《顯示儀表》PPT課件
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1、化工測(cè)量與儀表,第八章 顯示儀表,,顯示儀表是用來(lái)指示、記錄或累積 生產(chǎn)過(guò)程中各種參數(shù)的儀表。 一般都安裝在控制室的儀表盤(pán)上,與其他各種測(cè)量元件或變送器配套使用,連續(xù)地進(jìn)行顯示或記錄生產(chǎn)過(guò)程中各參數(shù)的變化情況。 還能與控制單元配套使用,對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的各種參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制和顯示。,,目前使用的顯示儀表種類(lèi)很多。 按所用能源可分為電動(dòng)顯示儀表和氣動(dòng)顯示儀表; 按照顯示方式可分為模擬式、數(shù)字式和圖像顯示三類(lèi)。,,模擬式顯示儀表是以指針或記錄筆的偏轉(zhuǎn)角度或位移量來(lái)模擬顯示被測(cè)變量的連續(xù)變化。 根據(jù)其測(cè)量線路的不同,又可分為直接變換式(如動(dòng)圈式)和平衡式(如電子自動(dòng)平衡式)兩類(lèi)。,第一節(jié) 動(dòng)圈式顯示儀表
2、,該儀表是一種發(fā)展比較早的模擬式顯示儀表,但目前仍然被廣泛使用,尤其是在一些中小型企業(yè),應(yīng)用極為廣泛。 它不僅可以與熱電偶、熱電阻等傳感器配合用來(lái)顯示溫度,還可以對(duì)壓力等其他工藝變量檢測(cè)的直流毫伏信號(hào)進(jìn)行顯示。,動(dòng)圈式顯示儀表的組成如下圖所示,它由測(cè)量電路和測(cè)量機(jī)構(gòu)兩部分組成。 不同型號(hào)的儀表其測(cè)量電路是不一樣的,但其測(cè)量機(jī)構(gòu)基本相同。,1、測(cè)量機(jī)構(gòu)和基本工作原理,動(dòng)圈式顯示儀表的測(cè)量機(jī)構(gòu)是一個(gè)磁電式毫伏計(jì)。 其中動(dòng)圈是用高強(qiáng)度漆包細(xì)銅絲繞制成的一個(gè)無(wú)骨架矩形框,用張絲把它吊置在永久磁鋼的空間磁場(chǎng)中。 當(dāng)測(cè)量信號(hào)(直流毫伏信號(hào))通過(guò)張絲加在動(dòng)圈上時(shí),便有電流流過(guò)動(dòng)圈。 此時(shí)載流線圈受到磁場(chǎng)力作
3、用而轉(zhuǎn)動(dòng),因?yàn)閯?dòng)圈是由張絲支承的,所以動(dòng)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)使張絲扭轉(zhuǎn),此時(shí),張絲就會(huì)產(chǎn)生反抗動(dòng)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩,該反力矩隨著張絲扭轉(zhuǎn)角度的增大而增大。 當(dāng)兩力矩達(dá)到平衡時(shí),動(dòng)圈就停留在某一位置上。 基于動(dòng)圈的位置與輸入的毫伏信號(hào)相對(duì)應(yīng),所以面板上可以直接刻成溫度標(biāo)尺,使裝在動(dòng)圈上的指針直接指示出被測(cè)對(duì)象的溫度值。,測(cè)量機(jī)構(gòu)和基本工作原理,動(dòng)圈式顯示儀表測(cè)量機(jī)構(gòu)圖 l永久磁鐵;2、6張絲;3軟鐵芯;4熱電偶;5動(dòng)圈;7刻度面板;8儀表指針,由于動(dòng)圈儀表采用了統(tǒng)一的測(cè)量機(jī)構(gòu),為了適應(yīng)不同量程的被測(cè)變量,使其輸入滿(mǎn)量程時(shí),指針都能指示滿(mǎn)刻度值,所以在測(cè)量機(jī)構(gòu)的電路中串入了一個(gè)量程電阻R串,改變R串的大小,就能適應(yīng)
4、不同量程的被測(cè)變量。,2、動(dòng)圈的溫度補(bǔ)償,動(dòng)圈儀表的刻度校驗(yàn)是在環(huán)境溫度為205條件下進(jìn)行的,但在儀表使用時(shí),由于周?chē)h(huán)境溫度的改變,會(huì)引起動(dòng)圈阻值Rd的變化,從而導(dǎo)致流過(guò)動(dòng)圈的電流發(fā)生變化,致使指針偏轉(zhuǎn)角改變而造成誤差。 為了補(bǔ)償動(dòng)圈阻值的變化,在電路中串入一個(gè)有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT,再用一電阻Rb與RT并聯(lián),使兩者的并聯(lián)電阻值隨環(huán)境溫度升高而下降,恰好補(bǔ)償動(dòng)圈阻值隨溫度變化而造成的誤差。如圖所示。,3、XCZ101型動(dòng)圈式顯示儀表,該儀表的輸入變量為直流毫伏信號(hào),可與熱電偶配合構(gòu)成熱電偶溫度計(jì)。 其線路如圖3100所示,由熱敏電阻RT、并聯(lián)電阻Rb、量程電阻R串以及外接調(diào)整電阻R調(diào)等組
