第4章 显示仪表.ppt

化工仪表及自动化,南京航空航天大学材料学院,*,第四章,显示,仪表,概 述,1.,动圈式显示仪表,2.,自动电子电位差计,3.,自动电子平衡电桥,4.DDZ-,型显示仪表,5.,数字式显示仪表,6.,新型显示记录仪表,定义：对参数进行指示、记录、累积的仪表,(,二次仪表,),。,概 述,分类：（,1,）按照能源来分：,（,2,）按照显示的方式来分：,模拟式：,用仪表指针的位移表示被测参数连续变化的仪表。使,用,磁电偏转机构,或,机电式伺服机构,。,优点：简单、可靠、价廉又能反映被测值的,变化趋势,。,缺点：测量速度较慢、精度较低、读数易造成多值性。,数字式：,用数字形式显示被测参数大小的仪表。,优点：测量速度快、精度高、读数直观、便于进行数值,控制和数字打印记录，便于与计算机联用。,缺点：价格较高、线路复杂、维修成本高。,图象显示：,将图形、曲线、数字等直接在屏幕上进行显示。,可与热电偶、热电阻等配合，作为温度显示、控制之用；,输入信号：直流毫伏信号或可以转换成电势信号的非电势信号。,原理：电流 位移,。,第一节 动圈式显示仪表,一、,XCZ-101,型动圈式显示仪表,1.,动圈式仪表的工作原理,动圈仪表与热电偶配套使用,:,通电线圈产生的扭矩,=,张丝反抗动圈转动的力矩平衡时，,动圈的位置与输入毫伏信号相对应，装在动圈上的指针就指示出被测对象的温度数值。,核心部件：磁电式毫伏计。,组 成：磁钢、动圈、指针、,张丝、标尺,动圈仪表与,热电偶,配套使用,:,2.,外接电阻和外接调整电阻,动圈电流为：,在,测量时，,R,总,应始终不变。但实际应用时，,从现场到仪表室的距离有长有短,，连接导线的长度就不同，则,R,总,就变化。为此，采用外接电阻为定值的办法来解决。,配热电偶的动圈仪表,统一规定,R,外,=15,。,R,调,用于凑足,R,外,=15,R,总,=,R,外,+,R,内,动圈内铜导线的电阻随温度改变，温度，电阻值，在相同的毫伏信号输入情况下，回路内电流将减少，仪表的指示值就偏低。因此，需要进行温度补偿。,3.,动圈的温度补偿,串,接热敏电阻,R,T,：,T,，,R,T,（指数变化）,。,如果只用,R,T,补偿易过头，与,R,T,并联电阻,R,并,，以消弱,R,T,的影响。当温度升高时，并联的总电阻下降，而动圈的电阻增加。,这,样，一增，一降，得到补偿效果。,R,T,不平衡电桥,出发点：将热电阻阻值随温度的变化,转化为毫伏信号,与动圈测,量机构相配并指示。,二、,XCZ-102,型动圈式显示仪表,可与,热电阻,配套构成热电阻温度计,当电桥平衡时，动圈,G,中无电流流过，即：,R,4,R,2,=,R,3,(,R,0,+,R,t,),；,一般取,R,3,=,R,4,，,R,2,=,R,0,+,R,t,。,当测温点温度升高时，,R,t,增大，,R,4,R,2R,3,(R,0,+,R,t,),，使,U,cd,增大，因此，动圈的电流也增大，这样，就可以根据不平衡电流的大小来测量温度。即是测温原理。,动圈,热电阻,C,三线制与外接调整电阻,连接热电阻的导线长度变化引起阻值的变化一起加在不平衡电桥的一个桥臂上。测量产生较大的误差。,为此将不平衡电桥采用三线制接法。并外加调整电阻。,二、,XCZ-102,型动圈式显示仪表,三线制接法是从热电阻引出三根导线，两根导线接入桥路的两个相邻桥臂上，而第三根导线与稳压电源的负极相连。以抵消环境温度变化引起的连接导线电阻变化。,规定：连接导线的阻值为,5,。,稳压电源,不平衡电桥供电电源电压的波动对仪表的测量精度有直接影响，故对它有较高的要求。采用的是一组两级硅稳压管的稳压电源供电。,三、,几点说明,（,1,）动圈式仪表型号是,XCZ,，有附加装置进行自动控制的型号是,XCT,。,X,显示仪表；,C,动圈式、磁电系；,Z,指示仪；,T,控制仪。,三、,几点说明,（,2,）必须注意与测温元件配套的问题。否则误差较大。,如：镍铬,-,镍硅热电偶的,E(t,0),为,33277,V,（,t=0,),动,圈仪表显示,800,。若错接镍铬,-,铜镍热电偶配套的,动圈仪表，则仪表显示,453.9,。,（,3,）学会使用外接调整电阻。当配用热电偶时，,R,外,=15,。,配用热电阻时，,R,外,=5,。