第四章：显示与记录仪表在 测试系统 中,显示记录仪表是重要组成部分之一。同时它也是,测控仪表,中的一类测控仪表,
在材料工程领域内各种研究与生产过程中,对相关过程参数进行测量、
控制所用到的仪器、仪表和系统的总称（简称仪表）
测控仪表大多是具有通用规格的系列化产品，使用时仅需合理选用和整定即可。这些仪表按其功能可分成：
检测仪表,
在传感器（敏感元件）基础上，配以适当的测量电路，使变换出的信号直接作测量、显示或供控制使用的装置 (可以理解为传感器 +测量电路 )
显示与记录仪表,
将经过检测仪表 (或仅传感器 )变换的被测参数以可视的方式表现出来
(或记录 )的装置,它同样可以用于表示控制和操作的结果控制仪表,
把来自检测仪表的信号量值与设定值作比较或综合，再按预定的规律处理后，向执行器发出调控信号，对相关设备进行控制执行器,
执行机构,将来自控制仪表的调控信号转变为位移或推力调节机构,受执行机构操纵去改变物理量 (通称为阀 )
4.1 测控仪表的分类为了便于对五花八门林林总总的测控仪表进行了解,常采用分门别类的方法,
按照其所用能源形式分类,气动 ; 液动 ; 电动按仪表的结构形式分类,
基地式,测量、记录和简单的调节功能组合在一起，孤立应用于现场单元组合式,构造若干种功能单元（变送单元、调节单元、显示单元等），
遵循统一的信号制式，可方便地按需联接成仪表，构成系统电动单元组合仪表,DDZ-I(电子管 ),II(晶体管 ),III(集成电路 ),S(微机 )
组件组装式,采用模拟和数字技术,将单元集成为插板，插装在组件箱内计算机测控系统,
直接数字控制（ DDC）,单机测控系统监督控制（ SCC）
分布式控制（ DCS）,上位机 -信息总线 -下位机,分散测控、集中管理现场总线控制（ FCS）,
开放总线,组件共同遵守统一的通信协议标准，不同厂家的设备亦可互连按仪表的信号类型分类,
模拟式仪表,动圈式指针仪表、平衡式仪表数字式仪表,数显式仪表与微机化仪表智能仪表,有在线辨别、动态建模等功能，能自动适应对象，形成最佳测控
4.2 显示、记录仪表显示、记录仪表是将被测参数的量值，或控制、操作的结果以可视信息方式表现出来的装置
4.2.1 显示、记录仪表的分类,
1,按显示信息类型分类,
模拟显示表：
以指针偏转或移动等模拟方式连续显示被测量的变化,显示直观，易见其变化趋向,但精确度低、机械惯性大、抗震差数字显示表：
以离散变化的数字来显示被测量值的连续变化。读出方便、准确度高、无机械惯性、抗震动,但在获知被测量值的变化趋向方面逊色,
微机化图形式仪表：
其显示部分完全依靠计算机的屏显，因此显示方式可在屏上以图形方式任意给出模拟或数字形式的数字、图形甚至动态曲线和图象
2.按记录方式分类,
有纸式记录仪表,长图、圆图无纸式记录仪表,磁介质及各种形式的半导体存储器等
4.2.2 数字显示仪表数字显示仪表以数字形式直接显示模拟（或数字）输入量,若在其内部加装控制电路,就构成了数字显示 /控制仪表,
数字显示仪表已经基本替代传统的动圈指针式模拟显示仪表而被广泛应用,
目前国内外对数字显示仪表已逐步形成了标准化系列产品,在输入信号类型、面板结构尺寸等各方面都有相应的规范与标准例如应用非常广泛的国产 XMZ,XMT系列仪表,
输入信号,
提供了配接各种标准热电偶、热电阻等传感器与压力变送器等标准信号的专用仪表,
面板尺寸,
80× 160mm(国内通用 ),96× 96mm(DIN制标准 ),48× 96mm
1,XMZ,XMT系列仪表的分类与命名,
标准信号输出
Z,显示仪表 输入信号类别,
T,调节仪表 1:热电偶
D:多点巡回 2:热电阻
3～ 5:其他信号
80× 160mm