5、成。,XCZ101型動(dòng)圈式顯示儀表接線圖,外接調(diào)整電阻的作用:由于配熱電偶的動(dòng)圈式儀表是通過(guò)電流I來(lái)測(cè)量直流毫伏信號(hào)E(t,t0)的。因此,必須保證整個(gè)測(cè)量回路的總電阻值R總不變。否則,既使對(duì)于相同的熱電勢(shì)值,流過(guò)動(dòng)圈的電流值也會(huì)不一樣,指針的指示值也就不同。已知測(cè)量回路總電阻R總是儀表的內(nèi)電阻R內(nèi)和表外接線電阻R外的總和,則流過(guò)動(dòng)圈的電流為,式中R內(nèi)是一個(gè)定值,而表外電阻R外卻會(huì)因線路長(zhǎng)短,線徑粗細(xì)而異。 為了保證儀表的測(cè)量精度,規(guī)定動(dòng)圈儀表的表外接線電阻為15;包括熱電偶本身的電阻R熱,補(bǔ)償導(dǎo)線電阻R補(bǔ),連接銅導(dǎo)線的電阻R銅,外接調(diào)整用電阻R調(diào)。即 R外= R熱R補(bǔ)十 R銅 R調(diào)=15
6、通過(guò)調(diào)整R調(diào)的值,使R外等于15,從而避免了由于線路長(zhǎng)短不一對(duì)指示值的影響。 在調(diào)整時(shí),選擇R熱為熱電偶經(jīng)常使用的溫度條件下的電阻值,其測(cè)量精確度最高。,4、XCZ102型動(dòng)圈式顯示儀表,該儀表與熱電阻配套構(gòu)成熱電阻溫度計(jì)。其輸入變量為熱電阻的變化值。 為了利用統(tǒng)一的測(cè)量機(jī)構(gòu),需將熱電阻的阻值轉(zhuǎn)換成毫伏信號(hào),儀表的線路如圖所示。 從圖中可以看出,電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為毫伏信號(hào)是由不平衡電橋來(lái)完成的。 其中RO、R2、R3、R4均為錳銅電阻,R1為熱電阻的引線電阻,它們組成了電橋的四個(gè)橋臂, a、b為電橋的輸出端,c、d為電源端, a、b、c、d四點(diǎn)把電橋分成了四個(gè)橋臂。,設(shè)計(jì)時(shí)一般使電橋中的 R3=R
7、4, R1+R2=Rt0+R1+R0, 式中Rt0為對(duì)應(yīng)于儀表刻度起點(diǎn)的熱電阻值,此時(shí)電橋處于平衡狀態(tài),電橋的輸出為零。 當(dāng)被測(cè)溫度升高時(shí),熱電阻的阻值Rt增大,電橋失去平衡,a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位,此時(shí)有電流流過(guò)動(dòng)圈,指針產(chǎn)生偏轉(zhuǎn); 被測(cè)溫度愈高,電橋輸出的不平衡電壓Uab愈大,儀表指針的偏轉(zhuǎn)角度就愈大。 不平衡電橋從而完成了由電阻到電壓的信號(hào)轉(zhuǎn)換。 其動(dòng)圈測(cè)量機(jī)構(gòu)與配熱電偶的動(dòng)圈儀表線路完全相同。,RO為調(diào)零電阻。 當(dāng)熱電阻的阻值等于Rt0時(shí),如果儀表的指針不在零點(diǎn),可以通過(guò)調(diào)節(jié)RO,使儀表的指針指在起始點(diǎn)上。 當(dāng)Rt相應(yīng)于儀表滿(mǎn)刻度對(duì)應(yīng)溫度的阻值時(shí),若儀表指針不指在滿(mǎn)刻度位置上,則可調(diào)節(jié)R
8、串達(dá)滿(mǎn)刻度。,熱電阻的三線制接法:由于熱電阻需通過(guò)導(dǎo)線與電橋相連,而連接導(dǎo)線的電阻值又會(huì)隨環(huán)境溫度而改變,所以如果把熱電阻的連接導(dǎo)線都接在一個(gè)橋臂內(nèi),當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí),連接導(dǎo)線電阻的改變值將會(huì)與熱電阻的變化值相疊加,給儀表帶來(lái)較大的誤差。 因此通常采用三線制接法,即讓兩根連接導(dǎo)線分別接入相鄰的兩個(gè)橋臂,當(dāng)導(dǎo)線電阻值變化時(shí),其影響可以相互抵消一部分。 R1為外接調(diào)整電阻。一般規(guī)定每根連接導(dǎo)線的總電阻值為5,若不足5時(shí),須用錳銅絲電阻補(bǔ)足5,調(diào)整阻值應(yīng)精確到5001。 動(dòng)圈儀表與熱電阻配合時(shí),其分度號(hào)必須相同。,,,第二節(jié) 自動(dòng)平衡式顯示儀表,由于動(dòng)圈式顯示儀表實(shí)際上是一種測(cè)量電流的儀表,所以,凡
