中国石油大学化工检测仪表第七章-显示仪表2资料

R0 ?
注意：不同分度号R2不同，R2处的温度应与热电偶冷端一致。
下支路限流电阻R3： 与R2配合使I2=2mA。
起始值电阻RG： 决定测量起始值。
UAC始 =Exmin ， RG↑→UAC始↑→Exmin↑ →txmin↑
上支路限流电阻R4：与Rnp、RG 串联使I1=4mA。 滑线电阻RP ：测量系统中关键元件，可变电阻。

R2 R2 R3

E
（2）毫安测量桥路（与变送器或传感器配用）
R1必须有足够的精度，最好满足： 100mV≥ΔE=ΔIR1 ≥5mV
可根据需要调整相应阻值，满足不同测量范围的要求。
主要用于热电阻测量 （三）自动平衡电桥
交流电桥：E=6.3V； 直流电桥：E=1V。 测量桥路与自动电位差 计相似，各对应电阻作用 相同。
R3 Rtmax (R2 r)R4
触点K位于滑线电阻r任意点时：
R3(Rt0 Rt r r1 ) (R2 r1 )R4
r1

R3 R3 R4
Rt
Rt值与K点有对应的平衡位置，若Rt为热电阻, 三线制连接。 滑线电阻r上标以温度值，可直接显示相应温度。
二、自动平衡仪表的组成
自动平衡显示仪表是模拟仪表的另 一个大类。相对于动圈仪表来说， 它的结构较为复杂，组成环节较多 ，但它的精度高，性能稳定，因而 目前不少单位还在应用着。
自动平衡式显示仪表主要有自动平 衡式电子电位差计和自动平衡式电 子电桥两种，它们分别用于电势和 电阻信号的测量。
组成
自动电位差计
自动平衡电桥
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第二节 数字式显示仪表
7.2.1 数字式显示仪表 7.2.2 无纸记录仪
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7.2.1数字式显示仪表
组成 模数转换 标度变换
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在数显仪表基础上，加入CPU等芯片, 仍具数显仪表的 外形，使仪表功能智能化。
具有量程自动转换、自校正、自诊断等人工智能分析能 力；如通信、复杂公式计算等轻而易举。硬件结构更简单， 稳定性、可靠性、性价比大大提高。 硬件核心:单片机。集成了CPU、存储器、定时/计数器、
图1 动圈式指示仪表的组成 (a) 测量机构； (b) 测量线路
动圈式温度指示仪表 配热电偶的动圈温度指示仪表： 配热电偶的动圈温度指示仪表型号为
XCZ-101， 其电路如图2所示。在使用热电偶测量温度时，一般配接有冷 端温度补偿器，在电桥平衡时冷端温度补偿器的等效内阻为1 Ω，并考虑 将RCu随温度变化引起的等效电阻变动忽略； 同时， 热电偶在不同温度下 的电阻也不相同，应当事先计算或测量热电偶在使用状态下的电阻值，以 此来确定外接电阻R外的大小。
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液晶显示(LCD)
数码管显示(LED)
mV 0-500kPa
mV
4-20mA
V/I
应变式 压力变送器
12位 1-5V
A/D
250Ω
N
CPU
0-500kPa 显示
标度变换
0-5V
仪表放大器
12位
A/D
N
CPU
4-20mA
D/A
0-500kPa
应变式 压力变送器
标度变换
显示
0-500kPa
例1：测量机械压力时，当压力变化为0--100N时，压力 传感器输出的电压经放大（0--5V）后进行A/D转 换，得到000H--FFFH的数字量（12位AD）。 求采样值2AAH对应的压力大小……
F ( N x / Nm )(Fmax Fmin ) Fmin (2 AAH / FFFH )(100 0) 0 16.65N
附加滑线电阻RP′：与RP材料相同，抵消接触电势。
工艺电阻RB ：与RP并联阻值90Ω。 量程电阻RM ：与90Ω电阻并联，RM↑→量程↑
2．输入直流毫伏、毫安信号的测量桥路
（1）毫伏测量桥路 R2 (一般10Ω )与其它电阻均
为固定电阻。
Ex


RG RG
Rnp
Rnp R4
I2Rt0 I2R0 I2R0t0
适当选择I2 、R0，使
I2αt0 R0 =E(t0,0)
最简单的自动电位差计
上、下支路电流分别规定4mA、2mA，即 I1:I2=2:1
引入下支路回路，进行热电偶冷端温度补偿。 如果为Cu：
上支路回路，进行测量范围的调整。
热电偶E：
电阻R2：冷端温度补偿电阻。
（一）组 成 在手动电位差计或手动平衡电桥的基础上
放大器 → 检流计 可逆电机 → 手调滑动触点
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（二）自动电位差计 1．与热电偶配用的测量桥路
Ex


