数字式显示仪表
热工测量及仪表_第4章_显示仪表
0
xcz--102
刘玉长
1 5
（2）工作原理
根据电磁感应原理，当有mV信号加在动 圈两端时，形成一个闭合回路，便有电流流过 动圈，载流动圈在磁场中将受到电磁场的作 用。根据左手定则，磁力线穿过手心，四指指 向电流方向，拇指就是导体受力方向，这个力 使动圈转动，使动圈转动的力和绑定动圈的张 丝力相等时，动圈停在某一位置，指针指示出 温度的大小。
R调：
热电偶的连接导线有长有短，为保证R总=常数， 调整R调使R外=15Ω
刘玉长
R热敏 与 R并：
R热敏与R并两个电阻是动圈的温度补偿电阻。 因为动圈是铜导线绕制的，当温度升高时，动圈 的电阻值R动就会增加，在电压信号不变的情况 下，I将减小，动圈显示仪表的指针指示会偏低， 此时，R热敏的电阻值也会随着温度自动减
第四章 显示仪表
第一节 概述 第二节 模拟式显示仪表 第三节 数字式显示仪表 第四节 常用显示仪表简介 第五节 仪表防爆知识
刘玉长
第一节 概述
显示仪表：
凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或 累积的仪表。
一、定义
显示仪表是指接收检测元件(包括敏感元件、传 感器、变送器等)输出信号，通过适当的处理和转换， 以易于识别的形式将被测参数表现出来的装置。
刘玉长
热电阻与动圈表配套使用实际连线
调整电阻的作用与大小
1.R1+R11+R连 1=5Ω 2.R2+R12+R连2=5Ω 3.R13+ R连3 = 5Ω
+
U=220v
—
R3
R4
a
动圈表
b
R2 R1 R11
R13
R12
刘玉长
Rt
数显表说明书
数显表说明书数显表说明书1. 引言数显表是一种广泛应用于各种工业领域的电子显示仪表。
它能够将电信号转换为数字形式的显示，具有高精度、易读性强、可靠性高等优点。
本文档旨在介绍数显表的工作原理、使用方法以及注意事项，以帮助用户正确使用和维护数显表。
2. 工作原理数显表采用模拟-数字转换技术，通过模拟电路将输入的电信号转换为数字信号，然后通过数字电路进行处理和解码，最终以数字形式在显示屏上显示出来。
其主要组成部分包括输入电路、模数转换器、数字处理器和显示屏。
2.1 输入电路输入电路是连接数显表和外部信号源的接口，它负责将输入的电信号转化为数显表能够识别和处理的电信号。
输入电路通常包括信号输入端、电阻网络和衰减电路等。
2.2 模数转换器模数转换器是数显表的核心部分，它将模拟信号转换为数字信号。
模数转换器通常采用的是逐次逼近法或者积分法。
在转换过程中，模数转换器对输入信号进行采样、量化和编码等操作，最终输出二进制数据。
2.3 数字处理器数字处理器接收模数转换器输出的二进制数据，并根据事先设定的显示格式和校正参数对数据进行处理和解码。
数字处理器还负责控制显示屏的刷新频率和亮度等参数，以确保显示效果的稳定和清晰。
2.4 显示屏显示屏是数显表的输出部分，它通常采用液晶显示屏或LED显示屏。
显示屏能够根据数字处理器提供的数据，在屏幕上显示出对应的数字或者字符。
3. 使用方法3.1 接线在使用数显表之前，首先需要正确接线。
一般来说，数显表有两个接线端子，一个是电源端子，一个是信号输入端子。
电源端子用于接入电源，一般为交流或直流电压；信号输入端子用于接入测量信号，可以是电压、电流、温度等。
3.2 电源和信号设置正确接线后，需要根据实际需求对数显表进行电源和信号设置。
电源设置主要包括选择合适的电源类型（交流或直流）、设置电源电压等；信号设置主要包括选择合适的量程、校正系数和显示格式等。
3.3 显示和操作数显表通常具有多种显示模式，如单次显示、连续显示、峰值保持等。
数字式测量仪表：显示位数、分辨力
● 显示位数影响测量结果的分辨力
F189：显示屏 可显示的读数达50000个
例：F170显示位数(35/6位)的优势 测量220V或380V电压时，普通31/2位数字多用表的最高位是0或1，只能用三位显示，分辨力为1V。 用35/6位的数字多用表来测量，最高位可以显示0～5，利用四位显示，分辨力为0.1V。 此时，35/6位的F170，测量分辨力与41/2位的F87V相同。