9、是能引起電流變化的各種干擾因素都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差,而且這種誤差單憑提高儀表的加工精度是不能彌補(bǔ)的。 另一方面,它的可動(dòng)部分容易損壞,怕震動(dòng),且不便于自動(dòng)記錄。,目前常用的自動(dòng)平衡式顯示儀表有自動(dòng)電子電位差計(jì)和自動(dòng)平衡電橋兩類(lèi),分別與熱電偶和熱電阻相配用。 通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)電位差或電阻值使電位差計(jì)或電橋達(dá)到平衡,并自動(dòng)指示和記錄測(cè)量結(jié)果,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度變量的自動(dòng)、連續(xù)檢測(cè)和顯示。 同時(shí)克服了動(dòng)圈式顯示儀表的缺點(diǎn),提高了測(cè)量精度。,一、自動(dòng)電子電位差計(jì),1、工作原理及組成:利用電位差計(jì)測(cè)量熱電勢(shì)是基于電壓平衡法(也叫補(bǔ)償法或零值法)。 右圖所示為最簡(jiǎn)單的電位差計(jì)原理線路圖。,補(bǔ)償法原理,Ex為被測(cè)電壓,
10、線性度很高的線繞電阻R與穩(wěn)壓電源E組成一閉合回路,因此流過(guò)R上的電流I是恒定的,這樣也就可將R的標(biāo)尺刻成電壓數(shù)值; G是一靈敏度較高的檢流計(jì)。,右圖為手動(dòng)電位差計(jì)的原理線路圖。 測(cè)量未知電壓的方法是調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸點(diǎn)B的位置,使滑線電阻R在BA段的電阻RBA上的電壓降UBA變化,當(dāng)UBA=IRBA=Ex時(shí),流過(guò)檢流計(jì)G的電流為零,這時(shí)觸點(diǎn)B所指示的電壓值即為未知電壓Ex。 用這種“電壓平衡法”法測(cè)量電壓,由于此時(shí)流過(guò)熱電偶內(nèi)部及連接導(dǎo)線的電流為零,因此線路電阻變化對(duì)測(cè)量結(jié)果無(wú)影響。,手動(dòng)電位差計(jì),2、自動(dòng)電子電位差計(jì)的構(gòu)成及測(cè)量橋路,自動(dòng)電子電位差計(jì)與手動(dòng)電位差計(jì)的區(qū)別是用電子放大器代替檢流計(jì),用可
11、逆電機(jī)及一整套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)代替手的操作。 它主要由測(cè)量橋路、放大器、可逆電機(jī)、同步電機(jī)、指示記錄機(jī)構(gòu)、穩(wěn)壓電源、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。,構(gòu)成方框圖,測(cè)量橋路原理圖 越過(guò)電阻說(shuō)明,R2-冷端補(bǔ)償銅電阻; RM-量程電阻; RB-工藝電阻; RP-滑線電阻; R4-終端電阻(限流電阻);R3-限流電阻; RG-始端電阻; E-穩(wěn)壓電源(1V);I1-上支路電流(4mA); I2-下支路電流(2mA),自動(dòng)電子電位差計(jì)的測(cè)量橋路由上、下兩條支路組成。 用電橋電路產(chǎn)生直流電壓UCD的優(yōu)點(diǎn)是可以解決儀表量程問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)對(duì)熱電勢(shì)(正、負(fù))的雙向測(cè)量,同時(shí)還能對(duì)參比端溫度進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。 橋路中各電阻的作用如下
12、:,銅電阻R2,裝在儀表后接線板上以使其與熱電偶冷端處于同一溫度。 當(dāng)環(huán)境溫度改變時(shí),銅電阻上的電壓降變化量等于相應(yīng)的熱電偶冷端溫度變化所引起的電勢(shì)變化值,起冷端溫度補(bǔ)償作用。 當(dāng)配用鎳鉻鎳硅熱電偶時(shí)R2=5.33;配用鎳鉻考銅熱電偶時(shí) R2= 8.92;配用鉑銠鉑熱電偶時(shí)R2= 0.74。,下支路限流電阻R3,是一個(gè)固定電阻,它與R2配合,保證了下支路回路的工作電流為2mA。 由于銅電阻的阻值隨溫度而變化,所以,下支路的回路工作電流I2只有在儀表的標(biāo)準(zhǔn)工作溫度(25)時(shí)才為2mA。 電阻R3的準(zhǔn)確度直接影響到下支路電流I2的大小。因此,它的精度要求較高,一般應(yīng)在0.2以?xún)?nèi)。,上支路限流電阻R