,（,4,）仪表出厂时将短路端子用导线短路，将动圈本身短接成一回路，构成一个磁感应阻尼器。,动圈式仪表易受干扰因素,(,引起电流变化,),影响而导致测量误差。,它的可动部分容易损坏，怕震动，且不便于实现自动记录。,第二节 自动电子电位差计,一、手动电位差计,工作原理：平衡法、补偿法、称重法,将被测电势与已知的标准电势相比较，当两者的差值为零时，被测电势就等于已知的标准电势。,由稳压电源供电，保证通过,的电流,是恒定的。有,U,CB,R,CB,。,只有当,U,CB,=,E,t,时，,I,检,=0,。根据滑动触点,C,的位置，可以读出,U,CB,，达到对未知热电势测量的目的。,用标准电池,E,N,代替稳压电源、标准电阻,R,N,校准工作电流,I,，确保,I,恒定。,（,1,）校准工作电流,K-1,：调节电位器,R,H,，使检流计,G,的指示为零，即,用标准电池校准工作电流,电位器,标准电阻,标准电池,检流计,（,2,）测量未知热电势,E,t,K-2,：移动滑动触点,C,，至检流计,G,的指示为零，得：,手动电位差计的测量采用标准电池的电动势、测量回路电阻的精度、高灵敏度检流计及全补偿方式，精度远高于动圈式测温仪表。,缺点：测量过程十分缓慢，需人工参与。不能自动记录。,E,t,由,C,点位置确定,二、,自动电子电位差计的工作原理,与手动电位差计比较，它是用可逆电动机及一套机械传动机构代替了人手进行电压平衡操作，用放大器代替了检流计来检测不平衡电压并控制可逆电机的工作。,当,U,CB,E,t,，比较后的差值,放大器放大,驱动可逆电机,传动系统去带动滑动触点的移动，直到,U,CB,=E,t,。测量达到了平衡。,同时，还带动了指针和记录笔，随时可以指示和记录出被测电势的数值。,三、,自动电子电位差计的测量桥路,（,1,）冷端温度补偿：,热电偶是以,t,0,=0,C,为基准来分度的。但冷端温度常是室温,t,1,，使输出热电势减少，温度指示减小，造成测量误差。,R,2,与冷端同温度、做成随温度变化的电阻，温度升高则阻值增加，,R,2,上的电位差增加，而热电偶的热电势随冷端温度的升高而降低，即可达到温度补偿的目的。,（,1,）冷端温度补偿,例如：用,K,热电偶测温度，热端温度不变，冷端从,0,升高,25,，热电势降低了,1mV,仪表指针偏低。,R,2,为随温度变化的电阻，且在冷端从,0,升高,25,时阻值变化了,0.5,，,U,BD,增加,，即：,U,BD,=0.5,I,2,=1mV,。,统一,:,上支路电流,=4mA,下支路电流,=2mA,。,U,CD,=U,CB,-U,DB,。现,U,DB,增加了,1mV,，,U,CD,就会减少,1mV,。故能起到温度补偿作用。,(,镍铬,-,镍硅,),（,2,）量程匹配,当动触头,C,在左端：,U,CD,为最低下限。,当动触头,C,在右端：,U,CD,为最高上限。,在,R,P,两端并联,R,M,。,滑线电阻总的等效电阻减少，总电流,不变，滑线电阻两端的电位差减小。,R,2,-,冷端温度补偿作用的铜电阻；,R,3,-,下支路限流电阻，保证工作电流,2mA,R,4,-,上支路限流电阻，,保证工作电流,4mA,；,R,P,-,滑线电阻；,R,M,-,量程,电阻。,两端的电位差就减少。达到了改变量程的目的。,四、自动电子电位差计的结构,是由测量桥路,/,放大器,/,可逆电机,/,指示机构,/,记录机构构成。,第三节 自动电子平衡电桥,当被测温度升高后的平衡条件是：,一、平衡电桥测温原理,当被测温度为下限时,:,R,t,有最小值,R,t0,，滑动触点应在,p,的左端，此时电桥的平衡条件是：,滑动触点的位置可以反映电阻的变化，亦即反映了温度的变化。,热电阻,温度变化,R,t,增加,桥路失衡,不平衡电压,放大器,可逆电机,滑线电阻移动,桥路平衡。,可逆电机,指针记录,热电阻,放大器,可逆电机,如果将检流计换成电子放大器，利用被放大的不平衡电压去推动可逆电机，使可逆电机带动滑动触点,B,以达到电桥平衡。这就是自动平衡电桥的基本原理。,第三节 自动电子平衡电桥,二、电子自动平衡电桥,输入信号不同。,电位差计输入信号是电势；平衡电桥输入信号是电阻。,作用原理不同。,测量桥路由不平衡电压输出。而电子平衡电桥路无输出。,温度补偿。