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1、第七节 显示仪表,7.0 显示仪表概述,本节内容：,7.1 模拟式显示仪表,7.2 数字式显示仪表,7.3 新型显示仪表,类型：模拟式显示仪表数字式显示仪表屏显仪表新型显示仪表,7.0 显示仪表概述,功能：凡能将生产过程各种检测变量进行显示、记录或累积的仪表（或称为二次仪表）。,显示仪表一般装在控制室的仪表盘上。它和各种测量元件或变送单元配套使用，连续显示或记录过程参数的变化情况；它又能与控制单元配套使用，对生产过程中各参数进行自动控制和显示。,(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
2、拟。方式：利用标尺、指针、曲线等方法组成：信号变换、放大环节、磁电偏转机构及指示记录机构特点：工作可靠、价格低廉，能够反映和记录测量值的变化趋势缺点：结构较复杂，读数不够直观，测量速度不够迅速，测量重现性不好,(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：数字式组成：由一些必要电路组成，没有模拟式显示仪表中所必需的机械运动机构。模/数转换器特点：显示清晰直观，无读数视差。测量和显示速度、测量准确性高，重现性好。,(3)屏幕显示仪表,功能：直接以图形、曲线、
3、字符和数字量等在屏幕上显示被测变量值的仪表。它利用计算机快速的存取能力和巨大的存储容量，可在瞬间于屏幕上显示许多数字信息及其构成的曲线或图像。方式：图形、曲线、字符和数字式特点：显示集中、清晰、直观，无读数视差。目前该显示在计算机集散控制系统（DCS）中广泛应用。,(4)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。,数显仪表用数码管显示测量值或偏差值，清晰直观，读数方便，不会产生视差。数显仪表普遍采用中、大规模集成电路，线路简单，可靠性好，耐振性强。由于仪表采用模块
4、化设计方法，即不同品种的数显仪表都是由为数不多的、功能分离的模块化电路组合而成，因此有利于制造、调试和维修，降低生产成本。数显仪表品种繁多，配接灵活，可输入多种类型测量信号，输出统一标准的电流信号（010mA直流电流或420mA直流电流）和报警信号。仪表具有非线性校正及开方运算电路，配接热电偶测温时具有冷端温度补偿功能，配接热电阻时考虑了外线电阻的补偿，配接差压变送器测流量时可直接显示流量值。其分类如图3-81所示。,7.1 数字式显示仪表,7.1.0 概述,7.1.1 分类(1)按功能：显示型、显示报警型、显示调节型、巡回检测型(2)按输入信号形式：电压型、频率型(3)按输入信号的点数：单点
5、和多点(4)按显示位数：3位半、4位半等多种。半位显示是指最高位是0或1。(5)按测量速率：低速型（每秒钟测量几次到几十次）、中速型（每秒钟测量几十次到几百次）、高速型（每秒钟测量千次以上）。,图3-81 数字是显示仪表分类图,7.1.2 主要技术指标(1)显示方式：3位半或4位半数码管显示(2)分辨率：仪表末位数改变一个字时所代表的输入信号值，表明仪表所能显示被测参数的最小变化量。(3)精度等级：0.2级或0.5级(4)输入阻抗：仪表在工作状态下呈现在仪表两输入端之间的等效阻抗，一般在10M以上。另外，还有采样速率、干扰拟制系数等,7.1.3 基本组成,数显仪表的组成框图,各部分作用见下页图
6、片。,信号变换电路,将生产过程中的工艺变量经过检测变送后的信号，转换成相应的电压或电流值。但因输入信号不同，可能是热电势信号，也可能是热电阻信号，等等，因此数显仪表有多种信号变换电路模块供选择，以便与不同类型的输入信号配接。在配接热电偶时还有参比端温度自动补偿功能。,前置放大电路,输入信号一般很小（如热电势信号为毫伏级），必须经前置放大电路放大至伏级电压幅度，才能供线性化电路或A/D转换电路工作。有时输入信号夹带有测量噪声（干扰信号），因此也可以在前置放大电路中加上一些滤波电路，抑止干扰影响。,非线性校正或开方运算电路,许多检测元件（如热电偶、热电阻）具有非线性特性，需将信号经过非线性校正电路
7、的处理后转为线性特征，以提高仪表测量精度。例如在与热电偶配套测温时热电势与温度为非线性关系，通过非线性校正，使得温度与显示值变化成线性关系。开方运算电路的作用是将来至差压变送器信号转换成流量值。,模数转换电路（A/D转换）,数显仪表的输入信号多数为连续变化的模拟量，需经A/D转换电路将模拟量转换成断续变化的数字量，再加以驱动，点燃数码管进行数字显示。因此A/D转换是数显仪表的核心。A/D转换是把在时间上和数值上均连续变化的模拟量变换成为一种断续变化的脉冲数字量。A/D转换电路品种较多，常见的有双积分型、脉冲宽度调制型、电压/频率转换型和逐次比较型。前三种属于间接型，即将模拟量转换为某一中间量，
