数字式压力表的制作与应用

东北石油大学课程设计

2017年7 月28 日

东北石油大学课程设计任务书

课程过程控制仪器仪表设计与生产实训

题目数字式压力表的制作与应用

专业自动化姓名孙宇学号 150601140421

主要内容、基本要求、主要参考资料等

主要内容：

在面包板上安装一台用单片A/D转换器7107或7106组成的通用表头。配接压力传感器（应变片式、扩散硅式或其它类型压力传感器），制成数字压力显示仪表；并根据装置的特点，掌握该仪表在工业生产中的应用。

基本要求：

1.学习数字显示仪表原理；

2.设计、绘制电路连接图；

3.能够独立完成数字显示仪表表头的焊接、制作、调试；

4.掌握该仪表在工业生产中的应用并撰写报告。

参考资料：

[1]张天春,杨慧敏.数字显示仪表课程设计指导书[M].大庆：大庆石油学院自编教材，

2008.

[2]沙占友.新型数字电压表原理与应用[M].北京：机械工业出版社,2006.

[3]任致程.数字电工仪表应用电路400例[M].北京：机械工业出版社,2007.

完成期限 2017.07.10 - 2017.07.28

指导教师

专业负责人

目录

第1章数显压力仪表工作原理 (1)

1.1 数字显示仪表的发明 (1)

1.2 数字式压力表的原理 (1)

1.3数显仪表的结构 (2)

1.4数字式压力表的主要技术指标 (2)

第2章数显压力仪表设计方案 (4)

2.1 ICL7107双积分A/D转换器 (4)

2.2 LED显示器 (5)

2.3 其他集成原件 (5)

第3章数显压力仪表的制作 (7)

3.1 数显部分的制作 (7)

3.2 将数显部分、电源部分与其他部分组合 (7)

第4章数显压力仪表的应用 (9)

4.1 仪表用途 (9)

4.2 应用行业 (9)

4.3 注意事项 (9)

第5章结论与体会 (10)

参考文献 (11)

第1章数显压力仪表工作原理

数字式显示仪表是一种具有模/数转换器并以十进制数码形式显示被测变量值的仪表，它与各种传感器、配送器配套，可以显示出各种不同的参数。数字式仪表具有精度高、功能全、速度快、抗干扰能力强等优点，体积小、耗电低、读数直观，且能将测量结果以数字形式输入计算机，从而实现生产过程自动化。

1.1数字显示仪表的发明

20世纪50年代初，世界上出现了第一台数字显示仪表。近五十年来，随着现代科学技术的迅猛发展，尤其是数字化测量技术、半导体技术、大规模集成电路技术及计算机技术在仪表中的应用，使数字仪表很快地从电子管式、晶体管式发展到目前集成电路式和带有微处理器的数字仪表。数字仪表的出现适应了科学技术及自动化生产过程中高速、高准确度测量的需要，它具有模拟仪表无法比拟的优点。

数字式显示仪表是一种具有模/数转换器并以十进制数码形式显示被测变量值的仪表，它与各种传感器、变送器配套，可以显示出各种不同的参数。与模拟显示仪表相比，数字式仪表具有精度高、功能全、速度快、抗干扰能力强等优点，它体积小、耗电低、读数直观，且能将测量结果以数字形式输入计算机，以而实现生产过程自动化。

1.2数字式压力表的原理

数字式压力计主要由传感器、采集器、放大电路、数据运算电路、A/D转换器、显示器等构成。图1-1为仪表构成框图。

图1-1 仪表构成框图

其中，传感器的精度、采集器的精度、A/D转换器的精度对压力的测量精度起主要作用。故在传感器的选择与电路设计上要充分考虑这一点，以免压力计产生过大的离散而达不到所需的测试精度。

1.3数显仪表的结构

不带微处理器的仪表，通常用运算放大器和中、大规模集成电路来实现；带微处理器的仪表，是借助软件的方式来实现原理框图中的有关功能。

不带微处理器的数显仪表一般应具备模数转换，非线性补偿及标度变换三大部分，这三部分又各有很多种类，三者间相互巧妙的组合，可以组成适应于各种不同要求场合的数字式显示仪表。尽管数字仪表的品种繁多，原理各不相同，但其基本构成形式可由图1-2所示的主要环节组成。模一数转换器是数字仪表的核心，以它为中心，将仪表分为模拟和数字两大部分。

图1-2 数显仪表的基本构成

仪表的数字部分一般设有滤波、前置放大器和模拟开关等环节。来自传感器或变送器的统一电量信号一般都比较微弱，并且包含着在传输过程中产生的各种干扰成分，因此在其转换成数字量前，首先要进行滤波与放大。前置放大器就是用来提高仪表的灵敏度、输入阻抗及信号的信噪比。

仪表的数字部分一般由计数器、译码器、时钟脉冲发生器、驱动显示电路以及逻辑控制电路组成。在数字仪表中，逻辑控制电路起着指挥整个仪表各部分协调工作的作用。它是数字仪表中不可缺少的环节之一。另外，高稳定的基准电源和工作电源也是数字仪表的重要组成部分。

被放大的模拟信号有模-数转换成相应的数字量后，经译码、驱动，送到显示器件中进行数字显示。也可以送到报警系统和打印系统中去，进行报警和记录打印。

1.4数字式压力表的主要技术指标

（一）显示位数

以十进制显示被测变量值的位数称为显示位数。能够显示“0～9”的数字位称为“满

位”；仅显示1或不显示的数字位，称为“半位”或“21

位”。工业用数字温度显示仪表的

显示数常为321位，可显示-1999～1999。高精度的数字表显示位数目前达到821

位。

（二）仪表的量程

仪表标称范围的上、下限之差的模，称为仪表的量程。量程有效范围上限值为满度值。

（三）精度

目前数字式显示仪表的精度表示法有三种：满度的±a%±n 字、读数的±a%±n 字、读数的±a%±满度的b%。

（四）分辨力和分辨率

数字仪表的分辨力是指末位数字改变一个字所对应的被测变量的最小变化值，它表示了仪表能够检测到的被测量最小变化的能力。数字式显示仪表在不同量程下的分辨力是不同的，通常在最低量程上具有最高的分辩力，并以此作为该仪表的分辨力指示。分辨率指仪表显示的最小值与最大数值之比。

（五）输入阻抗

数字式显示仪表是一种高输入阻抗的仪表，输入阻抗可达1012Ω。

（六）抗干扰能力

数字式显示仪表一般用串模干扰抑制比和共模干扰抑制比来表征抗干扰能力大小。

串模干扰抑制比（SMR ）为：SMR=20lg r e n

共模干扰抑制比（CMR ）为：CMR=20lg c c

e e

SMR 和CMR 的单位是分贝，数值越大，表示数字仪表的抗干扰能力越强，一般直流电压型数显仪表的串模干扰抑制比为20～60dB ，共模干扰抑制比为120～160dB 。