模擬顯示儀表的基本構(gòu)成
在工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化中，大部分傳感器的輸出和大部分執(zhí)行元件的輸入都是子模擬信號(hào)，“模擬”所包含的意思是“連續(xù)”電子模擬信號(hào)可以定義成一種電壓或電流的信號(hào)，其電平是連續(xù)地以無限小的階躍量改變，理論上講，模擬信號(hào)的分辨率是無限高的，換言之，能用無限多個(gè)數(shù)值表示。
一般來說，電子模擬信號(hào)有兩種基本形式，即連續(xù)調(diào)幅信號(hào)和脈沖調(diào)幅信號(hào)，在這兩種形式中，都是在一條線路中用調(diào)幅電壓或電流來載送信息，雙極性信息簡(jiǎn)單地用電壓或電流的符號(hào)和幅值來代表。
連續(xù)調(diào)幅和脈沖調(diào)幅這兩種信號(hào)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，連續(xù)調(diào)幅信號(hào)對(duì)交直流電壓和電流都可以采用，面處理這些連續(xù)信號(hào)的電路不需要很高的通帶，脈沖調(diào)幅信號(hào)，可以在一條線路中載送多路信息，所以可節(jié)省信號(hào)線路的硬設(shè)備，但這只有犧牲帶寬和精度才行，信號(hào)zui高頻率要減小到1/n其中n是信息通道的數(shù)目，在精度方面，因?yàn)楫a(chǎn)生或處理脈沖信號(hào)的任何電路總會(huì)比利用連續(xù)信號(hào)的同一種電路所帶來的差更大，所以在實(shí)際上其精度往往要抵于連續(xù)調(diào)幅信號(hào)的精度。
顯示（記錄）儀表可以看成是一個(gè)將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為另一物理量（輸出信號(hào)）以便操作人員讀數(shù)，或?yàn)榱藷o人參與進(jìn)一步處理的信號(hào)變換裝置。模擬式顯示儀表的信號(hào)及內(nèi)、外參數(shù)關(guān)系。這里除了輸入和輸出信號(hào)以外，儀表的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)，屬內(nèi)部參數(shù)的有儀表零件的幾何尺磨擦力及不平衡電動(dòng)勢(shì)等。屬外部參數(shù)的有環(huán)境參數(shù)及運(yùn)行條件，如大氣壓力、空氣壓力、空氣溫度、供電電源、外部電、磁和重力場(chǎng)以及設(shè)備運(yùn)動(dòng)的加速度等。 模擬式顯示（記錄儀表的指示、記錄機(jī)構(gòu)模擬式顯示儀表的指示、記錄機(jī)構(gòu)，從特征上分為指示式和記錄式兩大類
模擬式顯示儀表的指示機(jī)構(gòu)的主要類型有條形指示機(jī)構(gòu)、圓形指示機(jī)構(gòu)、色帶式指示機(jī)構(gòu)等幾種。其特點(diǎn)是儀表指針的位移與被測(cè)量的變化成模擬關(guān)系（包括線性和非線性關(guān)系），因而讀數(shù)清晰，示讀誤差來源于兩個(gè)方面，一方面是操作者讀數(shù)時(shí)視線不與刻度標(biāo)尺垂直，尤其在采用圓弧形刻度標(biāo)尺時(shí)，如果不懷刻度標(biāo)尺垂直，視差秒更大，消除辦法是采用鏡式刻度標(biāo)尺，刻度標(biāo)尺的分度值和標(biāo)度數(shù)對(duì)于讀數(shù)的方便和準(zhǔn)確也很有影響。分度值就是刻度標(biāo)尺上每一zui小分格所代表的被測(cè)量的數(shù)值，為了提高儀表示值的精度，在一定外形尺寸下，往往要求盡量增長(zhǎng)刻度尺的長(zhǎng)度，因而出現(xiàn)了圓形和轉(zhuǎn)鼓式指示機(jī)構(gòu)，但是并不是標(biāo)尺的分格數(shù)越多，測(cè)量的精度越高，刻度標(biāo)尺的分格數(shù)應(yīng)恰當(dāng)，應(yīng)以分度不少于儀表允許的基本誤差為好。在液體顯示儀表中，為了得到形象化的指示，還出現(xiàn)了色帶式批示機(jī)構(gòu)。