13、4的作用是把上支路的工作電流限定在4mA,即它與Rnp(RP、RB、RM三個(gè)電阻的并聯(lián)值)、RG串聯(lián),使上支路工作電流為4mA。 所以,當(dāng)Rnp和RG的數(shù)值確定后,R4的電阻值也就確定了。,滑線電阻RP,是測(cè)量系統(tǒng)中的一個(gè)非常重要的部件,儀表的誤差、靈敏度和運(yùn)行的平滑性等都和滑線電阻的質(zhì)量有關(guān)。 因此,除了要求裝配牢固外,對(duì)材料的性能要求很高,尤其對(duì)滑線電阻的線性度要求更高,在0.5級(jí)的儀表中,希望能把非線性誤差控制在0.2范圍內(nèi)。 由于工藝上的原因,RP很難繞制得十分精確,其數(shù)值也不便增減,為此,和RP并聯(lián)一個(gè)電阻RB(稱(chēng)為工藝電阻),并聯(lián)后其數(shù)值為90,這樣,把兩個(gè)電阻作為整體來(lái)考慮,便于
14、統(tǒng)一規(guī)格和成批生產(chǎn)。,量程電阻RM是決定儀表量程大小的電阻。它的大小由儀表測(cè)量范圍及所配用的熱電偶分度號(hào)來(lái)決定。 電阻RM與滑線電阻并聯(lián),RM越大,它從上支路回路工作電流I1中所分流出的電流IM越小,儀表的量程就越大;反之,RM越小,其量程也就超小。 因此,如果要制作不同量程的儀表,只需改變RM、RG和R4的阻值,滑線電阻RP和工藝電阻RB則不需要改變。,始端(下限)電阻RG的大小取決于測(cè)量下限的高低。 當(dāng)滑動(dòng)觸點(diǎn)C向左移至滑線電阻的起點(diǎn)F時(shí),橋路的輸出電壓UCD應(yīng)該等于溫度為標(biāo)尺下限時(shí)的熱電勢(shì)值。 RG越大,在下限時(shí)的UCD也越大,即測(cè)量下限越高,反之亦然。,3、平衡和記錄機(jī)構(gòu),l-可逆電機(jī)
15、;2-傳動(dòng)齒輪;3-拉絲輪;4-拉線;5-導(dǎo)線輪;6-記錄筆與指針; 7-記錄紙; 8-卷紙輥; 9-導(dǎo)向輥; 10-收紙輥;11-儲(chǔ)紙輥;12-滑動(dòng)觸點(diǎn);13-滑線電阻盤(pán),,,,,,,二、電子自動(dòng)平衡電橋,電子自動(dòng)平衡電橋是與熱電阻配合用以測(cè)量和顯示溫度的,也可與其他能轉(zhuǎn)換成電阻值變化的變送器、傳感器等配合使用,測(cè)量并顯示生產(chǎn)過(guò)程中的各種變量,因而在化工生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。,電子自動(dòng)平衡電橋主要由測(cè)量橋路、放大器、可逆電機(jī)、同步電機(jī)等部分構(gòu)成,其組成方框圖如右圖所示。,,1、平衡電橋的工作原理:,線路如右圖所示。 圖中Rt為熱電阻,與固定電阻R2、R3、R4組成電橋,E0為電源,G為高靈敏
16、度檢流計(jì),A、B為電橋的輸出端,RP為帶刻度的滑線電阻。 如果刻度值為溫度,則電橋達(dá)到平衡(即檢流計(jì)G中的電流為零)時(shí),滑動(dòng)觸點(diǎn)A所指示的溫度就是被測(cè)溫度。,,當(dāng)溫度為量程下限值時(shí),Rt有最小值Rt0,滑動(dòng)觸點(diǎn)A應(yīng)在滑線電阻的最左端。此時(shí)電橋的平衡條件是 R3(Rt0RP)=R2R4 (4-1) 溫度升高后,熱電阻由Rt0增至Rt=Rt0Rt, A點(diǎn)必須右移才能使電橋重新平衡,平衡條件為 R3(Rt0+Rt+RP-r1)=R2(R4+rl) (42) 用式 (42)減去式(41)得 R3(Rt -r1)=R2r1 整理得,由上式可以看出:滑動(dòng)觸點(diǎn)A的位置反映了電阻的變化,亦即反映
17、了溫度的變化,并且可以看出觸點(diǎn)的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。 自動(dòng)平衡電橋是用電子放大器取代檢流計(jì),利用被放大的不平衡電壓驅(qū)動(dòng)可逆電機(jī),用可逆電機(jī)再帶動(dòng)滑動(dòng)觸點(diǎn)A以使電橋達(dá)到平衡。,2、電子自動(dòng)平衡電橋,國(guó)產(chǎn)的電子自動(dòng)平衡電橋目前有XD系列(交流平衡電橋)和XQ系列(直流平衡電橋)兩種。其中直流電源為1V,交流電源為6.3V。 當(dāng)采用交流電橋時(shí),輸出的不平衡電壓是交流值,可以省去直流信號(hào)變交流的過(guò)程直接送到交流放大器,結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。但抗干擾的能力較差。直流電橋的抗干擾能力強(qiáng),精度較高。,自動(dòng)電子平衡電橋的電原理圖如下圖所示。 電阻Rnp同自動(dòng)電子電位差計(jì)中的一樣,也是由三個(gè)元件所組成(即RP
