厲玉鳴《化工儀表及自動化》課件第六章 顯示儀表

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1、化 學 工 業(yè) 出 版 社 化 工 儀 表 及 自 動 化第 六 章 顯 示 儀 表 化 學 工 業(yè) 出 版 社 內(nèi) 容 提 要n 模 擬 式 顯 示 儀 表n 自 動 平 衡 電 子 電 位 差 計n 電 子 自 動 平 衡 電 橋n 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表n 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表 的 原 理 及 其 特 點n 模 -數(shù) 變 換 器n 電 子 計 數(shù) 器n 顯 示 器n 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表 的 基 本 組 成n 數(shù) 字 模 擬 混 合 記 錄 儀n 新 型 顯 示 儀 表 n 無 紙 記 錄 儀n 虛 擬 顯 示 儀 表 1 化 學 工 業(yè) 出 版 社 概 述 凡 能 將

2、生 產(chǎn) 過 程 中 各 種 參 數(shù) 進 行 指 示 、 記 錄 或累 積 的 儀 表 。 模 擬 式 顯 示 儀 表數(shù) 字 顯 示 儀 表屏 幕 顯 示 儀 表 2 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 一 節(jié) 模 擬 式 顯 示 儀 表n一 、 自 動 平 衡 電 子 電 位 差 計 電 位 差 計 是 用 來 測 量 電 勢 或 電 位 的 ,當 它 與 熱 電 偶配 合 時 ,可 以 用 來 測 量 和 顯 示 溫 度 。 根 據(jù) 這 種 電 壓 平 衡 原 理 來 進 行 工 作 。 3 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 一 節(jié) 模 擬 式 顯 示 儀 表 4圖 6-1 電 子 電 位 差 計

3、 原 理 圖 電 子 電 位 差 計 既 保 持 了 手 動 電 位 差 計 測 量 精 度 高 的 優(yōu) 點 ，而 且 無 須 用 手 去 調(diào) 節(jié) 就 能 自 動 指 示 和 記 錄 被 測 溫 度 值 。 結(jié) 論 熱電偶 測量橋路 放大器 可逆電機 指 示 機 構(gòu)記 錄 機 構(gòu)同 步 電 機穩(wěn) 壓 電 源圖 6-2 電 子 電 位 差 計 原 理 方 框 圖 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 一 節(jié) 模 擬 式 顯 示 儀 表 5圖 6-3 XW系 列 電 位 差 計 測 量 橋 路 原 理 圖 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 一 節(jié) 模 擬 式 顯 示 儀 表橋 路 中 各 電 阻 的 作

4、用 改 變 滑 動 觸 點 在 RP上 的位 置 ,可 以 產(chǎn) 生 不 同 的 橋 路 輸 出 電 壓 以 平 衡 熱 電 偶 的 熱 電勢 。 RG的 大 小 取 決 于 測 量 下 限 的 高低 。 R M是 決 定 儀 表 量 程 大 小 的 電 阻 。 它 的 大小 由 儀 表 測 量 范 圍 與 所 采 用 的 熱 電 偶 分 度 號 來 決 定 。 6 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 一 節(jié) 模 擬 式 顯 示 儀 表 降 低 了 測 量 誤 差 。nPG RRIER 14 把 上 支 路 的 工 作 電 流 限 定 在 4mA。（ 6-1）(6)下 支 路 限 流 電 阻 R 3

5、 它 與 R2配 合 ， 保 證 了 下 支 路 回 路的 工 作 電 流 為 2mA。 223 RIER （ 6-2）7 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 一 節(jié) 模 擬 式 顯 示 儀 表舉 例 例 6-1 用 鎳 鉻 -鎳 硅 熱 電 偶 配 電 子 電 位 差 計 測 量 某 爐溫 ,溫 度 的 測 量 范 圍 在 400900 。 圖 6-4是 電 位 差 計測 量 橋 路 。 已 知 E=1V； I1=4mA； I2=2mA； R2= 5.33； RP RB=90。 試 根 據(jù) 測 溫 要 求 確 定 橋 路 中的 其 他 電 阻 值 。 圖 6-4 電 位 差 計 測 量 橋 路