型号 可显示的读数(个) 最大显示读数 位数 F15B/17B
4000 3999
F111
6000 5999
F112
6000 5999
F175
6000 5999
F177
6000 5999
F179
6000 5999
F87V
20000 19999
F287
50000 49999
F289
50000 49999
1 现代电能质量测量技术 2008年11月 Company Confidential
33/4位
35/6位
35/6位
35/6位
35/6位
35/6位
41/2位
5位
44/5位
● 分辨力
数字仪器的测量分辨力：仪器所能检测到的最小信号。 分辨力表示仪表对微弱信号的反应能力，由可以显示的数字(显示位数)决定。 F289例：量程为50.000mV时，分辨力为0.001mV。 分辨力指标与测量准确度无关。
数字式测量仪表：显示位数、分辨力
● 显示位数
数字式测量仪表：显示计数、显示位数。 显示计数：仪表可以显示的读数范围(读数的个数)。 显示位数：传统叫法，能显示从0～9中所有数字的位数称整位数，其他统称半位。 F87V：四位半(41/2)的万用表，有4个完整的位(每一位的数值可为0～9)， 加上首位的半位(取值0或±1)。可指示0～19999，共20000个读数。
2013第四章第二节数字显示仪表(2013)
反馈式线性化就是利用反馈补偿原理，引入非线性的 负反馈环节，用负反馈环节本身的非线性特性去补偿 检测元件或传感器的非线性，使输入和输出具有线性 关系特性。 Ui f ( X )
U 0 SX U0 U f Ui f ( X ) f ( ) S
X
传感器
Ui
+
ΔU
_
放大器
U0
Uf
非线性反馈 反馈式线性化原理图
驱动器 EPROM 锁存器 A/D转换器
Ux
K分度号热电偶温度测量范围为0~999℃ ，999℃ 时 的热电势为41.237mV，量化单位为：
Δ= 41.237/999=0.04128≈0.0413mV。
为了节省成本，采用三位LED数码管显示温度值，用 个位数数码管的小数点代表0.5 ℃或0.0 ℃。小数点亮 代表0.5 ℃ ；小数点不亮，代表0.0 ℃。当≤0.25 ℃时， 小数点不亮；当大于0.25 ℃ 并小于0.75 ℃ 时，小数 点亮；当≥ 0.75 ℃ 时，进位显示1 ℃。
数字式检测仪表就是以十进制测量数据形式显示测 量结果的检测仪表。测量数据包括测量数字和测量单位 两部分，二者缺一不可。只有数字，没有单位，这样的 数字只有相对意义没有绝对意义。因此，被测量 X 总是 以其测量数字N(十进制数)和测量单位x1表示：
X x1 N
X N x1
测量单位x1，就是N=1所对应的被测量X。例如，压力数 字的单位是Pa，流量数字的单位是m3/h，温度数字的单 位是℃等。
常
把0~1V的模拟电压量化为三位二进制代码，划分量化电平的两 种方法如图所示。(a)图Δ =1/23，量化误差为Δ ；(b)图Δ = （2×1）/（2× 23 -1），量化误差为Δ /2 。
数字温度显示仪表校准方法分析
Experience Exchange经验交流DCW243数字通信世界2020.120 引言数字温度显示仪表是一种以十进制数码显示被测值的仪表，仪表本身并不能单独测量温度，与温度传感器配合、接受其信号才能测量温度，仪表输入信号是标准化、规范化的信号，通常数字温度显示仪表与热点阻、热电偶等温度传感器配合使用，具精度高、显示清晰正确、可读性强、安装方便等优点。
1 数字温度显示仪表的一般原理及基础知识数字温度显示仪表主要原理图如图1所示，测量电路将传感器形成的电动势进行测量，将得到的信号通过电平放大，进行非线性校正及A/D 转换，最终在显示端输入被测温度数值。
图1 数字温度显示仪表原理图数字温度显示仪表的准确度等级有0.1级、0.2级、0.5级、1.0级，常见的是1.0级；分辨力有0.1℃和1℃。
数字温度显示仪表通常与热电偶或热电阻连接，常用热电偶的类型有B 、S 、R 、K 、N 、E 、J 、T 等，常用热电阻的类型有Pt100，Pt500，Pt1000，Cu50，Cu100等；在我市常见应用K 型热电偶和Pt100热电阻，后文校准方法以K 型热电偶和Pt100热电阻为主。