18、、RB、R5r5),RP與 RB并聯(lián)后的電阻值為90; R5r5用來(lái)調(diào)整儀表起始點(diǎn)的刻度,r5、r6作微調(diào)用。,由上圖可知,當(dāng)Rt的阻值隨被測(cè)溫度變化時(shí),電橋失去平衡,這一不平衡電壓從電橋的對(duì)角線引至電子放大器進(jìn)行放大,然后驅(qū)動(dòng)可逆電機(jī),由可逆電機(jī)帶動(dòng)滑線電阻的滑動(dòng)觸點(diǎn)移動(dòng),以改變上支路兩個(gè)橋臂阻值的比例,直到使電橋恢復(fù)平衡狀態(tài)。 可逆電機(jī)同時(shí)帶動(dòng)指針,指示出被測(cè)溫度值。 當(dāng)被測(cè)溫度為儀表刻度的始端時(shí),熱電阻的阻值最小,滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)移向RP的左端。 當(dāng)被測(cè)溫度升至刻度的最大值時(shí),熱電阻的阻值最大,滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)移向RP的右端。,上圖中,熱電阻采用三線制接法,每根導(dǎo)線電阻為25。如不足25,用外接調(diào)整
19、電阻R1(錳銅電阻)補(bǔ)足。 電橋上、下支路的電流一般均為3mA。 當(dāng)用交流電作電橋的電源時(shí),在電源回路中串入R7用以限流,以保證流過(guò)熱電阻的電流不超過(guò)允許值。,,,,,,,,,,,,,,,,,第三節(jié) 數(shù)字式顯示儀表,模擬式顯示儀表中的信號(hào)都是隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬量,如用熱電偶測(cè)溫度,熱電勢(shì)是連續(xù)變化的模擬量。 其中的測(cè)量電橋、放大器等都是模擬電路,與其相應(yīng)的顯示方式是標(biāo)尺、指針、記錄筆畫(huà)曲線等。 而數(shù)字式顯示儀表也是先用傳感器將待測(cè)變量如壓力、物位、流量、溫度等轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的物理量,一般為電信號(hào),再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)成數(shù)字信號(hào)(脈沖信號(hào)),由數(shù)字電路處理后直接以數(shù)字形式顯示被測(cè)結(jié)果。,數(shù)字式
20、顯示儀表的分類(lèi)方法較多,按輸入信號(hào)的形式來(lái)分,有電壓型和頻率型兩類(lèi)。 電壓型的輸入信號(hào)是電壓或電流。 頻率型的輸入信號(hào)是頻率、脈沖及開(kāi)關(guān)信號(hào)。 如按被測(cè)信號(hào)的點(diǎn)數(shù)來(lái)分,它又可分成單點(diǎn)和多點(diǎn)兩種。 在單點(diǎn)和多點(diǎn)中,還可以根據(jù)儀表所具有的功能來(lái)分。,,一、數(shù)字式顯示儀表的原理及特點(diǎn),數(shù)字式顯示儀表是直接用數(shù)字量顯示被測(cè)值。 所以如果是連續(xù)變化的模擬量首先要變換成斷續(xù)變化的數(shù)字量,(簡(jiǎn)稱(chēng)AD轉(zhuǎn)換器)。 如果輸入的信號(hào)是數(shù)字量,則直接進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示,其方框圖如下圖所示。,生產(chǎn)過(guò)程中,大量的工藝參數(shù)(如壓力、流量、物位及溫度等),經(jīng)變送器變換后,多數(shù)是轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電參量的模擬量。 因此,數(shù)字式顯示儀表所要