A,96× 96mm 功能代码,
E,48× 96mm 0:单显示 (Z)/二位调节 (T)
....,2～ 9,T表的调节模式输入信号路数例,XMZ -101,XMZA -102,XMT-101
X M B
2,XMZ,XMT系列仪表的内部组成热电势 A/D转换与显示热电阻标准电压信号 信号变换 信号放大 非线性校正 U/I转换 (标准信号 )
标准电流信号
....,调节信号生成还有,
超限报警电路零点与满量程调整电路冷端温度补偿电路 (配接热电偶 )
。。。
辅助功能电路
3,XMZ,XMT系列仪表的主要技术指标,
1) 显示方式,
三位半,-1999～ +1999 (大多数 )
四位半,-19999～ +19999
2)准确度等级,
0.5,0.2
数显表的误差,增加了量化误差与舍入误差等环节
3)采样速度,
3次 /s (典型 )
4) 输入信号,
热电偶种类,针对 E,K,S,B等常用热电偶均有对应产品热电偶种类,针对 Pt10,Pt100,Cu50等常用热电阻均有对应产品霍尔变送器,0～ 20mV
标准电压信号,0～ 5V (DC)
标准电流信号,0～ 10mA,4～ 20mA
5) 输入特性,
输入阻抗,10Ω (电流输入型 ),100K(电压输入型 )
热电偶,导线电阻 <100Ω
热电阻,导线电阻 <5Ω,三线制
4.2.3 平衡式模拟显示仪表平衡式模拟显示仪表采用补偿法 (又称,零值法,) 原理工作,由于其特有的,
输入阻抗无限大,等特点,目前仍然广泛应用,
常用的平衡式模拟显示仪表有两大类,
手动电位差计电位差计自动电位差计自动平衡电桥
1.手动电位差计工作原理,
采用直流电压平衡原理,将被测 (待显示 )电势与手动可调的已知电势比较,当二者差值为零时,显示该已知数值即可,(类似于天平称重 )
如图,当电流 I恒定时,电位器 RH的动触头从左向右移动,U0线性增加,设 触头移动至 P点时，电流 I在 RH上 产生的电压恰好等于被测量 Es，检流计 G中将无电流流过。此时可直接通过触头的位移刻度 (或转角刻度 )精确显示 Es.
显然,上述过程的前提是保证 I与 RH参数和刻度划分三者之间的精确匹配,
关键是 工作电流 I的校准,
2.手动电位差计应用特性,
准确度非常高,0.005～ 0.1级,常作为 标准器 与标准 电势发生器结构简单,制造精度容易满足输入阻抗理论上无穷大,因此抗干扰能力强但,
无法进行连续动态测量
3,分类与型号,
国内手动电位差计的通用标识为,UJ“，分为高阻、低阻两类由其原理可知,检流计的灵敏度直接影响手动电位差计的准确度与分辨率,
对于高内阻的被测对象 (如标准电池等 ):
由于在测量过程中手动电位差计测量回路中流过的电流很小,因此必须使用高灵敏度检流计有,高阻电位差计 (测量回路电阻 >1KΩ /V),如 UJ 9,UJ 308等对于低内阻的被测对象,
可以使用低灵敏度检流计,但必须提高电源回路的输出能力,
有,低阻电位差计 (测量回路电阻 < 1KΩ /V),如 UJ 31,UJ 36等
3,自动电位差计介绍,
自动电位差计的工作原理如图所示，它用放大器替代手动电位差计的检流计 G，将 Upo和 Es的差别送入放大器，经放大后驱动可逆电机 M，推动动触头 P移动，当移至 Upo = Es时，电机停转。与动触头联动的是显示仪表的指针，直接显示出 Es大小。若指针加装了记录笔与一套走纸机构，就能在定速移动的记录纸上画出 Es的变化曲线。
自动电位差计克服了手动电位差计无法连续动态检测的缺陷。
但：
自动电位差计与自动平衡电桥都是模入 -模出的模拟式仪表，结构复杂制造成本较高。同时，为了保证准确度与提高抗干扰能力使用了大量附加电路与补偿手段，无疑将降低其可靠性指标，目前已经逐步被微机化图象式仪表与智能仪表替代