6、解 ： 根 據(jù) 鎳 鉻 -鎳 硅 熱 電 偶 分度 表 (第 五 章 附 錄 三 )查 得 400 900 對 應(yīng) 的 熱 電 勢 為16.395 37.325mV。 8 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 一 節(jié) 模 擬 式 顯 示 儀 表 mVCCERIRIU GCD 395.160,400221 假 定 由 于 R2的 存 在 ,實 現(xiàn) 了 冷 端 溫 度 的 全 補 償 ,故 冷 端溫 度 的 變 化 對 熱 電 勢 的 影 響 可 以 不 予 考 慮 。 當 溫 度 在 測 量下 限 400 時 ,滑 動 觸 點 移 至 滑 線 電 阻 的 最 左 端 ,此 時 根 據(jù) 76.64 33

7、.52395.16395.16 1 22I RIRG得 根 據(jù) 測 量 范 圍 的 要 求 ,滑 線 觸 點 由 滑 線 電 阻 的 最 左 端移 至 最 右 端 ,電 壓 差 應(yīng) 為 mV93.20395.16325.37 9 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 一 節(jié) 模 擬 式 顯 示 儀 表 23.5493.2093.204IRnP因 此 ,RP、 RB、 RM并 聯(lián) 后 的 等 效 電 阻 RnP應(yīng) 為 01.23823.576.641000 14 nPG RRIER已 知 RP RB= 90,可 求 得 R M5. 55。 67.49433.521000223 RIER根 據(jù) 式 (6

8、-2),可 得 10 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 一 節(jié) 模 擬 式 顯 示 儀 表 以 上 計 算 都 是 粗 略 的 ,在 進 行 精 確 的 計 算 時 ,還 要 考 慮 許 多 實 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 算 RG、 R4時必 須 考 慮 這 種 情 況 。 注 意 11 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 一 節(jié) 模 擬 式 顯 示 儀 表n二 、 電 子 自 動 平 衡 電 橋 12 利 用 平 衡 電 橋 來 測 量 熱 電 阻 變 化 。圖 6-5 平 衡 電 橋 當 被 測 溫 度 為 下 限

9、 時 ， Rt有 最小 值 Rt0， 滑 動 觸 點 應(yīng) 在 RP的 左 端 ，此 時 電 橋 的 平 衡 條 件 是 423 0 RRRRR Pt （ 6-3） 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 一 節(jié) 模 擬 式 顯 示 儀 表 滑 動 觸 點 B的 位 置 就 可 以 反 映 電 阻 的 變 化 ， 亦 即 反映 了 溫 度 的 變 化 。 并 且 可 以 看 到 觸 點 的 位 移 與 熱 電 阻的 增 量 呈 線 性 關(guān) 系 。 結(jié) 論 14213 0 rRRrRRRR Ptt 當 被 測 溫 度 升 高 后 的 平 衡 條 件 是 （ 6-4）tt RRR RrrRRrRR 32 3

10、112313用 式 （ 6-4） 減 式 （ 6-3） ， 則 得 （ 6-5）13 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 一 節(jié) 模 擬 式 顯 示 儀 表 14 圖 6-7 電 子 平 衡 電 橋 原 理 方 框 圖 為 了 準 確 地 指 示 出 被 測 溫 度 的 數(shù) 值 ， 將 熱 電 阻 的連 接 采 用 三 線 制 接 法 ， 并 加 外 接 調(diào) 整 電 阻 。 圖 6-6 自 動 平 衡 電 橋 工 作 原 理 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 一 節(jié) 模 擬 式 顯 示 儀 表 15與 這 兩 種 儀 表 配 套 的 測 溫 元 件 （ 熱 電 偶 、 熱 電 阻 ）在 外 形 結(jié)

11、構(gòu) 上 十 分 相 似 。 儀 表 的 外 形 及 其 組 成 ： 如 放 大 器 、 可 逆 電 機 、 同步 電 機 及 指 示 記 錄 部 分 都 是 完 全 相 同 的 。 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 一 節(jié) 模 擬 式 顯 示 儀 表它 們 測 量 的 電 量 形 式 不 相 同 。兩 者 的 作 用 原 理 不 同 。測 溫 元 件 與 測 量 橋 路 的 連 接 方 式 不 同 。當 用 熱 電 偶 配 電 子 電 位 差 計 測 溫 時 ， 其 測 量 橋 路 需要 考 慮 熱 電 偶 冷 端 溫 度 的 自 動 補 償 問 題 ； 而 用 熱 電 阻配 電 子 平 衡 電

