第四章 显示仪表

1、平衡电桥工作原理 当桥路平衡时
始 r1
r2 终
R4 r1 Rt r2
R3
R2
自动电子平衡电桥
当温度 t tmin 时Rt值最小，这时滑线电阻触点
B在最左端，这时
桥路平衡
始 r1 r2终
R4 RP Rt min
R3
R2
同理，当 t tmax
这时滑线电阻触点B在最右端，桥路平衡。
R4 RP Rt max
则控制规律研究的是△Mv与Dv之间随时间变化的关系。
当前的Dv
Dv 以前的Dv
MV f DV ,t
今后的Dv(发展趋势,预测)
控制规律有自适应、预估 、模糊控制算法 、PID算法等。 最常用的控制规律是PID算法，它由基本控制规律P、I、D
组成P、PI、PD、PID，统称PID。
第一节 比例控制规律（P）
成比例，Vx变为时间间隔T2了。
优点：消除干扰和电源噪声的能力强，精度高。 缺点：转换速度慢。
数字式显示仪表
2.标度变换 标度变换实质的含意是比例尺的变更。
系数运算的原理可以通过图所示的“与”门电路来说明。从“与” 门的真值表可知。只有当A、B两端均为高电平时输出F端才为 高电子，因此控制A、B任一端的电子，就可以扣除进入计数器 的脉冲数。
/
M V MV 变化范围
100 %
控制规律
DV M V
/
MV 变化范围 PV 变化范围
100 %
PB
1 KP
/
MV 变化范围 PV 变化范围
100 %
PV：输入的最大变化量，即仪表的量程。
MV： 输出的最大变化量，即控制器输出的工作范围。
对于变送器、控制器、执行器均采用标准信号时：
Mv变化范围 =Pv 变化范围
一、比例控制规律（P）
Dv a Mv Dv Dv Mv
Mv
b
Mv Dv
Mv Dv
举例：如图是一液位控制系统。 当液位下降时，浮球跟随下降，
因此， MV b DV a b
所以 MV a DV
杠杆就是控制器，Mv是控制器的 输出。Dv是控制器的输入。
MV K P DV
KP
MV DV
KP—比例增益;（放大倍数）
无纸记录仪
特点： 1.液晶全动态显示，即清晰又明了。 2.输入信号多样化，以CPU为核心，实现了高性能，
多回路检测。 3.具有与上位机通讯的标准，可靠性高。 4.无纸、无笔、无墨水、无需日常维护。 5.精度高。
第五章 自动控制仪表
构成自动控制系统的仪表称为过程控制仪表。 主要包括变送器、控制器和执行器。还包括很多种辅助仪表。
改变RG 也改变放大器输入∆U，改变滑动点C的位置。 可以改变测起点量。
改变RM，可以改变通过滑线电阻的电流，即可以 改变量程。
图中 R2—冷端温度补偿电阻； RG—起始电阻；
R3R4—限流电阻；
RM—限流电组。
模拟式显示仪表
电位差计测量桥路以及方框原理图
EX
测量桥路原理图
模拟式显示仪表
测
热 电 偶
图象式显示：把被测变量用文字、字母、数字和图 像相配和显示。
我们介绍前两种，模拟式、数字式显示仪表。
模拟式显示仪表
一、自动电位差计 自动电位差计可以与热电偶或变送器配用显示各钟参数。
工作原理：平衡的原理工作。 1、手动电位差计
象天平称物体一样，增减砝码与被称物体达到平衡。 电位差计是将被测的电势与已知的标准电势进行比较 而工作。
所以
PB

1 KP
100 %
故： KP=1/PB
PB KP P （强）
控制规律
例题 一Ⅲ型比例控制器温度刻度范围是100—200 ℃控制器 的输出工作范围是4—20mA。当指示值从140 ℃变化到160 ℃ 时控制器的输出从8mA变化到16mA。比例度是多少？
PB
(160 140 ) /(200 100 ) 100 % (16 8) /(20 4)
量 桥 路
放 大 器
可 逆 电 机
指示机构 记录部分
稳压电源
电位差计方框图
同步电机
模拟式显示仪表
模拟式显示仪表
把测量毫伏信号的测量电路经简单变换后，就可 以测量电流信号。其原理如图。
自动电子平衡电桥
二、自动电子平衡电桥 自动平衡电桥可与热电阻配套使用测量温度。也可测 量其他电阻变化的变送器、传感器等元件配套使用。
U BC
IRBC
EN RN
RBC
Ex
模拟式显示仪表
2、自动电子电位差计工作原理 用放大器代替检流计，用可逆电机代替手动，形 成自动电位差计。 如图所示
当热电势 E与x 已知电压
