过程测量及仪表 教学课件 ppt 作者 郭剑花 王锁庭 主编第七章 显示仪表.ppt

三、 信号的标准化及标度变换 将不同性质的信号，或不同电平的信号统一起来，叫输入信号的规格化，又称为参数信号的标准化。 当统一电平选定之后，如果本身就是所测的电压，那么经A/D转换后仅是将电压值以数字形式显示输出。然而对工业过程参数测量用的数显仪表，都要求用被测参数的形式显示，例如显示：温度、压力、流量、物位等，这就存在一个量纲还原问题，通常称之为“标度变换”。 图7.44数字仪表的标度变换 1. 模拟量标度变换 （1）电阻信号的标度变换 为了将热电阻或应变片的电阻变化转变为电压信号输出，通常采用不平衡电桥来进行电阻-电压的转换。根据不平衡电桥原理（看图7.45所示），可得 当被测温度（或其他参数）处于下限时，有 则 桥路设计时取 ,那么在被测参数处于非下限时有 于是 上式说明了可由不平衡电桥的转换关系，通过改变桥路参数来实现标度变换。 图7.45电阻信号的标度变换 如采用Cul00铜热电阻测温，温度的显示范围为0～50℃，对应铜热电阻的变化为100～121.40 ，即电阻变化值 ＝21.40 。又设数字仪表的分辨力为100 V，即数字仪表末位跳一个字需有100 V的输入信号，这样当数字仪表显示满度“50”这两位数字时，就需要50×100＝5mV的输入信号，也就是当铜热电阻变化21.40 时，应该产生5mV的信号，于是根据上式可得 显然通过适当选取E或R便可得到 mA。当仪表的分辨力或显示位数有变化时，桥路参数也要随之予以调整。 （2）电势信号的标度变换 当数字仪表以热电偶的热电势作为输入信号时，热电势的变化范围和数字显示的温度变化范围是相对应的。通常是选取前置放大器的放大倍数来实现标度变换。 例如CX-100型国产数字测温仪表，配用K型热电偶，满度显示“1023”四位数字，表示1023℃。在显示“1023”时，相应的放大器输出为4V。查阅热电偶分度表可知K型热电偶在1000℃时的电势值为41．27mV，其标度变化就是通过调节前置放大器的放大倍数来解决的。 （3）电流信号的标度变换 数字显示仪表与具有标准输出的变送器配套使用时，可用简单的电阻网络实现标度变换，即将变送器输出的标准直流毫安信号转换为标准的电压信号，如图7.46所示。 图7.46 电流信号的标度变换 （4）频率信号的标度变换 数字仪表的输入信号为频率信号时（如涡轮流量计的输出），可以采用频率－电压转换器，将频率转换为电压；也可以采用计数累积的方法来实现。由于频率计数的方法较容易实现，所以对频率信号的标度变换通常是在数字部分用乘系数的方法解决。 2. 数字量标度变换 数字量的标度变换是在A/D转换之后，进入计数显示之前，通过乘以或除以，即补足或扣除脉冲数等方法来实现的，从而使被测物理量和显示数字值的单位统一。这种方法叫系数运算。 系数运算的原理可以通过图7.47所示的“与”门电路来说明。从“与”门的真值表可知，只有当A、B两端均为高电平时输出F端才为高电平，因此控制A、B任一端的电平，就可以扣除进入计数器的脉冲数。图7.47所示的是每10个脉冲扣除了2个脉冲的情况，相当于乘以系数0.8。如某装置被测温度为1000℃，而经A/D转换器后输出1250个脉冲，如直接送给计数器显示，必然显示1250四位数字。如通过系数为0.8的乘法器，就可显示1000四位数，实现标度变换。 图7.47系数运算的原理图 四. 非线性补偿 非线性补偿有时又称为“线性校正”。非线性补偿的目的就是要减少非线性误差，提高仪表的精度。模拟仪表其实也有非线性补偿，它是靠仪表表面的刻度的非线性来达到目的的。 那么数字式显示仪表没有刻度，它是如何进行非线性补偿的呢？它又有何优点呢？ 参数变化之间的关系往往是非线性的，仅仅在某一个狭窄的范围内可以看成线性关系，在大范围情况下会怎样呢? 比如用Ptl00铂电阻测温，图7.48所示在0～500℃范围内 的关系曲线，在温度为250℃时，非线性误差可达2％。 用热电偶测温，热电偶的输出毫伏电势信号与被测温度之间也是非线性的函数关系。 图7.48 铂电阻温度－电阻特性 所谓“非线性补偿”就是将数字仪表非线性输入信号转换为线性化的数字显示过程中所采取的各种补偿措施。 非线性补偿的方法很多，归纳起来大致有以下4种。 （1）直接采用非线性刻度。此法大多用在模拟仪表中。 （2）缩小仪表工作范围，取非线性特性小的一段近