,热电偶配电位差计测温时，需冷端温度补偿；热电阻配电子平衡电桥测温时，则不存在这个问题。,测温元件与测量桥路的连接方式不同。,补偿导线采用两线制接法，而自动平衡电桥的测温元件热电阻是采用三线制接到桥路中。,稳压电源。,自动电子电位差计桥路供电的稳压电源是直流；而自动平衡电桥桥路供电的电源可直流，也可交流。,三、自动电子电位差计与自动电子平衡电桥的比较,1.,仪表的整机结构,第四节,DDZ-,型显示仪表,一、,DDZ-,型电动记录仪,DDZ-,型电动记录仪,=,测量组件,+,机械连杆部件,+,记录驱动系统等,1.,仪表的整机结构,DDZ-,型电动记录仪,=,测量组件,+,机械连杆部件,+,记录驱动系统等,机械连杆部件四连杆机构,+,指针部分,+,直线化机构。,指示部件,:,指针,+,指针滑架,+,墨水瓶,+,刻度盘。,记录纸驱动部分,:,步进电机,+,记录纸盒,+,齿轮机构,测量元件,:,比较放大器,+,电压,/,脉冲转换器,+,脉冲环形分配线路,+,步进电,机,+,磁平衡角位移变换器等,五部分,。,2.,测量组件的工作原理,测量电压,V,i,放大器,不平衡电压,V,0,转换器,产生脉冲,分配电,路,步进电机,磁平衡角位移变换器,反馈电压,V,f,放大器中,V,i,/,V,f,比较,若不等,不平衡电压,V,0,若相等,V,0,趋于零,电机停止,四连杆机构,指针,/,记录笔指示,记录被测信号,V,i,大小。,工作原理也是采用电压负反馈的原理而工作的。,3.,DDZ-,型电动记录仪的特点,一、,DDZ-,型电动记录仪,（,1,）,仪表采用,24V,直流供电。故障时可用蓄电池。,（,2,）仪表采用线性及逻辑集成电路，简化,/,耗电少,/,可靠。,（,3,）输入信号,15V,信号。与,型比抗干扰能力强。,（,4,）采用无机械触点,/,滑动部件，测量精度提高。,（,5,）仪表壳体标准化，便于密集安装。,（,6,）记录笔清晰、明显。,二、光柱显示式报警指示计,新一代仪表,/,应用广泛,/,显示压流液温,/,直观醒目,/,精度稳定,/,超限报警,左光柱,测量信号 右光柱,设定值 中间暗带,允许值,(,安全区,),测量值,比较器,1,继电器,1,接通,报警灯亮,报警输出接点,H-COM,接通,超出上限,光柱,+,报警机构,二、光柱显示式报警指示计,与各类传感器、变送器配合使用，实现对温度、压力、液位、容量、力等物理量的测量显示、报警控制、数据采集、记录。,第五节 数字式显示仪表,一、数字显示仪表的分类,与各种传感器,/,变送器相配,对压力,/,流量,/,液位,/,温度进行测量,并直接以数字形式显示被测结果。,二、数字显示仪表的原理和组成,数字式显示仪表是以数字式电压表为主体组成的仪表,.,三、模,数转换,模,-,数转换主要任务是使连续变化的模拟量转换成比例的、断续变化的数字量，便于进行数字显示。,四、电子计数器,计数器一般是由多个双稳态触发器组成。可以对接受的脉冲进行逢十进一的计数。此外，还能通过译码器译成十个状态，驱动数码管，将被测数据显示出来。,N=,f,A,*,T,B,N,五、寄存器,寄存器的作用是计数器的某一状态保存下来，供译码器使用，而把计数器的其他状态与译码器隔开不予显示。,六、显示器,在数字显示器中,测量的结果都是用数字形式直接显示出来。显示器就是用来显示的。,七、非线性补偿,非线性补偿，就是将被测参数从模拟量转换到数字显示这一过程中，如何使显示值和仪表的输入信号之间具有一定的规律的线性关系，以补偿输,入信号和被测参数之间的,非线性关系，从而使显示,值和被测参数之间呈线性,关系。,N=K*t,八、标度变换,标度变换实质的含义就是比例尺的变更。测量值与工程,值之间往往存在一定的比例关系，测量值必须乘上某一,常数，才能转换成数字,式仪表所能直接显示的,工程值。,九、数字式显示仪表举例,第六节 新型显示记录仪表,无笔无纸记录仪（数字显示,/,数字记录）,第六节 新型显示记录仪表,第六节 新型显示记录仪表,与各类传感器、变送器配合使用，实现对温度、压力、液位、容量、力等多个物理量的测量显示、报警控制、数据采集、记录。,第六节 新型显示记录仪表,与各类传感器、变送器配合使用，实现对温度、压力、液位、容量、力等多个物理量的测量显示、报警控制、数据采集、记录。,