用墨水和筆記錄，這種記錄方法在工業(yè)自動(dòng)化儀表中zui為多見，記錄的曲線是描繪在帶形記錄紙上，帶形記錄一般卷成筒狀或?yàn)檎郫B式、寬度為250mm和12mm，記錄紙的走紙速度30~1200mm/h（特殊情況下還有更快的），紙帶兩邊有孔，由一只銷釘輥進(jìn)行偉傳送和定位，由于紙寬度和傳動(dòng)的變化而引起的記錄誤差可能有1%。圓盤形記錄紙，一般印有弧形坐標(biāo)，走紙速度為每周24h，記錄筆是精心制造的，以便在長(zhǎng)期不維修的情況不，能繪出筆畫寬度為0.2~0.4mm的清晰線條，記錄筆是用不受墨水腐蝕的材料，如鎳、黃金屬或玻璃制成，根據(jù)使用要求的不同，有各種類型結(jié)構(gòu)的記錄用的墨水有兩個(gè)互相矛盾的要求，一方面墨水在敞露的容器中應(yīng)不干涸，另一方面繪出的線條應(yīng)能迅速干燥，以免在記錄紙通過卷繞時(shí)擦掉和污染。墨水的主要成分是甘油、水的混合物，其配比與環(huán)境的干燥和潮濕程度有關(guān)，如果稍加一點(diǎn)灑精，可改善其干燥性質(zhì)。
法電記錄，在無線電氣象圖傳真技術(shù)中用一種浸炭使之導(dǎo)電的黑色紙作為墊料，上面敷以感電靈敏的白色表層，底部鍍以薄金屬層，電流從貼在紙面上的金屬記錄筆流向金屬底層，在有電流經(jīng)過的地方紙就會(huì)變黑，變黑的原因是紙面的白層系由一種電敏或熱敏化學(xué)物質(zhì)構(gòu)成，它的電能作用下會(huì)改變顏色，筆尖產(chǎn)生的電火花將潮面的白色層擊穿，這種方法既適用于直流電，也適用于交流電，特別筌高頻電流，所施加的直流電壓也只有18~24V，耗用電流與記錄速度有關(guān)，例如，當(dāng)紙的傳送速度為20 mm/h時(shí)約為2uA，耗用電流與記錄速度有關(guān)，金屬記錄紙既適于低速，也適于高速記錄，在特殊情況一甚至可達(dá)50m/s的記錄速度。
磁帶記錄。在科學(xué)研究?jī)x器中，已將磁帶用于記錄，就像在磁帶錄音機(jī)上錄制和重放音樂一樣，磁帶是由一條小塑料帶制成，里面貯有一種磁性材料，接收頭是非曲直一個(gè)小電磁鐵，將被記錄的電振蕩轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電磁場(chǎng)，磁帶穿過磁場(chǎng)，磁粒被被磁化，因而將信號(hào)記錄于磁帶中，重放時(shí)使磁帶在放送頭旁通過，放送頭將磁帶上記錄本的磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，即是被記錄信號(hào)的再現(xiàn)，顯而易見，磁帶記錄尤適用于記錄動(dòng)態(tài)過程（交流電流、脈沖和振蕩等），如果是直流信號(hào)，則需應(yīng)用調(diào)制和解調(diào)的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行變換。
此外，還有利用壓敏變色紙、光線和電射線等方法進(jìn)行記錄。
以上是連續(xù)記錄方法，另一種斷續(xù)記錄是指當(dāng)在坐標(biāo)上用圖解法表示一個(gè)函數(shù)時(shí)，通常是用許多點(diǎn)來描述，如果這些點(diǎn)足夠密，就能得出曲線和形狀，當(dāng)然如果過程是跳躍式變化，位于彼此相鄰兩點(diǎn)之間的部分，就可能被遺漏，因此斷續(xù)記錄法主要應(yīng)用在變化較慢的過程中，下面是斷續(xù)記錄方法。
多點(diǎn)打印記錄，多點(diǎn)打印記錄法在工業(yè)自動(dòng)化儀表中zui為典型 的是自動(dòng)平衡多點(diǎn)記錄儀，它由打印機(jī)構(gòu)和間歇機(jī)構(gòu)兩部分組成，可用（.）和（×）標(biāo)志符號(hào)，并用六種不同顏色加以區(qū)分，zui多可記錄12條曲線。
照相記錄，為了對(duì)儀表所顯示的值提供客觀憑證，有時(shí)應(yīng)用照相的方法進(jìn)行攝影。例如在被拍攝的顯示儀表旁放一只鐘表，這樣就能毫無差錯(cuò)地獎(jiǎng)顯示值及所對(duì)應(yīng)的時(shí)間拍攝成連續(xù)的照片，這種方法特別適用于儀表屏上各顯示儀表示值的相對(duì)比較，或在儀表成批校驗(yàn)時(shí)供各儀表的分析比較之用。
模擬式記錄機(jī)構(gòu)
記錄機(jī)構(gòu)對(duì)儀表的設(shè)計(jì)制造和性能起著重要的。對(duì)記錄機(jī)構(gòu)而言，其一般結(jié)構(gòu)特征為記錄紙的形式、記錄機(jī)構(gòu)的自由度、；連續(xù)記錄或斷續(xù)記錄、記錄要素和坐標(biāo)間的關(guān)系。它們對(duì)記錄儀表的結(jié)構(gòu)都有很大影響。
