项目六 显示仪表检修

显示仪表分类：模拟显示、数字显示和图像显示三大类。（ 1 ）模拟显示仪表：以指针或记录笔的位移指示被测参数的大小。使用机电传动机构，反应速度慢，变差大，工作可靠，能反映变化趋势。（ 2 ）数字显示仪表：直接以数字形式显示被测参数值。反应速度快，精度高，读数直观，方便计算机通讯等特点。（ 3 ）图像显示仪表：以文字、数字、符号和图像形式在屏幕上进行显示。具有模拟式与数字式显示仪表两种优点，并具有存储、记忆能力。

模拟显示仪表

（ 1 ）动圈式显示仪表（ 2 ）自动平衡式显示与记录仪表（ 3 ）光柱式显示仪表特点： 结构简单，价格低廉，可以直观地反映测量值的变化

趋势，便于观察，应用广泛。

动圈式显示仪表

特点是：体积小、重量轻、结构简单，造价低，能单独作用显示仪表。

输入信号是直流毫伏信号，可以测量温度、压力等参数。

偏转力的的大小：F=NLBIN 动圈的匝数L 有效的边长度B 磁场的磁感应强度I 电流

测量机构中有串并联电阻和温度补偿（ 1 ）串联电阻 Rch ：改变测量的量程。（ 2 ）并联电阻 Rb ：改善阻尼特性（锰铜电阻）（ 3 ）温度补偿热敏电阻 RT ：动圈测量机构使用铜

丝绕制的，温度变化较大，温度每变化 10°C, 电阻变化约为 4% ，需要补偿 , 以保证仪表在 50°C范围内可以正常工作。 为了使统一的表头可以测

量不同的量程，就必须加一个量程调整电阻 R串。大量程的动圈仪表，往往串联电阻越大。

将电阻信号转化为毫伏信号的电路。

R3=R4

R1+R2=Rt0+R1+R0

连接导线的电阻统一规定的为 5 欧姆。

自动平衡电位差计

测量时开关 2 接通，手动调整 W 的滑动触点，获得压降来平衡被测电压，此时检流计指示为 0 。广泛用于热电偶的校验及毫伏信号显示仪表的校验。

图 6.4 电子自动电位差计组成方块图

自动平衡电位差计的测量原理图

1. 自动平衡电位差计原理

组成：由测量桥路、放大器、可逆电机、指示记录机构以及滤波单元、稳压电源、调节机构等组成。

原理： Rt 阻值增大，桥路失去平衡，其不平衡电压 UAB 引入电子放大器进行放大，推动可逆电机转动，带着滑线电阻上的滑动触点移动，以改变上支路两个桥臂电阻的阻值，最后使电桥达到新的平衡状态。同时，固定在滑动触点 A 上的指针、记录笔同步移动，指示、记录出相应的温度值。

1. 自动平衡电位差计原理

（ 1 ）配毫伏、毫安输入的电子电位差计测量桥路

①下支路电阻 R3：作用限流 ,限定下支路的电流恒为 2mA。

232 / IERR

② 滑线电阻 RP 及 R´P ：两滑线电阻完全相同，并排布置，形成导轨便于滑点滚动，有利于抵消与滑点的接触电势。由于 RP 很难绕得精确，为此，并联电阻 RB ，使并联后的总阻值为 90Ω 。 RP 不准时通过修改RB 调整。

③ 量程电阻 RM ：作用决定仪表电量程 , 它越大，仪表量程越大。

, 实际电量程，MBpnp RRRR //// npn RIE )21(1

④ 调零电阻 RG ：作用是决定仪表量程下限

⑤ 上支路限流电阻 R4 ：作用限流

npG RRI

ER

14

它可以限定电桥上支路的电流恒为 4mA.

