普通數(shù)字式顯示儀表的構(gòu)成和原理

    普通數(shù)字式顯示儀表由前置放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、非線性補(bǔ)償、標(biāo)度變換和顯示裝置等部分組成.其組成原理框圖如圖4-5所示。其中A/D轉(zhuǎn)換、非線性補(bǔ)償和標(biāo)度變換的順序是可以改變的，可組成適用于各種不同場(chǎng)合的數(shù)字式顯示儀表。

 

    由檢測(cè)單元送來的信號(hào)先經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成電信號(hào).由于信號(hào)較弱，通常需進(jìn)行前置放大后才能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，把連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的數(shù)字量。然后經(jīng)非線性補(bǔ)償、標(biāo)度變換后，最后送人計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)并顯示。同時(shí)還可送往報(bào)苦系統(tǒng)和打印機(jī)構(gòu)。需要時(shí)也可把數(shù)字盆輸出，供其他計(jì)算單元使用.它還可與單回路數(shù)字調(diào)節(jié)器或計(jì)算機(jī)配套作定值控制等。

 

    1.A/D轉(zhuǎn)換

 

    A/D轉(zhuǎn)換是數(shù)字式顯示儀表的核心部分.其任務(wù)是將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成與其成比例的、斷續(xù)變化的數(shù)字量.以便進(jìn)行數(shù)字顯示。要完成這一任務(wù)，必須用一定的計(jì)量單位使連續(xù)量整全化，才能得到近似的數(shù)字盤。數(shù)字量的計(jì)量單位越小.同一模擬量轉(zhuǎn)換的單位數(shù)字量越多，則斷續(xù)的數(shù)字量越接近連續(xù)的模擬量，整最化的誤差也就越小，轉(zhuǎn)換精度越高。

 

    常用的A/D轉(zhuǎn)換器有雙積分型和逐次比較型。

 

    雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理是將一段時(shí)間內(nèi)輸人的電模擬量通過兩次積分，變換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔，然后由脈沖發(fā)生器和計(jì)數(shù)器來側(cè)量此時(shí)間間隔而得到數(shù)字量。它屬于間接法測(cè)量.即電模擬量不是直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，而是首先轉(zhuǎn)換成時(shí)問間隔這一中間橄，再由中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。

 

    逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器為直接法測(cè)量，它是基于電位差計(jì)的電壓比較原理.用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的可調(diào)電壓與被測(cè)電壓進(jìn)行逐次比較.不斷通近，最后達(dá)到一致。當(dāng)兩者一致時(shí).已知標(biāo)準(zhǔn)電壓的大小，就表示了被測(cè)電壓的大小。再將這個(gè)和被側(cè)電壓相平衡的標(biāo)準(zhǔn)電壓以二進(jìn)制形式輸出，就實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。

 

    逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器采用邏輯電路.實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換速度可達(dá)微秒數(shù)最級(jí).具有測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好，測(cè)量速度快等優(yōu)點(diǎn)。盡管電路復(fù)雜，抗干擾能力差，要求精密元件多，但在當(dāng)前飛速發(fā)展的高速多點(diǎn)巡回檢測(cè)系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)參與生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中，仍采用它作為A/D轉(zhuǎn)換的主要手段。

 

    2.非線性補(bǔ)償

 

    非線性補(bǔ)償是為了使儀表顯示的數(shù)字與被測(cè)參數(shù)成對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系而采取的各種補(bǔ)償措施。因?yàn)榇蠖鄶?shù)檢測(cè)元件和傳感器都存在著輸入輸出的非線性特性。在測(cè)量電路中，也往往存在著非線性元件或非線性轉(zhuǎn)換。所以為了使儀表的輸出與被側(cè)參數(shù)一一對(duì)應(yīng).在數(shù)字式顯示儀表內(nèi)一般都有非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)。目前常用的方法有模擬式非線性補(bǔ)償、非線性模一數(shù)轉(zhuǎn)換補(bǔ)償法、數(shù)字式非線性補(bǔ)償法等。如檢側(cè)元件或變送器的輸人輸出線性關(guān)系很好.或是對(duì)儀表的精度要求不高.非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)也可省略。

 

    3.標(biāo)度變換

 

    標(biāo)度變換的實(shí)質(zhì)就是最程變換，它使儀表的顯示數(shù)字能直接表征被側(cè)參數(shù)的工程量.即直接顯示溫度、壓力、流最或液位，所以是一個(gè)盆綱的還原。因?yàn)闇y(cè)最位與工程值之間往往存在一定的比例關(guān)系，側(cè)盤值必須乘上某一常數(shù)，才能轉(zhuǎn)換成數(shù)字式儀表所能直接顯示的工程位。標(biāo)度變換可以在模擬部分進(jìn)行，也可以在數(shù)字部分進(jìn)行。

 

    4.計(jì)數(shù)顯示

 

    數(shù)字顯示儀表通過計(jì)數(shù)器對(duì)所接受的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，再經(jīng)譯碼器等.將被測(cè)最結(jié)果用十進(jìn)制數(shù)顯示出來，以便操作人員能直接精確地讀取所需的數(shù)據(jù).常用數(shù)字顯示器有輝光數(shù)碼管顯示器，發(fā)光二極管顯示器和液晶顯示器等。