第四章 显示仪表 4.1学习要求 1、了解显示仪表的作用、种类。 2、掌握模拟式显示仪表的组成及工作原理。 3、掌握数字式显示仪表的组成、特点与工作原理。 4、掌握显示仪表中非线性补偿措施。 4.2内容简述 4.2.1模拟式显示仪表 4.2.1.1电子电位差计 4.2.12电子自动平衡电桥 4.2.2数字式显示仪表 4.2.2.1分类 4.2.2.2 主要技术指标 4.2.2.3基本组成 4.2.3新型显示仪表 4.2.3.1显示仪表的发展动态 4.2.3.2无纸记录仪 4.2.3.3虚拟显示仪表 4.3本章知识点 1、自动平衡电桥与电子电位差计的工作原理及其比较。 2、模拟式与数字式非线性补偿方法。 3、热电阻与自动平衡电桥配接进行温度检测时的三线制接法。 4、模拟式显示仪表与数字式显示仪表的比较。 4.4思考题 一、填空 1、用电子电位差计配接热电偶测温，若热电偶热端温度升高2℃，室温下降2℃，仪表的指 示值大约。 2、模拟式自动平衡式显示仪表包括和 3、电子电位差计通常与配接进行温度的测量与显示。 4、电子平衡电桥处于平衡状态时，其测量桥路是的：而电子电位差计处于平衡状态时， 其测量桥路是的。 5、数字显示仪表中，AD转换的作用是一。 6、屏幕显示仪表属于式显示表。 7、数字式显示仪表主要由一、 、和等三部分组成 提示：1、升高4℃2、电子电位差计和自动平衡电桥3、热电偶4、平衡的，不平衡 的5、模拟量转换为数字量6、数字7、非线性补偿、AD、标度变换 二、简答 1、显示仪表分为哪几类？各有什么特点？ 提示：按仪表的显示方式，显示仪表可分为三类：(1)模拟式显示仪表：(2)数字式显 示仪表：(3)屏幕显示仪表（无纸记录仪） 模拟式显示仪表工作可靠、价格低廉，能够满足一定的精度要求。当其结构较复杂，读
第四章 显示仪表 4.1 学习要求 1、了解显示仪表的作用、种类。 2、掌握模拟式显示仪表的组成及工作原理。 3、掌握数字式显示仪表的组成、特点与工作原理。 4、掌握显示仪表中非线性补偿措施。 4.2 内容简述 4.2.1 模拟式显示仪表 4.2.1.1 电子电位差计 4.2.1.2 电子自动平衡电桥 4.2.2 数字式显示仪表 4.2.2.1 分类 4.2.2.2 主要技术指标 4.2.2.3 基本组成 4.2.3 新型显示仪表 4.2.3.1 显示仪表的发展动态 4.2.3.2 无纸记录仪 4.2.3.3 虚拟显示仪表 4.3 本章知识点 1、自动平衡电桥与电子电位差计的工作原理及其比较。 2、模拟式与数字式非线性补偿方法。 3、热电阻与自动平衡电桥配接进行温度检测时的三线制接法。 4、模拟式显示仪表与数字式显示仪表的比较。 4.4 思考题 一、填空 1、用电子电位差计配接热电偶测温，若热电偶热端温度升高 2℃，室温下降 2℃，仪表的指 示值大约 。 2、模拟式自动平衡式显示仪表包括 和 。 3、电子电位差计通常与 配接进行温度的测量与显示。 4、电子平衡电桥处于平衡状态时，其测量桥路是 的；而电子电位差计处于平衡状态时， 其测量桥路是 的。 5、数字显示仪表中，A/D 转换的作用是 。 6、屏幕显示仪表属于 式显示表。 7、数字式显示仪表主要由 、 、和 等三部分组成 提示：1、升高 4 2 ℃ 、电子电位差计和自动平衡电桥 3、热电偶 4、平衡的，不平衡 的 5、模拟量转换为数字量 6、数字 7、非线性补偿、A/D、标度变换 二、简答 1、显示仪表分为哪几类？各有什么特点？ 提示：按仪表的显示方式，显示仪表可分为三类：（1）模拟式显示仪表；（2）数字式显 示仪表；（3）屏幕显示仪表（无纸记录仪） 模拟式显示仪表工作可靠、价格低廉，能够满足一定的精度要求。当其结构较复杂，读 1