21、求的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置,通常都是以電壓信號(hào)作為輸入量,也就是說(shuō)數(shù)字式顯示儀表實(shí)際上是以數(shù)字式電壓表為主體組成的儀表。,相對(duì)于模擬式儀表,數(shù)字式顯示儀表有以下特點(diǎn):,(1)準(zhǔn)確度和靈敏度高; (2)測(cè)量速度快,每秒鐘從幾十次到上百萬(wàn)次; (3)儀表的量程和被測(cè)量的極性可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換,自動(dòng)檢查故障、報(bào)警以及完成指定的邏輯程序; (4)可以方便地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量; (5)可以與計(jì)算機(jī)配合,給出一定形式的編碼輸出。,二、模數(shù)轉(zhuǎn)換,模數(shù)轉(zhuǎn)換是數(shù)字式顯示儀表的重要組成部分。 其主要任務(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。要完成這一任務(wù)必須用一定的計(jì)量單位使連續(xù)量整量化,以便得到
22、近似的數(shù)字量。 計(jì)量單位越小,整量化數(shù)字的誤差也就越小,也就越接近連續(xù)量的實(shí)際值。 模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程如下圖所示。,圖(a)為模擬式儀表的指針讀數(shù)與輸入電壓的關(guān)系,圖(b)是將這種關(guān)系進(jìn)行了整量化,用折線代替了圖(a)中的直線。 很顯然,分割的階梯(即一個(gè)量化單位)越小,轉(zhuǎn)換精度就越高,但又同時(shí)要求模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的頻率響應(yīng)、前置放大器的穩(wěn)定性等也越高。,目前使模擬量整量化的方法很多,但常用的有以下三類(lèi)。 (1)時(shí)間間隔數(shù)字轉(zhuǎn)換。 (2)電壓數(shù)字轉(zhuǎn)換(VD轉(zhuǎn)換)。 (3)機(jī)械量(直線位移或角度等)數(shù)字轉(zhuǎn)換。 實(shí)際上,經(jīng)常是把非電量先轉(zhuǎn)換成電壓,然后再由電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字,所以AD轉(zhuǎn)換的重點(diǎn)是VD轉(zhuǎn)換。 V
23、D轉(zhuǎn)換的方法也很多,如雙積分型(間接法)、逐次比較型(直接法)等。,三、電子計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)器通常由多個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器串聯(lián)而成。可以對(duì)接受的脈沖數(shù)進(jìn)行逢十進(jìn)一的累計(jì)。另外,還能通過(guò)譯碼器將其譯成十個(gè)狀態(tài)(09),驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管,將被測(cè)數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。,四、顯示器,在數(shù)字式顯示儀表中,測(cè)量結(jié)果都是以數(shù)字的形式直接顯示的。數(shù)字顯示的方式很多,如半導(dǎo)體數(shù)碼管顯示器、輝光數(shù)碼管顯示器、液晶顯示器等。下面介紹半導(dǎo)體數(shù)碼管顯示器。,半導(dǎo)體數(shù)碼管的基本元件多采用磷砷化鎵做成的PN結(jié),當(dāng)外加正向電壓時(shí),能發(fā)出清晰的光線。 單個(gè)PN結(jié)可以封裝成發(fā)光二極管,如右圖所示;多個(gè)PN結(jié)可以分段封裝成半導(dǎo)體數(shù)碼管,其管腳排列如下圖所
24、示。,,半導(dǎo)體數(shù)碼管分為7個(gè)字段,每段為一發(fā)光二極管。 其字型結(jié)構(gòu)如右圖所示,選擇不同的字段發(fā)光,可以顯示出不同的字型。 如當(dāng) a、b、c、d、e、f、g 七個(gè)字段全亮?xí)r,顯示數(shù)字8;a、b、c三個(gè)字段亮?xí)r,顯示數(shù)字7。,,五、數(shù)字式顯示儀表的基本組成,數(shù)字式顯示儀表的種類(lèi)很多。 現(xiàn)以熱電偶數(shù)字顯示溫度計(jì)為例,如下圖所示,它可以接受各種熱電偶所給出的熱電勢(shì);直接以四位或五位數(shù)字顯示出相應(yīng)的溫度值;并能給出所測(cè)溫度lmV的模擬電壓供溫度調(diào)節(jié)儀用。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第四節(jié) 新型顯示記錄儀表,現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域和電子信息技術(shù)領(lǐng)域的飛速發(fā)展,使得以CPU為核心的新
