化工仪表及自动化课件第二章 显示仪表

显示仪表分类
按 照 能 源 来 分：可分为电动显示仪表、气动显示仪表；
无纸记录仪 （电动） 电子称
按照显示方式来分：可分为模拟式、数字式和图像显示仪表三种。
模拟式显示仪表
是以仪表的指针(或记录笔)的线性位移或角位移来模拟显示 被测参数连续变化的仪表。
模拟示波器DF4328
这类仪表大多数要使用磁电 偏转机构或机电式伺服机构，因 此，测量速度较慢，精度较低、 读数容易造成多值性。但它结构 简单、工作可靠、价格低廉且又 能反映出被测值的变化趋势，因 而大量应用于工业生产中。
R串 R动
R调 RT
R并
R串：这个恒定电阻较大，使动圈电阻随温度变化而引起 测量的相对误差减少。用锰铜丝绕制，数值可按量程大小 选择。
动圈表实质是电流表，仪表指针的偏转
角度限定了电流值，电流一定时，对应于不
同热电偶的不同测温范围所产生的热电势，
只要成比例改变回路电阻R，就能适应不同
量程范围，R串---- 量程调整电阻。
第二章 显示仪表
本章内容
动圈式显示仪表 自动电子电位差计 自动电子平衡电桥
显示 记录 要求
记录仪 显示器
变换 检测
观察
仪表
思考 调节 执行 机构
给定值
调节 调节器
凡是能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积 的仪表统称为显示仪表。 显示仪表一般都装在控制室的仪表盘上。他与各种测 量元件或变送单元配套使用，连续的显示或记录生产过程 中各参数的变化情况。它又能与控制单元配套使用，对生 产过程中的各参数进行自动控制和显示。
一、XCZ－101型动圈式显示仪表
XCZ—10l 型动圈式仪表是与热电偶配套使用的 显示仪表。
型号：X C Z －1 0 l 1配热电偶 0无意义（表示调节方式） 1单标尺（表示设计序列或种类） 指示仪 动圈式、磁电式 显示仪表
测量机构及作用原理
结构
匀强永久磁场 一对径向同心永磁 极芯（场强处处相等） 动圈 臵于永久磁场中的矩 形可动线圈（漆包线绕制） 张丝支撑 （铍青铜） 弹性吊带， 兼作电流导线 动圈式仪表测量机构 的核心部件是一个磁电式 毫伏计。
３、整机结构：
（1）电子放大器 （JF-12型）交流放大（机械斩 波，飘移小）：输入—桥路不平衡电势△U 输出—驱动可逆电机的控制电流 （2）可逆电机 （伺服电机）根据放大器放大后 的△U正负，有正反方向来带动滑轮（滑动触点） 及指针自动调平衡直至 △U =0（停转） （3）同步记录机构 同步电机拖动记录纸均速转 动（记录笔夹、墨水、指针等）
作用原理
ＸＣ系列动圈式仪表测量机构的核心部件是一个磁电式 毫伏计。动圈是具有绝缘层的细铜线制成的矩形框，用
张丝支承（张丝还兼作导流丝），臵于永久磁钢的空间
磁场中，当热电偶产生热电势,毫伏信号加在动圈上时 便有电流流过动圈，根据载流线圈在磁场中受力的原理，
当
动圈在电磁力矩的作用下产生转动。动圈的偏转使张
动圈表误差分析:
1 基本误差： 变差小，摩擦小 2 不完全平衡误差： 重心不平衡 3 刻度误差及调整误差
附加误差分析:
1 外线路电阻不符合规定所带来的误差 2 仪表所处环境温度变化时带来的误差（铜丝绕制动圈，连接 热电偶＋动圈表内连接导线无补偿） 3 仪表在受到外界电磁场作用时，产生一定误差
二、XCZ—102型动圈式显示仪表
XCT型动圈仪表除对参数指示外，还有控制功
能。
动圈式仪表的特点
动圈式显示仪表结构简单，使用方便，价格便宜， 因此在工业生产中，尤其是在中小型企业得到广泛应用。
动圈式仪表的输入信号
可以是直流毫伏信号，如检测元件或传感器或变送
器送来的直流毫伏信号；也可以是非电势信号但必须
经过适当转换电路后能转换成电势信号的参数。
利用自动电子电位差计来测量电势，就可
以克服以上的缺点，提高测量精度（“电压平
衡原理”） 工作原理 电位差计的工作原理是根据平衡法(也称
补偿法、零值法)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。
一、手动电位差计