單筆記錄機(jī)構(gòu)。單筆記錄機(jī)構(gòu)一般用于記錄各種被測(cè)參數(shù)對(duì)時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，但有時(shí)用于記錄兩個(gè)變量間的函數(shù)關(guān)系，皆為連續(xù)記錄，可以是長(zhǎng)圖記錄，也可以用同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，
（2多點(diǎn)記錄機(jī)構(gòu)。多點(diǎn)記錄機(jī)構(gòu)可同時(shí)記錄幾個(gè)被測(cè)參數(shù)相對(duì)于時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，有兩種典型的X、N、T記錄機(jī)構(gòu)zui為常見，其中N為輸入信號(hào)數(shù)；T為時(shí)間坐標(biāo)，X為被測(cè)參數(shù)，如果被測(cè)參數(shù)皆為電量，且量程相近，則記錄儀中可用同一口只測(cè)量機(jī)構(gòu)加入輸入信號(hào)切換開關(guān)組成，如果量程相差很遠(yuǎn)，就需要采用幾個(gè)相應(yīng)的測(cè)量機(jī)構(gòu)，還有一些特殊的記錄機(jī)構(gòu)，T、N為同方向，它可以明顯志看出曲線族隨時(shí)間變化的關(guān)系，這種記錄機(jī)構(gòu)要求走紙、測(cè)量、切換同步，而記錄筆的抬筆動(dòng)作由繼電器控制。
總之，記錄機(jī)構(gòu)的不同特點(diǎn)都有是根據(jù)對(duì)顯示的不同要求而設(shè)計(jì)的，一個(gè)理想的記錄機(jī)構(gòu)不但要求能明顯、清晰地記錄被測(cè)量，并且要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、便于制造和維修。
1。2。3直接變換式儀表
動(dòng)圈式顯示儀表
動(dòng)圈式顯示儀表是利用*磁鐵形成的磁場(chǎng)，對(duì)通過信號(hào)電流的可動(dòng)線圈所產(chǎn)生的作用力矩和彈性支承機(jī)構(gòu)的反作用矩的相互作用而工作的一種磁電式儀表，其工作原理是：當(dāng)被測(cè)信號(hào)電流通過連接導(dǎo)線，經(jīng)過張絲進(jìn)入動(dòng)圈時(shí)，此電流和磁場(chǎng)相互作用，在動(dòng)圈兩有效邊（即與磁場(chǎng)方向垂直的兩邊）上，就產(chǎn)生了大小相等、方向相反的作用力F，并且對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，合使動(dòng)圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，這個(gè)力矩稱為偏轉(zhuǎn)力矩。
當(dāng)儀表動(dòng)圈在偏轉(zhuǎn)力矩作用下產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，為了使對(duì)應(yīng)于每一個(gè)被測(cè)量（電流強(qiáng)度）只產(chǎn)生一定的偏轉(zhuǎn)，以便顯示被測(cè)參數(shù)的大小，必須在動(dòng)圈上施加一個(gè)大小與其偏聽偏信轉(zhuǎn)角成比例的反作用力矩，反作用力矩通常利用彈性元件變形后的彈力產(chǎn)生，如利用張絲的扭力，利用游絲的彈力等。
（2）測(cè)量顯示儀表的測(cè)量線路
（1）測(cè)量毫伏信號(hào)的測(cè)量線路。用于測(cè)量毫伏儀器開配熱電偶的動(dòng)圈儀表的測(cè)量線路，、它由環(huán)境測(cè)溫度補(bǔ)償電阻，量程和阻尼調(diào)整電阻以及線路調(diào)整電阻等組成?，F(xiàn)分別討論如下：
