1、精選文檔數字顯示儀表概述：數字顯示儀表可以與不同的傳感器（變送器）協作， 對壓力、溫度、流量、物位、轉速等參數進行測量并以數字的形式顯示被測結果，故稱為數字顯示儀表。它顯示直觀、沒有人為視覺誤差、反應快速、精確度高等優點。目前數字顯示儀表在各個行業已等到廣泛的應用。第一節 數字顯示儀表的分類及組成1、 數字顯示儀表的分類l 按輸入信號的形式分電壓型：輸入信號是電壓或電流（1-5VDC/4-20mADC）頻率型：輸入信號是頻率(Hz)。l 按儀表具有功能分數字顯示儀、數字顯示報警儀、多功能數字顯示儀表。2、 數字顯示儀表的組成及工作原理l 數字顯示儀表的組成由五部分組成：前置放大、模/數（A/D

2、）轉換、非線性補償、標度變換及計數顯示。l 電壓型數字儀表的構成方案如下：(a)被測參數變送器前置放大非線性補償標度變換模/數（A/D）轉換計數顯示被測參數變送器前置放大標度變換非線性模/數（A/D）轉換計數顯示 (b)被測參數變送器前置放大非線性補償標度變換模/數（A/D）轉換計數顯示(c)l 方案（a）模擬非線性補償：被測量在模擬信號時就已被線性化了，其測量精確度較低，一般只能達到0.5-0.1，優點是可以直接輸出線性化的模擬信號。l 方案（b）非線性模/數（A/D）變換補償：利用非線性的模/數（A/D）轉換電路，在完成模/數（A/D）轉換的同時也完成了線性化，因而結構簡潔，精確度高，缺點

3、是只能適用于測量特定模擬量，多用在單一參數測量的數字式儀表中。l 方案（C）數字線性補償及標度變換：它可組成多種方案，適用面寬，主要用于直接數字把握系統（DDC）及計算機設定系統（SPC）等較大規模的把握系統及測量系統中。其測量精確度高，結構較簡單。第二節 模/數（A/D）轉換模/數（A/D）轉換部分是顯示儀表的重要組成部份。其功能是將連續變化的模擬量轉換成與其成比例的數字量，以便進行數字顯示。指針讀數輸入電壓Vi0110010101000011001000010000輸入電壓Vi量化單位i數字量（a）（b）越小轉換精確度越高上圖(a)表示模擬式儀表的指針讀數與輸入電壓Vi關系;圖（b）表示了

4、將這種關系進行整量化，即用折線代替圖（a）中的直線。在實際測量中經常是先把非電量轉換成電壓；然后再由電壓轉換成數字信號，即A/D轉換。A/D轉換有多種，常用的有兩種：雙積分型和逐次比較反饋編碼型。1、 雙積分型A/D轉換電路l 基本原理：將一段時間內的模擬量電壓值通過兩次積分變換成與其成正比的時間間隔，然后利用時鐘脈沖和計數器測出此時間間隔，從而得到數字量。VS檢零比較器K1K2把握器門計數器顯示時鐘脈沖RCViK3雙積分模/數轉換原理框圖V0t22t1t21Vi1Vi2tVi2Vi1VA2VA10積分器輸出電壓V0波形圖VA1VA12從波形圖中可以看出：輸入電壓Vi越大，則積分器輸出電壓V0

5、也越大，t2時間間隔越長，計數器所記的數N也就越大。因此，計數所計的數，就是輸入電壓Vi在t1時間內的平均值的數字值，從而完成了模擬量/數字量的轉換。由于這個轉換器在一次轉換過程中進行了兩次積分，所以稱為雙積分轉換器。l 雙積分轉換器的特點：（1） 電路元件參數要求不苛刻。（2） 很強的抗工頻干擾力量。（3） 不宜用在快速測量系統中。2、 逐次比較電壓反饋編碼型l 基本原理：用一套標準電壓與被測電壓進行比較并不斷靠近，最終達到全都。標準電壓值的大小就表示了被測電壓的大小。將這一與被測電壓相平衡的標準電壓以二進制形式輸出，就實現了模/數轉換過程。l 用試驗方法加以說明 天平稱物：現砝碼有2mg、

6、1mg、0.5mg、0.25mg、0.125mg、0.0625mg共6種，按固定挨次排列。后面一個砝碼是前一個質量的1/2，相互之間可以看成是二進制的關系。假設被稱物體質量為m=3.5627mg,其稱量過程如下：依次交砝碼放到天平上，如加砝碼后質量小于m，則保留并記為“1”，如加砝碼后質量大于m則，撤去此砝碼并記為“0”。如此進行下去，直到最終一個砝碼用完。砝碼重量210.50.250.1250.0625二進制數111001二進制數為“1”的砝碼重量加起來等于3.5625mg，和實際質量相差3.5627-3.5625=0.0002 mg，這就是稱量誤差。依據以上試驗，現在我們爭辯如何將一個3V