图中R为线性度很高 的锰铜线绕电阻，通过它 的电流 I 是恒定的。G为 检流计，它是个灵敏度很 高的电流计。 测量时，可调节滑动 触点C的位臵，以使RCB上 的压降UCB变化，则得 UCB=I RCB
２、自动电子电位差计的测量桥路
（１）冷端温度补偿
为了弥补仪表工作环境温度（T1>0）,而使热电偶少反映出 的热电势（E(T1,0)）。在下支路设臵电阻R2（铜电阻）。 R2-温度补偿电阻 ； R3 -限流电阻
（２）量程Biblioteka Baidu配问题
暂时把RB//RP// RM看作一个电阻。为了能使滑线电阻R的滑动 全范围时，对应热电势的变化全范围，需要在上支路设臵两个电 阻 RG-下限电阻 ； R4 –上限电阻（上支路限流4mA）。 RB—工艺电阻：由于Rp是手
数字显示仪表
是直接以数字形式显示被测参数值大小的仪表。
这类仪表测量速度快、精度高、读
数直观，对所测参数便于进行数值控制
和数字打印记录，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 其他数字装臵联用，得到迅速的发展。
电压电流表
图像显示 就是将图形、曲线、 字符和数字等直接在屏幕 上进行显示。它是随着电 子计算机的推广应用而相
工绕制的滑线电阻，阻值难以精
确控制，故需要并联一个碳膜电 阻，并使RP// RB=90Ω，整体考
RＰ RＢ
虑，统一生产。
RM—量程电阻：通过改变RM 阻值，达到改变三个电阻并联等
效后的结果阻值。
①R２铜电阻 ②下支路限流电阻Ｒ３ ③上支路限流电阻Ｒ４ ④滑线电阻Ｒ Ｐ 和工艺电 阻ＲＢ ⑤量程电阻ＲＭ ⑥始端下限电阻ＲＧ
三线制与外接调整电阻
为了准确的指示出被
测温度的高低，将热电阻
采用三线制接法，并加外
接调整电阻。
为了克服因连接导线长短不同而引起的测量误差， 一般规定连接导线的电阻值为3×5Ω，即每根连接导
线的电阻值为5Ω。
这样，仪表出厂时，就带有3个用锰铜丝绕制而成 的电阻，其阻值每个为5Ω，称之为外接调整电阻。 在校验仪表时，必须把这3个外接调整电阻分别接 在仪表的接线端子上。
丝扭转，从而产生反抗动圈转动的力矩。当两力矩平衡 时，线圈就停某一位臵上。由于动圈的位臵与输入毫伏 信号相对应，当面板直接刻成温度标尺时，装在动圈上 的指针就指示出被测介质的温度值。
电旋转力矩 M磁＝N · · · I B S
F＝BI · ；S＝ L · ； N－动圈匝数；I－被测电流值； L 2r B－场强；S－线圈面积； L－线圈高度（磁场中载流导线的 有效长度）。
这样，当UCB＞Et时或UCB＜Et时，检流计中就 有电流流过，指针就发生偏转； 只有当UCB＝Et时，检流计中无电流流过，即 此时I检＝0。 也就是说，这时的巳知电压UCB正好和未知热 电势Et平衡，即 Et=UCB（条件：I检=0） 根据滑动触点的位 臵．可以读出UCB，这样就 达到了对未知热电势测量 的目的。
(4) 仪表出厂时将短路端子用导线短路，实际上就是将动圈本 身短接成一回路，构成一个磁感应阻尼器。
第二节 自动电子电位差计
由于动圈式仪表实际上是一种测量电流的仪 表，因此能引起电流变化的各种干扰因素都会导
致测量误差，动圈表测温总回路电阻不够恒定
（开环系统），这种误差不是靠提高仪表的加工 要求就能弥补的。 同时，它的可动部分容易损坏，怕震动，阻 尼时间较长，且不便于实现自动记录。
两种测量热电势的方法测得的结果极为准确，其原 因如下。
① 由于它们是在全补偿时(亦即检流计中无电流通过 时)进行测量读数、因此，被测热电势本身引起的压降 损失和导线上的压降损失就不存在了，对测量结果也 无影响。 ② 测量结果的准确性是依赖于标准电池的电动势及测 量回路电阻的精度，而标准电池及电阻一般可以得到 较高的准确性。 ③ 应用了高灵敏度检流计作为监测。
EN＝I RN
因 为 EN 为 标 准 电 动势，RN为标准电 阻，两个都是已知 标准值，所以此时 的电流I为仪表刻度 时的规定值。
测量未知热电势Et
将开关K合到“2”位臵上，这时校准回路断开，
测量回路接通，移动滑动触点C的位臵，直至检流计
指示为零，此时便得：
U BC IR BC EN RN R BC E t
