確定直線斜率,并逐段進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換器,實(shí)現(xiàn)被測(cè)參數(shù)的線性顯示。T2與Vx成正比,在T2內(nèi)進(jìn)行數(shù)字測(cè)試,則數(shù)字值N與被測(cè)電壓Vx成正比。N∝Vx∝t七、標(biāo)度變換1.標(biāo)度變換實(shí)質(zhì)的含義就是比例尺的變更。模擬量經(jīng)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后,以計(jì)數(shù)脈沖的形式輸出時(shí),不能直接送給譯碼顯示電路,而先經(jīng)過(guò)數(shù)字運(yùn)算器,再進(jìn)行譯碼顯示,便可實(shí)現(xiàn)被測(cè)物理量的直接數(shù)字顯示。2.方法:標(biāo)度變換可在模擬部分進(jìn)行,也可在數(shù)字部分進(jìn)行。實(shí)例:如被測(cè)溫度為650℃時(shí),模-數(shù)轉(zhuǎn)換后計(jì)數(shù)器的輸出為1000個(gè)脈沖;如直接顯示為1000,這就使顯示值和被測(cè)量(溫度)不一致。為了在儀表上直接顯示650℃的溫度值,就必須設(shè)置標(biāo)度變換環(huán)節(jié)。將此脈沖送至運(yùn)算器進(jìn)行乘0.65的運(yùn)算。則輸出650個(gè)脈沖,再到譯碼顯示電路則儀表顯示為650,與被測(cè)溫度值取得了一致,實(shí)現(xiàn)了標(biāo)度變換。

八、接熱電偶的數(shù)字顯示儀表實(shí)例冷端溫度補(bǔ)償電橋:用以補(bǔ)償熱電偶冷端溫度偏離0℃時(shí)所引起的誤差。雙T網(wǎng)絡(luò):熱電勢(shì)經(jīng)補(bǔ)償電橋后,在進(jìn)入毫伏放大器前,需先經(jīng)雙T網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行濾波,以抑制干擾信號(hào)。毫伏放大器:是一個(gè)高靈敏度的調(diào)制型直流放大器,閉環(huán)增益為幾十倍,其分辨能力可達(dá)lμV,可具有溫度0.1℃的分辨能力。非線性補(bǔ)償器:由十幾個(gè)線性集成運(yùn)放組成,在一定范圍內(nèi),用8段直線逼近熱電勢(shì)的特性曲線,使輸出電壓與溫度成線性關(guān)系。數(shù)字表:線性化后的信號(hào)可達(dá)到1mV/℃,它實(shí)際為數(shù)字電壓表。顯示被測(cè)溫度的高低。第六節(jié)新型顯示記錄儀表一、概述1.定義:以CPU為核心的液晶顯示的記錄儀2.特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)高性能、多回路的檢測(cè);記錄信號(hào)變成數(shù)字信號(hào),并加以保存、傳輸、處理及打印。無(wú)機(jī)械的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、紙、筆,采用液晶顯示器進(jìn)行數(shù)字顯示和記錄。對(duì)溫度、壓力、流量、物位等參數(shù)進(jìn)行組態(tài)與編程并直接數(shù)字顯示、記錄。帶有報(bào)警功能。精度高、可靠性強(qiáng)、價(jià)格與一般記錄儀相同。二、無(wú)筆、無(wú)紙記錄儀的原理與組成CPU:是記錄儀的核心,有數(shù)據(jù)計(jì)算與邏輯處理的功能。A/D轉(zhuǎn)換器:將模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量以便CPU進(jìn)行運(yùn)算處理。只讀存貯器(ROM):用來(lái)固化程序。它指揮CPU完成各種功能操作的軟件。隨機(jī)器(RAM):用來(lái)存貯CPU處理后的歷史數(shù)據(jù),可保存3-170天時(shí)間的數(shù)據(jù)。顯示控制器:將CPU內(nèi)數(shù)據(jù)顯示在點(diǎn)陣液晶顯示屏上。液晶顯示屏:可顯示160×128點(diǎn)陣。鍵盤控制器:通過(guò)鍵盤輸入信號(hào)至CPU,使CPU按照鍵入要求工作。報(bào)警輸出電路:當(dāng)被記錄的數(shù)據(jù)超限時(shí),CPU發(fā)出信號(hào)給報(bào)警電路,產(chǎn)生報(bào)警輸出。時(shí)鐘電路:產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘給CPU。三、記錄儀的使用1.