模擬顯示儀表的基本構成
在工業(yè)生產過程自動化中，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，“模擬”所包含的意思是“連續(xù)”電子模擬信號可以定義成一種電壓或電流的信號，其電平是連續(xù)地以無限小的階躍量改變，理論上講，模擬信號的分辨率是無限高的，換言之，能用無限多個數值表示。
一般來說，電子模擬信號有兩種基本形式，即連續(xù)調幅信號和脈沖調幅信號，在這兩種形式中，都是在一條線路中用調幅電壓或電流來載送信息，雙極性信息簡單地用電壓或電流的符號和幅值來代表。
連續(xù)調幅和脈沖調幅這兩種信號各有其優(yōu)缺點，連續(xù)調幅信號對交直流電壓和電流都可以采用，面處理這些連續(xù)信號的電路不需要很高的通帶，脈沖調幅信號，可以在一條線路中載送多路信息，所以可節(jié)省信號線路的硬設備，但這只有犧牲帶寬和精度才行，信號zui高頻率要減小到1/n其中n是信息通道的數目，在精度方面，因為產生或處理脈沖信號的任何電路總會比利用連續(xù)信號的同一種電路所帶來的差更大，所以在實際上其精度往往要抵于連續(xù)調幅信號的精度。
顯示（記錄）儀表可以看成是一個將輸入信號轉換為另一物理量（輸出信號）以便操作人員讀數，或為了無人參與進一步處理的信號變換裝置。模擬式顯示儀表的信號及內、外參數關系。這里除了輸入和輸出信號以外，儀表的內部參數和外部參數，屬內部參數的有儀表零件的幾何尺磨擦力及不平衡電動勢等。屬外部參數的有環(huán)境參數及運行條件，如大氣壓力、空氣壓力、空氣溫度、供電電源、外部電、磁和重力場以及設備運動的加速度等。 模擬式顯示（記錄儀表的指示、記錄機構模擬式顯示儀表的指示、記錄機構，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構的主要類型有條形指示機構、圓形指示機構、色帶式指示機構等幾種。其特點是儀表指針的位移與被測量的變化成模擬關系（包括線性和非線性關系），因而讀數清晰，示讀誤差來源于兩個方面，一方面是操作者讀數時視線不與刻度標尺垂直，尤其在采用圓弧形刻度標尺時，如果不懷刻度標尺垂直，視差秒更大，消除辦法是采用鏡式刻度標尺，刻度標尺的分度值和標度數對于讀數的方便和準確也很有影響。分度值就是刻度標尺上每一zui小分格所代表的被測量的數值，為了提高儀表示值的精度，在一定外形尺寸下，往往要求盡量增長刻度尺的長度，因而出現了圓形和轉鼓式指示機構，但是并不是標尺的分格數越多，測量的精度越高，刻度標尺的分格數應恰當，應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，還出現了色帶式批示機構。
用墨水和筆記錄，這種記錄方法在工業(yè)自動化儀表中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為折疊式、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，由一只銷釘輥進行偉傳送和定位，由于紙寬度和傳動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，走紙速度為每周24h，記錄筆是精心制造的，以便在長期不維修的情況不，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，根據使用要求的不同，有各種類型結構的記錄用的墨水有兩個互相矛盾的要求，一方面墨水在敞露的容器中應不干涸，另一方面繪出的線條應能迅速干燥，以免在記錄紙通過卷繞時擦掉和污染。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，如果稍加一點灑精，可改善其干燥性質。
法電記錄，在無線電氣象圖傳真技術中用一種浸炭使之導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，在有電流經過的地方紙就會變黑，變黑的原因是紙面的白層系由一種電敏或熱敏化學物質構成，它的電能作用下會改變顏色，筆尖產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，例如，當紙的傳送速度為20 mm/h時約為2uA，耗用電流與記錄速度有關，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50m/s的記錄速度。
