数字显示仪表

被

测■变送-- .、八

刖

置 --- 标度■■

非线性

-- ■补偿■■参器放变

数大换计数显示

刖U置

I放i大

非线性模/数

(A/D )转换

标

度

变

换

计

数

显

示

(b)

数字显示仪表

概述:

数子显示仪表可以与不同的传感器(变送器)配合，对压力、温度、流量、物位、转速等参数进行测量并以数字的形式显示被测结果，故称为数字显示仪表。它显示直观、没有人为视觉误差、反应迅速、准确度高等优点。目前数字显示仪表在各个行业已等到广泛的应用。

第一节数字显示仪表的分类及组成

1、数字显示仪表的分类按输入信号的形式分

电压型：输入信号是电压或电流(1-5VDC/4-20mADC) 频率型：输入

信号是频率(Hz)。

按仪表具有功能分

数字显示仪、数字显示报警仪、多功能数字显示仪表。

2、数字显示仪表的组成及工作原理数字显示仪表的组成

由五部分组成：前置放大、模/数(A/D )转换、非线性补偿、标度

变换及计数显示。

电压型数字仪表的构成方案如下:

模/ 数

(A/D)转换

变

送

器

方案（a ）模拟非线性补偿：被测量在模拟信号时就已被 线性化

了，其测量准确度较低，一般只能达到0.5%-0.1%,优点 是可以直接输出线性化的模拟信号。

方案（b ）非线性模/数（A/D ）变换补偿：利用非线性的 模/数

（A/D ）转换电路，在完成模/数 （A/D ）转换的同时也完成 了线性化，因而结构简单，准确度高，缺点是只能适用于测量特 定模拟量，多用在单一参数测量的数字式仪表中。

方案（C ）数字线性补偿及标度变换：它可组成多种方案， 适用

面宽，主要用于直接数字控制系统 （DDC ）及计算机设定系 统（SPC ）等较大规模的控制系统及测量系统中。其测量准确度 高，结构较复杂。

第二节模/数（A/D ）转换

模/数（A/D ）转换部分是显示仪表的重要组成部份。其功能 是将连续变化的模拟量转换成与其成比例的数字量， 以便进行数

字显示。

(a )

上图（a ）表示模拟式仪表的指针读数与输入电压 V i 关系；图

(b )表示了将这种关系进行整量化，即用折线代替图( a )中的

直线。

被

变 1 .、八 刖

\ 测

送

置

■

参

器

放

数

[ 大

数读针指

输入电压V i

0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000

量化单位

越小转

换准确 度越高

(b )

模/数 （A/D ）转

非线性 补偿

度 变

数 显

输入电压V i

在实际测量中经常是先把非电量转换成电压； 然后再由电压 转换成数字信号，即A/D 转换。A/D 转换有多种，常用的有两种： 双积分型和逐次比较反馈编码型。

1、双积分型A/D 转换电路

基本原理：将一段时间内的模拟量电压值通过两次积分 变换成与

其成正比的时间间隔，然后利用时钟脉冲和计数器测出 此时间间隔，从而得到数字量。

双积分模/数转换原理框图

积分器输出电压V o 波形图

从波形图中可以看出：输入电压V 越大，则积分器输出电压 V o 也越大，t2时间间隔越长，计数器所记的数N 也就越大。因此， 计数所计的数，就是输入电压 V 在t1时间内的平均值Vi 的数字 值，从而完成了模拟量/数字量的转换。因为这个转换器在一次

转换过程中进行了两次积分，所以称为双积分转换器。

双积分转换器的特点：

C

Vi

(1)电路元件参数要求不苛刻。

(2)很强的抗工频干扰能力。

(3)不宜用在快速测量系统中。

2、逐次比较电压反馈编码型

基本原理：用一套标准电压与被测电压进行比较并不断逼近，最后达到一致。标准电压值的大小就表示了被测电压的大小。将这一与被测电压相平衡的标准电压以二进制形式输出，就实现了模/数转换过程。

用实验方法加以说明

天平称物：现砝码有2mg、1mg、0.5mg、0.25mg、0.125mg、

0.0625mg共6种，按固定顺序排列。后面一个砝码是前一个质量的1/2，相互之间可以看成是二进制的关系。假设被称物体质量为m=3.5627mg,其称量过程如下：依次交砝码放到天平上，如加砝码后质量小于m，则保留并记为“1”如加砝码后质量大于m贝V，撤去此砝码并记为“ 0”。如此进行下去，直到最后一个砝码用完。

二进制数为“ 1”的砝码重量加起来等于 3.5625mg，和实际质量相差3.5627-3.5625=0.0002 mg,这就是称量误差。

根据以上实验，现在我们研究如何将一个3V的电压转换成二进制数码。设有一套标准电压，见下表。

由上述过程要以看出，要把一个电压值转换为二进制数码表示的数值，必须具备以下条件：

(1)有一套相邻为二进制的标准电压一解码网络。

(2)有一个比较签别器，并确定是否保留此电压。

（3）有一个数码寄存器，把每次比较所得的结果保存下

来。

（4）有一个控制器，以完成如下任务