12、 橋 測 溫 時 ， 則 不 存 在 這 個 問 題 。 16 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 二 節(jié) 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表n一 、 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表 的 原 理 及 其 特 點 17 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表 是 能 將 被 測 的 連 續(xù) 電 量 (模 擬 量 )自動 地 變 成 斷 續(xù) 量 ,然 后 進 行 數(shù) 字 編 碼 ,并 將 測 量 結(jié) 果 以 數(shù)字 顯 示 的 電 測 儀 表 。 A/D變 換 器 電 子 計 數(shù) 器 顯 示 器模 擬 量 數(shù) 字 量 讀 出圖 6-8 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表 方 框 圖 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 二 節(jié) 數(shù) 字 式

13、顯 示 儀 表 準 確 度 、 靈 敏 度 高 ; 讀 數(shù) 方 便 、 清 晰 直 觀 、 不 會 產(chǎn) 生 視 差 。 測 量 速 度 快 ， 從 每 秒 幾 十 次 到 每 秒 上 百 萬 次 ; 儀 表 的 量 程 和 被 測 量 的 極 性 可 自 動 轉(zhuǎn) 換 ,可 自 動 檢 查故 障 、 報 警 以 及 完 成 指 定 的 邏 輯 程 序 ; 可 以 方 便 地 實 現(xiàn) 多 點 測 量 ;可 以 與 電 子 計 算 機 配 合 ,給 出 一 定 形 式 的 編 碼 輸 出 。 18 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 二 節(jié) 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表n二 、 模 -數(shù) 變 換 器將 連

14、 續(xù) 變 化 的 模 擬 量 變 換 成 斷 續(xù) 的 數(shù) 字 量 。 主 要 任 務(wù)主 要 有 間 接 法 和 直 接 法 兩 種 。 工 作 方 法 19 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 二 節(jié) 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表n三 、 電 子 計 數(shù) 器 當 用 間 接 法 進 行 數(shù) 碼 轉(zhuǎn) 換 時 ,是 先 將 模 擬 量 轉(zhuǎn) 換 為與 之 對 應(yīng) 的 時 間 間 隔 或 頻 率 ,然 后 必 須 再 將 時 間 間 隔 或頻 率 轉(zhuǎn) 換 為 數(shù) 字 量 ,才 能 進 行 計 數(shù) 。 圖 6-9 時 間 間 隔 測 量 原 理 框 圖 BATfN 計 數(shù)20 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第

15、二 節(jié) 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表n四 、 顯 示 器 圖 6-10 輝 光 數(shù) 碼 管 示 意 圖 圖 6-11 數(shù) 碼 管 驅(qū) 動 電 路21 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 二 節(jié) 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表n五 、 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表 的 基 本 組 成 圖 6-12 數(shù) 字 式 溫 度 顯 示 儀 表 的 基 本 組 成22 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 二 節(jié) 數(shù) 字 式 顯 示 儀 表n六 、 數(shù) 字 模 擬 混 合 記 錄 儀 為 了 使 數(shù) 字 式 記 錄 儀 與 模 擬 式 記 錄 儀 的 優(yōu) 點 結(jié) 合起 來 ,兩 者 相 互 取 長 補 短 ,可 以 在 數(shù)

16、字 式 顯 示 儀 表 的 基礎(chǔ) 上 加 上 模 擬 式 顯 示 記 錄 儀 表 的 記 錄 部 分 ,構(gòu) 成 數(shù) 字 模擬 混 合 記 錄 儀 。 23 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 三 節(jié) 新 型 顯 示 儀 表n一 、 無 紙 記 錄 儀 24 以 CPU為 核 心 采 用 液 晶 顯 示 的 記 錄 儀 ， 直 接 把 記 錄信 號 轉(zhuǎn) 化 成 數(shù) 字 信 號 后 ， 送 到 隨 機 存 儲 器 加 以 保 存 ，并 在 大 屏 液 晶 顯 示 屏 上 加 以 顯 示 。 圖 6-13 無 筆 、 無 紙 記 錄 儀 的 原 理 方 框 圖 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 三 節(jié) 新

17、 型 顯 示 儀 表無筆、無紙記錄儀的特點： 液 晶 全 動 態(tài) 顯 示 , 并 有 背 光 功 能 。 輸 入 信 號 多 樣 化 ,并 以 工 業(yè) 專 用 微 處 理 器 CPU為 核 心 ,從 而 實 現(xiàn) 了 高 性 能 、 多 回 路 的 監(jiān) 測 ,并 隨 意 放 大 、 縮 小 地顯 示 在 顯 示 屏 上 。 無 紙 、 無 筆 、 無 墨 水 ,無 一 切 機 械 轉(zhuǎn) 動 結(jié) 構(gòu) ,無 需 日 常維 護 。 精 度 高 ： 實 時 顯 示 , 0.2%;曲 線 及 棒 圖 顯 示 , 0.5%。 具 有 與 上 位 機 通 訊 的 標 準 ,可 靠 性 高 ,價 格 與 一 般