8、再将这个中间量转换为数字量，抗干扰能力强；而逐次比较型直接将模拟量转换为数字量。数显仪表大多为间接型。,标度变换电路,模拟信号经过模数转换器，转换成与之对应的数字量输出，但是数字显示如何与被测原始参数统一呢？即通过标度转换器将数显仪表的显示值与被测原始参数值统一起来，使仪表能以工程量值形式显示被测参数的大小。,数字显示电路及光柱电平驱动电路,数字显示方法很多，常用的有发光二极管显示器（LED）和液晶显示器（LCD）等。光柱电平驱动电路是将测量信号与一组基准值比较，驱动一列半导体发光管，使得被测值以光柱高度或长度形式进行显示。,V/I转换电路和控制电路,数字仪表除了可以进行数字显示外，还可直接将
9、被测电压信号通过V/I转换电路转换成010mA或420mA直流电流标准信号，以便使数显仪表与电动单元组合仪表、可编程序控制器或与计算机连用。数显仪表还可以具有控制功能，它的控制电路可以根据偏差信号按PID控制规律或其它控制规律进行运算，输出控制信号，直接对生产过程进行控制。,7.1.3 数字模拟混合记录仪,将数字式、模拟式显示记录仪表的优点相结合，取长补短。框图见下图：,数字模拟混合记录仪结构框图,当前的显示仪表是涉及微处理技术、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、数据储存、通讯、控制、复杂数学运算等多个或全部功能集合于一体的新型仪表就是新型显示仪表。它
10、使用方便，观察直观，功能丰富，可靠性高。,7.2 新型显示仪表,7.2.1 概述,特点：使用方便、观察直观、功能丰富、可靠性高、维护简单。,7.2.2 无纸记录仪 特点：以CPU为核心，控制数据的采集、显示、打印、存储、报警等，采用液晶显示装置，完全摈弃了传统记录仪的机械传动、纸张和笔。精度高，价格并不高。该仪表输入信号多样化，可与热电偶、热电阻、辐射感温器或其它产生直流电压、直流电流的变送器配合使用。对温度、压力、流量、液位等工艺参数进行数字显示、数字记录；对输入信号可以进行组态或编程，直观地显示当前测量值，并有报警功能。,无笔、无纸记录仪的原理和组成,记录仪采用工业专用微处理器，可实现全数
11、字采样、存储和显示等。其原理方框图如下：,工业专用微型处理器CPU,该装置用来进行对各种数据采集处理，并对其进行放大与缩小，还可送至液晶显示屏显示，也可送至随机存储器（RAM）存储，并可与设定的上、下限信号比较，如越限即可发出报警信号。总之，CPU为该记录仪的核心，一切有关数据与逻辑处理的功能均由其承担。,A/D转换器,将来自被记录信号的模拟量转换为数字量以便CPU进行运算处理。该记录仪可接18个模拟量。,只读存储器（ROM）,用来固化程序。该程序是用来指挥CPU完成各种功能操作的软件，只要该记录仪供有电源，ROM的程序就可使CPU开始工作。,随机存储器（RAM）,用来存储CPU处理后的历史数
12、据。根据采样时间的不同，可保存3170天时间的数据。记录仪掉电时由备用电池供电，保证所有记录数据和组态信号不会因掉电而丢失。,液晶显示屏,可显示160128点阵。,键盘控制器,操作人员操作按键的信号，通过键盘控制器输入至CPU，使CPU按照按键的要求工作。,报警输出电路,当记录仪的数据越限（越过上限或低于下限）时，CPU就及时发出信号给报警电路，产生报警输出。,时钟电路,该记录仪的记录时间间隔、时标或日期均由时钟电路产生，送给CPU。,7.2.3 虚拟显示仪表利用计算机强大的功能来完成显示仪表的所有工作。虚拟显示仪表硬件结构简单，仅由原有意义上的采样、数模转换电路通过输入通道插卡插入计算机即可。特点：利用计算机来完成显示仪表所有的工作。在计算机屏幕上完全模仿实际使用中的各种仪表，如仪表面盘、操作盘、接线端子等。用户通过计算机键盘、鼠标或触摸屏进行操作。,该记录仪内另配有打印控制器和通讯控制器，CPU的数据通过它们，与外接的微型打印机、个人计算机（PC）连接，实现数据的打印和通讯。记录仪有组态界面，通过6种组态形式，组态各个功能，包括日期、时钟、采样周期、记录点数；页面设置、记录间隔；各个输入通道量程上下限、报警上下限、开方运算设置，流量、温度、压力补偿，如果想带PID控制模块，可以实现4个PID控制回路；通信方式设置；显示画面设置；报警信息设置。,谢谢大家！,