25、型顯示記錄儀表被廣泛地應(yīng)用到化工、煉油等各行各業(yè)中。 進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后,一種新型顯示記錄儀表無(wú)紙、無(wú)筆記錄儀問(wèn)世。,一、概述,無(wú)紙、無(wú)筆記錄儀是一種以CPU為核心采用液晶顯示的記錄儀,無(wú)機(jī)械傳動(dòng)、紙和筆。直接將記錄信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),然后送到隨機(jī)存儲(chǔ)器進(jìn)行保存,并在大屏幕液晶顯示屏上顯示出來(lái)。 記錄信號(hào)由工業(yè)專(zhuān)用微處理器(CPU)進(jìn)行轉(zhuǎn)化、保存和顯示,所以可隨意放大、縮小地顯示在顯示屏上,觀察、記錄信號(hào)狀態(tài)極為方便。必要時(shí)還可以將記錄曲線或數(shù)據(jù)送往打印機(jī)打印或送往微型計(jì)算機(jī)保存和進(jìn)一步處理。,該儀表的輸入信號(hào)種類(lèi)多,可以與熱電偶、熱電阻、輻射感溫器或其他產(chǎn)生直流電壓、直流電流的變送器相
26、配合。對(duì)壓力、流量、液位、溫度等工藝參數(shù)進(jìn)行數(shù)字記錄和數(shù)字顯示; 可以對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行組態(tài)或編程,并有報(bào)警功能。,二、無(wú)紙、無(wú)筆記錄儀的原理及組成,該儀表采用工業(yè)專(zhuān)用微處理器(CPU),可實(shí)現(xiàn)全數(shù)字采樣、存貯和顯示等。 其原理方框圖如下圖所示。,(1)模-數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換器: 將所記錄的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量以便于CPU進(jìn)行運(yùn)算處理。該記錄儀可同時(shí)接18個(gè)模擬量。 (2)CPU: 用來(lái)對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理,并對(duì)其進(jìn)行放大或縮小,還可以送到液晶顯示屏顯示,也可以送至隨機(jī)存貯器(RAM)存貯,并可與設(shè)定的上、下限信號(hào)進(jìn)行比較,如果越限便發(fā)出報(bào)警信號(hào)。CPU作為該記錄儀的核心,一切關(guān)于數(shù)據(jù)計(jì)算和處理的
27、功能均由它來(lái)承擔(dān)。 (3)隨機(jī)存貯器(RAM): 用來(lái)存貯 CPU處理過(guò)的數(shù)據(jù)。根據(jù)采樣時(shí)間的不同,可以保存3170天的歷史數(shù)據(jù)。由于記錄儀內(nèi)有備用電池供電,所以停電時(shí)也能保證所有記錄數(shù)據(jù)和組態(tài)信號(hào)不會(huì)因掉電而丟失。,(4)只讀存貯器(ROM): 其中有固化程序,用來(lái)指揮CPU完成各種功能的操作,只要接上電源,ROM中的程序就能使CPU開(kāi)始工作。 (5)顯示控制器: 用來(lái)將CPU內(nèi)的數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏上。 (6)鍵盤(pán)控制器: 操作人員通過(guò)鍵盤(pán)控制器輸入操作信號(hào)至 CPU,使 CPU按照要求工作。 (7)報(bào)警輸出電路: 當(dāng)所記錄的數(shù)據(jù)越限(越過(guò)上限或低于下限)時(shí),CPU就能及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào),由
28、報(bào)警電路產(chǎn)生報(bào)警輸出。 (8)時(shí)鐘電路: 記錄儀所需的記錄時(shí)間間隔、時(shí)標(biāo)或日期均由時(shí)鐘電路產(chǎn)生,送給CPU。,該記錄儀內(nèi)還配有打印控制器和通訊控制器,CPU內(nèi)的數(shù)據(jù)可通過(guò)它們與外接的微型打印機(jī)或微型計(jì)算機(jī)(PC)連接,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的打印和通訊。,三、記錄儀的使用,無(wú)紙、無(wú)筆記錄儀的顯示界面如右圖所示。 (實(shí)物圖),,1、實(shí)時(shí)單通道顯示,左上角顯示日期(年-月-日)和時(shí)間(時(shí)分秒)。 右上角顯示該通道的工程單位(如等)。 第二行是棒圖,并含有報(bào)警上、下限標(biāo)志。 各通道數(shù)據(jù)越限時(shí)有報(bào)警顯示(H表示上限報(bào)警、L表示下限報(bào)警),并顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)的通道號(hào)。 通道號(hào)的右邊有手動(dòng)/自動(dòng)翻頁(yè)顯示,A表示自動(dòng)翻頁(yè)顯示