18、記 錄儀 相 仿 。 25 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 三 節(jié) 新 型 顯 示 儀 表n二 、 虛 擬 顯 示 儀 表 26采 樣開 關(guān) 模 數(shù)轉(zhuǎn) 換 個 人 計 算 機實 時數(shù) 據(jù) 管 理 數(shù) 據(jù)計 算 處 理 多 媒 體顯 示顯 示模 式輸 入 通 道 輸 入 通 道 插 卡圖 6-14 虛 擬 顯 示 儀 表 原 理 框 圖 化 學 工 業(yè) 出 版 社 第 三 節(jié) 新 型 顯 示 儀 表虛 擬 顯 示 儀 表 的 特 點 有 : 使 用 簡 單 方 便 。 結(jié) 構(gòu) 簡 單 。 性 能 優(yōu) 越 。 27 化 學 工 業(yè) 出 版 社 例 題 分 析圖 6-5是 自 動 平 衡 電 橋 的

19、 工 作 原 理 圖 。 請 問 在 下 列 情 況 時 ,儀 表 的 指 針 (即 滑 動 觸 點 的 位 置 )、 起 點 溫 度 、 儀 表 量 程會 如 何 變 化 ?簡 述 其 原 因 ? (1)溫 度 升 高 ； (2)儀 表 停 電 ; (3)加 大 R6； (4)減 小 R5； (5)電 阻 體 被 燒 斷 。 解 ： (1)當 溫 度 升 高 時 ,滑 動 觸 點 將 向 右 移 動 ,這 是 因 為 當溫 度 升 高 后 ,R t增 加 ,只 有 滑 動 觸 點 向 右 移 ,使 與 Rt串 聯(lián) 的 這個 橋 臂 的 電 阻 值 減 小 ,才 能 使 電 橋 達 到 新 的

20、 平 衡 。 (2)儀 表 停 電 時 ,指 針 隨 撥 隨 停 ,因 為 此 時 放 大 器 的 輸入 與 輸 出 均 沒 有 信 號 ,可 逆 電 機 不 可 能 自 行 轉(zhuǎn) 動 。 28 化 學 工 業(yè) 出 版 社 例 題 分 析 (3)加 大 R6,滑 動 觸 點 將 向 右 移 動 ,這 是 因 為 R6增 加 ,會 使 與 Rt串 聯(lián) 的 這 個 橋 臂 的 電 阻 值 增 加 ,只 有 滑 動 觸 點右 移 ,才 能 使 這 個 橋 臂 的 電 阻 值 恢 復 到 原 來 的 數(shù) 值 ,電 橋恢 復 平 衡 。 若 其 他 電 阻 值 都 不 變 ,增 加 R6會 使 起 點 溫

21、 度降 低 ,這 是 因 為 滑 動 觸 點 移 至 最 左 端 時 ,代 表 的 是 起 始 溫度 ,這 時 要 使 電 橋 平 衡 ,Rt必 然 要 小 一 些 ,以 抵 消 增 加 R6對 整 個 橋 臂 電 阻 值 的 影 響 。 R t小 ,就 表 示 這 時 的 起 點 溫度 降 低 。 29 化 學 工 業(yè) 出 版 社 例 題 分 析 (4)減 小 R5,量 程 會 降 低 ,這 是 因 為 R5減 小 ,滑 線 電阻 組 件 的 等 效 電 阻 值 減 小 ,使 滑 動 觸 點 由 最 左 端 移 到最 右 端 的 電 位 差 變 小 ,故 量 程 減 小 。 (5)電 阻 體 被 燒 斷 ,滑 動 觸 點 將 移 向 最 右 端 ,這 是因 為 電 阻 體 燒 斷 后 ,Rt趨 于 無 窮 大 ,放 大 器 始 終 有 一 個正 的 電 位 輸 入 ,可 逆 電 機 轉(zhuǎn) 動 ,直 至 滑 向 最 右 端 指 針 被擋 住 為 止 。 30 化 學 工 業(yè) 出 版 社