第6章 显示仪表

1、数字式显示仪表的分类
电 压 型
单点式 显示仪
数 字 显 示 仪 表
多点式
显示报警仪
显示控制仪
频 率 型
单点式 多点式
显示记录仪
显示报警控制记录仪
2、数字式显示仪表结构原理
检 模拟信号 测 变 送 数字信号
A/D转换
电 子 寄 计 存 数 器 器
电 子 译 码 器
显 示 器
3、数字式显示仪表特点

功能：
– 将电压信号转换为数字脉冲信号； – 输入与输出电位隔离。

构成：
– 低精度时直接用集成芯片转换； 单芯片精度取决于输出位数。 – 高精度时分段采用集成芯片转换。 – 对以电流方式输入的信号，先转换成电压信号。
三、 电子计数器

功能：
– 将A/D转换输出或测试仪表的数字输出按10进
制进行分段；
1、手动平衡电桥测量原理 三线制接法：
电桥平衡时 (R4+r1) ×R2=(Rt+r2+2RL) ×R3
其中R2=R3=R4=Rt0
R4+r1 =Rt0+△Rt+r2 +2RL
△Rt=r1-r2-2RL
电桥平衡时
R4×(R2+RL)=(Rt0+Rp+RL) ×R3
R2+RL = Rt0+Rp+RL
2、电子自动电位差计测量桥路
热 电 偶 测 量 电 桥 放 大 器 可 逆 电 机 指示机构 记录机构
同步电机 稳压电源 电子电位差计原理方框图
XW系列电位差计测量桥路原理图
二、电子自动平衡电桥
热 电 阻
测 量 电 桥 稳压电源
放 大 器
可 逆 电 机
指示机构
记录机构
同步电机
电子自动平衡电桥原理方框图
第六章
显示仪表
凡能将生产过程中各种变量进行指示、记录或累 积的仪表统称为显示仪表(或称为二次仪表)。 显示仪表一般安装在控制室的仪表盘或操作台上， 与各种变送器或传感器配套使用，连续地指示或记录。 它又可与控制器配套使用，对生产过程中的各种变量 进行自动控制和显示。
按照能源分，有电动显示仪表与气动显示仪表；
相对于模拟式仪表，数字式显示仪表有如下特点： (1)准确度、灵敏度高； (2)测量速度快，从每秒几十次到每秒上百万次； (3)仪表的量程和被测量的极性可自动转换，可自
动检查故障、报警以及完成指定的逻辑程序；
(4)可以方便地实现多点测量； (5)可以与电子计算机配合，给出一定形式的编码 输出。
二、 A/D转换
其中R2=R3=R4=Rt0
Rt0= R2-Rp
2、电子自动平衡电桥
r R0 Rp R3 Rt
R2
R1
自动平衡电桥原理图
两个系统比较
项目 热电偶系统 热电阻系统
输入信号
电桥输出 冷端温度补偿 接线方式 电源
电动势
E（不平衡） 有 双补偿线，桥中 直流
电阻
0 （平衡） 无 三线，桥臂 直流或交流
第二节
下面简述各部分的作用。 (1)补偿电桥 用以补偿热电偶冷端温度不在
0℃时所造成的误差。它使用了铜电阻补偿方法。 (2)双T网络 热电势经补偿桥路补偿后，在进
入毫伏放大器之前，先经双T网络进行滤波，以抑 制信号电势上的干扰。 (3)毫伏放大器 毫伏放大器是一个高灵敏度
的调制型直流放大器，其闭环增益为几十倍。

构造与工作原理：
– 一般由多个双稳态触发器串联组成； – 通过依次触发，实现进位。
1、寄存器

功能：
– 暂时储存电子计数器输出结果； – 隔断计数器非信号输出；
– 根据后续请求定时输出数字信号。

结构：
– 一般直接采用RAM芯片构成。
2、译码器

功能：
– 将数字信号翻译为十个数字状态； – 将每个数字翻译为对应管脚信号。

新型显示仪表
无纸、无笔显示记录仪实际上是一台简化的计算机 系统。
主要配置：
CPU：工业专用微处理器； 主板：专用。包括：ROM，RAM，时钟 电路 接口电路：
键盘控制器：接面板膜式键盘；
显示控制器：接液晶显示器；
打印控制器：接微型打印机；
通讯控制器：外接计算机（PC）； A/D转换器：接测试仪表（模拟量）。