数不直观，测量不迅速，重复性也不好。 数字式显示仪表在测量精度、速度、重复性等方面有显著提高，特别是读书直观，易于 通过通信方式与计算机控制系统连接。 屏幕显示仪表是一种功能更加强大的数字显示仪表。 2、动圈式显示仪表为何要进行温度补偿，是如何实现的？ 提示：动圈式显示仪表的刻度是在环境温度为20℃时标度的，因此，当环境温度变化 时，由铜线绕制的动圈阻值要发生变化，引起流过动圈的电流也要变化，导致测量误差出现。 补偿的方法是用具有负的温度系数的热敏电阻和锰铜电阻并联后再与动圈电阻串连。当环境 温度变化时，其等效电阻随温度变化较小，可近似为常数。 3、电子电位差计的工作原理是什么？它是如何改变量程的？ 4、什么是数字显示仪表？它与模拟显示仪表相比有何优缺点？ 提示：由于在数字式显示仪表中用微处理器取代了常规自动显示及记录仪表的测量电 路，从而大大地减少了仪表的机械结构，增强了仪表的数字处理能力和运算能力，使得数字 式显示仪表变得小巧、精确、灵活和可靠。 5、电子电位差计与自动平衡电桥工作原理是否相同？ 提示：不相同。两者都是平衡式显示仪表。但电子平衡电桥的测量桥路处于平衡状态， 而电子电位差计的测量桥路处于不平衡状态，电桥的输出用与被测电压补偿后仪表才能达到 平衡。电子平衡电桥要和热电阻配接，而电子电位差计与热电偶配接，其输入也可以是直流 毫伏信号。 6、热电阻短路或断路时，电子自动平衡电桥指针分别指在何处？ 提示：根据电子平衡电桥的工作原理，当热电阻短路时，指针指示在标尺起点位置：而 当热电阻断路时，指针指示在终点。 7、某测温系统如图41所示，问此时电子电位差计的读数是偏大还是偏小？ 现场 控制室 40℃ 20℃ 配E补偿导线： XWC 500℃ K K ! 图4.1温度测量系统 提示：根据热电偶测量相关的几个定律来分析。 4.5例题与习题 1、数字显示仪表可以接收哪些输入信号？ 工业过程常用的数字显示仪表可以与多种传感器、变送器配合使用。 (1)热电偶 (2)热电阻和电阻产生变化的传感器： (3)霍尔压力变送器或产生直流电压变化的传感变送器： (4)电阻远传压力表： (5)标准模拟直流电信号或其它直流信号。 2、如图4.2所示的两种温度测量方法，问A表和B表的指示值哪一个高？为什么？ 答：两个表的指示值一样大。对于A表，由于铜线与热电偶的两个节点温度一样，根据中 间金属材料定律，铜导线的接入不影响回路热电势，因此，进入A表的热电势为E(300, 30)。而对于B表，由于采用了补偿导线，因此，根据中间温度定律，补偿导线把热电偶的 冷端温度延伸到30℃的地方，因此，进入B表的热电势也为E(300,30)。 2
数不直观，测量不迅速，重复性也不好。 数字式显示仪表在测量精度、速度、重复性等方面有显著提高，特别是读书直观，易于 通过通信方式与计算机控制系统连接。 屏幕显示仪表是一种功能更加强大的数字显示仪表。 2、动圈式显示仪表为何要进行温度补偿，是如何实现的？ 提示：动圈式显示仪表的刻度是在环境温度为 20℃时标度的，因此，当环境温度变化 时，由铜线绕制的动圈阻值要发生变化，引起流过动圈的电流也要变化，导致测量误差出现。 补偿的方法是用具有负的温度系数的热敏电阻和锰铜电阻并联后再与动圈电阻串连。当环境 温度变化时，其等效电阻随温度变化较小，可近似为常数。 3、电子电位差计的工作原理是什么？它是如何改变量程的？ 4、什么是数字显示仪表？它与模拟显示仪表相比有何优缺点？ 提示：由于在数字式显示仪表中用微处理器取代了常规自动显示及记录仪表的测量电 路，从而大大地减少了仪表的机械结构，增强了仪表的数字处理能力和运算能力，使得数字 式显示仪表变得小巧、精确、灵活和可靠。 