2 数字温度显示仪表校准条件2.1 标准器及其他设备校准时标准器主要有直流电阻箱、标准直流电压源、温度校准仪、专用补偿导线、0℃恒温器、专用连接导线和绝缘电阻表；其中直流电阻箱和标准直流电压源在实际使用可用符合要求的温度校准仪替代。
2.2 环境条件数字温度显示仪表校准环境温度为15℃～25℃，相对湿度45%～85%。
当环境不能满足标准器使用的环境要求时，在不确定度评定时应增加环境条件的不确定度分量。
2.3 准备工作（1）数字温度显示仪表的校准前应检查被校设备的外观是否损坏，接上电源打开开关，查看数字温度显示仪表是否能够正常显示。
（2）校准前仪表应通电预热，预热时间按制造厂说明书的规定确定，一般不少于15min ，具有参考段温度自动补偿的仪表预热时间不少于30min 。
显示仪表介绍
计数器
控制逻辑
b)
数据输出
标准时钟
1.2 逐次比较型
采用直接法转换，它是把电模拟量与一整套准电压 之间进行直接逐次比较而得的数字量。
逐次比较型模-数转换器的基本原理在于“比较”， 用一套标准电压和被测电压进行逐次比较，不断逼 近，最后达到一致。标准电压的大小，就表示了被 测电压的大小。将这个和被测电压相平衡的标准电 压以二进制数出，就实现了模拟-数字的转换过程。
动圈式显示仪表通过一定的内置电路可以直接用 来作为热电偶、热电阻，以及电流或电压的显示。
部分显示表还附带有模拟量输出，以实现简单的 控制功能。
一、动圈显示基本原理
磁场中，一个用弹性张丝悬挂
N
S
的线圈，当线圈有电流通过时， 线圈在电磁力的作用下发生偏
转；在电磁力矩与张丝的弹性
力矩平衡时，线圈达到最大偏
RLT
4R
0
0 U0
U0 4R
RT
四、动圈式显示仪表测温注意事项
型号意义
XCZ：显示、磁电、指示 XCT：显示、磁电、控制
注意配套使用 适当调整外接电阻 运输时，短路保护
§3 自动电子电位差计
E
R
R
RR
当电路中有两个电位相反的电 源时，总电势为两个电源电势 之差。如果两个电源的电动势 相等，则回路电流为零。
二、动圈式显示计
—热电偶温度显示、电压与电流显示
校准后的动圈就是一个包含内 阻r的电流表（毫安计）。
毫安计串联一个可调小电阻， 使回路总电阻一定时，即可用 于测量小电压——热电偶的输 出。
毫安计串联一个大电阻，使回 路其它电阻忽略不计时，即可 用于测量大电压——普通电压 表。
数字显示仪表课程设计
课程设计数字显示仪表课程设计数字压力显示仪表的制作2013年8月2日东北石油大学课程设计任务书数字显示仪表课程设计数字压力显示仪表的制作专业名称和学号主要内容:在面包板上安装一个由单个A/D转换器7107或7106组成的0-2V通用接头。
与压力传感器(应变计、扩散硅或其他类型的压力传感器)连接，制成数字压力显示仪表。
基本要求:(1)根据实验室提供的元件和材料，设计并描述电路接线图。
最后，插上面包板上显示仪表的电路。
(2)由于元件和材料的重复使用，在连接和插接过程中要小心，不要故意损坏元件。
(3)在整个课程设计中，要学会使用基本的实验仪器和工具。
(4)小心使用各组提供的万用表和工具。
如有故意损坏或丢失，照价赔偿。
参考资料:[1]张，杨惠敏.数字显示仪器课程设计指南。
大庆石油学院编写的教材，2008。
[2]李政军。
计算机控制系统[M]。
北京:机械工业出版社，2006。
[3]沙藏。
数字测量技术与应用[M]。
机械工业出版社，2004。
[4]井口招聘。
传感工程[M]。
科学出版社，2005。
竣工时间为2013年7月22日至2013年8月2日。
教师专业领导者2013年8月2日目录第1章数字显示仪表工作原理11.1数字显示仪表的基本构成11.2数字显示仪表的特点21.3信号的标准化及标度变换2第2章数显仪表设计方案4 2.1ICL7107双积分A/D转换器42.2 ICL7107的逻辑电路42.3 LED显示器62.4主要集成块、三极管7第3章数显仪表的安装8 3.1安装操作须知83.2具体安装操作8第4章结论与体会10参考文献11第一章数字显示仪表的工作原理1.1数字显示仪表的基本组成用数字显示测量值的仪器。