29、,M表示手動(dòng)翻頁(yè)顯示,中間標(biāo)有工程量數(shù)據(jù)。,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)間,左端為50m,表示50min前的時(shí)間,可顯示50min的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線。 屏幕底部六個(gè)“”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),“”表示該觸點(diǎn)處于非報(bào)警狀態(tài)。,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。 每按一次追憶鍵中的鍵,自動(dòng)翻頁(yè)手動(dòng)翻頁(yè)就切換一次,顯示出相應(yīng)的A或M,但在實(shí)時(shí)單通道顯示畫(huà)面內(nèi),追憶鍵是沒(méi)有意義的; 按功能鍵,可顯示單通道趨勢(shì)顯示、八通道棒圖顯示、八通道數(shù)據(jù)顯示、雙曲線比較顯示、雙通道追憶顯示、雙報(bào)警追憶顯示以及單通道
30、PID調(diào)節(jié)顯示; 翻頁(yè)鍵供手動(dòng)翻頁(yè)用來(lái)顯示實(shí)時(shí)曲線及棒圖; 時(shí)標(biāo)鍵可選擇四種時(shí)間標(biāo)尺,分別為25、50、10和 20min。,2、組態(tài)界面,該記錄儀設(shè)有組態(tài)界面,操作簡(jiǎn)單方便。只要將表頭拉出,將側(cè)面的組態(tài)顯示切換插針插入左邊兩孔內(nèi),原數(shù)據(jù)顯示屏即切換為組態(tài)顯示屏。 此時(shí),圖中符號(hào)“”、“”鍵用來(lái)移動(dòng)光標(biāo),“”、“”鍵用來(lái)增減數(shù)值,時(shí)標(biāo)上方的回車(chē)鍵用來(lái)確認(rèn)某項(xiàng)操作。從而取代了編程。,該記錄儀有六種組態(tài)方式。,時(shí)間及通道組態(tài):用于組態(tài)(或修改)日期、時(shí)鐘、記錄點(diǎn)數(shù)和采樣周期。 頁(yè)面及記錄間隔組態(tài):用于頁(yè)面、記錄間隔的設(shè)置以及背光的打開(kāi)關(guān)閉設(shè)置。 各通道信息組態(tài):各個(gè)通道量程的上下限、報(bào)警上下限、濾
31、波時(shí)間常數(shù)以及開(kāi)方與否的設(shè)置等。輸入信號(hào)的工程單位繁多,可通過(guò)組態(tài),選擇合適的工程單位。如果想帶有PID控制模塊,可實(shí)現(xiàn)4個(gè)PID控制回路。,通訊信息組態(tài):用于設(shè)備通訊地址和通訊方式的設(shè)置 畫(huà)面顯示選擇組態(tài):記錄儀一共可顯示九個(gè)畫(huà)面,可通過(guò)組態(tài),選擇最需要顯示的畫(huà)面。 報(bào)警信息組態(tài):每個(gè)通道的上上限、上限,下限和下下限報(bào)警觸點(diǎn)的設(shè)置。,3、性能特點(diǎn),液晶全動(dòng)態(tài)顯示,清晰明了。并具有背光功能,在黑暗中也清晰可見(jiàn)。 輸入信號(hào)多樣化,以工業(yè)專(zhuān)用微處理器(CPU)為核心,從而實(shí)現(xiàn)了高性能、多回路監(jiān)測(cè),并可隨意放大、縮小地進(jìn)行顯示。 無(wú)紙、無(wú)筆、無(wú)墨水,無(wú)一切機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu),不需要日常維護(hù)。 精度高:實(shí)時(shí)顯示時(shí),02;曲線及棒圖顯示時(shí),05。 具有與上位機(jī)通訊的標(biāo)準(zhǔn),可靠性較高。而且價(jià)格并不比普通記錄儀高。,,,,,,,,,物位顯示儀表,GDV5000十二通道彩色無(wú)紙記錄儀,,,習(xí)題:第4、5題;,
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