RG Rnp
RG Rnp R4

R2 R2 R3

E
若以t0=2O℃为基准补偿
R2 Rt0 R0 (1t0 )
图2 XCZ-101动圈仪表电路
7.1.2 自动平衡式显示仪表
一、工作原理 二、自动平衡仪表的组成 三、仪表的校验
一、工作原理
手动电位差计 手动平衡电桥
（一）、电位差计
电压平衡法：将被测电势与巳知标准电势比较。
当两者差值为零时，被测电势 等于已知标准电势。
若检流计G指零，则: Ex=IRKA
R7交流电桥限流电阻: 保证流过热电阻电流≤6mA 上、下支路电流相同， I1=I2=3mA。 R1=2.5Ω为连接导线等效电阻，实用时若不足2.5Ω，由线 绕电阻凑足。
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7.1.2 自动平衡式显示仪表
自动平衡电桥与自动电位差计主要区别
1.接收的测量信号不同 平衡电桥：电阻信号； 电位差计：mV或mA信号。
再将开关S置“2” ，进行测量。移
动触点K的位置，直至检流计指零，
此时
U AK

IRAK

Es RG
RAK

Ex
K 点位置与Ex对应。
既可测量毫伏信号，也可做标准毫伏信号源？
（二）、平衡电桥
起始状态，Rt=Rt0，电桥平衡 条件为：在滑动变阻器的最右端
R3(Rt0 r) R2R4
当Rt=Rtmax时，电桥平衡，有
2.平衡状态不同 自动平衡电桥平衡时： 桥路无输出。 自动电位差计平衡时： 桥路有输出。
3.用于测温时的两点差异 (1)R2不同。 (2)感温元件与测量桥路连接方式不同。
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7.1.3 自动平衡仪表的校验
自动电位差计校验 自动平衡电桥校验
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一、自动电位差计校验 直流电位差计作信号源。
当巳知电势与未知电势达到平 衡时，测量回路中无电流通过， 回路中电阻对测量没有影响。
测量结果仅取决于I和R的准确度。 可引入标定工作电流回路或稳压电源供电，提高I精度。
手动电位差计
采用标准电池标定工作电流。
标定方法：
先将开关 S置“1 ”，进行标
定，调RI使检流计指零Ig=0，
则
Es = IRG
I Es RG
x：实际测量值； xmax：测量上限； xmin：测量下限； Nx、 Nmax、Nmin：实际测量值、上限值和下限值所分别对应 的数字量
x
u
传感
A/D
N 标度变换 x
u f (x) N k 'u k ' f (x) x (N)
若N0为零，则： x (Nx / Nmax )(xmax xmin ) xmin
E终、E始—测量上、下限所对应的热电势； E示—校验点实测的电势值(由手动电位差计上读得)； E实—校验点对应的标准电势值(分读表查得)。
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2. 温度计法 标准水银温度计测得补偿电阻处的环境温度t0 ，由分度表
查得E(t0 ,0)，各校验点均应减去该电势，即送入的电势应为 E(t,t0)。
第七章 显示仪表
概述 第一节 模拟式显示仪表 第二章 数字式显示仪表
本篇小结
概述
凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表。 按显示方式分为： 1、模拟式
以仪表指针（或记录笔）的线位移或角位移来模拟显示 被测参数连续变化的仪表。 2、数字式
直接以数字形式显示被测参数的仪表。 3、图像显示式
将被测参数用文字、符号、数字和图象配合在大屏幕荧光 屏上显示，具有模拟和数字显示两种功能。
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第一节 模拟式显示仪表(指针式)
动圈式显示仪表
自动平衡式显示仪表
7.1.1 动圈式显示仪表
动圈式仪表的测量机构是一个磁电系检流计， 如图所示。它由永久磁 铁、可动线圈、 张丝、 指针、 刻度标尺、 铁芯等构成。 测量机构与测量 线路组成动圈式指示仪表， 若再配以给定机构可组成调节仪表。 动圈式仪 表结构简单， 价格低廉， 易于维护， 精度可达1.0级, 与各种敏感元件和传 感器、 变送器配合，广泛应用于温度、 压力、成分、物位等非电量的测量。
x
u
传感
A/D
N
u f (x) N k 'u k ' f (x)
标度变换 x
x (N)
反变换 传感器在内的整个数据采集系统是线性 的，则标度变换公式为：
x xmin ( xmax xmin )(N x Nmax ) / (Nmax Nmin )
q E示 E实 e2 100% E终 E始
e2—环境温度所对应的热电势。 要求环境温度必须稳定。
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二、自动平衡电桥的校验 采用分度为1/100Ω 的标准
电阻箱作为标准仪器。 三线制接法且每根导线电阻
均为2.5Ω 。
q R示 R实 100% R终 R始