磁帶記錄。在科學研究儀器中，已將磁帶用于記錄，就像在磁帶錄音機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小電磁鐵，將被記錄的電振蕩轉換成相應的電磁場，磁帶穿過磁場，磁粒被被磁化，因而將信號記錄于磁帶中，重放時使磁帶在放送頭旁通過，放送頭將磁帶上記錄本的磁信號轉換成電信號，即是被記錄信號的再現，顯而易見，磁帶記錄尤適用于記錄動態(tài)過程（交流電流、脈沖和振蕩等），如果是直流信號，則需應用調制和解調的方法對信號進行變換。
此外，還有利用壓敏變色紙、光線和電射線等方法進行記錄。
以上是連續(xù)記錄方法，另一種斷續(xù)記錄是指當在坐標上用圖解法表示一個函數時，通常是用許多點來描述，如果這些點足夠密，就能得出曲線和形狀，當然如果過程是跳躍式變化，位于彼此相鄰兩點之間的部分，就可能被遺漏，因此斷續(xù)記錄法主要應用在變化較慢的過程中，下面是斷續(xù)記錄方法。
多點打印記錄，多點打印記錄法在工業(yè)自動化儀表中zui為典型 的是自動平衡多點記錄儀，它由打印機構和間歇機構兩部分組成，可用（.）和（×）標志符號，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，為了對儀表所顯示的值提供客觀憑證，有時應用照相的方法進行攝影。例如在被拍攝的顯示儀表旁放一只鐘表，這樣就能毫無差錯地獎顯示值及所對應的時間拍攝成連續(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比較，或在儀表成批校驗時供各儀表的分析比較之用。
模擬式記錄機構
記錄機構對儀表的設計制造和性能起著重要的。對記錄機構而言，其一般結構特征為記錄紙的形式、記錄機構的自由度、；連續(xù)記錄或斷續(xù)記錄、記錄要素和坐標間的關系。它們對記錄儀表的結構都有很大影響。
單筆記錄機構。單筆記錄機構一般用于記錄各種被測參數對時間的函數關系，但有時用于記錄兩個變量間的函數關系，皆為連續(xù)記錄，可以是長圖記錄，也可以用同步電動機拖動，
（2多點記錄機構。多點記錄機構可同時記錄幾個被測參數相對于時間的函數關系，有兩種典型的X、N、T記錄機構zui為常見，其中N為輸入信號數；T為時間坐標，X為被測參數，如果被測參數皆為電量，且量程相近，則記錄儀中可用同一口只測量機構加入輸入信號切換開關組成，如果量程相差很遠，就需要采用幾個相應的測量機構，還有一些特殊的記錄機構，T、N為同方向，它可以明顯志看出曲線族隨時間變化的關系，這種記錄機構要求走紙、測量、切換同步，而記錄筆的抬筆動作由繼電器控制。
總之，記錄機構的不同特點都有是根據對顯示的不同要求而設計的，一個理想的記錄機構不但要求能明顯、清晰地記錄被測量，并且要結構簡單、可靠、便于制造和維修。
1。2。3直接變換式儀表
動圈式顯示儀表
動圈式顯示儀表是利用*磁鐵形成的磁場，對通過信號電流的可動線圈所產生的作用力矩和彈性支承機構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：當被測信號電流通過連接導線，經過張絲進入動圈時，此電流和磁場相互作用，在動圈兩有效邊（即與磁場方向垂直的兩邊）上，就產生了大小相等、方向相反的作用力F，并且對轉動軸產生轉矩，合使動圈產生偏轉，這個力矩稱為偏轉力矩。
當儀表動圈在偏轉力矩作用下產生偏轉時，為了使對應于每一個被測量（電流強度）只產生一定的偏轉，以便顯示被測參數的大小，必須在動圈上施加一個大小與其偏聽偏信轉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生，如利用張絲的扭力，利用游絲的彈力等。
（2）測量顯示儀表的測量線路
（1）測量毫伏信號的測量線路。用于測量毫伏儀器開配熱電偶的動圈儀表的測量線路，、它由環(huán)境測溫度補償電阻，量程和阻尼調整電阻以及線路調整電阻等組成?，F分別討論如下：
（1）環(huán)境溫度補償電阻，動圈儀表的刻度較驗是在環(huán)境溫度為20±5℃條件下進行的，儀表在現場使用時，由于周圍環(huán)境溫度總有變動，因而會出現溫度附加誤差，溫度變化對儀表的影響主要表現在以下幾方面，當周圍環(huán)境溫度升高或降低時，張絲的彈性將隨之減弱或增強，從而使儀表產生誤差或負誤差，而氣隙中的磁感應強度將隨之減少或增多，從而使儀表產生負誤差或正誤差，它正好與張絲所引起的誤差方向相反且數量級相當，因此能互相補償，一般末*補償的部分不過每10℃是0.5℅左不予考慮。動圈儀表因溫度變化所產生的附加誤差試想來源于動圈電阻。因為動圈地由銅線繞制而成，銅的溫度每變化10℃，阻值變化約為4℅，這數值相當可觀，因此當溫度升高時，流過動圈的電流就減小，使指針偏轉角減小，指針偏轉角減少會造成負誤差，反之產生正誤差，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℃范圍內進行準確的顯示，必須對動圈測量機構進行溫度補償。