①R2 冷端补偿电阻：作用热电偶冷端温度补偿。 R2 用铜线绕制而成，随冷端温度变化。

（ 2 ）配热电偶的电子电位差计测量桥路

自动平衡电桥原理

组成：由测量桥路、放大器、可逆电机、指示记录机构等主要部分组成。

电子自动平衡电桥与电子电位差计相比，除测量桥路外，其它组成部分都是通用的。

测量桥路稳压电源 E=1V，上支路工作电流 I1=4mA。下支路电流 I2=2mA。桥路平衡时：

x== EUUU BCACAB

min min 1 2 cux AB GE U I R I R

仪表测量上限 max max 1 2 cu( )x AB G npE U I R R I R

仪表电量程为npxxN RIEEE 1minmax

仪表测量下限

机械传动机构1. 平衡机构

由可逆电机、传动齿轮、拉线轮、指示记录机构和滑线电阻所组成。可逆电动机转动时，通过齿轮传动机构 2 及拉线轮 3 ，带动指针、记录笔6 移动，从而指示、记录被测温度值，同时带动滑线电阻的滑动触点 12

移动，使整个系统趋于平衡位置。

平衡与记录机构 1- 可逆电机； 2- 传动齿轮； 3- 拉线轮； 4- 拉线； 5- 导线轮； 6- 记录笔与指针； 7-记录纸； 8- 卷纸筒； 9- 导向辊； 10- 收纸筒； 11- 储纸筒； 12- 滑动触点； 13- 滑线电阻盘

6.2 ER 系列显示记录仪 6.2.1 ER 系列显示记录仪的组成与原理

2. 走纸机构

走纸机构由卷纸部件、齿轮变速器及同步电机组成。记录纸两边打有间隔均匀的小孔。在走纸同步电机带动下，卷纸筒使记录纸恒速移动，从而使记录笔画出温度随时间变化的曲线。

ER 系列仪表组成原理方框图。

6.3 数字式显示仪表 6.3.1 数字式显示仪表的主要技术指标

（ 1 ）显示位数 数字仪表以十进制显示的位数称为显示位数。（ 2 ）精确度 数字显示仪表的精度表示法有三种： ①.满度的 ±a%±n 字； ②. 读数的 ±a%±n 字； ③. 读数的 ±a%±满度的 b% 。

（ 3 ）分辨力和分辨率分辨力：是指数字仪表在最低量程上最末位数字改变一个字时所对应的

物理量数值，它表示了仪表能够检测到的被测量中最小变化的能力。分辨率：是指数字仪表显示的最小数和最大数的比值。

6.3.2 数字式显示仪表的组成1. 数字显示仪表的组成

数字式显示仪表一般由 A/D 转换、非线性补偿、标度变换及数字显示部分组成。

图 6.31 数字式显示仪表的组成框图

2.基本工作原理

图 6.47 XMZ型仪表原理方框图

6.3.4 XMZ 型数字温度显示仪表介绍1. 主要技术指标

①测量范围：－ 200～ 1999℃；②热电偶分度号：各种分度号热

电偶③精确度：满度 ±0.5%±1个字④分辨力： 1℃⑤采样速率： 3次 /秒⑥显示方式：位 LED 数码管显示

6.4.1 无纸记录仪的基本组成

无纸记录仪以微处理器为核心，内有大容量存储器，可以存储多个过程变量的大量历史数据。用液晶屏幕显示数字、曲线、图形代替传统记录仪的指针显示。无纸记录仪用大规模存储器件代替传统的记录纸进行数据的记录与保存，

避免了纸和笔的消耗与维护。无机械传动部件，仪表性能和可靠性大大提高，功能更加丰富。

下面以 SUPCON-JL 系列无纸记录仪为例简要介绍。

由主机板、 LCD 图形显示屏、键盘、供电单元、输入处理单元等部分组成。

6.4 无纸记录仪 无纸记录仪是图像显示仪表。将过程变量信息按数值、曲线、图形和符号等方式显示出来。

1. 主机板

包括中央处理器 CPU 、只读存储器 ROM 和读写存储器 EPROM 等。

（ 1 ） CUP 实现对输入变量的运算处理，并负责指挥协调无纸记录仪的各种工作。

（ 2 ） ROM 、 RAM 和 EPROM 是无纸记录仪的数据信息存储器件。

图 6.53 无纸记录仪结构原理图

只读存储器 ROM中存放支持仪表工作的系统程序和基本运算处理程序，如滤波处理程序、开方运算、线性化程序、标度变换程序等，在仪表出厂前由生产厂家将程序固化在存储器内，用户不能更改其内容。

