自动检测技术与仪表控制系统-显示单元

第十二章显示单元功能：对各种检测变量进行显示、记录类型：模拟式显示仪表、数字式显示仪表、新型显示仪表12.1显示仪表概述(1)模拟式显示仪表原理：检测元件和变送器将被测变量（物理量或化学量）变换成另一物理量，此物理量随被测变量的变化作相应变化，这种变化是对被测变量的模拟。方式：利用标尺、指针、曲线等方法(2)数字式显示仪表功能：直接用数字量显示或以数字形式记录打印被测变量值的仪表。可以和多种传感器配合测量、显示各种工艺参数，并且可以进行巡回检测、越限报警及实现生产过程自动控制。方式：数字式(3)新型显示仪表特点：涉及微处理技术、新型显示技术、记录技术、数据存储技术和控制技术，把信号检测处理、显示、记录、数据存储、通讯、控制、复杂数学运算等多个或全部功能集合于一体。模拟显示的特点：直观光柱也属于模拟显示光柱显示的特点：一目了然数字式仪表数字式仪表的特点：准确，但最后一位经常跳动不止。热敏电阻LED亮度高、耐振动；LCD耗电省、集成度高，但不利于夜间观察。LED、LCD的特点：带背光板的LCD可以在夜间观看图像显示特点:能显示复杂的图形和曲线，但价格昂贵。带RS-232接口的万用表及图像显示特点:能在计算机中存储测量到的波形及数据，可随时重放，价格适中。记录仪主要用来记录被检测对象的动态变化过程。无纸记录仪主要用来记录和存储被检测对象的动态变化过程。数据处理装置数据处理装置主要是指计算机，将复杂的系统用到频谱分析仪。12.2显示仪表工作原理一、显示仪表结构分析1.开环模式:如图测量电路：把被测量（热电势或热电阻值）转换为数据处理环节可以接受的过度量数据处理：将过度量转换为显示量2.闭环模式：传统的自动平衡式显示仪表是采用此模式来保持自动跟踪的显示量的精确可靠和仪表的响应特性。主体部分是放大器、可逆电机和测量电路构成的闭合回路，实现自动平衡显示功能；记录部分提供显示量的一种处理方法，与闭环环节相对独立由闭环系统深度负反馈特性知，显示仪表中测量电路很重要，决定了仪表显示功能。其设计、计算、制作和调整很关键1).工作原理:平衡法(补偿法.零值法),将被测电势与已知的标准电势比较,当两者的差值为零时,被测电势就等于已知的标准电势。1.手动电位差计电位差计式自动平衡原理自动平衡显示仪表工作原理RGCBEIEtA+-(1).采用全补偿法(IG=0),热电偶、连接导线的接入对测量不产生任何影响。(2).采用高灵敏度检流计,可保证测量的准确度。(3).只能进行间断测量,不能进行自动记录。需人工参与。2).测量准确的原因2.电位差计式自动平衡的工作原理稳压电源放大器可逆电机CBA+-Et+-用可逆电动机及一套机械传动机构代替人手进行电压平衡操作,用放大器代替了检流计来测不平衡电压并控制可逆电动机的工作。应用：适合于对直流电压或直流电流转换成的电压进行显示和记录原理：电动势平衡原理传感器放大器可逆电机指针滑线电阻×XEUKU+-x位移t0≠0℃,室温t1时,热电势减少,t减小,造成测量误差。3.电位差计式自动平衡显示仪表t0=0℃时,触点C与t一一对应,E(t,0)↔t,反映真实温度。(1)冷端温度补偿问题BCR2R3RGRPRMR4E=1VI1=4mAI2=2mAD-+AEtt0解决这个问题,需加一个支路R2(铜丝),R2与热电偶冷端处于同一温度。当t0↑R2↑UR2↑,而热电偶的热电势↓,达到温度补偿的目的。UR2=E(t0,0)E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)E(t,0)↔t稳压电源CBA+-Et+-工作原理：基于电位差计的工作原理3.自动电子电位差计的测量桥路(2).量程匹配问题触点C为起点时,UCD为下限t1的热电势。RG↑→UCD↑→下限值↑。RG可改变下限触点C处于右端时,UCD为上限t2的热电势。RM越小,R总=RP//RM减少,I1不变,RP两端电压减少,可改变量程。