将测量值转换成数字量并以数字形式显示的仪器。
在工业测量中，位移、电流、电压、气压等模拟量。
由模数转换器(简称模数转换)转换成数字量。
仪表以数字形式显示测量数据，读数直观。
一般包括三部分:用刻度盘和指针指示电量、基于电磁力的测量电路、模数转换和数字显示。
化工仪表及自动化--第四章 显示仪表
电气测控工程系
化工仪表及自动化
第四章 显示仪表
内容提要
概述
自动化学院 电气测控工程系
模拟式显示仪表
自动电子电位差计 自动电子平衡电桥
数字式显示仪表(自学)
数字式显示仪表的特点及分类 数字式显示仪表的基本组成
新型显示仪表(自学)
无笔、无纸记录仪 虚拟显示仪表
图4-2 电子电位差计原理图
4
第一节 模拟式显示仪表
3.自动电子电位差计的测量桥路
自动化学院 电气测控工程系
图4-3 电位差计测量桥路原理图
图4-2 电子电位差计原理图
（1）冷端温度补偿问题
举例
用镍铬-镍硅热电偶测量温度，其热端温度不变， 而冷端温度从０℃升高到 25℃，这时热电势将降 低１mV，仪表指针会指示偏低。
6
第一节 模拟式显示仪表
（2）量程匹配问题
自动化学院 电气测控工程系
①R2铜电阻 装在仪表后接线板上以 使其和热电偶冷端处于同一温度。 ②下支路限流电阻 R3 它与 R2 配合， 保证了下支路回路的工作电流为 2mA。
③上支路限流电阻R4 把上支路的工 作电流限定在4mA。
④滑线电阻 RP 仪表的示值误差、 记录误差、变差、灵敏度以及仪 图4-4 XW系列电位差计测量桥路原理图 表运行的平滑性等都和滑线电阻 的优劣有关。 R2—冷端补偿铜电阻；RM—量程 电阻；RB—工艺电阻；RP—滑线 ⑤量程电阻RM 决定仪表量程大小的 电阻；R4—终端电阻（限流电 电阻。 阻）；R3—限流电阻；RG—始端 电阻；E—稳压电源1V；I1—上 ⑥始端（下限）电阻RG 大小取决于 支路电流4mA；I2—下支路电流 测量下限的高低。 7 2mA
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2.自动平衡式显示仪表 1）平衡式电子电位差计 • 工作原理： • 将被测电势与已知的电位差进行比较，当两者之差为零（即达到平衡）时，被测电势就
等于已知的电位差，此时仪表达到平衡而停止工作，故称为平衡式电子电位差计。
• 平衡式电位差计
EX
IRPab
ES RK
•RPab
图11.2.5手动平衡式电位差计
பைடு நூலகம்
图11.1.1直接变换式仪表
•特点 （1）其线性刻度较困难。 （2）很难获得较高的精度。 （3）信息转换效率低，但仪表简单可靠、重量轻、尺寸小、价格便宜。
2）平衡式显示仪表的组成及特点 • 组成
• 特点 • （1）平衡式显示仪表线性度好、测量精度高； • （2）反应速度快；
图11.1.2平衡式显示仪表的组成
图11.2.1动圈仪表
• 检测毫伏信号的测量线路 • 用于检测毫伏信号或配热电偶的动圈仪表测量线路为直接变换式线路。它由环境温度补偿电阻、量
程和阻尼调整电阻、量程和阻尼调整电阻组成。
• 图11.2.3毫伏信号的测量线路
（1）环境温度补偿电阻 用具有负的温度系数的热敏电阻Rr和锰铜电阻RB
并联后再与RD串联的方法进行补偿。
（2）
数字仪表精确度 的相 对误 差a% XnXm in
a% Xb% X m ax
a%b%Xm
X
X
• 输入阻抗 数字仪表输入阻抗： 指仪表在工作状态下，仪表两个输入端子
之间所呈现的等效阻抗。 • 干扰抑制比
工业现场存在很强的电磁场及各种高频干扰，因此对数 字抗干扰性有一定得要求，通常用干扰抑制比来表示。
（1）表面光滑，耐腐蚀，耐氧化、接触良好等优点。 （2）仪表放大器使用的是低零漂、高输入阻抗的运算放 大器。 （3）仪表测量电路中的量程电阻采用特殊的氮化狚薄膜 电阻，用激光来修正其阻值，误差不大，且稳定性极高，对 提高仪表的稳定性和可靠性意义重大。
