第四章 显示仪表 第一节 自动电子电位差计 第二节 自动电子平衡电桥 第三节 数字式显示仪表

第四章 显示仪表 显示仪表按能源来分可分为电动显示仪表、气动显示仪表；按显示的方式分为模拟式、数字式和屏幕显示三种。 工业上常用的模拟式显示仪表是自动平衡式指示记录仪表，有电子自动电位差计和电子自动平衡电桥两类。 第一节 自动电子电位差计 电子电位差计是用来测量电压信号的，凡是能转换成电压的工艺变量都能用它来测量。

电子电位差计是根据“电压补偿原理”工作的。 一、工作原理 电子电位差计是根据“电压补偿原理”工作的。 C + _ Ux G A B E I W 以右图电压测量系统来说明其原理。Ux为被测电压，滑线电阻W与稳压电源E组成一闭合回路。 这种用已知电压来补偿未知电压，使测量线路中电流等于0的测压方法称为“电压补偿法”。 R2 R3 I2 I1 R4 RP C RG _ + Ux B A D G

放大器的输入电压UCE=UCD-Ux=UCF+UFB-UDB-Ux 如测量电路处于平衡状态,即UCE=0,则 如下图用电子放大器代替检流计，将直流信号UCE变为交流信号后，作为放大器的输入信号，再由放大器驱动可逆电机，通过一套机械传动机构来带动滑动触点C移动，那么测量过程就可自动完成。 R2 R3 I2 I1 R4 RP C RG B Ux + _ E D RB RM F H A 可逆电机 ND 指示记录结构 放大器的输入电压UCE=UCD-Ux=UCF+UFB-UDB-Ux 如测量电路处于平衡状态,即UCE=0,则 UCF+UFB-UDB-Ux=0 ①

使（UCF+ΔUCF）+UFB-UDB-（Ux+ΔUx）=0 二、测量桥路中各电阻的作用 测量桥路的电源电压E为1V，上支路电流I1=4mA,下支路电流I2=2mA;因此上支路总电阻值为250Ω，下支路总电阻值为500Ω。 1、起始电阻RG 2、量程电阻RM 3、上支路限流电阻R4 4、下支路限流电阻R3 5、冷端温度补偿电阻R2 当测量电压信号时，这个电阻是定值;当检测元件为热电偶时，这个电阻为温度补偿电阻。 三、电子电位差计的型号

第二节 自动电子平衡电桥 它与电子电位差计相比较，除感温元件及测量桥路外，其它组成部分几乎完全相同，甚至整个仪表的外壳，内部结构以及大部分零件都是通用的，因此工业上把两者通称为自动平衡显示仪表。 一、工作原理 + _ A Rp B R3 R2 I2 I1 Rt r2 终 始 r1 R4 E G 平衡电桥原理图 右图为一具有检流计的平衡电桥，热电阻Rt为其中一个桥臂，Rp为滑线电阻。

R3(Rt0+△Rt+Rp-r1)=R2(R4+r1) 即 ① + _ A Rp B R3 R2 I2 I1 Rt r2 终 始 r1 R4 E G 平衡电桥原理图 当温度升高后，由于Rt增大，则B右移，使电桥达到平衡，这时有 R3(Rt0+△Rt+Rp-r1)=R2(R4+r1) ② ②式-①式有 即: 可见触点B的位置可反映电阻的变化，即反映温度的变化，且呈线性关系;此外桥路的滑线电阻处于两桥臂之间，可消除接触电阻的影响，提高测量精度。

二、电子自动平衡电桥中的电阻 同步电动机 记录机构 测量桥路 放大器 可逆电动机 指示机构 测量值 自动平衡式显示仪表原理框图

三、自动电子电位差计与自动电子平衡电桥的比较 项目 热电偶系统 热电阻系统 输入信号 电动势 电阻 电桥输出 E 冷端温度补偿 有 无 接线方式 双补偿线，桥外 三线，桥臂 电源 直流 直流或交流

第三节 数字式显示仪表 数字式显示仪表结构原理方框图 检测变送 模拟信号 A/D转换 数字信号 电子计数器 寄存器 电子译码器 显示器

1. A/D转换 功能： 构成： 将电压信号转换为数字脉冲信号； 输入与输出电位隔离。 低精度时直接用集成芯片转换； 单芯片精度取决于输出位数。 高精度时分段采用集成芯片转换。 对以电流方式输入的信号，先转换成电压信号。

2. 电子计数器 功能： 构造与工作原理： 将A/D转换输出或测试仪表的数字输出按10进制进行分段； 一般由多个双稳态触发器串联组成； 通过依次触发，实现进位。

3. 寄存器 功能： 结构： 暂时储存电子计数器输出结果； 隔断计数器非信号输出； 根据后续请求定时输出数字信号。 一般直接采用RAM芯片构成。

4. 译码器 功能： 将数字信号翻译为十个数字状态； 将每个数字翻译为对应管脚信号。 构造： 通常由与显示器配套的专用芯片实现。

5. 显示器 功能： 显示数字 分类 辉光数码管 发光二极管 液晶显示器 2 3 1

如图用镍铬-镍硅热电偶配电子电位差计测量某炉温，温度测量范围为500～1000℃；在测量桥路中，已知 练习: 如图用镍铬-镍硅热电偶配电子电位差计测量某炉温，温度测量范围为500～1000℃；在测量桥路中，已知 E=1V，I1=4mA，I2=2mA，R2=5.33Ω，RP∥RB=90Ω，试根据测量要求确定桥路中其它电阻的阻值。（查表得500～1000℃对应的热电势值为20.64～41.27mV） R2 R3 I2 I1 R4 RP C RG B Ux + _ E D RB RM F H A 可逆电机 ND 指示记录结构

解：当温度在测量下限500℃时，滑动触点在最左端， 此时有： ， Ω ∵ RP、RM、、RB并联后的等效电阻 又 RP//RB=90Ω ∴ RM = 5.47Ω 则

补充题4： 如图所示为一液体储罐，其物料液位采用电容液位计测量。已知储罐内径为4.2m，金属内电极直径为3mm ，液位最低位置与最高位置相差H=20m，罐内空气含有一定量的瓦斯气，其介电系数为13.275×10 F/m，液体的介电系数为39.825×10 F/m，求液位计的零点迁移电容值和量程电容值。 —12 解：当液面最低时，即罐内H范围内全部为瓦斯气时，有 电容液面计 内电极 当液面最高时，即罐内H范围内全部为液体时，有 则 量程电容值C量=Cmax-Cmin=690.8-230.3=460.5 PF 零点迁移电容值C迁=Cmin=230.3 PF