4.2.4 智能仪表介绍智能（人工智能）：
是指随外界条件的变化，具有确定正确行动的能力（自适应、自学习）,
即具备类似人的思维及推理并由此作出决策的能力智能仪表：
一些现代微机化仪表（或测试装置）不仅能实施测量，还能存储和处理数据，在内部和外部指令操纵下，具备了部分人工智能的特征，故称之为智能仪表。
智能仪表的问世，是在计算机软 /硬件技术长足发展的基础上，溶入现代控制理论：辩识和建模、自适应和自校正等智能控制器理论：模糊控制、专家系统、神经网络等等诸多前沿科学成果的综合智能仪表的性能特点智能仪表的一般结构与性能特点：
参见 P181～ 182
以下为附录
1.1 材料工程测试技术 测试系统系统的一般构成测试系统的一般构成：
传感器 测量电路显示记录
A/D转换 计算机物理量 可视信息手动电位差计工作电流校准如图,在电源回路与测量回路的基础上添加由精密电阻 RN与标准电池 (如甘汞电池 )EN构成的电流标准化回路,
在测量之前,将单刀双掷开关 K掷向” 1”位置,接通电流标准化回路中的标准电池,用已知电势与工作电流 I在精密电阻 RN上的压降比对,调整电源回路中的可变电阻 R使得检流计 G指零,即可完成工作电流的校准,将 K掷向” 2”位置,
接通测量回路开始检测,
需要注意,
由于电阻温度系数影响,手动电位差计在使用前必须进行
15分钟以上时间的预热,以使其接近热平衡,
同时,当环境温度发生变化时,应及时重新校准工作电流一般地，为了最大程度提高其准确度，多使用精密电阻箱来充当图中的 R与 RH
E
RH
R
I
RNG
K
EN
12
在材料工程领域内各种研究与生产过程中,对相关过程参数进行测量、
控制所用到的仪器、仪表和系统的总称（简称仪表）
测控仪表大多是具有通用规格的系列化产品，使用时仅需合理选用和整定即可。这些仪表按其功能可分成：
检测仪表,
在传感器（敏感元件）基础上，配以适当的测量电路，使变换出的信号直接作测量、显示或供控制使用的装置 (可以理解为传感器 +测量电路 )
显示与记录仪表,
将经过检测仪表 (或仅传感器 )变换的被测参数以可视的方式表现出来
(或记录 )的装置,它同样可以用于表示控制和操作的结果控制仪表,
把来自检测仪表的信号量值与设定值作比较或综合，再按预定的规律处理后，向执行器发出调控信号，对相关设备进行控制执行器,
执行机构,将来自控制仪表的调控信号转变为位移或推力调节机构,受执行机构操纵去改变物理量 (通称为阀 )
4.1 测控仪表的分类为了便于对五花八门林林总总的测控仪表进行了解,常采用分门别类的方法,
按照其所用能源形式分类,气动 ; 液动 ; 电动按仪表的结构形式分类,
基地式,测量、记录和简单的调节功能组合在一起，孤立应用于现场单元组合式,构造若干种功能单元（变送单元、调节单元、显示单元等），
遵循统一的信号制式，可方便地按需联接成仪表，构成系统电动单元组合仪表,DDZ-I(电子管 ),II(晶体管 ),III(集成电路 ),S(微机 )
组件组装式,采用模拟和数字技术,将单元集成为插板，插装在组件箱内计算机测控系统,
直接数字控制（ DDC）,单机测控系统监督控制（ SCC）
分布式控制（ DCS）,上位机 -信息总线 -下位机,分散测控、集中管理现场总线控制（ FCS）,
开放总线,组件共同遵守统一的通信协议标准，不同厂家的设备亦可互连按仪表的信号类型分类,
模拟式仪表,动圈式指针仪表、平衡式仪表数字式仪表,数显式仪表与微机化仪表智能仪表,有在线辨别、动态建模等功能，能自动适应对象，形成最佳测控