RP电流越小,量程越窄BCR2R3RGRPRMR4E=1VI1=4mAI2=2mAD-+AEtt0•上支路：滑线电阻RH用于调整电桥的输出电动势；R´H是副滑线电阻，与RH相配合，以消除滑点与滑线电阻间的寄生电势；匹配电阻RB使其与RH的并联达到规定的阻值（90Ω±0.1Ω）；RL用于调整量程范围及上支路的工作电流（2mA、4mA），RD、RG分别用于调整量程的下限和上限•下支路：铜电阻Rcu用于冷端温度补偿；R2用于下支路电流调整（2mA）结构示意图4.自动电子电位差计的结构三、电桥式自动平衡显示仪表敏感电阻做传感器测量参数时，将其接入电桥（一个或多个桥臂），可以利用电桥平衡的原理实现对被测参数的测量、显示和记录与自动电位差计相似，具有负反馈效应以保证自动平衡电桥的自动平衡作用1、电桥式自动平衡原理1).基本原理:电桥式自动平衡原理2.电桥式自动平衡显示仪表三线制接法1).相同之处(1).组成相同:放大器.可逆电机.同步电机及指示记录部分。(2).与仪表配套的测温元件(热电偶.热电阻)外形结构相似。3.自动电子平衡电桥与自动电子电位差计比较2).不相同之处(1).输入信号:电位差计为电势;平衡电桥为电阻。(2).作用原理:电位差计测量电桥在测量时处于不平衡,输出不平衡电压(与被测电势大小相同极性相反),与被测电势补偿,使仪表达到平衡。自动平衡电桥,当仪表达到平衡时,测量电桥处于平衡,即无输出。(3).电位差计测温时,考虑热电偶冷端温度补偿问题。(4).测温元件与测量电桥的连接方式不同:热电偶补偿导线采用两线制接法。热电阻采用三线制接法。(5).稳压源的供电方式:电位差计用直流;电子平衡电桥可直流也可交流。例1:K分度号的热电偶采用如图所示的方式与配套的电子电位差计接入控制室测炉温,已知电子电位差计显示温度为1000ºC时,求实际温度t。t30ºC20ºCK分度号补偿导线30ºC控制室电子电位差计解题思路：根据电位差计,显示1000ºC则对应的热电势:EK(1000,0)电位差计中有温度补偿的铜电阻,补偿热电势:UR=EK(20,0)补偿导线可实现冷端温度迁移,热电偶所测的热电势为:EK(t,20),其与补偿热电势一起使仪表显示1000ºC。则依题意有：EK(t,20)+EK(20,0)=EK(1000,0),由中间温度定律可知t=1000ºC。t30ºC20ºCCu线Cu线30ºC控制室电位差计例2:K分度号的热电偶采用下图的方式与配套的电位差计接入控制室测炉温,已知电位差计显示温度为700ºC时,求实际温度t。EK(t,0)=EK(700,0)-EK(20,0)+EK(30,0)=29128-798+1203=29533μV解:查表得:EK(20,0)=798μV,EK(700,0)=29128μVEK(30,0)=1203μV依题意有:EK(t,30)+EK(20,0)=EK(700,0),EK(t,0)-EK(30,0)+EK(20,0)=EK(700,0),t=709+(29533-29505)/(29547-29505)=709.7ºC查表:EK(709,0)=29505μV,EK(710,0)=29547μV例3:K分度号的热电偶采用下图的方式与E分度号的电位差计接入控制室测炉温,已知电位差计显示温度为400ºC时,求实际温度t。t30ºC20ºCK分度号补偿导线30ºC控制室E型电位差计EK(t,0)=EE(400,0)-EE(20,0)+EK(20,0)=28943-1192+798=28549μV解:查表得:EK(20,0)=798μV,EE(20,0)=1192μV,EE(400,0)=28943μV,依题意有:EK(t,20)+EE(20,0)=EE(400,0)，查表:EK(686,0)=28540μV,EK(687,0)=28583μVt=686+(28549-28540)/(28583-28540)=686.2ºC