7、的電壓轉換成二進制數碼。設有一套標準電壓，見下表。標準電壓2.5二進制數10010010 由上述過程要以看出，要把一個電壓值轉換為二進制數碼表示的數值，必需具備以下條件：（1） 有一套相鄰為二進制的標準電壓解碼網絡。（2） 有一個比較簽別器，并確定是否保留此電壓。（3） 有一個數碼寄存器，把每次比較所得的結果保存下來。（4） 有一個把握器，以完成如下任務a) 比較由最高位開頭，從高位往低位逐次比較；b) 依據每一次的比較結果，使相應位的數碼寄存器記“1”或“0”并由此打算是否保留這個“解碼網絡”來的電壓。標準電壓解碼網絡顯示器數碼寄存器把握門移位寄存器把握線路比較簽別器脈沖源逐次比較型模/數轉

8、換原理圖l 特點：完全是規律電路的判別過程；電路元件特性及布線時間常數小；轉換速度快。已成為現代數字顯示儀表模/數轉換的主要手段。3、 兩者的區分：前者為間接法，后者為直接法。第三節 非線性補償及標度變換1、 非線性補償l 非線性模/數轉換補償法（1） 依據精確度要求將曲線分成若干段，每段以直線代替曲線；將各段直線連接起來，便得到一條與原來曲線相近的折線。（2） 確定量程范圍內線性關系的直線斜率，并逐段進行模/數轉換，從而實現被測參數的線性顯示。l 數字式非線性補償法 此法是讓被測參數經模/數 轉換后再進入非線性補償環節。仍是接受以折線代替曲線的方法。l 二者特點：非線性補償優點缺點非線性模/

9、數轉換補償法線路簡潔通用性差數字式非線性補償法通過規律線路，可預先設定系數；可檢測不同被測量；多用在巡檢儀和智能儀表中。線路簡單2、 標度變換l 模擬量的標度變換（簡潔牢靠但儀表的通用性受限制，僅適用于專用裝置）（1）電阻信號的標度變換 為了將熱電阻的電阻變化轉變為電壓信號的輸出，通常接受不平衡電橋作電阻-電壓轉換。URRRtR0I1I2E 如圖：為不平衡電橋測溫原理。 當被測溫度處于下限時，Rt=Rt0=R0,則： 且橋路設計時使得RRt0，故被測溫度處于任一值時都有：于是，有: U=I（Rt-R0）=IRt 上式說明白可由不平衡電橋的轉換關系，通過轉變橋路的參數來實現標度變換。（2）電勢信

10、號的標度變換 當數字儀表以熱電偶的熱電勢作為輸入信號時，若熱在儀表規定的輸入信號范圍內，則可將信號送入儀表中，通過適當選取前置放大器的放大倍數來實現標度變換。（3）電流信號的標度變換。數字顯示儀表與具有標準輸出的變送器配套使用時，可用簡潔的電阻網絡實現標度變換。如圖：R1R2UI留意：滿足儀表輸入阻抗的要求；同時，滿足變送器對負載阻抗匹配的要求。l 數字量的標度變換數字量的標度變換是在A/D轉換之后，進入計數器之前，通過系數運算而實現的。進行系數運算，即乘以（或除以）某系數，扣除多余的脈沖數，可使被測物理量和顯示數字值的單位得到統一。第四節 數字顯示儀表的技術指標1、 顯示位數顯示位數常見的有

11、三位、四位，更高可達8位。位數越多讀數的精確度就越高。現場使用多為三位、四位，它們都可以再增加半位，即：3、4。2、 辨別率辨別率指數字顯示儀表顯示的最小數和最大數的比值。辨別力_是指數字顯示儀表在最低量程上，最末位轉變一個字時相對應的被測信號值，它相當于模擬式儀表的靈敏限。3、 數字顯示儀表的誤差三種狀況(1)當儀表的辨別力滿足3ba%(tmax-tmin)時則: =a%(tmax-tmin)+b(2) 當儀表的辨別力滿足10ba%(tmax-tmin)時則: =a%(tmax-tmin)第五節 智能儀表 智能儀表，是指以單片微型計算機為核心的儀表。1、 智能儀表的特點：l 體積小、牢靠性高、功能強及使用機敏。很簡潔與計算機聯接。l 測量儀表智能化，通過微處理器的數據處理和存貯等功能，可進行各種自動校正。l 操作可自動化。便于操作，提高了測試的精確度。l 具有自測試自診斷的功能，大大提高了儀表的牢靠性，簡化和加快了儀表的檢修工作。2、 智能儀表舉例 復習題：1. 數字顯示儀表由幾部份組成？2. A/D轉換有幾種方式？3. 有一臺數字顯示儀表，其測量范圍是0-800，儀表的精度等級為