• 手动平衡式电位差计 • 一般用于实验室测量，若用于生产过程中的连续自动测量，而不要求精度较高，则必须采用自动平
衡电子电位差计。
• 图11.2.6自动平衡式电位差计原理
2）自动平衡式电桥 • 电子自动平衡电桥可与热电阻配套使用测量温度，也可与其他能转换电阻变化的检测元件配套使
用，测量生产过程中的各种参数。 3）E系列平衡记录仪
（2）量程和阻尼调整电阻 国产XC系列动圈仪表采用了统一的测量机构，即
用于不同的量程、不同的被测量情况下的表头是统 一的，这就大大的简化了生产工艺，提高了生产效 率。
（3）热电偶冷端温度补偿 • 与热电偶配套的动圈仪表，是直接按照热电偶的分度表进行刻度的，即热电偶的冷端温度是在零度
条件下刻度的，如果热电偶冷端温度不是零度，则动圈仪表的读数便不能真实的反映被测温度值， 并产生一个随冷端温度变化而变化的误差。因此在实际测温中，必须考虑冷端温度补偿问题。
（3）可以方便地与各种输入信号连接； （4）具有可编程功能； （5）可以存储历史数据，并能方便地输出； （6）具有数据通信功能； （7）与上位机配合可以构成分布式采集系统。
11.2 模拟式显示仪表
• 模拟式显示仪表： 利用测量的模拟信号直接显示或者经过转换电路处理后再显示；也可以将模拟信号与标准信号比较 调平衡后，经过计算得到测量值再显示。模拟式显示仪表具有连续显示功能，测量值在仪表的刻度 盘上读出。
3.智能式显示仪表 • 带有微处理器的数字式仪表，可以实现复杂计算等功能。 • 1）构成
图11.1.5智能式显示仪表的构成
2）技术指标与特点 • 技术指标
技术指标与数字仪表基本相同，在测量误差功能上增加了零点、满度误差软件修正和数据线性化处 理的功能。 • 特点 （1）具有常规仪表相同的功能； （2）具有丰富的数据处理功能；
• 1.动圈式显示仪表 • 采用灵敏度较高的磁电系测量机构，易将微弱的被测信号转换为指针的角位移。可以对直流毫伏信
号进行显示，也可以对非电势信号但能转换成电势信号的参量进行显示。
1）特点 • 可以作参数显示；也可作参数指示显示和控制；可与热电偶等测温元件配合作为温度显示、调节使
用；可和其他变送器配合，测量、控制其他参数。 2）组成和测量线路 • 动圈式仪表由测量线路和测量机构两部分组成。
数字式显示仪表
主要章节
• 11.1概述 • 11.2模拟式显示仪表 • 11.3数字式显示仪表 • 11.4智能式显示仪表 • 11.5传感器及变送器与显示仪表的连接
11.1概述
电动显示仪表通常是由测量线路和显示装置两部 分组成。 1.模拟式显示仪表
是以指针或记录笔的偏转角或位移量来显示被测变量连续变化的仪表。 1）直接变换式仪表的组成与特点 • 组成
的数字量进行显示的仪表。 1）构成：
它是由前置放大器、A／D转换器（模拟量转换成数字量）、非线性补偿、标度变换以及显示装置等 部分组成。
2）技术指标
• 分辨率
图11.1.4数字式显示仪表的构成框图
仪表在最小量程时，最末一位数字跳变一个字所
代表的量值，它反映了仪表的灵敏度。
• 精确度 数字仪表精确度的表示方法： （1）
(3)比直接变换式仪表结构复杂、造价高。 3）显示仪表的基本技术性能 • 仪表的变差
在规定的条件下，用同一仪表对被测量进行正、反行程的测量，对某一测量点所得到的正、反行程 两次示值之差称为该测量点上的示值变差。
yib yiyi
b
ybmax ym ax ym in
100%
图11.1.3仪表的变差特性
图11.2.4热电偶冷端温度补偿
• 检测电阻值的测量线路 3）仪表型号
工业仪表型号由三节组成：第一节以大写字母表示，第二节以阿拉伯数字表示，尾注以大写汉语拼音 字母一位表示，普通型不加尾注；第三节以一位阿拉伯数字表示统一设计的序号，第一次统一设计 不加第三节。
• 动圈式仪表型号 • 见课本P242.
• 仪表的灵敏度 仪表输出信号的变化量和引起这个输出变化量的被测量变化量的比值，称为仪表的灵敏度。
• 仪表的分辨率
S y 仪表响应输入量微小变化的能力称为仪表的分辨力，常用分辨率或灵敏限来表示。 x
2.数字式显示仪表 • 把与被测量（例如温度、流量、液位、压力等）成一定函数关系的连续变化的模拟量，变换为断续