UC相B 比较其差值经放 大器放大，驱动可逆电 机转动，带动C点位移，
UCB
EEExxx
一直到 Ex U为C止B 。可逆电机不转动。
第四章 显示仪表
第一节 模拟式显示仪表 第二节 数字式显示仪表 第三节 新型显示仪表
显示仪表
能指示、记录或累积各种变量的仪表统称为显示仪表。 显示方式：有模拟式、数字式和图象式三种。
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，来模拟被测变量的大小。
数字式显示仪表：直接用数字的形式显示被测变量的 大小。
Vx
RC
Vx dt
t1
代入上式得：
V0
T1 RC
Vx
被测电压Vx越大，V0越大。
数字式显示仪表
开关与2接通对Vr定值积分得：
0
V0
1 RC
t3
Vr
dt
t2
V0
1 RC
t3
Vrdt
t2
RTC2 Vr
T1 RC
Vx
T2 RC
Vr
T2
T2
T2
T1 、Vr一定时即时V间x 间TT隔12TV2r与被T测1 电压VxT的1 平均T值1
=40%
这就是说当测量温度变化了全量程的40%时，控制器的输出 从4mA—20mA。在这个范围内，温度的变化与控制器的输 出Mv是成比例的。
控制规律
也可以说比例度就是使控制器输出变化全范围时，输入偏差 改变了输入量程的百分数。
0%
40%
100% ΔP%
ΔMVmin
ΔMVmax
控制规M律v
Dv
Mvmax
q
测量变送器
被控变量 y
稳态(静态)时：
Pv Sv，Dv Pv Sv 0
Qi0 Qo0 M v 0
当Q01>Q00时，如何控制调节阀?
我们关心的是ΔMV，而不是MV0， ΔMv的大小和方向由控制规律所决定。
控制规律
控制规律的研究内容:
当Pv≠Sv时，Mv相对于Mv0有一个变化量△Mv，使执行 器产生控制作用，Pv→Sv。即：△Mv是用来克服偏差的，
1、控制器比例度PB与输入、 输出的关系
Mvmax-Mvmin 2
2、比例控制作用的特性 1.静态特性： 控制结束后有余差。
Mvmin 0
（即测量值不等于给定值） Dv
2.动态特性：
控制及时，无滞后。
C
t0
PB=50%
PB=100%
PB=200%
50%
Pv% 比例度示意图
MV
100%
KpC
t
t
t0
控制规律
给定值 偏差
Sv
+ -
DDevV
Pv
测量值
操纵值
控制器
调节阀
Mv
干扰 D
操纵变量 被控对象
q
测量变送器
被控变量 y
给定值(SV)：工艺要求的量值。
测量值(PV): 被控变量实际值。 偏 差(DV): 测量值与给定值之差
（DV=PV-SV)。 正偏差：PV > SV时。 负偏差：PV < SV时。
操纵值(MV): 控制器的输出信号。
自动电子平衡电桥 如图所示
Rline
Rt
Rline
两线制连接
自动电子平衡电桥
Rline
Rt
Rline 三线制连接
自动电子平衡电桥
二、自动平衡电桥 如图所示
热电阻采用三线制连接 图中
R1—导线电阻（R1=2.5Ω） R2R3R4—桥臂电阻； R6—起始电阻； R5—量程电阻； I1I2—上下支路电流为3mA
自动电子平衡电桥 用方框图表示
热 电 阻
测 量 桥 路
放 大 器
可 逆 电 机
指示机构 记录部分
稳压电源
同步电机
电子平衡电桥方框图
自动电子平衡电桥
自动平衡电桥与自动电位差计在外形上十分相似。 但用途不同，其主要区别为：
1.接收的测量信号不同。电位差计接收的是mV或mA； 平衡电桥接收的是电阻变化的信号。
控制规律
正作用控制器：正偏差时，控制器的输出增大变化。 反作用控制器：负偏差时，控制器的输出增大变化。 控制点 (MV0) ： 零偏差下的操纵值。 一般用操纵值的变化量描述控制规律即ΔMV =(MV-MV0)
控制规律
给定值 偏差
e Sv
+ -
DDvV Pv
测量值
操纵值
控制器
调节阀
Mv
干扰 D
操纵变量 被控对象
R3
R2
自动电子平衡电桥
当 tmin t tmax时
R4 r1 Rt r2
R3
R2
始 r1 r2终
因此，当温度从最小到最大变化时，滑动触点B在滑线 电阻上从左到右移动，可以得到电阻的大小。指示出相 应的数值。 以上是采用二线制接法将热电阻接入Rt测量桥臂。由 于导线电阻的变化而导致较大的误差。因此采用三线 制接法。