5、电子电位差计与自动平衡电桥工作原理是否相同？ 提示：不相同。两者都是平衡式显示仪表。但电子平衡电桥的测量桥路处于平衡状态， 而电子电位差计的测量桥路处于不平衡状态，电桥的输出用与被测电压补偿后仪表才能达到 平衡。电子平衡电桥要和热电阻配接，而电子电位差计与热电偶配接，其输入也可以是直流 毫伏信号。 6、热电阻短路或断路时，电子自动平衡电桥指针分别指在何处？ 提示：根据电子平衡电桥的工作原理，当热电阻短路时，指针指示在标尺起点位置；而 当热电阻断路时，指针指示在终点。 7、某测温系统如图 4.1 所示，问此时电子电位差计的读数是偏大还是偏小？ 图 4.1 温度测量系统 提示：根据热电偶测量相关的几个定律来分析。 4.5 例题与习题 1、数字显示仪表可以接收哪些输入信号？ 工业过程常用的数字显示仪表可以与多种传感器、变送器配合使用。 （1）热电偶 （2）热电阻和电阻产生变化的传感器； （3）霍尔压力变送器或产生直流电压变化的传感变送器； （4）电阻远传压力表； （5）标准模拟直流电信号或其它直流信号。 2、如图 4.2 所示的两种温度测量方法，问 A 表和 B 表的指示值哪一个高？为什么？ 答：两个表的指示值一样大。对于 A 表，由于铜线与热电偶的两个节点温度一样，根据中 间金属材料定律，铜导线的接入不影响回路热电势，因此，进入 A 表的热电势为 E（300， 30）。而对于 B 表，由于采用了补偿导线，因此，根据中间温度定律，补偿导线把热电偶的 冷端温度延伸到 30℃的地方，因此，进入 B 表的热电势也为 E（300，30）。 2
30℃铜线30℃ 0 XWC-300 300℃ 0-500℃ A仪表 60℃ 30℃ 补偿导线 XWC-300 300℃ 0-500℃ B仪表 图4.2热电偶与显示仪表配接测温 2、分析如图4.3所示的用不平衡电桥进行热电偶冷端温度补偿方法的原理。 显示仪表 A 补偿导线 导 R R2 B b RCu Rs 热电偶 图4.3不平衡电桥进行热电偶冷端温度补偿原理图 答：热电偶测温时要保持冷端温度恒定。采用不平衡电桥可以对热电偶冷端温度的变化进行 补偿，其原理是：将热电偶与不平衡电桥串连，两者输出之和进入显示仪表。而不平衡电桥 的一个桥路选择热电阻，其它3个桥臂电阻阻值恒定。测温时，将热电阻与热电偶的冷端置 于同样的温度环境下。在某设计的冷端温度下，电桥平衡，输出为0。当冷端温度升高时， 热电偶的输出减小，但热电阻的阻值随着温度的升高而增加，从而引起电桥输出增加。通过 合理选择桥路参数，可以在一定冷端温度变化范围内，使得热电偶输出电势减小的数值与不 平衡电桥输出近似相等，从而实现冷端温度补偿。冷端温度减小时，同样也能实现冷端温度 补偿。 3
图 4.2 热电偶与显示仪表配接测温 2、分析如图 4.3 所示的用不平衡电桥进行热电偶冷端温度补偿方法的原理。 图 4.3 不平衡电桥进行热电偶冷端温度补偿原理图 答：热电偶测温时要保持冷端温度恒定。采用不平衡电桥可以对热电偶冷端温度的变化进行 补偿，其原理是：将热电偶与不平衡电桥串连，两者输出之和进入显示仪表。而不平衡电桥 的一个桥路选择热电阻，其它 3 个桥臂电阻阻值恒定。测温时，将热电阻与热电偶的冷端置 于同样的温度环境下。在某设计的冷端温度下，电桥平衡，输出为 0。当冷端温度升高时， 热电偶的输出减小，但热电阻的阻值随着温度的升高而增加，从而引起电桥输出增加。通过 合理选择桥路参数，可以在一定冷端温度变化范围内，使得热电偶输出电势减小的数值与不 平衡电桥输出近似相等，从而实现冷端温度补偿。冷端温度减小时，同样也能实现冷端温度 补偿。 3