4.2 显示、记录仪表显示、记录仪表是将被测参数的量值，或控制、操作的结果以可视信息方式表现出来的装置
4.2.1 显示、记录仪表的分类,
1,按显示信息类型分类,
模拟显示表：
以指针偏转或移动等模拟方式连续显示被测量的变化,显示直观，易见其变化趋向,但精确度低、机械惯性大、抗震差数字显示表：
以离散变化的数字来显示被测量值的连续变化。读出方便、准确度高、无机械惯性、抗震动,但在获知被测量值的变化趋向方面逊色,
微机化图形式仪表：
其显示部分完全依靠计算机的屏显，因此显示方式可在屏上以图形方式任意给出模拟或数字形式的数字、图形甚至动态曲线和图象
2.按记录方式分类,
有纸式记录仪表,长图、圆图无纸式记录仪表,磁介质及各种形式的半导体存储器等
4.2.2 数字显示仪表数字显示仪表以数字形式直接显示模拟（或数字）输入量,若在其内部加装控制电路,就构成了数字显示 /控制仪表,
数字显示仪表已经基本替代传统的动圈指针式模拟显示仪表而被广泛应用,
目前国内外对数字显示仪表已逐步形成了标准化系列产品,在输入信号类型、面板结构尺寸等各方面都有相应的规范与标准例如应用非常广泛的国产 XMZ,XMT系列仪表,
输入信号,
提供了配接各种标准热电偶、热电阻等传感器与压力变送器等标准信号的专用仪表,
面板尺寸,
80× 160mm(国内通用 ),96× 96mm(DIN制标准 ),48× 96mm
1,XMZ,XMT系列仪表的分类与命名,
标准信号输出
Z,显示仪表 输入信号类别,
T,调节仪表 1:热电偶
D:多点巡回 2:热电阻
3～ 5:其他信号
80× 160mm
A,96× 96mm 功能代码,
E,48× 96mm 0:单显示 (Z)/二位调节 (T)
....,2～ 9,T表的调节模式输入信号路数例,XMZ -101,XMZA -102,XMT-101
X M B
2,XMZ,XMT系列仪表的内部组成热电势 A/D转换与显示热电阻标准电压信号 信号变换 信号放大 非线性校正 U/I转换 (标准信号 )
标准电流信号
....,调节信号生成还有,
超限报警电路零点与满量程调整电路冷端温度补偿电路 (配接热电偶 )
。。。
辅助功能电路
3,XMZ,XMT系列仪表的主要技术指标,
1) 显示方式,
三位半,-1999～ +1999 (大多数 )
四位半,-19999～ +19999
2)准确度等级,
0.5,0.2
数显表的误差,增加了量化误差与舍入误差等环节
3)采样速度,
3次 /s (典型 )
4) 输入信号,
热电偶种类,针对 E,K,S,B等常用热电偶均有对应产品热电偶种类,针对 Pt10,Pt100,Cu50等常用热电阻均有对应产品霍尔变送器,0～ 20mV
标准电压信号,0～ 5V (DC)
标准电流信号,0～ 10mA,4～ 20mA
5) 输入特性,
输入阻抗,10Ω (电流输入型 ),100K(电压输入型 )
热电偶,导线电阻 <100Ω
热电阻,导线电阻 <5Ω,三线制
4.2.3 平衡式模拟显示仪表平衡式模拟显示仪表采用补偿法 (又称,零值法,) 原理工作,由于其特有的,
输入阻抗无限大,等特点,目前仍然广泛应用,
常用的平衡式模拟显示仪表有两大类,
手动电位差计电位差计自动电位差计自动平衡电桥
1.手动电位差计工作原理,
采用直流电压平衡原理,将被测 (待显示 )电势与手动可调的已知电势比较,当二者差值为零时,显示该已知数值即可,(类似于天平称重 )
如图,当电流 I恒定时,电位器 RH的动触头从左向右移动,U0线性增加,设 触头移动至 P点时，电流 I在 RH上 产生的电压恰好等于被测量 Es，检流计 G中将无电流流过。此时可直接通过触头的位移刻度 (或转角刻度 )精确显示 Es.