随机存储器 RAM中存放过程变量的数值，包括输入处理单元送来的原始数据， CPU中间运算值。

可擦写存储器 EPROM 主要用来存储各个过程变量的组态数据，如记录间隔、输入信号类型、量程范围、报警限等，允许用户根据需要随时进行修改。

3.LCD 显示

采用 TFT （薄膜晶体管）液晶显示器 LCD ，体积小，重量轻，耗电少，可靠性高，寿命长。有单色、彩色液晶屏两种，一般为 5.6英寸，分辨率640×380 。

4 .供电单元

5. 通信接口

供电单元采用交流 220V 、 50Hz供电或 24V 直流供电。

具有 RS-232C 和 RS-485 两种串行通信接口。

2.键盘 无纸记录仪在仪表面板上设置了简易键盘。在不同画面显示时定义为不同的功能。

各个通道的历史数据存放在大容量存储介质上。内部存储器主要有 SRAM 存储器和 Flash 存储器两种。 SRAM 使用时必须提供掉电保护。 Flash 存储器可在长期停电的情况下保存记录数据。外部存储器有 3.5英寸软盘、电子卡盘、 Flash 存储盘（ U 盘）。

图 6.54 热电阻输入处理电路原理图

①. 电阻 / 电压转换：使用不平衡电桥，恒流（ 0.5mA ）供电。输出电压 ΔU=0.5 （ Rt-R0-RZ ）。经集成运算放大器 IC1 放大。

②. 毫伏放大器 : IC2 。③. V/F 转换器：将输入电压转换为频率信号输出， f=kV。

6.4.2 输入处理单元

1. 模拟量输入处理单元

各种模拟输入信号，经过相应的输入处理单元，转换成为 CPU 可接受的数字信号。

（ 1 ）热电阻输入处理单元

图 6.55 热电偶输入处理电路原理图

RZ 实现零点迁移， Rw1 是调零电位器。

（ 2 ）热电偶输入处理单元 与热电阻输入处理相似， R0 为具有冷端温度补偿作用的铜电阻，电桥为冷端温度补偿电桥。

2.脉冲量输入处理单元

作用是将现场仪表的频率输出信号，在一定时间内进行计数，产生 CPU 能够接受的数字量。

CPU发出的输入控制命令启动计数器，脉冲序列在输入光电隔离电路中经光电隔离、整形后送入计数器计数，实现脉冲序列的数字量转换。

图 6.56 脉冲输入电路框图

6.4.3 记录仪的使用

无纸记录仪具有如下特点①. 使用方便，可靠性好，运行费用低，操作简单方便，性能价格比

高，②. 输入信号类型多样、通用性好。③. 固态存储器存储，数据安全可靠，屏幕检索，查阅方便。④. 大屏幕液晶显示，信息量大、可视性强。⑤.多通道测量，多种报警输出。⑥. 有运算功能、累计值显示、 PID 调节功能。⑦. 可配接微型打印机打印。⑧. 具有 RS－ 485 通讯功能。⑨. 指示、记录精度高。

1. 显示画面介绍

“时标”键，可以切换各种设定好的时间范围。“翻页”键，用于更换显示通道。“←”键，为自动 /手动翻页切换

建。“功能”键，更换画面类型。

2. 组态操作

所谓组态，就是组织仪表的工作状态。 “↑ ↓” “ ” “ ” 在组态状态下， 、 键用于光标移动， △ 、 ▽ 键用于数值增减，

键表示回车确认。

图 6.60 组态主菜单

（ 1 ）时间及通道组态：修改日期、时间、记录点数、采样周期、曲线类型。

图 6.70 “ 组态 1”画面

（ 2 ）页面及记录间隔组态：通道显示的设定，趋势显示记录间隔时间、背光打开与否的初始设定。

图 6.61 页面及记录间隔组态

（ 3 ）通信信息组态：对各通道的量程上下限、报警限。流量信号组态包括温压补偿系数、温度和压力信号所在通道、小信号切除、流量积累、工程单位等。

图 6.62 各通道信息组态画面

图 6.73 流量信号组态画面

（ 4 ）通信信息组态：本机通信地址号码及通信方式。

图 6.63 报警信息组态画面

（ 5 ）报警信息组态：报警输出的变量通道号、报警类型及输出端子。