（1）環(huán)境溫度補(bǔ)償電阻，動(dòng)圈儀表的刻度較驗(yàn)是在環(huán)境溫度為20±5℃條件下進(jìn)行的，儀表在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，由于周圍環(huán)境溫度總有變動(dòng)，因而會(huì)出現(xiàn)溫度附加誤差，溫度變化對(duì)儀表的影響主要表現(xiàn)在以下幾方面，當(dāng)周圍環(huán)境溫度升高或降低時(shí)，張絲的彈性將隨之減弱或增強(qiáng)，從而使儀表產(chǎn)生誤差或負(fù)誤差，而氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度將隨之減少或增多，從而使儀表產(chǎn)生負(fù)誤差或正誤差，它正好與張絲所引起的誤差方向相反且數(shù)量級(jí)相當(dāng)，因此能互相補(bǔ)償，一般末*補(bǔ)償?shù)牟糠植贿^每10℃是0.5℅左不予考慮。動(dòng)圈儀表因溫度變化所產(chǎn)生的附加誤差試想來源于動(dòng)圈電阻。因?yàn)閯?dòng)圈地由銅線繞制而成，銅的溫度每變化10℃，阻值變化約為4℅，這數(shù)值相當(dāng)可觀，因此當(dāng)溫度升高時(shí)，流過動(dòng)圈的電流就減小，使指針偏轉(zhuǎn)角減小，指針偏轉(zhuǎn)角減少會(huì)造成負(fù)誤差，反之產(chǎn)生正誤差，為盡可能減小該電阻變化所帶琰的誤差，使儀表在環(huán)境溫度0~50℃范圍內(nèi)進(jìn)行準(zhǔn)確的顯示，必須對(duì)動(dòng)圈測(cè)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
（2）測(cè)量電阻值的測(cè)量線路，當(dāng)動(dòng)圈儀表與熱電阻、電阻遠(yuǎn)傳變送器或電阻傳感器等配合顯示被測(cè)參數(shù)時(shí)，其輸入信號(hào)為電阻變化值，這時(shí)動(dòng)圈儀表的測(cè)量機(jī)構(gòu)，必須將電阻轉(zhuǎn)換為毫伏信號(hào)。完成電阻到毫伏信號(hào)的轉(zhuǎn)換是由不平衡電橋來實(shí)現(xiàn)的。
由于把熱電阻引入橋路的連接導(dǎo)線電阻會(huì)隨環(huán)境溫度而變化，如果把熱電阻的連接導(dǎo)線都接在一個(gè)橋臂內(nèi)，則當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，連接導(dǎo)線電阻的變化值將與熱電阻撓變化值相疊加，從而會(huì)給儀表帶來較大的附加誤差。工業(yè)常采用三線制接法，這樣二根連接導(dǎo)線就分別連接到相鄰的兩個(gè)橋臂上，當(dāng)連接導(dǎo)線電阻變化時(shí)，可以互相抵消一部分，從而減小對(duì)儀表讀數(shù)的影響，連接導(dǎo)線電阻的變化才能全部互相抵消，當(dāng)儀表指針位于滿刻度時(shí)，此時(shí)附加誤差zui大值，不過三線制接法要小得多。
注意，熱電阻的三線制接法中每根相連導(dǎo)線電阻規(guī)定為5Ω，若不足5Ω時(shí)，則須用錳銅絲電阻補(bǔ)足5Ω，調(diào)整阻值應(yīng)到（5±0.01）Ω。
動(dòng)圈儀表與熱電阻配套使用時(shí)，必須注意儀表的分度號(hào)，應(yīng)與熱電阻分度號(hào)相同。
1。2。4平衡式儀表
上面所介紹的動(dòng)圈式顯示儀表是由若干個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)而成的開環(huán)結(jié)構(gòu)儀表，對(duì)于開環(huán)結(jié)構(gòu)儀表，為了提高靈敏度，可采用增加環(huán)節(jié)的辦法，但是這將使儀表的總誤差隨之增加，這就是說，對(duì)于開環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)儀表，在提高儀表的靈敏度和精度之間是存在矛盾的，因此，動(dòng)圈儀表目前zui高要求是1級(jí)，這對(duì)于科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中的較高要求往往是無法滿足的，為此必須采用環(huán)結(jié)構(gòu)的平衡式測(cè)量線路所構(gòu)成。
平衡式儀表較直接變換式儀表結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 由控制理論也可看出，閉環(huán)系統(tǒng)較開環(huán)系統(tǒng)具有一系列優(yōu)點(diǎn)，例如，線性好，反應(yīng)速度快，精度高等，但由于是閉環(huán)系統(tǒng)，就有可能產(chǎn)生自激振蕩，故穩(wěn)定性差，靈敏度降低（可用放大器補(bǔ)救），而且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