實(shí)時(shí)單通道顯示上圖為實(shí)時(shí)單通道顯示界面。(1).左上角顯示日期與時(shí)間。(2).右上角顯示該通道的工程單位。(3).第二行為棒圖,并含有上下限報(bào)警標(biāo)志顯示。(4).H:上限報(bào)警,L:下限報(bào)警,并顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)的通道號(hào)。(5).手動(dòng)/自動(dòng)翻頁(yè)顯示,A:自動(dòng)翻頁(yè)顯示,M:手動(dòng)翻頁(yè)顯示。(6).用百分量標(biāo)尺顯示實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線,并標(biāo)有時(shí)間標(biāo)尺,右端為0,表示當(dāng)前時(shí)刻,左端為2.5min,表示2.5min前的時(shí)間,可顯示2.5min的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線。(7).屏幕底端六個(gè)“Ο”模擬顯示六個(gè)報(bào)警觸點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài),

“●”表示該觸點(diǎn)處于報(bào)警閉合狀態(tài),“Ο”表示該觸點(diǎn)處于非報(bào)警狀態(tài)。(8).最后一行為各種按鍵,上方符號(hào)表示組態(tài)用按鍵,下方為顯示用按鍵。2.組態(tài)界面接入組態(tài)/顯示切換插針,由實(shí)時(shí)單通道顯示變成組態(tài)顯示。時(shí)間及通道組態(tài):用于組態(tài)(或修改)日期、時(shí)間、記錄點(diǎn)數(shù)和采樣周期。頁(yè)面及記錄間隔的組態(tài):用于頁(yè)面、記錄間隔的設(shè)置、背光的打開(kāi)/關(guān)閉設(shè)置。各個(gè)通道信息組態(tài):各個(gè)通道測(cè)量上下限、報(bào)警上下限、濾波時(shí)間常數(shù)及開(kāi)方與否的設(shè)置。通訊信息組態(tài):用于通訊地址和方式的設(shè)置。顯示畫(huà)面選擇組態(tài):選擇最需要的顯示畫(huà)面。報(bào)警信息組態(tài):每個(gè)通道的上下限報(bào)警觸點(diǎn)的設(shè)置。四、無(wú)筆、無(wú)紙記錄儀的特點(diǎn)1.液晶全動(dòng)態(tài)顯示,即清晰,又明了。2.輸入信號(hào)多樣化,并以CPU為核心,可實(shí)現(xiàn)高性能、多回路的監(jiān)視。3.無(wú)筆、無(wú)紙、無(wú)墨水,無(wú)一切機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu),無(wú)需日常維護(hù)。4.精度高。5.可靠性高,價(jià)格與一般記錄儀相仿。電子電位差計(jì)使用時(shí)注意的問(wèn)題：對(duì)于標(biāo)尺始端為0oC的電位差計(jì),當(dāng)熱電偶短路時(shí)(E(t0,t0)=0),滑動(dòng)變阻器觸點(diǎn)指示在對(duì)應(yīng)溫度為電子電位差計(jì)所在的環(huán)境溫度的位置。當(dāng)滑動(dòng)變阻器觸點(diǎn)在最左端,對(duì)應(yīng)為所測(cè)溫度的起始點(diǎn)當(dāng)滑動(dòng)變阻器觸點(diǎn)在最右端,對(duì)應(yīng)為所測(cè)溫度的最高點(diǎn)熱電偶有自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。電源電壓為直?1V),上支路電流為4mA,下支路電流為2mA。4.自動(dòng)電子平衡電橋使用時(shí)注意的問(wèn)題當(dāng)熱電阻短路時(shí),滑動(dòng)變阻器觸點(diǎn)在最左端,對(duì)應(yīng)為溫度的起始點(diǎn)。當(dāng)熱電阻斷路時(shí),滑動(dòng)變阻器觸點(diǎn)移向最右端,有可能損壞電子自動(dòng)平衡電橋。當(dāng)滑動(dòng)變阻器觸點(diǎn)在最左端,對(duì)應(yīng)為所測(cè)溫度的起始點(diǎn)當(dāng)滑動(dòng)變阻器觸點(diǎn)在最右端,對(duì)應(yīng)為所測(cè)溫度的最高點(diǎn)必須采用三線制接法,各線電阻為2.5Ω。電源電壓可為直流(1V)或?yàn)榻涣?6.3V),橋路上下支路電流為3mA。電源為交流時(shí),在電源回路串接電阻R7限流。第一