即线性表征了流进动圈电流的大小。 此时若将热电偶温度计的热电势作为动圈的输入 量，如果回路中总电阻恒定，则依据欧姆定律，仪表 指针的偏转角度线性的表示了被测热电势的大小。
外接电阻和外接调整电阻
流过动圈的电流不仅和热电偶的热电势E(t，t0)有关，
也和回路内总的电阻有关，按欧姆定律，流过动圈的电
流应为：
由上述可知，要想使工作电流I 等于定值，用稳压电源 供电是一个好办法。 如果用电池代替稳压电源时，就应在工作回路中加调整 工作电流的电位器RH和标准电阻RN。
它利用标准电 池EN 及标准电阻RN 来校准工作电流I， 以 确 保工作电 流恒 定。
校准工作电流： 将开关K合在“1”的位臵上，然后调节工作回 路的电位器RH，使检流计G的指示为零。即
SSD - 1000阿洛卡 超声波诊断 仪
应发展起来的一种新型显
示仪器，其中应用比较普 遍的是液晶显示器。
第一节 动圈式显示仪表
动圈式显示仪表是我国自行设计制造的系列仪
表产品，命名为ＸＣ系列。
ＸＣ系列按其功能有指示型（ＸＣＺ）和指示
控制型（ＸＣＴ）两个系列。
XCZ 型 动 圈 仪 表 可 指 示 被 测 参 数 ；
张丝吊带扭转产生的对动圈的反旋转力矩 M反＝k·Φ
Φ－动圈旋转角度（约30o左右）;k＝C · ； C －弹性 2r 系数（在较小的扭转范围内近似常数）。
力矩达平衡时 M磁＝ M反
即： Φ＝kˊ· ； kˊ－仪表常数 I 上式表明：动圈偏转角度处处与引起线圈旋转的电
流成正比。（动圈表相当于电流表）；指针停留的位臵
二、自动电子电位差计
用可逆电机代替人工操作（传动机械），用放大 器代替检流计。
R c E
- +
g
+
采用了稳压电源供电。
Ex
-
1、自动电子电位差计工作原理
为了提高桥路的灵敏度，用放大器取代检流计，并 用放大后的不平衡电压△U输出驱动“可逆电机”，通 过传动系统带动滑动触点C，自动调平衡（代替手动）， 直至△U =0，才可以读数。
E ( t , t0 ) R总 E ( t , t0 ) R 外 R内
I

R外 R热 R补 R 铜 R调
E＝I×R总
热电势测量的前提条件是回路中总电阻R为定值 现实测量中由于热电偶距显示仪表的距离长短不 一，则R总的数值就不同，配热电偶的动圈仪表统一 规定外线路电阻R 外 =15Ω；这时，表内设有外线路
调整电阻 R调（电位器）。
R调＝15Ω-(R热+R补+R铜）
动圈的温度补偿
动圈本身是用铜导线绕 制而成的，当环境温度升高
R串 RB
时，电阻就增大，在相同的
毫伏信号输入的情况下，回
R动
RT
路内电流将会减少，仪表的
指示值就偏低。因此，也需 要进行温度补偿。一般是在 线路中串接热敏电阻RT 。
R调
Rt
XCZ—102型动圈仪表与热电阻相配套构成热电阻温度计。
结构
稳压电源
动圈仪表 不平衡测量桥路
不平衡电桥
电桥平衡时，动圈表G中无电流通 过，有
R4R2=R3(R0+Rt)
设计时，一般 R3=R4 ，R2=Rt0+Rt。 如将Rt至于某一测温点，当测温点温度 升高时，上等式不成立，Ucd增大，流 过G中的电流就大。`-------测量原理
金属电 阻 热敏电阻
T
热敏电阻的电阻值随温度的升高而下降，且呈指数规
律变化。但是，如果只用热敏电阻补偿就过头了，因此再
用一个锰铜丝绕制的电阻R 并 (50Ω)和热敏电阻RT(20℃时 为68Ω)并联，以削弱RT的影响，此并联后的特性接近于线
性变化。
R串 R动 R调 RT R并 当温度升高时，并联总电阻 下降，而动圈的电阻增加， 一个增加，一个下降，如果 配合得好，就能得到较好的 补偿效果。
在实际使用时，若每根连接导线电阻不足5Ω时，
则须用外接调整电阻来补足，使外接电阻凑足为5Ω。
三 几点要说明的问题
(1) 动圈式仪表的型号为XCZ，有附加装臵进行自动控制的型 号为XCT。 在使用时，必须注意与测温元件配套的问题。在仪表面板上 注有与测温元件配套的分度号。否则将产生极大的人为误差。 (3) 要会使用外接调整电阻。在动圈仪表安装位臵不变的情况 下，安装一次测温元件时，都要重新调整一次外接调整电阻的数 值，配用热电偶时，R外＝15 Ω 。配用热电阻时，R外＝5Ω。