常用的自動(dòng)平衡式顯示（記錄）儀表有自動(dòng)平衡式電子電位差計(jì)和自動(dòng)平衡式電子電位兩類，它們能自動(dòng)測(cè)量，顯示、記錄各種電信號(hào)，（直流電壓、電流電壓、電流或電壓）若配用熱電熱電阻或其他能轉(zhuǎn)換成直流電壓、電流或電阻的傳感器、變送器，就可以連續(xù)指示和記錄工業(yè)生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、物位以及成分等各種參數(shù)，并可隊(duì)附加調(diào)節(jié)器，報(bào)警器和計(jì)算器等，實(shí)現(xiàn)多種功能。
1自動(dòng)平衡式電子電位差計(jì)
在工作中，常遇到用天平來稱物體的重量，當(dāng)增減砝碼使指針指零時(shí)，砝碼與被稱物體達(dá)到平衡，這時(shí)被稱物體的重量就等于砝碼的重量，電位差計(jì)就是根據(jù)變種平衡法（也稱為補(bǔ)償法、零值法案將被測(cè)電動(dòng)勢(shì)與已知的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行比較而工作時(shí)，當(dāng)兩者的差值為零時(shí)被測(cè)電動(dòng)勢(shì)就等于已知的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)。
自動(dòng)平衡式電子電位差計(jì)的構(gòu)成：它是由測(cè)量電路、放大器、可逆電機(jī)，指示記錄機(jī)構(gòu)、機(jī)械傳動(dòng)裝置以及穩(wěn)壓電源、同步電機(jī)等構(gòu)成
其工作原理為：由熱電偶、傳感器或變送器輸入的直流電勢(shì)（或由直流電流通過輸入端的連接電阻而得的電壓）與測(cè)量電路端的直流電壓進(jìn)行比較，比較后的電壓差值（即不平衡電壓）經(jīng)過放大器放大后，輸出足以驅(qū)動(dòng)可逆電機(jī)的功率，推動(dòng)可逆電機(jī)帶動(dòng)指示、記錄機(jī)構(gòu)、同時(shí)還帶動(dòng)測(cè)量電路中的滑線電阻的觸滑點(diǎn)，改變滑觸點(diǎn)在滑線電阻中的位置，直支測(cè)量電路新端的電壓與輸入電勢(shì)平衡為止，如果輸入電勢(shì)信號(hào)再度改變。則又產(chǎn)生新的不平衡電壓，再經(jīng)放大器放大而驅(qū)動(dòng)可逆電機(jī)，又改變滑觸點(diǎn)的位置，同樣直到新的平衡位置為止，而與滑觸點(diǎn)的每一平衡位置相應(yīng)于標(biāo)尺上的一定數(shù)值，因此當(dāng)電路處于平衡狀態(tài)時(shí)，指示機(jī)構(gòu)的指針在標(biāo)尺上指出一定的被測(cè)參數(shù)。
自動(dòng)平衡電子電位差計(jì)的測(cè)量電路，采用有上、下二條支路的橋路形式，它既可適用于被測(cè)電勢(shì)的下限是零或正，也可運(yùn)用于被測(cè)電勢(shì)的下限值是負(fù)情況，若配用熱電偶測(cè)溫時(shí)，熱電偶的冷端溫度變化，也能從引入的下支路中獲得較好的補(bǔ)償。
2 自動(dòng)平衡電橋
自動(dòng)平衡電橋可與熱電阻配套使用測(cè)量溫度，也可與其他能轉(zhuǎn)換成電阻的變送器、傳感器或檢測(cè)元件等配套使用測(cè)量生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)，因而在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中獲得了廣泛應(yīng)用。
自動(dòng)平衡電橋的構(gòu)成與自動(dòng)平衡電位差計(jì)相同，差別僅在于接收信號(hào)不同，測(cè)量電橋路有所區(qū)別，其它*一樣，整個(gè)儀表的外殼、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及大部分零件都是通用的。
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