（2）測量電阻值的測量線路，當動圈儀表與熱電阻、電阻遠傳變送器或電阻傳感器等配合顯示被測參數時，其輸入信號為電阻變化值，這時動圈儀表的測量機構，必須將電阻轉換為毫伏信號。完成電阻到毫伏信號的轉換是由不平衡電橋來實現的。
由于把熱電阻引入橋路的連接導線電阻會隨環(huán)境溫度而變化，如果把熱電阻的連接導線都接在一個橋臂內，則當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，連接導線電阻的變化值將與熱電阻撓變化值相疊加，從而會給儀表帶來較大的附加誤差。工業(yè)常采用三線制接法，這樣二根連接導線就分別連接到相鄰的兩個橋臂上，當連接導線電阻變化時，可以互相抵消一部分，從而減小對儀表讀數的影響，連接導線電阻的變化才能全部互相抵消，當儀表指針位于滿刻度時，此時附加誤差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線電阻規(guī)定為5Ω，若不足5Ω時，則須用錳銅絲電阻補足5Ω，調整阻值應到（5±0.01）Ω。
動圈儀表與熱電阻配套使用時，必須注意儀表的分度號，應與熱電阻分度號相同。
1。2。4平衡式儀表
上面所介紹的動圈式顯示儀表是由若干個環(huán)節(jié)串聯而成的開環(huán)結構儀表，對于開環(huán)結構儀表，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，對于開環(huán)節(jié)結構儀表，在提高儀表的靈敏度和精度之間是存在矛盾的，因此，動圈儀表目前zui高要求是1級，這對于科學研究和工業(yè)生產中的較高要求往往是無法滿足的，為此必須采用環(huán)結構的平衡式測量線路所構成。
平衡式儀表較直接變換式儀表結構復雜， 由控制理論也可看出，閉環(huán)系統較開環(huán)系統具有一系列優(yōu)點，例如，線性好，反應速度快，精度高等，但由于是閉環(huán)系統，就有可能產生自激振蕩，故穩(wěn)定性差，靈敏度降低（可用放大器補救），而且結構較復雜。
常用的自動平衡式顯示（記錄）儀表有自動平衡式電子電位差計和自動平衡式電子電位兩類，它們能自動測量，顯示、記錄各種電信號，（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)生產過程中的溫度、壓力、流量、物位以及成分等各種參數，并可隊附加調節(jié)器，報警器和計算器等，實現多種功能。
1自動平衡式電子電位差計
在工作中，常遇到用天平來稱物體的重量，當增減砝碼使指針指零時，砝碼與被稱物體達到平衡，這時被稱物體的重量就等于砝碼的重量，電位差計就是根據變種平衡法（也稱為補償法、零值法案將被測電動勢與已知的標準電動勢進行比較而工作時，當兩者的差值為零時被測電動勢就等于已知的標準電動勢。
自動平衡式電子電位差計的構成：它是由測量電路、放大器、可逆電機，指示記錄機構、機械傳動裝置以及穩(wěn)壓電源、同步電機等構成
其工作原理為：由熱電偶、傳感器或變送器輸入的直流電勢（或由直流電流通過輸入端的連接電阻而得的電壓）與測量電路端的直流電壓進行比較，比較后的電壓差值（即不平衡電壓）經過放大器放大后，輸出足以驅動可逆電機的功率，推動可逆電機帶動指示、記錄機構、同時還帶動測量電路中的滑線電阻的觸滑點，改變滑觸點在滑線電阻中的位置，直支測量電路新端的電壓與輸入電勢平衡為止，如果輸入電勢信號再度改變。則又產生新的不平衡電壓，再經放大器放大而驅動可逆電機，又改變滑觸點的位置，同樣直到新的平衡位置為止，而與滑觸點的每一平衡位置相應于標尺上的一定數值，因此當電路處于平衡狀態(tài)時，指示機構的指針在標尺上指出一定的被測參數。
自動平衡電子電位差計的測量電路，采用有上、下二條支路的橋路形式，它既可適用于被測電勢的下限是零或正，也可運用于被測電勢的下限值是負情況，若配用熱電偶測溫時，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償。
2 自動平衡電橋
自動平衡電橋可與熱電阻配套使用測量溫度，也可與其他能轉換成電阻的變送器、傳感器或檢測元件等配套使用測量生產過程中的各種參數，因而在工業(yè)生產和科學實驗中獲得了廣泛應用。
自動平衡電橋的構成與自動平衡電位差計相同，差別僅在于接收信號不同，測量電橋路有所區(qū)別，其它*一樣，整個儀表的外殼、內部結構以及大部分零件都是通用的。
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