构造：
– 通常由与显示器配套的专用芯片实现。
四、 显示器

功能：
– 显示数字
分类
– 辉光数码管
– 发光二极管 – 液晶显示器
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二、数字式显示仪表举例 国产数字式温度显示仪表很多。 现以热电偶的数字显示仪表为例，如图所示。
它能接受各种热电偶所给出的热电势，直接以四位或 五位数字显示出相应的温度值来；还可以给出所示温度的 1mV／0C的模拟电压供温度调节仪用。
电式伺服机构，所以测量速度较慢、精度较低、
读数容易造成多值性。但它简单、可靠、价廉， 又能反映出被测值的变化趋势，因而目前仍大量 地应用于工业生产中。
数字显示仪表：直接以数字形式显示被测变 量值。 这类仪表由于不必使用磁电偏转机构或机电
伺服机构，因而测量速度快、抗干扰性能好、精
度高、读数直观，对所测变量便于进行数值控制 和数字打印记录，且具有自动报警功能，尤其是 它能将模拟信号转换为数字量，便于和数字计算 机或其他数字装置联用。因此，这类仪表发展非
仪表具有强大的显示功能，高精度棒图显示、实 时趋势曲线显示、历史曲线追忆、超限报警、报警状 态显示、提供智能化历史趋势全自动回放功能，查找 报警点极为方便，同时提供定位回放功能，直接查询
某年、月、日、时、分、秒的数据，方便快捷。
无笔无纸记录仪 主要功能

显示
– 柱状图显示、数字显示、实时变化趋势曲线 – 设定极限、报警； – 时间、单位
常迅速。
图像显示：直接把被测变量用文字、符号、数字
和图像相配合的形式在大屏幕荧光屏上显示出来，
并配以打印记录装置，按操作者的需要，任意以其
中一种或多种方式同时显示，它具有模拟式和数字
式显示仪表两种功能，也是现在计算机不可缺少的
终端设备，它是随着计算机的推广应用而发展起来
的一种新型显示设备，其中应用较普遍的是CRT显
(4)非线性补偿器
非线性补偿器由十几个线
性集成运算放大器组成，它是在一定测温范围内， 用8段直线来逼近热电势的特性曲线，从而获得输 出电压与温度之间的线性关系。
(5)数字表
经线性补偿电路完成线性化后的信
号可达1mV／0C的电平，因而数字式温度显示仪表其
数字显示部分实际上相当于一台数字式电压表。输
入的毫伏信号通过模—数变换器，将模拟量变为数 字量以后，由电子计数器进行计数，最后在显示器 上以数字直接显示出被测温度的高低。
MC200R为三通道的无纸记录仪。仪表可输入标准 电流、标准电压、热电偶、热电阻、频率等信号，可 提供传感器配电输出和模拟量变送输出、继电器报警 输出。直接连接微型打印机，打印用户指定时间的实 时、历史数据和曲线；通过RS232通讯接口与便携计 算机、掌上电脑（PDA）连接，直接读取仪表历史数 据，用户通过数据管理软件，对所取数据进行分析、 存档、打印处理。通过RS485通讯组网，可与组态王、 MCGS等专业组态软件组成实时监控系统。
按照显示的方式分，有模拟式、数字式和图像显
示三种。
数字量显示：数字显示仪 气动显示仪表 动圈式显示仪表 显示仪表模拟量显示电动显示电子自动电位差计 DDZ 记录仪 机械显示 图像显示
模拟式显示仪表：以仪表的指针（或记录笔） 的线位移或角位移来模拟显示被测变量连续变化。 模拟式显示仪表使用的是磁电偏转机构或机
本章作业

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数字式显示仪表
模拟量信号：以连续变化的物理量的大小模拟 实际参数的大小。 数字量信号：以脉冲数表达实际参数的大小。 数字显示仪的主要功能：将模拟量信号转换为 数字量信号，并用数字符号显示出来。 数字显示仪有单独的标准化（DDZ Ⅳ系列）仪 表。有些测试仪表的二次仪表也附带内置的数字显 示仪。
一、数字式显示仪表的原理及特点
当电路中有两个电位相反的电源时，总电势 为两个电源电势之差。如果两个电源的电动势相等，
则回路电流为零。
手 动 电 位 差 计 原 理 图
E x U CB IRCB EN RCB RN
手动电位差计在使用时，必须用于调节滑线电 阻C点的位置，因此，它不能连续地、自动地指示出 被测电势，常作为标准仪表用于实验室。若用于生 产过程中的连续测量，则必须采用自动电位差汁。
拟仪器实时测量的数据输送到Intranet。
软件即是仪器，从这一思想出发，基于电脑或
工作站、软件和I／O部件来构建虚拟仪器。I／O部 件可以是独立仪器、模块化仪器、数据采集板
（DAQ）或传感器。虚拟仪器产品包括软件产品
（如LabVIEW）、GPIB产品、数据采集产品、信号 处理产品、图像采集产品、DSP产品和VXI控制产品 等。

简易编程——组态
– 具有格式化的简易编程功能
历史记录 通讯

二、虚拟仪器 虚拟仪器，实际上就是一种基于计算机的自动 化测试仪器系统。 所谓虚拟测量仪器，就是采用计算机开放体
系结构取代传统的单机测量仪器，对各种各样的
数据进行计算机处理、显示和存储。
虚拟仪器的突出优点在于能够和计算机技 术结合，从而开拓了更多的功能，具有很大的 灵活性，由于虚拟仪器的设备利用率高、维修
六、数字模拟混合记录仪
将数字式、模拟式显示记录仪表的优点相结能化仪表的原理框图
智能化显示仪表的功能： 1、自动零位校准和自动精密校准； 2、自动量程切换； 3、功能自动选择； 4、自动数据处理和误差修正； 5、自动定时控制； 6、故障自动诊断。