显然,上述过程的前提是保证 I与 RH参数和刻度划分三者之间的精确匹配,
关键是 工作电流 I的校准,
2.手动电位差计应用特性,
准确度非常高,0.005～ 0.1级,常作为 标准器 与标准 电势发生器结构简单,制造精度容易满足输入阻抗理论上无穷大,因此抗干扰能力强但,
无法进行连续动态测量
3,分类与型号,
国内手动电位差计的通用标识为,UJ“，分为高阻、低阻两类由其原理可知,检流计的灵敏度直接影响手动电位差计的准确度与分辨率,
对于高内阻的被测对象 (如标准电池等 ):
由于在测量过程中手动电位差计测量回路中流过的电流很小,因此必须使用高灵敏度检流计有,高阻电位差计 (测量回路电阻 >1KΩ /V),如 UJ 9,UJ 308等对于低内阻的被测对象,
可以使用低灵敏度检流计,但必须提高电源回路的输出能力,
有,低阻电位差计 (测量回路电阻 < 1KΩ /V),如 UJ 31,UJ 36等
3,自动电位差计介绍,
自动电位差计的工作原理如图所示，它用放大器替代手动电位差计的检流计 G，将 Upo和 Es的差别送入放大器，经放大后驱动可逆电机 M，推动动触头 P移动，当移至 Upo = Es时，电机停转。与动触头联动的是显示仪表的指针，直接显示出 Es大小。若指针加装了记录笔与一套走纸机构，就能在定速移动的记录纸上画出 Es的变化曲线。
自动电位差计克服了手动电位差计无法连续动态检测的缺陷。
但：
自动电位差计与自动平衡电桥都是模入 -模出的模拟式仪表，结构复杂制造成本较高。同时，为了保证准确度与提高抗干扰能力使用了大量附加电路与补偿手段，无疑将降低其可靠性指标，目前已经逐步被微机化图象式仪表与智能仪表替代
4.2.4 智能仪表介绍智能（人工智能）：
是指随外界条件的变化，具有确定正确行动的能力（自适应、自学习）,
即具备类似人的思维及推理并由此作出决策的能力智能仪表：
一些现代微机化仪表（或测试装置）不仅能实施测量，还能存储和处理数据，在内部和外部指令操纵下，具备了部分人工智能的特征，故称之为智能仪表。
智能仪表的问世，是在计算机软 /硬件技术长足发展的基础上，溶入现代控制理论：辩识和建模、自适应和自校正等智能控制器理论：模糊控制、专家系统、神经网络等等诸多前沿科学成果的综合智能仪表的性能特点智能仪表的一般结构与性能特点：
参见 P181～ 182
以下为附录
1.1 材料工程测试技术 测试系统系统的一般构成测试系统的一般构成：
传感器 测量电路显示记录
A/D转换 计算机物理量 可视信息手动电位差计工作电流校准如图,在电源回路与测量回路的基础上添加由精密电阻 RN与标准电池 (如甘汞电池 )EN构成的电流标准化回路,
在测量之前,将单刀双掷开关 K掷向” 1”位置,接通电流标准化回路中的标准电池,用已知电势与工作电流 I在精密电阻 RN上的压降比对,调整电源回路中的可变电阻 R使得检流计 G指零,即可完成工作电流的校准,将 K掷向” 2”位置,
接通测量回路开始检测,
需要注意,
由于电阻温度系数影响,手动电位差计在使用前必须进行
15分钟以上时间的预热,以使其接近热平衡,
同时,当环境温度发生变化时,应及时重新校准工作电流一般地，为了最大程度提高其准确度，多使用精密电阻箱来充当图中的 R与 RH
E
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